Более эффективный способ найти более эффективную батарею

Основным препятствием при разработке надежных батарей, которые можно масштабировать для удовлетворения потребностей сети, неудивительно, является стоимость материалов, а также исследования, необходимые для поиска лучших материалов.

Схема ORFB, собранной из католита BTMAP-Fc и анолита BTMAP-Vi, включающего анионообменный мембранный сепаратор. Комбинации pH и анионов в фоновом электролите приведены в таблице под схемой. Поток электронов и ионов во время зарядки изображен сплошной линией, а эквивалентный поток во время процесса разряда изображен пунктирными линиями. Предоставлено: лаборатория Рамани.

В Вашингтонском университете в Сент-Луисе исследовательская группа в лаборатории Виджая Рамани, заслуженного профессора университета Ромы Б. и Раймонда Х. Витткоффов инженерной школы Маккелви, разработала способ определения того, какие материалы будут подходить в качестве Ключевой компонент любой проточной батареи с органическим окислительно-восстановительным процессом (ORFB) для хранения энергии в масштабе сети: электролит.

Исследование было опубликовано 20 августа в журнале. Труды Национальной академии наук (PNAS).

Батареи с органическим окислительно-восстановительным потоком (ORFB) недороги. Их конструкция делает их более дешевыми, чем литий-ионные батареи, на единицу хранимой электроэнергии, и они используют недорогие органические материалы для активных элементов батареи (катода и анода).

«В нашей системе мы используем виологен, который широко используется в качестве гербицида и стоит очень недорого», – сказала первый автор Критика Шарма, доктор философии. студент в лаборатории Рамани. «Если мы используем такие органические активные вещества, то главное решение:« В каком электролите мы растворим его, чтобы максимизировать эффективность батареи? », – сказала она.

Традиционно для ответа на этот вопрос требовалось много экспериментов и анализа методом проб и ошибок. Однако то, что обнаружила команда Рамани, может устранить большую часть этой работы: универсальный дескриптор, который указывает, какие электролиты лучше всего сочетаются с органическими активными веществами.

Исследовательская группа Рамани, состоящая из Шрихари Санкарасубраманиана и Хавьера Паррондо, помимо Шармы, изучила два активных вещества (катод из дихлорида ферроцена и анод из тетрахлорида пропилвиологена) и шесть электролитов (серная кислота; соляная кислота; метансульфоновая кислота; сульфат натрия; хлорид натрия и метансульфонат натрия) при нейтральном и кислом pH. Они обнаружили, что их универсальный дескриптор указывает на комбинации с наиболее дополняющими друг друга химическими и эксплуатационными характеристиками батареи – низкой поляризацией разряда и высоким напряжением холостого хода.

«Наш дескриптор, т.е. энергия реорганизации растворителя, позволил нам показать, что электролиты с низким pH и противоионами сульфоната метана или хлорида работают лучше всего», – сказал Санкарасубраманян, первый автор статьи и доцент кафедры химической инженерии Техасского университета в Сан-Антонио. . «Мы смогли предсказать это с помощью часа экспериментов в лаборатории вместо обычных дней или недель».

Хотя в документе показаны результаты для ограниченного числа комбинаций, Шарма сказал, что дескриптор можно обобщить, поскольку он основан на фундаментальной взаимосвязи между активными веществами и электролитами и коррелирует кинетические и транспортные свойства в системе.

Благодаря универсальному методу прогнозирования наилучших электролитов для данного органического активного вещества разработка новых технологий хранения станет более эффективной – и не в ближайшее время.

«Хранение энергии в масштабе сети необходимо для обеспечения стабильной сети, когда преобладают прерывистые солнечные и ветряные генераторы», – сказал Шарма. «Наш универсальный дескриптор может помочь ускорить разработку новых решений для хранения данных».