ПРОТОЧНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ

FLOW-THROUGH BATTERIES

Kristina Frolova

student of the Orsk Institute of Humanities and technology (branch), Orenburg state University,

Russia, Orsk

Ilya Nechaev

student of the Orsk Institute of Humanities and technology (branch), Orenburg state University,

Russia, Orsk

Darya Shonina

student of the Orsk Institute of Humanities and technology (branch), Orenburg state University,

Russia, Orsk

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются проточные аккумуляторы как химический источник электрического тока будущего, их достоинства и недостатки.

ABSTRACT

The article discusses flow batteries as a chemical source of electric current of the future, their advantages and disadvantages.

Ключевые слова: проточные аккумуляторы; электролиты; электроды; ванадиевая соль.

Keywords: flow batteries; electrolytes; electrodes; vanadium salt.

Проточный аккумулятор – устройство для накопления электрической энергии нового типа, считающиеся аккумуляторами будущего, представляют собой устройства, находящиеся между стандартной батареей и топливным элементом. Они отличаются от традиционных аккумуляторов устройством. То есть, в проточном аккумуляторе энергия хранится в электролите, а в стандартном аккумуляторе – в материале электродов.

Механизм действия проточных аккумуляторов базируется на принципах, заложенных электрохимической технологией. За основу взято взаимодействии двух жидкостей-электродов. Данные жидкости «протекают» по замкнутому контуру, выполняя роль плюсового и минусового полюсов, из-за чего аккумуляторные батареи и получили название «проточные».

Проточные аккумуляторы имеют электролит, который является раствором солей металлов, и физически распределен по двум резервуарам, размер которых зависит от требуемой емкости аккумуляторов. Эти резервуары представляют собой анодную и катодную части электролита. Жидкий электролит пропускают через ядро, состоящее из положительного и отрицательного электродов, разделенных мембраной. Она не мешает электродам обмениваться ионной энергией, но и не допускает перемешивание топливной жидкости, которые циркулируют в собственном отдельном пространстве. Путем изменения площади мембраны есть возможность регулировать выходную мощность, что делает проточные аккумуляторы весьма гибкими и удобными. Мембрана – самая уязвимая часть проточного аккумулятора из-за того, что со временем она поддается коррозии, то есть, корродирует. Для замедления данного процесса к электролиту добавляют специальные примеси.

Рисунок 1. Принцип работы проточного аккумулятора

После прокачки электролита насосами в одном направлении возникает ионный обмен между катодом и анодом, что приводит к генерации электричества в ходе окислительно-восстановительных реакций. При необходимости зарядить аккумулятор электролит прокачивают в противоположную сторону. То есть, насосы пропускают электролит в ту или иную сторону в зависимости от того, какая стоит задача — зарядить или разрядить аккумулятор.

В качестве электролита используют раствор серной кислоты и ванадиевой соли, а электроды – графитовые двухполюсные пластины. Ванадий относится к тем немногим доступным активным веществам, которые способны держать коррозию под контролем. Его главный недостаток – стоимость (больше 60 долларов за килограмм оксида). В настоящее время продолжаются поиски более дешевого материала, который подобно ванадию способен пропускать лишь определенные ионы и оставаться химическим стойким.

Несомненным преимуществом является срок службы проточных аккумуляторов. Под действием двух мощных насосов они производят около 20 кВт•ч и больше, а количество жизненных циклов заряда/разряда доходит до 10000. Это сравнимо с 20 годами активного пользования аккумулятора. При том, КПД достигает 70-80%.

Только одна ячейка производит 1,15 – 1,55 В, и для получения требуемого значения напряжения они соединяются последовательно.

Проточные батареи имеют удельную энергоемкость, значение которой составляет приблизительно 40 Вт•ч/кг. Если сравнивать его со свинцово-кислотным аккумулятором такой же емкости, то проточный аккумулятор мощностью 20 кВт•ч будет иметь вес полутоны. При том срок службы проточного аккумулятора больше за счет его способности бездействовать в течение продолжительного времени без утраты заряда вне зависимости от чрезвычайных значений температур. Такой аккумулятор хорошо подходит для хранения электрической энергии в значительных количествах.

Главным отличием проточных аккумуляторов от стандартных является их конструкция. Стандартные батареи имеют единый корпус, где находятся производящие электроэнергию вещества и электроды, способствующие этой выработке энергии. Проточные же батареи имеют отдельный модуль, в котором энергия химических веществ преобразуется в электроэнергию, и отдельные резервуары, сохранявшие электроэнергию. Такая раздельная конструкция позволяет изменять значения мощности и емкости независимо друг от друга с помощью изменения площади мембраны и объема резервуаров, а также обеспечивает легкость в замене вышедших из строя составных элементов. Например, при коррозировании резервуара его можно быстро и просто заменить.  Также можно поступить и с насосом, и с разрядным блоком. Это является еще одним преимуществом проточных батарей.

Недостатком же проточных аккумуляторов является низкая плотность хранимой энергии. Это делает их менее выгодными, чем аккумуляторы с твердотельными электроактивными компонентами.

Список литературы:

1. http://electrik.info/main/news/1664-protochnye-akkumulyatory-ustroystvo-princip-raboty.html
2. https://postnauka.ru/faq/89594
3. https://best-energy.com.ua/support/battery/be-210-b