Новые жидкостные батареи MIT решат сложный вопрос хранения электроэнергии

Ученые Массачусетского технологического института предложили улучшенную систему батарей, которая должна стать хорошей заменой традиционным системам хранения энергии в крупных масштабах

Ученые Массачусетского технологического института предложили улучшенную систему батарей, которая должна стать хорошей заменой традиционным системам хранения энергии в крупных масштабах. Дональд Сэдоуэй и его коллеги уже запускали компанию по производству жидких батарей масштаба электрической сети, в основе которых лежит процесс отделения расплавленных материалов из-за их неодинаковой плотности. Но на прошлой неделе в журнале Nature появилась новая статья, опубликованная Сэдоуэем, Кангли Вонг и Кай Цзян, наряду с семью коллегами, в которой ученые подобрали семь разных металлов для расплавленных слоев, используемых в батареях, ранее разработанных командой.

Сэдоуэй, профессор химии материаловедения, утверждает, что новая формула позволит батарее работать при температуре на 200 градусов Цельсия ниже, чем предыдущий вариант. В дополнение к более низкой рабочей температуре, которая должна упростить конструкцию батареи и продлить срок ее службы, новая итерация будет и дешевле.

Батарея использует два слоя расплавленного металла, разделенных по слоям расплавленной солью, которая действует в качестве электролита (слоя, сквозь который проходят заряженные частицы по мере зарядки или разрядки батареи). Поскольку у каждого из этих трех материалов разная плотность, они делятся на слои, словно масло на воде.

Оригинальная система, использующая магний для одного из электродов батареи и сурьмы для другого, работала при температуре 700 градусов Цельсия. С новой разработкой электроды из лития и смеси свинца и сурьмы позволят работать при температуре от 450 до 500 градусов.

Расширенное тестирование показало, что даже после 10 лет ежедневной зарядки и разрядки система должна сохранить порядка 85% первоначальной эффективности, что является ключевым фактором, привлекающим инвестиции со стороны энергопредприятий.

В настоящее время единственной широко используемой системой для предприятий, накапливающих электроэнергию, остается гидронакачка, когда вода закачивается в резервуар на высоте, когда имеется избыточная мощность, а затем стекает вниз через турбину для выработки электроэнергии, когда это необходимо. Такие системы могут использоваться в сочетании с нерегулярными источниками, например, ветряной и солнечной энергии, и с учетом колебаний спроса. Но из-за неизбежных потерь от трения в насосах и турбинах такие системы возвращают порядка 70% энергии.

Дональд Сэдоуэй

Сэдоуэй говорит, что новая система жидкостных батарей уже позволяет достичь той же эффективности в 70%, а дальше будет только лучше. И в отличие от гидросистемы с накачкой — которые возможны только в местах с избытком воды и со свободным стоком — жидкостные батареи могут быть размещены практически везде и в любых размерах.

«Суть в том, что нам не нужна гора и не нужно много воды, это дает нам массу преимуществ», — говорит Сэдоуэй.

Самым большим сюрпризом для исследователей стало то, что электрод на основе сурьмы и свинца работает очень хорошо. Они выяснили, что в то время, как сурьма может выдавать высокое рабочее напряжение, а свинец относительно низкую температуру плавления, смесь двух металлов позволяет снизить общую температуру плавления без снижения напряжения.

«Мы надеялись, что характеристики двух металлов будут нелинейными. То есть что рабочее напряжение не будет строго ополовинено. Они оказались нелинейными, но больше, чем мы ожидали: напряжение не упало. Это нас потрясло».

Помимо предоставления улучшенных материалов для системы батарей, ученые открыли совершенно новый спектр исследований. В дальнейшем команда будет продолжать пробовать комбинировать другие металлы, которые смогут обеспечить еще более низкую рабочую температуру, стоимость и повысят производительность системы. Жидкие металлы работают принципиально новым образом.

Роберт Меткалф, профессор инноваций в Университете Техаса, не принимавший участия в работе, сообщил Phys.org следующее:

«Интернет дал нам дешевый и чистый способ связи с использованием многих видов цифрового хранения. Аналогичным образом мы решим вопрос с дешевой и чистой энергией и с ее хранением. Энергоносители будут более доступными, эффективными, недорогими и смогут хранить больше и больше энергии».