Водоотталкивающая мембрана с нано-каналами обещает высокую эффективность хранения энергии

redox_flow_versuchsaufbauПроточный редокс-аккумулятор  считается возможной в будущем технологией для высокоэффективного хранения энергии. Ученым из Института интерактивных материалов Лейбница (DWI), технологического института Аахена, рейн-вестфальской высшей технической школы  Аахена и университета Ханьян  (Сеул) в настоящее время удалось существенно улучшить ключевые компоненты для разработки новых систем накопления энергии, сообщает DWI.

Проточные редокс-аккумуляторы накапливают электрическую энергию в виде электролитов. В ванадиевом проточном редокс-аккумуляторе используются, например, растворенные в серной кислоте ионы ванадия. Два накапливающие энергию электролита циркулируют по двум контурам, которые разделены мембраной. Емкость аккумулятора зависит от количества электролитов и может быть адаптирована к применению. Когда аккумулятор заряжен или разряжен, ионы ванадия в двух электролитах химически уменьшаются или окисляются, а протоны движутся одновременно через разделительную мембрану.

Мембрана играет ключевую роль: она должна с одной стороны разделить энергонакопительные электролиты в двух контурах друг от друга, с другой стороны, протоны должны иметь возможность проходить через мембрану. Разработка материала, который удовлетворял бы этим двум свойствам, представляет собой значительное препятствие на сегодняшний день, в частности, в отношении эффективного, коммерческого использования. Эталоном до сих пор считались мембраны из полимера Nafion. Они являются химически стабильными и позволяют протонам проходить, однако, имеют лишь ограниченную барьерную функцию для ионов ванадия. Химики по полимерам пытаются подавить ее путем изменения молекулярной структуры мембраны.

Исследователи из Аахена и Сеула выбрали совершенно иной подход. «Мы работаем с гидрофобной, то есть водоотталкивающей мембраной. Мембрана не набухает в воде и, следовательно, остается стабильной, «сказал профессор доктор технических наук Маттиас Весслинг, заместитель научного директора DWI и хозяин кафедры химического машиностроения RWTH. «Мы были очень приятно удивлены, когда обнаружили, что в гидрофобном материале образуются крошечные поры и каналы, по которым протоны могут проходить через мембрану легко и на высокой скорости, в то время как ионы ванадия задерживаются из-за их размера.» 

Каналы в ширину менее двух нанометров. Даже через неделю или 100 зарядок и разрядок мембрана оставалась непроницаемой для ионов электролита. «Таким образом, нам удалось достичь энергетической эффективности почти 99%, в зависимости от силы тока. Наша мембрана представляет собой реальный барьер для ванадия,» сказал Весслинг. Вне зависимости от силы тока, исследователи смогли достичь эффективности, по меньшей мере, 85 процентов в каждом конкретном случае. Обычные системы достигают максимум 76%. 

Ученые теперь планируют проведение дальнейших тестов с целью оптимизации новой мембраны для использования в поточном редокс-аккумуляторе и для проверки его стабильности в течение длительного времени. Если дело обстоит именно так, то гидрофобная мембрана могла бы чрезвычайно способствовать применению проточных редокс-аккумуляторов и подобных окислительно-восстановительных систем хранения энергии, подчеркивают исследователи.

Источник: http://www.solarserver.de/solar-magazin/nachrichten/aktuelles/2016/kw30/wasserabweisende-membran-mit-nano-kanaelen-verspricht-hocheffiziente-energiespeicherung.html

Написать нам