Следует заметить, что преимущественно, когда речь идет о революционных аккумуляторах, это касается разработок в лаборатории или новых технологий, которые на практике не испытаны. Как рассказывает 24 канал, часто это и вовсе фантастические истории, о которых мы уже писали раньше.
Не пропустите Как защитить свое диджитал-я: полезные советы, чтобы повысить безопасность своего смартфона
Но проточные батареи, это совсем другое. Это реальность, которая уже рядом с нами, это работающая технология. Как рассказывает журналист Medium Уилл Локет, Форт Карсон, американская военная база, заключила контракт с Lockheed Martin на строительство окислительно-восстановительной проточной батареи емкостью 10 МВт/ч для хранения энергии своей солнечной электростанции.
Окислительно-восстановительная аккумуляторная батарея "Gridstar"/ Фото Lockheed Martin
Но почему именно проточные батареи? А все потому, что они имеют практически пожизненный цикл, почти не поддаются деградации, обладают значительной крепостью и почти на 100% пригодны для вторичной переработки.
Как работают проточные батареи
Проточные аккумуляторы – это тип электрохимических элементов, состоящий из двух химических компонентов, растворенных в жидкости, разделенных мембраной. Зарядка и разрядка аккумуляторов производится путем переноса ионов от одного компонента к другому через мембрану.
Схематический вид проточной аккумуляторной батареи / Фото sciencedirect
Аккумуляторы накапливают электроэнергию в резервуарах с жидким электролитом, прокачиваемым через электроды для извлечения электронов. Во время периода зарядки фотоэлектрические панели, ветрогенераторы или энергия сети используются для обеспечения электронами для перезарядки электролита. Электролит хранится в баке в течение всего периода хранения. В период разрядки жидкий электролит прокачивается через электроды для извлечения электронов и выработки электроэнергии.
Работа проточных батарей: смотрите видео
Почему проточные батареи лучше литий-ионных аккумуляторов
Наибольшим преимуществом проточных аккумуляторов есть возможность хранения энергии в больших объемах. Интерес к проточным аккумуляторам значительно возрос с увеличением потребностей в хранении возобновляемых источников энергии. Аккумуляторы большой емкости, обладающие гигантскими баками с электролитом, способны сохранять большое количество электроэнергии.
Повысить эффективность таких батарей очень просто – достаточно лишь сделать большими резервуар, а электролитическую жидкость закачивают в "ячеистый стек", содержащий сепаратор и электроды. Это создает поток над электродами, обеспечивающим постоянное напряжение и позволяющим получить большую емкость, учитывая увеличение количества электролитической жидкости.
Аккумулятор можно эффективно адаптировать в зависимости от ваших потребностей, что позволяет ему быть компактнее и эффективнее, чтобы наилучшим образом соответствовать любой работе, которую он выполняет.
К теме Новая технология чипов способна пропустить через себя весь земной интернет за одну секунду
Большинство окислительно-восстановительных аккумуляторов используют ванадиевую электролитическую жидкость (известную как ванадиевый аккумулятор или VFB). Пока эта жидкость остается чистой, она может пройти миллионы жизненных циклов, не утрачивая ни одной своей емкости. Это объясняется тем, что процесс восстановления и окисления (общеизвестный как редокс) не разрушает жидкость и не приводит к образованию вредных осадков. Это резко контрастирует с литий-ионными батареями, которые могут совершить лишь несколько тысяч зарядов, прежде чем потерять значительную емкость.
Кроме того, ванадий является легкодоступным элементом в различных минералах, которые легко найти. Остальная батарея состоит из одинаково доступных материалов, что облегчает ее сборку и переработку, в отличие от литий-ионных батарей, требующих таких металлов, как кобальт и марганец, чтобы функционировать.
Добыча этих металлов не только наносит вред окружающей среде, поскольку приводит к вымыванию токсичных тяжелых металлов из шахт и наносит значительную потерю среды обитания. Но переработка этих металлов и сборка их в батарее также требует много энергии и разрушающих для планеты выбросов углекислого газа. Эти металлы также очень токсичны, что затрудняет их переработку и утилизацию по истечении срока службы. В целом, это означает, что окислительно-восстановительные аккумуляторы намного лучше для окружающей среды.
