Молекула хінона, майже повний аналог якого міститься в ревені, може значно просунути «зелену» енергетику.
Дослідникам вдалося використовувати цю речовину у високопродуктивному акумуляторі проточного типу. Якщо такий акумулятор вдасться оптимізувати і відтворити в більшому масштабі, споживачі відновлюваної енергії зможуть спати спокійно навіть у безвітряну і похмуру погоду.
Відновлювальні джерела енергії - актуальні, сьогодні їх внесок у новопроваджувані потужності досягає 7%. Багатьом експертам хотілося б, щоб ця цифра зростала і відповідно знижувався викид в атмосферу продуктів згоряння викопного палива. Але для споживача залежати від енергії вітру і сонця більш ніж на одну п'яту споживаного обсягу ризиковано: тримати резервні генеруючі і накопичувальні пристрої на випадок похмурої і безвітряної погоди поки занадто дорого і складно.
Тому активно розвиваються технології, що дозволяють накопичувати надлишок енергії з відновлюваних джерел на майбутнє. Наприклад, у гористих регіонах з її допомогою часто просто закачують воду в гору, щоб при необхідності спускати через гідростанції. Однак для рівнин такий метод не підходить. Запасати ж енергію в традиційних батареях-акумуляторах дорого і неоднозначно в плані навантаження на навколишнє середовище.
Як альтернативу звичайним енергетики розглядають акумулятори проточного типу. У проточному акумуляторі енергія виробляється за рахунок взаємодії двох рідких компонентів, розділених мембраною. Запаси компонентів зберігаються в окремих ємностях і прокачуються через паливну комірку за допомогою насоса. Розчини іонів ванадію поки лідирують як компоненти такої батареї; наприклад, в Японії наступного року завершиться пілотний проект з використання проточного ванадієвого акумулятора в енергомережі. Але ванадій доріг, для виробництва однієї кіловат-години таким способом його потрібно на 81 долар, а з урахуванням вартості інших компонентів батареї ціна кіловат-години варіює в межах від 350 до 700 доларів, в той час як економічно доцільна ціна, за оцінкою Міністерства енергетики США, становить близько 100 доларів за кіловат-годину.
Щоб наблизитися до цього показника, група розробників під керівництвом Майкла Азіза, фізика з Гарвардського університету, пропонує використовувати хінони - органічні речовини, які відомі своєю високою здатністю захоплювати і вивільняти електрони (це головна властивість, яку шукає енергетика в матеріалах для акумуляторів). Крім того, вони в достатку містяться в рослинах і навіть в рослинній олії, тому потенційно доступні і недороги. Азіз повідомив, що його студенти, які тестували різні різновиди хінонів в якості реагентів для проточних батарей, отримали дуже обнадійливі результати. Далі, об'єднавшись з групою гарвардських хіміків-теоретиків, дослідники змогли розрахувати необхідні властивості для більш ніж 10 000 різних хінонів. Оптимальним виявився хінон (антрахінон), аналогічний за структурою з'єднання, що міститься в звичайному ревені, і група Азіза випробувала його як компонент проточної батареї.
В одну ємність помістили електроліт на основі обраного хінона, в іншу - бром Br2, в звичайних умовах рідкий. Щоб отримати електрику, ці рідини прокачували через комірку з вугільними електродами, розділену протонообмінною мембраною. В одній частині осередку відбувається перетворення гідрохінон/хінон, при цьому утворюються два електрони і два протони. Електрони йдуть у зовнішній ланцюг, а протони проходять крізь мембрану, і з'єднуються з атомом брому, утворюючи бромистий водень HBr. Щоб запасти енергію, рідину прокачують у протилежний бік.
У недавній публікації в мережевій версії журналу Nature Азіз і колеги стверджують, що перші дослідні зразки проточної батареї на антрахіноні не просто працюють, але і демонструють високу стабільність і продуктивність, будучи за собівартістю приблизно втричі дешевше ванадію. Це обіцяє значний економічний виграш.
Експерти з проточних акумуляторів, однак, відзначають, що бром - матеріал дуже їдкий і екологічно небезпечний, так що якщо врахувати в собівартості витрати на утилізацію нових батарей, вона може виявитися значно вище. Але Азіз вважає, що його групі вдасться замінити бром більш «зеленим» органічним компонентом; ці пошуки зараз ведуться. У разі успіху нова батарея дозволить значно збільшити частку відновлювальних джерел в енергомережах.
За матеріалами: NatureІлюстрації
: http://aziz.seas.harvard.edu/electrochemistry#flow-batt