Технология 137-летней давности может перевернуть рынок батарей: как она работает

Литий-ионные аккумуляторы уже много лет лидируют практически во всех отраслях, где нужен запас энергии, пишет Interestingengineering. Но, им на смену, по крайней мере в сегменте промышленных предприятий или домовладений, может прийти старая технология, про которую когда-то все забыли, но теперь она получила второй шанс.

Речь идет о цинк-бромных батареях, технологию которых запатентовал в далеком 1885 году некий житель Нью-Йорка К. С. Брэдли. Тогда электрификация только набирала обороты и большие мощные аккумуляторы никого особо не интересовали. Идея, как говорится, "не взлетела".

А она очень хороша с учетом современных реалий. Ведь недостаточно просто получить энергию Солнца или ветра, нужно еще где-то ее хранить на случай, когда будет пасмурно или безветренно. Для этого нужны большие и мощные аккумуляторы и на эту роль литий-ионные или любые другие батареи на основе лития подходят плохо. Они дороги, они взрывоопасны и они не экологичны (при всем акценте на "зеленую энергетику" процесс добычи лития требует расхода в почти 2 тыс. кубометров воды для производства метрической тонны).

Как работает цинк-бромная батарея

Австралийские компании Gelion и Redflow представили свою цинк-бромную батарею Endure, которая стала усовершенствованием их модели ZBM3.

Цинк-бромные батареи являют собой разновидность проточных окислительно-восстановительных батарей или RFB. Как и любой аккумулятор, эти батареи содержат катод, анод и сепаратор. Главный нюанс — использование резервуаров, заполненных жидким электролитом с обеих сторон батареи: один для католита и один для анолита вместо твердых компонентов, как в случае с литий-ионными батареями. Каждая сторона содержит химическое вещество в разной степени окисления.

Когда цинк-бромная батарея разряжается, то химическая энергия преобразуется в электрическую путем восстановления-окисления. По мере зарядки аккумулятора этот процесс происходит в обратном порядке. Из-за своей достаточно большой структуры такие батареи не подходят для мелкой техники или даже электромобилей. Но они прекрасно послужат в доме, офисе или на предприятии, ведь блоки таких батареи очень хорошо масштабируются при необходимости, словно кубики.

Конечно, разработчики из Gelion и Redflow усовершенствовали базовую идею и оснастили свой аккумулятор пластиной, положительной по отношению к бромиду, и отрицательной по отношению к цинку, а так же разместили посередине слой геля в качестве электрода.

В чем преимущества цинк-бромных батарей

Во-первых, глубина разряда. В отличие от литий-ионных их можно постоянно разряжать "в ноль", а вот литий-ионный не рекомендуется разряжать меньше 20% — аккумулятор быстро начнет деградировать.

Во-вторых, безопасность. Цинк-бромные батареи более устойчивы к высоким температурам и не взрываются. Разработчики утверждают, что разогревали свою батарею до температуры 700 °C и она не взорвалась.

В-третьих, безопасность для человека. Хотя бром по-прежнему представляет опасность для здоровья людей в форме электролита из-за своей канцерогенной природы, тем не менее, медики утверждают, что скорость испарения брома из поврежденного аккумулятора слишком медленна, а сам он имеет настолько неприятный запах, что утечку брома можно быстро заметить. А вот другие типы батарей гораздо токсичнее и опасней для нашего здоровья.

И, конечно, стоит особо отметить стоимость хранения энергии в кВт-ч. В промышленных масштабах для литий-ионных или ванадиевых батарей она составляет от $46 до $52 за кВт-ч. Цинк-бромные обойдутся минимум втрое дешевле. Эксплуатация этих батарей так же не ударить по корпоративному бюджету, ведь их обслуживание будет как минимум на 25% дешевле за счет того, что, как утверждают в Gelion и Redflow, им не требуются системы кондиционирования и пожаротушения.

Для выпуска подобных батарей не придется полностью переделывать производственную линию. Их можно выпускать на тех же мощностях, что и привычные литий-ионные аккумуляторы или любые другие с небольшими корректировками.

Цикл заряда-разряда тоже бьет всех конкурентов. Если для литиевых-батарей он составляет в среднем 2 500, то для цинк-бромных в 2 раза больше. Экологичность так же не сравнить с литий-ионными или любыми другими. Начинку цинк-бромные батареи можно легко утилизировать в нефтегазовой промышленности, а корпус батарейки сравним по характеристикам с свинцово-кислотными собратьями и утилизируются похожим образом с приятным бонусом – в них нет серной кислоты.

Недостатки цинк-бромных аккумуляторов

Минусы — это большой размер и средняя плотность, в чем они значительно уступают литий-ионным аналогам. Но и предназначены они для использования в совсем другом сегменте.

Gelion и Redflow надеются, что обновленная и усовершенствованная 137-летняя технология, в которую они снова вдохнули жизнь, будет очень актуальна для Австралии и всего мира. Конечно, под рукой всегда есть литий-ионные батареи. Но почему бы не вспомнить старый рецепт? Тем более он безопаснее и выгодней.

Ранее Фокус писал, за счет чего Австралия собирается уничтожить монополию Китая и России на элементы для батарей.