Проточные батареи дешевле
Простота в сочетании с легким доступом к материалам и простотой сборки делает окислительно-восстановительные аккумуляторы невероятно дешевыми. Сейчас литий-ионные батареи стоят в среднем 132 доллара за кВт/ч. Но окислительно-восстановительные батареи могут стоить всего 25 долларов за кВт/ч.
Но эта дешевизна касается не только одноразовых покупок. Литий-ионные аккумуляторы служат от 10 до 20 лет, как сетевые батареи. После этого их нужно заменять или расширять, чтобы компенсировать падение емкости. В то же время, окислительно-восстановительные аккумуляторы должны прослужить более века с минимальным обслуживанием, что делает их экспоненциально дешевле в долгосрочной перспективе.
Устойчивость проточных батарей выше
Наконец, есть вопросы безопасности. Литий-ионные батареи могут загореться при перегрузке или перегреве. Это привело к массовым пожарам во всем, от телефонов до электромобилей. Но окислительно-восстановительная батарея не может загореться. В ней нет ничего легковоспламеняющегося, что делает ее гораздо безопаснее. Это позволяет размещать проточные батареи ближе к гражданскому населению без каких-либо опасений по безопасности, что также могло бы повысить эффективность электросети путем сокращения расстояний между сетевыми батареями и потребителями.
Главный минус проточных батарей
Несмотря на все вышеперечисленные плюсы, проточные батареи до сих пор имеют одну отрицательную черту, которая останавливает от масштабного перехода на эту технологию. Это более низкая эффективность по сравнению с теми же литий-ионными батареями, которые отдают почти 100% энергии.
Окислительно-восстановительные батареи имеют эффективность до 85%. Это означает, что солнечная электростанция с окислительно-восстановительным аккумулятором должна быть на 15% больше, чем с литий-ионным аккумулятором, чтобы иметь одинаковую выходную мощность.
Будущее за солнечной энергетикой
Может показаться, что таким образом широкий переход на проточные батареи окажет негативное влияние на экологию, ведь он потребует увеличения количества солнечных панелей, что приведет и к увеличению углеродного следа и к причинению вреда жизненно важным местным экосистемам. Но это не обязательно так и Уилл Локет рассказывает почему.
Согласно недавним исследованиям, тщательный отбор местоположения и проектирования, солнечных электростанций может позволить использовать их в качестве природных заповедников и даже способствовать сохранению биоразнообразия. Следовательно, увеличение солнечных электростанций на 15% не проблема, если они правильно спроектированы. Кроме того, выбросы углерода от производства дополнительных панелей должны быть более компенсированы путем экономии углерода при использовании проточной батареи. То же касается и стоимости. Солнечные панели уже не так дороги, поэтому даже если нам нужно на 15% больше панелей, увеличение цены должно быть меньше, чем экономия затрат на проточную батарею.
Будущее солнечной энергетики еще впереди / Фото Unsplash
Читайте на сайте Химический анализ раскрыл секрет скрипок Страдивари, не дававший мастерам покоя веками
Солнечная энергия уже самая дешевая и одна из самых низких углеродных форм энергии, которую мы имеем. Итак, окислительно-восстановительные аккумуляторы выведут солнечную энергетику на другой уровень доступности и постоянства, что является фантастическим, поскольку это то, что нам нужно, чтобы спасти мир от климатической катастрофы. Нам нужно, чтобы каждая страна как можно скорее перешла на высокоустойчивую энергетику,
– отмечает журналист.
Поэтому уже в ближайшем будущем проточные аккумуляторы в сочетании с солнечными панелями могут завоевать мир энергетики и вывести нас на новый уровень. Возможно, нам действительно стоит больше внимания уделять не термоядерной энергии, а реализации существующих рабочих решений, ведь у нас уже есть технология, которая может превратить нас в углеродно-нейтральный, дружественный к планете вид.