Дом на батарейках: молекулы, которые будут служить вам долго
Проточные аккумуляторы — предмет, не слишком интересный широкому кругу читателей, но о них отлично знают те, кто увлечен экологическим образом жизни и использует в своем жилище альтернативные источники энергии — например, солнечный свет или ветер. Дело в том, что энергия сил природы, как правило, не бывает доступна 24 часа в сутки, и ее приходится запасать впрок. Обычные аккумуляторные батареи для этой задачи не слишком пригодны, поскольку их емкость жестко связана с размером.
Тут-то и приходят на помощь проточные аккумуляторы. Как и в обычном аккумуляторе, в проточном есть электроды, на которых химическая энергия превращается в электричество, и электролит, транспортирующий заряды между электродами. Однако в отличие от привычных нам батарей электролит и электроды не находятся в постоянном контакте друг с другом. Химические агенты хранятся в баках и лишь протекают между электродами, генерируя электричество. При зарядке процесс идет в обратном направлении. Емкость такого аккумулятора определяется исключительно емкостью бака: именно там хранится химическая энергия, которой суждено при необходимости превратиться в электричество.
В первоначальном варианте дизайна проточных аккумуляторов в качестве добавки к электролиту использовался ванадий — металл редкий и дорогой. Химики предложили заменить традиционной электролит органикой: хинон способен легко переходить в гидрохинон, и при этих переходах запасать или отдавать электрическую энергию. Однако такая система имела серьезный недостаток: электролит выдерживал очень мало зарядных циклов, поскольку быстро изнашивался. Несмотря на сравнительную дешевизну хинона, нестойкость электролита препятствовала коммерческому использованию этой технологии.
Эту проблему и взялся разрешить Майкл Азиз и его коллеги из Гарварда. Недавно химики сообщили о том, что решение найдено . Оно пришло в виде особой «дизайнерской» молекулы хинона. Наряду с длинным химическим названием молекула получила кличку «Мафусаил», и она ее заслужила: скорость деградации нового электролита не превышает 3% в год. Прежние батареи теряли те же три процента уже через сутки работы. Такой скачок в долговечности делает хиноновые проточные батареи вполне привлекательными для промышленных производителей и пользователей.
Одна проблема, впрочем, остается нерешенной: в качестве второго электролита в современных проточных аккумуляторах используется бром и тетрабромат — коррозийно-опасные вещества. Тем не менее, гарвардские химики полны оптимизма и предполагают, что их подход поможет преодолеть и эту трудность: возможно, второй электролит тоже удастся заменить «дизайнерским» хиноном. Для альтернативной энергетики это будет важным технологическим прорывом.
