Пути к недорогому электрохимическому накоплению энергии: сравнение водных и неводных проточных батарей

Накопление энергии всё чаще рассматривается как ценный ресурс для электрических сетей, в которых значительную долю составляют непостоянные источники энергии, такие как ветроэнергетика, а в развивающихся странах — ненадёжные системы генерации и передачи электроэнергии. Однако потенциал батарей с точки зрения выполнения строгих требований к стоимости и долговечности для применения в энергосетях в значительной степени не оценён количественно. Мы исследуем электрохимические системы, способные экономически эффективно накапливать энергию в течение нескольких часов, и анализируем взаимосвязи между характеристиками технологической эффективности, факторами стоимости компонентов и ценой системы для разработанных и концептуальных водных и неводных батарей. Мы выявили потенциальные преимущества неводных проточных батарей по сравнению с батареями на основе водных электролитов; однако неводный подход сопряжён с новыми сложными ограничениями, включая растворимость активного материала в электролите. Для водных и неводных систем сформулированы требования, соответствующие экономически эффективному накоплению энергии. Характеристики проточных батарей сопоставлены с характеристиками водных и неводных закрытых, а также гибридных (полупроточных) батарей. Проточные батареи являются перспективной технологией для достижения этих сложных целевых показателей накопления энергии благодаря независимому масштабированию мощности и энергоёмкости, использованию доступных и обратимых реагентов, а также потенциально более простому производству по сравнению с уже освоенными закрытыми батареями, такими как свинцово-кислотные и литий-ионные.