Ученые из Южнокалифорнийского университета разработали конструкцию батареи на базе воды и дешевых, нетоксичных органических компонентов. Ее предполагается использовать на солнечных и ветроэлектростанциях в целях аккумулирования излишков производимой энергии и обеспечения равномерности функционирования энергосети.
«Эти батареи выдерживают около 5000 циклов перезарядки, что соответствует 15-летнему сроку эксплуатации, — говорит Шри Нарайян, профессор химии. — Литий-ионные батареи деградируют после примерно тысячи циклов и в 10 раз дороже в производстве».
Проточная окислительно-восстановительная (редокс) батарея по принципу действия аналогична топливным элементам. Она состоит из двух резервуаров электроактивных материалов, растворенных в воде, и ячейки с электродами и мембраной, разделяющей две прокачиваемые через нее жидкости.
К достоинствам такого строения батареи относят разделение мощности и энергии. От размеров резервуаров зависит общая энергоемкость устройства, причем их можно увеличивать без принципиальных ограничений. Центральную ячейку можно модифицировать так, чтобы энергия высвобождалась быстрее или медленнее, то есть она определяет генерируемую системой мощность.
В качестве электроактивных материалов в прежних вариантах батарей использовали металлы или токсичные химикаты. Авторы поставили перед собой цель найти подходящие органические вещества, растворимые в воде. Такие компоненты были бы дешевы и оказывали минимальное воздействие на окружающую среду.
Комбинируя методы проб и ошибок и молекулярного дизайна они выяснили, что поставленным условиям удовлетворяют некоторые природные хиноны — окисленные органические соединения. Они встречаются в растениях, грибах, бактериях и некоторых животных и вовлечены в процессы фотосинтеза и клеточного дыхания.
Сейчас требующиеся для батарей хиноны получают из природных углеводородов, однако в будущем, как указывает Нарайан, имеется возможность организовать их синтез из углекислого газа.
Его команда защитила конструкцию батареи несколькими патентами и планирует приступить в созданию крупномасштабного прототипа.
