Дешевые протонные батареи конкурируют с литием по плотности энергии

Инженеры RMIT заявляют, что им удалось утроить плотность энергии дешевых перезаряжаемых протонно-поточных батарей, которые теперь могут конкурировать с коммерчески доступными литий-ионными батареями по емкости с удельной плотностью энергии 245 Втч/кг.

Это по сравнению с примерно 260 с лишним Втч/кг, вырабатываемыми литий-ионными батареями в нынешнем аккумуляторном блоке Tesla Model 3, но без использования лития, что позволяет избежать прогнозируемого дефицита лития, а также геополитически чувствительной зависимости от Китая в Китае. цепочка поставок аккумуляторов и всевозможные проблемы, связанные с окончанием срока службы.

Мы уже освещали работу этой конкретной команды раньше, еще в 2014 году, когда было объявлено о первом доказательстве концепции протонной проточной батареи на основе водорода.

По сути, это другой способ использования водорода для хранения энергии. Протонная батарея работает как обратимый топливный элемент: во время зарядки она принимает воду, расщепляет положительно заряженные ионы водорода и выделяет кислород.

На этом этапе большинство водородных систем позволяют этим ионам объединяться в газообразный H2, а затем расходуют энергию либо на его сжатие, либо на переохлаждение для сжижения, либо на дальнейшую переработку в аммиак. Вместо этого протонная батарея сохраняет протоны водорода непосредственно и немедленно в отверстиях твердого пористого электрода из активированного угля, пропитанного разбавленной кислотой. Разрядка аккумулятора заключается в добавлении кислорода, а энергия выделяется при образовании воды.

В своей последней статье исследователи RMIT изучили основы работы протонной батареи – главным образом, реакции на кислородной стороне – чтобы сформулировать и проверить некоторые идеи о том, как ее можно улучшить. Эти идеи, согласно статье, включали вакуумную сушку порошка активированного угля перед подготовкой электродов с целью удаления воды из материала, мягкий нагрев всей ячейки до 70 °C во время работы и замену кислородной стороны. газодиффузионный слой (ГДЛ) с гораздо более тонким листом волокна ГДЛ.

По их словам, преимущества были огромными: протонная батарея способна хранить почти в три раза больше энергии на вес, чем предыдущая, и «более чем в два раза превышает самый высокий уровень электрохимического хранения водорода с использованием кислого электролита, о котором ранее сообщалось в литературе». " При плотности 882 джоулей на грамм это примерно соответствует 245 Втч/кг, что соответствует показателям хороших коммерческих литиевых батарей, представленных в настоящее время на рынке.

Так каковы же будут преимущества протонной батареи, когда она станет коммерчески доступной? Что ж, это очень безопасный и стабильный способ транспортировки водорода, в отличие от газа под высоким давлением, постоянно кипящей криогенной жидкости или высокоедкого аммиака. Он должен работать долго и быстро заряжаться.

Это будет относительно дешево, поскольку вам не понадобится литий или какие-либо другие экзотические металлы, и эту вещь можно будет сделать, используя множество материалов и недорогое производство. Он также будет на 100% пригоден для вторичной переработки.

«Наша батарея имеет энергию на единицу массы, уже сравнимую с коммерчески доступными литий-ионными батареями, но при этом она намного безопаснее и лучше для планеты с точки зрения извлечения меньшего количества ресурсов из-под земли», — сказал ведущий исследователь и профессор RMIT Джон Эндрюс. в пресс-релизе.

«Наша батарея также потенциально способна заряжаться очень быстро», — продолжил он. «Основным ресурсом, используемым в нашей протонной батарее, является углерод, которого много, он доступен во всех странах и дешев по сравнению с ресурсами, необходимыми для других типов перезаряжаемых батарей, таких как как литий, кобальт и ванадий. При использовании протонной батареи также не возникает экологических проблем по окончании срока службы, поскольку все компоненты и материалы можно омолаживать, повторно использовать или перерабатывать».

КПД туда и обратно — определенная проблема для большинства водородных силовых агрегатов, где энергия эффективно выбрасывается во время электролиза, сжатия/охлаждения, хранения и в топливном элементе при преобразовании водорода обратно в электричество. Но здесь, похоже, дело не в этом. «Наша протонная батарея имеет гораздо меньшие потери, чем обычные водородные системы, что делает ее напрямую сопоставимой с литий-ионными батареями с точки зрения энергоэффективности», — сказал Эндрюс.