Ученые из Сколковского института науки и технологий разработали модель, которая может упростить разработку, производство и эксплуатацию ванадиевых проточных батарей, являющихся одной из альтернатив литий-ионным накопителям. Результаты исследования опубликованы в Journal of Power Sources.
Источник фото — ru.germanydissmannfuse.com
Как и в случае литий-ионных аккумуляторов, основными составляющими проточных батареей являются два электрода и электролит, то есть среда, обеспечивающая перенос ионов. Однако при этом химическая реакция происходит не на электродах, а в жидком электролите. «В практическом смысле отличие в том, что проточные накопители гораздо более тяжёлые и громоздкие, чем привычные аккумуляторы, поэтому для портативных устройств они не подходят. Зато выигрывают в ёмкости, долговечности и эксплуатационной гибкости — всё это ценно для накопления в масштабе энергосети. Кроме того, ванадиевые накопители быстро перезаряжаются, не пожароопасны и не зависят от импортного сырья. А сам ванадий ещё и легко перерабатывается», — цитирует Сколтех старшего научного сотрудника Центра энергетических технологий Михаила Пугача.
В отличие от литий-ионных накопителей, ванадиевые аккумуляторы могут сохранять почти неизменную емкость по прошествии большого количества циклов заряда-разряда, но лишь при отсутствии ошибок в разработке и эксплуатации. Избежать этих ошибок можно с помощью математической модели, разработанной учеными Сколтеха. Модель может помочь изготовителю аккумулятора подобрать оптимальные материалы, которые повысят его надежность и замедлят деградацию емкости. В свою очередь, компании, обслуживающей накопитель, модель может помочь с исправлением баланса состава электролита, который со временем нарушается.
В основе модели лежит подробное описание физических процессов в устройстве. Это позволяет достичь высокой точности предсказаний на основе лишь небольшого набора данных. «Физическая модель основана на модели, которую мы с коллегами опубликовали ранее по результатам моего диссертационного исследования в Сколтехе. В прежней модели нужна была детальная информация о свойствах мембраны, а новой этого не нужно, потому что мы встроили дополнительные коэффициенты, которые позволяют подстраивать модель под текущее состояние мембраны», — приводит Сколтех слова Пугача.
Результаты исследования могут найти применение при эксплуатации ванадиевых аккумуляторов, которые используются не только для балансировки ВИЭ, но и в качестве резервного источника питания дата-центров.
