 Новый аккумулятор, разработанный в Массачусетском технологическом институте, однажды может сыграть решающую роль в массивном расширении солнечной энергии, необходимой для смягчения последствий изменения климата. Разработанная для хранения энергии от электрической сети, батарея большой емкости состоит из расплавленных металлов, которые естественно отделяются с образованием двух слоев электродов по обе стороны от расплавленного электролита между ними. Тесты подтверждают, что жидкостные батареи работает эффективно, не теряя значительную мощность или механическую деградацию. Исследователи уже продемонстрировали простой и недорогой процесс для изготовления прототипов их батареи, и планы на будущее требуют полевых испытаний на малых электрических сетях, которые включают в себя периодические источники генерации, такие как солнце и ветер.
Возможность хранить большие объемы электроэнергии и доставить его позже, когда это необходимо, будет иметь решающее значение, если прерывистые возобновляемые источники энергии будут развернуты в масштабах, которые помогают сократить изменение климата в ближайшие десятилетия. Такое хранение также может сделать энергосистему более устойчивой и эффективной, позволяя операторам предоставлять быстрые поставки во время отключений и удовлетворения временных пиков спроса, не поддерживая дополнительные генерирующие мощности, которые являются дорогими и редко используется.
Исследователи обратились к процессу, который они хорошо знали - выплавка алюминия. Выплавка алюминия представляет собой огромный и недорогой процесс, проводимый в электрохимических ячейках, которые работают надежно в течение длительного периода и производят металл по очень низкой цене, потребляя большое количество электрической энергии. Был задан вопрос - можно ли запустить обратный процесс, возвращающий электроэнергию?
Последующее расследование привело к жидкометаллической батарее. Как и у обычного аккумулятора, у нее есть верхние и нижние электроды с электролитом между ними. Во время разгрузки и подзарядки положительно заряженные ионы металлов перемещаются из одного электрода к другому через электролит, а электроны совершают тот же путь через внешнюю цепь. В большинстве батарей, электроды, а иногда и электролит, являются твердыми. Но в аккумуляторе, разработанном исследователями, все три компонента являются жидкими. Из-за различий в плотности и несмешиваемости трех материалов, они, естественно, располагаются в трех отдельных слоях и остаются отдельными в ходе работы батареи.
Этот новый подход обеспечивает ряд преимуществ. Поскольку компоненты являются жидкими, перенос электрических зарядов и химических компонентов в пределах каждого компонента и от одного к другому является сверхбыстрым, обеспечивая быструю передачу больших токов в аккумулятор и из него. Когда аккумулятор разряжается, верхний слой расплавленного металла становится тоньше и нижний становится толще. Когда он заряжается, толщина меняется в обратную сторону. В то время как твердые электроды подвергаются растрескиванию и другим формам механической неисправности в течение долгого времени, жидкие электроды не ухудшаются при использовании.
Каждый раз, когда батарея заряжается, ионы из верхнего металла, которые были депонированы в нижнем слое, возвращаются в верхний слой, очищая электролит в процессе. Все три компонента восстанавливаются. Кроме того, поскольку компоненты, естественно, самостоятельно отделяются, нет необходимости в мембранах или сепараторах, которые подвергаются износу. Жидкостные батареи должны работать без потери мощности и не требовать технического обслуживания. И сам характер разделения жидких компонентов может способствовать более простому и менее дорогому производству по сравнению с обычными батареями.
|
