Слід зауважити, що переважно, коли мовиться про революційні акумулятори, це стосується розробок в лабораторії, або нових технологій, які на практиці не випробувані. Як розповідає 24 канал, часто це й зовсім фантастичні історії, про які ми вже писали раніше.
Не пропустіть Як захистити своє диджитал-я: корисні поради, щоб підвищити безпеку свого смартфона
Але проточні батареї, це дещо зовсім інше. Це реальність, яка вже поряд з нами, це технологія яка працює. Як розповідає журналіст Medium Вілл Локет, Форт Карсон, американська військова база, уклала контракт з Lockheed Martin на будівництво окислювально-відновлювальної проточної батареї ємністю 10 МВт/год для зберігання енергії своєї сонячної електростанції.
Окислювально-відновлювальна акумуляторна батарея "Gridstar"/ Фото Lockheed Martin
Але чому саме проточні батареї? А все тому, що вони мають практично пожиттєвий цикл, майже не піддаються деградації, володіють значною міцністю і майже на 100% придатна для вторинної переробки.
Як працюють проточні батареї
Проточні акумулятори – це тип електрохімічних елементів, який складається з двох хімічних компонентів, розчинених у рідині, розділених мембраною. Зарядка і розрядка акумуляторів відбувається шляхом перенесення іонів від одного компонента до іншого через мембрану.
Схематичний вигляд проточної акумуляторної батареї / Фото sciencedirect
Акумулятори накопичують електроенергію в резервуарах з рідким електролітом, який прокачується через електроди для вилучення електронів. Під час періоду зарядки фотоелектричні панелі, вітрогенератори або енергія з мережі використовується для забезпечення електронами для перезарядки електроліту. Електроліт зберігається в баку протягом усього періоду зберігання. У період розрядки рідкий електроліт прокачується через електроди для вилучення електронів і вироблення електроенергії.
Робота проточних батарей: дивіться відео
Чому проточні батареї кращі ніж літій-іонні акумулятори
Найбільшою перевагою проточних акумуляторів є можливість зберігання енергії у великих обсягах. Інтерес до проточних акумуляторів значно зріс зі збільшенням потреб у зберіганні відновлюваних джерел енергії. Акумулятори великої ємності, які мають гігантські баки з електролітом, здатні зберігати велику кількість електроенергії.
Підвищити ефективність таких батарей дуже просто – достатньо лише зробити більшими резервуар, а електролітичну рідину закачують в "комірковий стек", який містить сепаратор і електроди. Це створює потік над електродами, який забезпечує постійну напругу і дозволяє отримати велику ємність, враховуючи збільшення кількості електролітичної рідини.
Акумулятор можна ефективно адаптувати в залежності від ваших потреб, що дозволяє йому бути більш компактним і більш ефективним, щоб найкращим чином відповідати будь-якій роботі, яку він виконує.
До теми Нова технологія чипів здатна пропустити через себе весь земний інтернет за одну секунду
Більшість окислювально-відновних акумуляторів використовують ванадієву електролітичну рідину (відому як ванадієвий акумулятор або VFB). Поки ця рідина залишається чистою, вона може пройти мільйони життєвих циклів, не втрачаючи жодної своєї ємності. Це пояснюється тим, що процес відновлення і окислення (загальновідомий як редокс) не руйнує рідину і не призводить до утворення шкідливих осадів. Це різко контрастує з літій-іонними батареями, які можуть зробити лише кілька тисяч зарядів, перш ніж втратити значну ємність.
Крім того, ванадій є легкодоступним елементом у багатьох різних мінералах, які легко знайти. Решта батареї складається з однаково доступних матеріалів, що полегшує її збірку і переробку, на відміну від літій-іонних батарей, які потребують таких металів, як кобальт і марганець, щоб функціонувати.
Видобуток цих металів не лише завдає шкоди навколишньому середовищу, оскільки призводить до вимивання токсичних важких металів з шахт і спричиняє значну втрату середовища існування. Але переробка цих металів і збірка їх в батареї також вимагає багато енергії і руйнівних для планети викидів вуглекислого газу. Ці метали також дуже токсичні, що ускладнює їх переробку та утилізацію після закінчення терміну служби. В цілому, це означає, що окислювально-відновлювальні акумулятори є набагато кращими для навколишнього середовища.
