Nowa chemia zwiększa trwałość baterii przepływowych na bazie bromu

Baterie przepływowe na bazie bromu od lat budzą zainteresowanie jako rozwiązanie dla długoterminowego magazynowania energii. Jednak ich szerokie zastosowanie ograniczały dotąd problemy z korozją elementów i wysokimi kosztami eksploatacji. Najnowsze badania zespołu z Dalian Institute of Chemical Physics Chińskiej Akademii Nauk wskazują na przełom w tej technologii.

Wyzwania związane z bromem w bateriach przepływowych

Baterie przepływowe wykorzystują reakcje chemiczne między jonami bromkowym a bromem pierwiastkowym. Brom jest łatwo dostępny i ma wysoką wartość elektrochemiczną, jednak podczas ładowania generowane są duże ilości reaktywnego bromu (Br₂), który powoduje korozję elementów baterii i ogranicza liczbę cykli ładowania. Dotychczas stosowane dodatki ograniczające korozję często prowadziły do rozwarstwienia elektrolitu i utrudniały zarządzanie systemem.

Nowe podejście: wychwytywanie bromu w reakcji dwu-elektronowej

Badacze pod kierunkiem prof. Xianfenga Li opracowali nową reakcję chemiczną, w której do elektrolitu dodano związki aminowe działające jako tzw. „scavengery” bromu. Podczas pracy baterii brom powstający w reakcji elektrochemicznej jest natychmiast przekształcany w związki aminowo-bromowe, co pozwala utrzymać stężenie wolnego Br₂ na bardzo niskim poziomie (około 7 mM). Dzięki temu zrealizowano dwu-elektronowy transfer, zwiększając gęstość energii i jednocześnie minimalizując korozję.

Testy i efekty praktyczne

Nowa chemia została przetestowana w cynkowo-bromowych bateriach przepływowych w warunkach zbliżonych do rzeczywistych. Niskie stężenie wolnego bromu pozwoliło na zastosowanie taniej, niefluorowanej membrany jonowymiennej (SPEEK), co obniża koszty systemu. W teście na skalę 5 kW bateria pracowała stabilnie przez ponad 700 cykli przy gęstości prądu 40 mA/cm² i uzyskała sprawność energetyczną powyżej 78%. Nie wykryto korozji kluczowych komponentów przed ani po cyklach pracy.

Znaczenie dla rozwoju magazynowania energii

Nowa metoda może zmienić podejście do projektowania długowiecznych baterii przepływowych na bazie bromu. Umożliwia wykorzystanie tańszych materiałów, wydłuża żywotność urządzeń i zwiększa bezpieczeństwo eksploatacji.

Nasze badania dostarczają nowatorskiego podejścia do projektowania długowiecznych baterii przepływowych na bazie bromu i stanowią podstawę do dalszego rozwoju oraz wdrażania cynkowo-bromowych baterii przepływowych.

Źródło: ScienceDaily