Литий-ионные аккумуляторы уже много лет лидируют практически во всех отраслях, где нужен запас энергии. Интересная инженерия. Но им на смену, по крайней мере, в сегменте промышленных предприятий или домовладений, может прийти новая технология.
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 особо никого не интересовали.
Но с учетом современных реалий цинк-бромные батареи будут пользоваться большим спросом. Ведь недостаточно просто получить энергию Солнца или ветра, нужно еще где-то ее хранить на случай, когда будет облачно или безветренно. Для этого нужны большие и мощные аккумуляторы, и на эту роль литий-ионные или другие батареи на основе лития подходят плохо. Они дороги, взрывоопасны и не экологичны (процесс добычи метрического тона лития требует расхода почти 2 тыс. кубометров воды для производства).
Как работает цинк-бромная батарея
Австралийские компании Gelion и Redflow обнаружени свою цинк-бромную батарею Endure, которая стала усовершенствованием их модели ZBM3.
Цинк-бромные батареи являются разновидностью проточных окислительно-восстановительных батарей или RFB. Как и любой аккумулятор, эти батареи содержат катод, анод и сепаратор. Главный нюанс — использование резервуаров, заполненных жидким электролитом по обе стороны батареи: один для католита и один для анолита вместо твердых компонентов, как в случае с литий-ионными батареями. Каждая сторона содержит химическое вещество разной степени окисления.
Когда цинк-бромная батарея разряжается, то химическая энергия превращается в электрическую путём восстановления-окисления. По мере зарядки аккумулятора процесс происходит в обратном порядке. Из-за своей достаточно большой структуры такие батареи не подходят для мелкой техники или даже электромобилей. Но они отлично подойдут для дома, офиса или на предприятие, ведь блоки таких батарей очень масштабируются при необходимости.
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 также разместили посередине слой геля как электрод.
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 менее 20% – аккумулятор быстро начнет деградировать.
Во-вторых, безопасность. Цинк-бромные батареи более устойчивы к высоким температурам и не взрываются. Разработчики утверждают, что батарею разогревали 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, однако 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 более токсичны и опасны для здоровья.
И, конечно, стоит 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 по меньшей мере втрое дешевле. Эксплуатация этих батарей также не ударит по корпоративному бюджету, ведь их обслуживание будет как минимум на 25% дешевле за счет того, что, как утверждают в Gelion и Redflow, им не нужны системы кондиционирования и пожаротушения.
Для выпуска таких батарей не придется полностью перерабатывать производственную линию. Их можно выпускать на тех же мощностях, что и привычные литий-ионные аккумуляторы или любые другие, с небольшими корректировками.
Цикл заряда-разряда также избивает всех конкурентов. Если для литиевых-батарей он составляет в среднем 2500 циклов, то для цинк-бромных показатель в 2 раза больше. Экологичность так же не сравнима с литий-ионными или любыми другими аккумуляторами. Начинку цинк-бромных батарей можно легко утилизировать в нефтегазовой промышленности, а корпус батарейки сравним по характеристикам со свинцово-кислотными собратьями, и утилизируется он схожим образом с приятным бонусом — в нем 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 упомянуть старый рецепт? Тем более, что он более безопасен и выгоден.