Проточні батареї дешевші
Простота в поєднанні з легким доступом до матеріалів і простотою збірки робить окислювально-відновлювальні акумулятори неймовірно дешевими. Зараз літій-іонні батареї коштують в середньому 132 долари за кВт/год. Але окислювально-відновлювальні батареї можуть коштувати лише 25 доларів за кВт/год.
Але ця дешевизна стосується не лише одноразових покупок. Літій-іонні акумулятори служать лише від 10 до 20 років, як мережеві батареї. Після цього їх необхідно замінювати або розширювати, щоб компенсувати падіння ємності. Водночас окислювально-відновлювальні акумулятори повинні прослужити більше століття з мінімальним обслуговуванням, що робить їх експоненціально дешевшими в довгостроковій перспективі.
Стійкість проточних батарей вища
Нарешті, є питання безпеки. Літій-іонні батареї можуть спалахнути при перевантаженні або перегріванні. Це спричинило масові пожежі в усьому, від телефонів до електромобілів. Але окислювально-відновлювальна батарея не може загорітися. В ній немає нічого легкозаймистого, що робить її набагато безпечнішою. Це дозволяє розміщувати проточні батареї ближче до цивільного населення без будь-яких побоювань щодо безпеки, що також могло б підвищити ефективність електромережі шляхом скорочення відстаней між мережевими батареями і споживачами.
Головний мінус проточних батарей
Попри всі вищезазначені плюси, проточні батареї досі мають одну негативну рису, яка зупиняє від масштабного переходу на цю технологію. Це нижча ефективність у порівнянні з тими ж літій-іонними батареями, які віддають майже 100% енергії.
Окислювально-відновлювальні батареї мають ефективність лише до 85%. Це означає, що сонячна електростанція з окислювально-відновлювальним акумулятором повинна бути на 15% більшою, ніж з літій-іонним акумулятором, щоб мати однакову вихідну потужність.
Майбутнє за сонячною енергетикою
Може здатися, що таким чином широкий перехід на проточні батареї негативно вплине на екологію, адже він потребуватиме збільшення кількості сонячних панелей, що призведе і до збільшення вуглецевого сліду і до завдання шкоди життєво важливим місцевим екосистемам. Але це не обов'язково так і Вілл Локет розповідає чому.
Згідно з недавніми дослідженнями, ретельний відбір місця розташування та проєктування, сонячних електростанцій може дозволити використовувати їх у ролі природних заповідників і навіть сприяти збереженню біорізноманіття. Отже, збільшення сонячних електростанцій на 15% не є проблемою, якщо вони правильно спроєктовані. Крім того, викиди вуглецю від виробництва додаткових панелей повинні бути більш ніж компенсовані шляхом економії вуглецю при використанні проточної батареї. Те ж саме стосується і вартості. Сонячні панелі вже не такі дорогі, тому навіть якщо нам потрібно на 15% більше панелей, збільшення ціни повинно бути меншим, ніж економія витрат на проточну батарею.
Майбутнє сонячної енергетики ще попереду / Фото Unsplash
Читайте на сайті Хімічний аналіз розкрив секрет скрипок Страдіварі, який не давав майстрам спокою століттями
Сонячна енергія вже є найдешевшою і однією з найнижчих вуглецевих форм енергії, яку ми маємо. Отже, окислювально-відновлювальні акумулятори виведуть сонячну енергетику на інший рівень доступності та сталості, що є фантастичним, оскільки це те, що нам потрібно, щоб врятувати світ від кліматичної катастрофи. Нам потрібно, щоб кожна країна якомога швидше перейшла на високостійку енергетику,
– зазначає журналіст.
Саме тому вже в найближчому майбутньому проточні акумулятори у поєднанні із сонячними панелями можуть завоювати світ енергетики та вивести нас на новий рівень. Можливо нам і справді варто більше уваги приділяти не термоядерній енергії, а реалізації існуючих робочих рішень, адже у нас вже є технологія, яка може перетворити нас на вуглецево-нейтральний, дружній до планети вид.