Проточные батареи

Проточные батареи позволяют хранить активные материалы снаружи батареи и в случае необходимости эти вещества циркулируют через батарею. Первой батареей такого типа была цинк-хлорная батарея, в которой хлор хранился в отдельном цилиндре. Впервые она была использована в 1884 году Чарльзом Ренардом для питания дирижабля «Франция», который имел бортовой генератор хлора.

Технология была восстановлена в середине 1970-х.

Современные проточные батареи имеют обычно двухэлектролитную систему, в которой два электролита, выступающие как жидкие носители энергии, прокачиваются одновременно через две полуячейки реагирующей ячейки батареи, разделённых мембраной. Во время зарядки электрическая энергия создаёт химическое восстановление в одном электролите и окисление в другом. Тонкая ионнообменная мембрана между полуячейками препятствует смешиванию электролита, но позволяет ионам проходить через неё для осуществления окислительно-восстановительной реакции. Во время разряда химическая энергия из электролита высвобождается обратной реакцией и электрическое напряжение может быть снято с электродов. Во время использования электролит непрерывно прокачивается между реактором и хранилищем.

Высокомощные батареи создаются с помощью нескольких ячеек в биполярном соединении. Мощность системы ограничена и определяется размером и количеством электродов в наборе ячеек, поэтому большим преимуществом такой системы является возможность обеспечить огромную энергетическую вместимость, ограниченную только объёмом хранилища. Преимуществом температурного управления является использование электролита в качестве охлаждающей жидкости в процессе прокачивания через ячейку.

Приведённые факты являются очень привлекательными аргументами для выбора проточных батарей по сравнению с обычными вторичными ячейками. При той же мощности, проточные батареи могут хранить в пять раз больше энергии, чем обычные ячейки. Но эти же самые факты, представленные иным образом, могут привести нас к противоположному заключению. При тех же размерах, обычные ячейки обеспечивают в пять раз большую мощность и не имеют движущихся частей и потребляющего энергию насоса.

Цинк-бромовые батареи являются современным примером проточных батарей. Они основаны на реакции между двумя доступными химическими компонентами. Батарея состоит из цинкового отрицательного электрода и бромового положительного электрода, разделённых микропористым сепаратором. Водный раствор бромида цинка циркулирует через два отсека ячейки из двух отдельных резервуаров. Другой электролитный поток взаимодействует с положительным электродом с бромом. Хранилище с бромом не смешивается с водным раствором бромида цинка.

Батарея использует электроды, которые не могут принимать участие в реакции, но могут поддерживать её или быть катализаторами. В этой батаре нет циклических потерь, как в большинстве перезаряжаемых батарей, вызывающих разрушение электродов. Когда цинк-бромовая батарея полностью разряжена, весь металлический цинк с отрицательного электрода растворяется в электролите. Цинк оседает на электроде вновь при зарядке. В полностью разряженном состоянии эта батарея может находиться неопределённо долго.

Энергетическая плотность в три раза превышает свинцово-кислотные батареи, снижается из-за кулонной эффективности в диапазоне 60-75%. Существуют окислительно-восстановительные батареи как пример двухэлектродной проточной системы. Натриевая полисульфидная батарея Регенезиса является другим примером. Стоимость подобных систем чрезвычайно высока, из-за чего существует всего несколько работающих установок.