Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
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 недорогую тестовую ячейку, напечатанную на 3D-принтере, которая может облегчить процесс разработки проточных батарей — инновационной технологии для хранения энергии из возобновляемых источников. Исследователи заметили, что результаты тестирования таких аккумуляторов в различных лабораториях часто существенно различаются, даже при использовании одинаковых конструкций, и предложили внедрить стандартизированные протоколы измерений для всей области.
Солнечная и ветровая энергетика зависят от климатических условий, поэтому для их широкого применения необходимы системы, способные накапливать значительные объёмы энергии и отдавать её по мере необходимости. На данный момент эту задачу в основном решают литий-ионные батареи, однако их массовое применение ограничено высокой стоимостью сырья, зависимостью от поставок лития и кобальта, а также риском возгорания органического электролита внутри аккумуляторов.
Одной из альтернатив являются проточные батареи. В отличие от традиционных аккумуляторов, где активные материалы находятся внутри одного корпуса, в таких системах энергия хранится в жидком электролите — растворе с веществами, способными участвовать в электрохимических реакциях. Электролит находится в отдельных резервуарах и перекачивается через блок элементов, где происходит заряд или разряд батареи.
Главным преимуществом проточных батарей является разделение мощности и ёмкости. В обычных аккумуляторах увеличение объёма запасаемой энергии обычно требует увеличения всей системы, что одновременно приводит к росту стоимости и мощности. В проточных батареях эти параметры могут изменяться независимо: для накопления большего объёма энергии достаточно увеличить размер резервуаров с электролитом, а для повышения мощности — добавить больше электрохимических ячеек.
Такая конструкция также делает проточные батареи более безопасными для крупных энергетических систем. Большинство вариантов используют водные электролиты, поэтому они не подвержены риску возгорания, характерному для литий-ионных аккумуляторов. Кроме того, некоторые проточные батареи уже функционируют более 20 лет, демонстрируя высокую долговечность.
Несколько крупных систем уже построены. В Китае установлены подключенные к энергосети проточные батареи гигаватт-часового масштаба — объёма, сопоставимого с суточным потреблением примерно 100 000 домов. В Швейцарии возводится система ёмкостью 2,1 гигаватт-часа для обеспечения центра обработки данных с искусственным интеллектом, которая после запуска станет крупнейшей проточной батареей в мире.
Тем не менее, развитие технологии тормозят не только поиски 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 различные результаты даже в одной лаборатории.
Позже исследователи выяснили, что эта проблема характерна не только для их группы. На конференции 2024 года они обсудили ситуацию с Фикиле Брушетт (Fikile Brushett), профессором химической инженерии MIT, и начали совместные исследования причин различий между экспериментами в разных лабораториях.
В результате учёные отправили свою обновлённую 3D-печатную тестовую ячейку нескольким ведущим научным группам по всему миру. Результаты показали значительные различия в производительности при тестировании фактически одной и той же конструкции. В следующем исследовании участвовали 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
ИсточникПоделись видео: