Российский композит для промышленных ванадиевых аккумуляторов

Российские учёные синтезировали новый углеродный композитный материал для создания ванадиевых батарей, предназначенных для эффективного хранения больших объемов энергии. Биполярные пластины, сделанные из такого материала, устойчивы к коррозии, просты в производстве и использовании и могут существенно снизить стоимость «зеленой» электроэнергии для конечного потребителя. Исследование было опубликовано в журнале Materialstoday Communications.

Поскольку возобновляемая энергетика в существенной степени зависит от погоды и времени суток, для ее прорывного развития нужны мощные и доступные системы хранения энергии. Ванадиевая проточная батарея в настоящее время представляет собой наиболее перспективный тип перезаряжаемого химического источника тока для создания накопителей электроэнергии большого и среднего масштаба, необходимых для решения задач современной энергетики.

Проточный батарея – это электрическое устройство хранения энергии, представляющее собой нечто среднее между обычной батареей и топливным элементом. В них жидкий электролит прокачивается через ядро при помощи насосов.

Основной компонент такой батареи – металлическая биполярная пластина, в которой происходит преобразование энергии в электричество. Как правило, они делаются из графита, который обладает прекрасной электропроводностью и химической стабильностью, однако к его недостаткам можно отнести значительную проницаемость электролитами, что снижает эффективность и сокращает срок службы батареи, а также сложный технологический процесс обработки исходного сырья.

Группа ученых их Университета «МИСИС», Института проблем химической физики РАН, Сколтеха, РХТУ им. Д.И. Менделеева совместно со специалистами компании «ИнЭнерджи» предложили в качестве материала для изготовления биполярных пластин вместо мелкозернистого изотропного графита использовать высоконаполненный проводящими углеродными наполнителями карбонизированный эластомерный композит. Такой материал отличается высокой химической стойкостью и дает возможность регулировать электрические и механические свойства сделанной из него пластины.

Биполярные пластины были изготовлены с использованием углеродных волокон марки Toray T700, измельченного искусственного графита, и технического углерода марки N220. Окончательное формирование свойств осуществлялось путем нагрева в инертной среде до температуры 340 градусов Цельсия.

Общая объёмная доля углеродных наполнителей в полученных образцах составила 75% от общей массы. В том числе доля углеродных волокон до 12,25 процентов. С увеличением степени наполнения углеродными волокнами механические свойства полученного композиционного материала возрастают.

«Разработанный материал может стать отличной заменой для применяемых сегодня импортных углерод-композитных материалов биполярных пластин проточных батарей. Однако сначала требуется дождаться результатов ресурсных испытаний в реальных устройствах для подтверждения долгосрочной стабильности материала», - рассказал автор работы, эксперт Центра энергоэффективности Университета «МИСиС» к.ф-м.н Андрей Усенко.

Синтезированный российскими учеными композит имеет однородную структуру, обладает стойкостью к электролитам, и электропроводностью, достаточной для его использования в промышленных ванадиевых проточных батареях высокой мощности. При этом свойства материала делают возможным его использование для серийного производства биполярных пластин со сложной архитектурой.

Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда №19-79-00334.

edu.misis.ru