Новая 3D-печатная система упростит испытания технологии, которая может хранить энергию дешевле и безопаснее литий-ионных батарей
Наука и космос308 июл 23:21
Учёные создали доступную 3D-печатную тестовую ячейку, которая может облегчить разработку проточных батарей — многообещающей технологии хранения энергии из возобновляемых источников. Исследователи выяснили, что результаты испытаний таких аккумуляторов в различных лабораториях часто значительно различаются, даже при использовании одинаковых конструкций, и предложили внедрить единые протоколы измерений для всей области.
Солнечная и ветровая энергетика зависит от погодных условий, поэтому для их широкого применения необходимы системы, которые способны хранить большие объемы энергии и отдавать её по мере необходимости. В настоящее время эту задачу в основном решают литий-ионные батареи, однако их массовое использование ограничивается высокой стоимостью материалов, зависимостью от поставок лития и кобальта, а также риском возгорания органического электролита внутри аккумуляторов.
Одна из альтернатив — проточные батареи. В отличие от традиционных аккумуляторов, где активные материалы находятся в одном корпусе, в таких системах энергия хранится в жидком электролите — растворе с веществами, способными участвовать в электрохимических реакциях. Электролит находится в отдельных резервуарах и прокачивается через блок элементов, где происходит зарядка или разрядка батареи.
Основное преимущество проточных батарей заключается в разделении мощности и ёмкости. В обычных аккумуляторах увеличение объёма запасаемой энергии обычно требует увеличения всей системы, что одновременно повышает стоимость и мощность. В проточных батареях эти параметры можно изменять независимо: для хранения большего количества энергии достаточно увеличить объём резервуаров с электролитом, а для повышения мощности — добавить больше электрохимических ячеек.
Такое строение также делает проточные батареи более безопасными для крупных энергетических систем. Большинство вариантов используют водные электролиты, поэтому они не имеют риска возгорания, присущего литий-ионным аккумуляторам. Более того, некоторые проточные батареи уже функционируют более 20 лет, демонстрируя высокую долговечность.
Несколько крупных систем уже были построены. В Китае установлены подключенные к энергосети проточные батареи гигавачатного масштаба — объёма, сопоставимого с суточным потреблением примерно 100 000 домов. В Швейцарии создается система ёмкостью 2,1 гигаватт-часа для питания центра обработки данных с искусственным интеллектом, которая после запуска станет крупнейшей проточной батареей в мире.
Тем не менее, развитие технологии замедляет не только поиск новых материалов для электролитов, но и проблема воспроизводимости экспериментов. Команда из Университета Королевы в Белфасте (Queen’s University Belfast) разработала недорогую 3D-печатную тестовую ячейку, чтобы сделать исследования проточных батарей более доступными, но столкнулась с тем, что идентичные эксперименты давали разные результаты даже в одной лаборатории.
Позже исследователи выявили, что эта проблема характерна не только для их группы. Ещё на конференции 2024 года они обсудили ситуацию с Фикиле Брушетт (Fikile Brushett), профессором химической инженерии MIT, и начали совместные исследования причин различий между экспериментами различных лабораторий.
В результате учёные отправили свою обновлённую 3D-печатную тестовую ячейку нескольким ведущим научным группам по всему миру. Результаты показали значительные различия в производительности при испытаниях фактически одной и той же конструкции. В следующем исследовании участвовало уже более 30 лабораторий, а полученные данные были открыты для анализа.
В результате работа позволила выявить возможные причины расхождений и подготовить рекомендации по улучшению методов тестирования проточных батарей. Теперь единые протоколы должны упростить сравнение результатов между лабораториями и ускорить разработку новых материалов для безопасных и масштабируемых систем хранения возобновляемой энергии.
Darth SaharaИсточники:The ConversationFlow BatteryНаука и космос33D-печатьВозобновляемая энергетикаХранение энергииЛитий-ионные аккумуляторыЭлектролитыНакопители энергии08 июл 23:21
Источник