Ванадиевые проточные аккумуляторы
На схеме: принцип работы ванадиевого проточного аккумулятора (LE System).
Ванадиевым проточным аккумуляторам сейчас пророчат большое будущее. Они могут работать десятки лет без потери емкости, безопасны и сравнительно дешевы. На этапе производства такой аккумулятор обходится значительно дороже, чем литиевый, но из-за долговечности он в итоге получается выгоднее.
Те самые четыре степени окисления ванадия. Они все разного цвета. Видео Университета Огайо.
Правда, из-за больших размеров ванадиевые батареи вряд ли получится использовать в электрокарах и тем более смартфонах или ноутбуках. Но там, где размер значения не имеет, например в электросетях, они вполне могут дать фору литий-ионным накопителям.
Вообще, проточные аккумуляторы можно делать и на основе других металлов, но ванадий пока считается наиболее подходящим вариантом. Он обладает уникальным свойством — может находиться в четырех стабильных в водных растворах степенях окисления, образуя положительно заряженные ионы от V2+ до V5+, то есть ионы, которым не хватает от двух до пяти электронов.
На сторонах ванадиевого аккумулятора находятся емкости с положительным и отрицательным электролитами. Эти электролиты, по сути, играют роль катода и анода, циркулируя через электрохимическую ячейку, где происходят окислительно-восстановительные реакции.
Оба электролита представляют собой раствор солей ванадия и серной кислоты. С той лишь разницей, что на минусовой стороне находится пара V2+/V3+, а на плюсовой — V4+/V5+.
Во время заряда батареи V3+ получает электрон и восстанавливается до V2+, а на другой стороне V4+, отдавая электрон, окисляется до V5+. Во время разряда все происходит наоборот.
Через мембрану в ячейке, поддерживая электронейтральность, перемещаются ионы водорода, а вместе с ними могут проходить и ионы ванадия. В ином случае это могло бы привести к загрязнению электролита. Но так как на обеих сторонах аккумулятора активным элементом является ванадий, никаких необратимых последствий такое перемещение не вызывает. В этом и заключается главное преимущество четырех стабильных степеней окисления.
Отличный комментарий!