Производство проточных батарей значительно удешевили

Для этого долгую фрезеровку графита при производстве пластин проточных полей ученые заменили лазерной обработкой тонких пластин

Для этого долгую фрезеровку графита при производстве пластин проточных полей ученые заменили лазерной обработкой тонких пластин

«Проточные батареи, с одной стороны, уже активно внедряют в энергосети Китая, Германии и других стран, а с другой их продолжают разрабатывать и дорабатывать в лабораториях. Мы предложили совершенно новую конструкцию ячейки мембранно-электродных блоков у проточных батарей, которая облегчит труд исследователя и сильно снизит порог входа новых научных групп в эту область», – рассказал один из авторов работы, научный сотрудник Института проблем химической физики РАН Дмитрий Конев.

Проточные батареи – это относительно новый способ хранения электрической энергии. Ее извлекают благодаря химическим реакциям между двумя растворами химических веществ. Как правило, проточные батареи состоят из двух емкостей, насосов, электродов и специальной мембраны, благодаря которой вещества из обоих растворов обмениваются носителями заряда, но не перетекают в соседнюю емкость.

В этом отношении проточные батареи похожи на топливные элементы. Энергию из последних извлекают похожим образом, однако проточные батареи можно перезаряжать и использовать много раз без потерь электролита и реагирующих веществ. Подобные батареи значительно более долговечны, чем их «твердые» литиевые аналоги, однако изготавливать их достаточно сложно и дорого. Кроме того, они относительно медленно заряжаются.

Лазерная «гравировка» батарей

Ученые из РХТУ, ИПХФ РАН, МФТИ и Института физической химии и электрохимии РАН нашли способ значительно удешевить и упростить производство самой сложной и важной части этих батарей – мембранно-электродных блоков. Схематическое изображение ванадиевой проточной батареи Pichugov R. et al.Схематическое изображение ванадиевой проточной батареи© Pichugov R. et al.

Они представляют собой многослойные структуры, состоящие из полупроницаемой мембраны, листов графита и металлических электродов, через которые пропускаются электролиты с взаимодействующими химическими веществами. Особенно важная часть такого «сэндвича» – пластины проточных полей, по которым электролиты поступают к электродам.Схема мембранно-электронного блока Pichugov R. et al.Схема мембранно-электронного блока© Pichugov R. et al.

Как правило, структура и форма всех компонентов мембранно-электродных блоков подбирают таким образом, чтобы максимизировать взаимодействие электролитов и извлечь из реакций между ними максимум энергии. Ученые объясняют, что проточные поля фрезеруются в твердых графитовых пластинках, что занимает много времени. Российские исследователи предложили другой подход.

«Мы формируем проточные поля с помощью нескольких тонких слоев углеродных материалов: в них лазером вырезаются нужные рисунки, а потом эти слои накладываются друг на друга, чтобы получилось требуемое поле, общая объемная картина. Процедура создания проточного поля занимает считанные минуты, что гораздо быстрее и дешевле, чем классическое фрезерование графита», – добавил первый автор работы, сотрудник РХТУ Роман Пичугов.

Работу этих батарей, как отметили исследователи, уже проверили на практике. Специалисты использовали электролиты на основе ванадия, которые уже применяют в китайских промышленных проточных батареях. Опыты показали, что новый тип подобных аккумуляторов не уступал в эффективности лучшим зарубежным аналогам. Это открывает большие перспективы для их применения, подытожили ученые.

Источник https://nauka.tass.ru/nauka/9217383