Для этого долгую фрезеровку графита при производстве пластин проточных полей ученые заменили лазерной обработкой тонких пластин

Химики из России разработали новый тип батарей, которые вырабатывают ток в результате взаимодействий двух жидкостей. Они проще в конструкции и дешевле своих аналогов, пишет пресс-служба РХТУ имени Д. И. Менделеева. Результаты работы опубликовал научный журнал ChemPlusChem.

"Проточные батареи, с одной стороны, уже активно внедряют в энергосети Китая, Германии и других стран, а с другой их продолжают разрабатывать и дорабатывать в лабораториях. Мы предложили совершенно новую конструкцию ячейки мембранно-электродных блоков у проточных батарей, которая облегчит труд исследователя и сильно снизит порог входа новых научных групп в эту область", - рассказал один из авторов работы, научный сотрудник Института проблем химической физики РАН Дмитрий Конев.

Проточные батареи - это относительно новый способ хранения электрической энергии. Ее извлекают благодаря химическим реакциям между двумя растворами химических веществ. Как правило, проточные батареи состоят из двух емкостей, насосов, электродов и специальной мембраны, благодаря которой вещества из обоих растворов обмениваются носителями заряда, но не перетекают в соседнюю емкость.

В этом отношении проточные батареи похожи на топливные элементы. Энергию из последних извлекают похожим образом, однако проточные батареи можно перезаряжать и использовать много раз без потерь электролита и реагирующих веществ. Подобные батареи значительно более долговечны, чем их "твердые" литиевые аналоги, однако изготавливать их достаточно сложно и дорого. Кроме того, они относительно медленно заряжаются.

Лазерная "гравировка" батарей

Ученые из РХТУ, ИПХФ РАН, МФТИ и Института физической химии и электрохимии РАН нашли способ значительно удешевить и упростить производство самой сложной и важной части этих батарей - мембранно-электродных блоков.

Схематическое изображение ванадиевой проточной батареи
© Pichugov R. et al.

Они представляют собой многослойные структуры, состоящие из полупроницаемой мембраны, листов графита и металлических электродов, через которые пропускаются электролиты с взаимодействующими химическими веществами. Особенно важная часть такого "сэндвича" - пластины проточных полей, по которым электролиты поступают к электродам.

Схема мембранно-электронного блока
© Pichugov R. et al.

Как правило, структура и форма всех компонентов мембранно-электродных блоков подбирают таким образом, чтобы максимизировать взаимодействие электролитов и извлечь из реакций между ними максимум энергии. Ученые объясняют, что проточные поля фрезеруются в твердых графитовых пластинках, что занимает много времени. Российские исследователи предложили другой подход.

"Мы формируем проточные поля с помощью нескольких тонких слоев углеродных материалов: в них лазером вырезаются нужные рисунки, а потом эти слои накладываются друг на друга, чтобы получилось требуемое поле, общая объемная картина. Процедура создания проточного поля занимает считанные минуты, что гораздо быстрее и дешевле, чем классическое фрезерование графита", - добавил первый автор работы, сотрудник РХТУ Роман Пичугов.

Работу этих батарей, как отметили исследователи, уже проверили на практике. Специалисты использовали электролиты на основе ванадия, которые уже применяют в китайских промышленных проточных батареях. Опыты показали, что новый тип подобных аккумуляторов не уступал в эффективности лучшим зарубежным аналогам. Это открывает большие перспективы для их применения, подытожили ученые.