Учёные Гарварда развивают технологию проточных аккумуляторов. Вдохновившись формулой витамина B2, они нашли совершенно новый класс высокопроизводительных органических молекул, которые могут быть основой безопасного способа хранения электричества, полученного от непостоянных источников, таких как солнечные панели и ветрогенераторы.
Предыдущим успехом команды была разработка мощной проточной батареи, в которой энергия сохраняется с помощью хинонов и жёлтой кровяной соли (ранее для этого использовались ионы ванадия, дорогого и токсичного металла). Это стало прорывом, обеспечившим высокоэффективным, негорючим, нетоксичным, не вызывающим коррозии и недорогим химическим веществом проект по созданию мощного и дешёвого устройства хранения электроэнергии.
Хотя и хиноны весьма перспективны, учёные продолжают искать и другие подходящие органические молекулы в погоне за ещё более высокой производительностью. Это сложная задача.
«Теперь, после рассмотрения около миллиона различных хинонов, мы разработали вещество нового класса для использования в качестве аккумуляторного электролита, что расширяет наши возможности, — говорит Кайсян Линь (Kaixiang Lin), первый автор публикации. — Его простой синтез означает, что оно должно быть технологично при производстве в большом количестве при очень низкой стоимости, что является важной целью этого проекта».
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Energy.
Проточный аккумулятор вырабатывает электроэнергию, пропуская электролит сквозь два электрода, разделённые мембраной. Электролит перетекает из одного отделения в другое, и вследствие электрохимических процессов батарея заряжается или разряжается.
Ключевым элементом технологии стали хиноны, органические молекулы, окислительные свойства которых проявляются в биохимических реакциях в организмах животных и растений.
В ходе последнего исследования команда черпала вдохновение в витамине B2 (рибофлавин), который помогает хранить в организме энергию, полученную из пищи. Ключевая разница между рибофлавином и хинонами в том, что атомы азота, а не атомы кислорода, участвуют в реакции и испускают электроны.
«Только пара изменений в исходной молекуле B2 — и эта новая группа молекул становится хорошим кандидатом для щелочной проточной батареи, — рассказывает Азиз. — Они имеют высокую стабильность и растворимость и обеспечивают высокое напряжение аккумулятора и ёмкость. Их очень легко производить, эти молекулы могут быть изготовлены в большом количестве при очень низкой стоимости».