Китайские исследователи создали железо-ионную проточную батарею с ресурсом 6000 циклов, которая в 80 раз дешевле литиевых аналогов

Исследователи из Китайской академии наук разработали полностью железный проточный аккумуляторный электролит, который, согласно данным, выдерживает более 6000 циклов зарядки и разрядки без заметной деградации ёмкости. При этом стоимость используемых материалов примерно в 80 раз ниже по сравнению с литийсодержащими аналогами, утверждают разработчики.

Проточные аккумуляторы отличаются от традиционных твердотельных батарей тем, что энергия в них хранится в жидких электролитах, находящихся во внешних резервуарах. При необходимости зарядки или разрядки жидкость прокачивается через электрохимическую ячейку. В такой архитектуре ёмкость системы зависит не от массы электродов, а от объёма резервуаров, что делает технологию особенно перспективной для крупномасштабного хранения энергии в энергосетях, где важнее стоимость хранения киловатт-часа, чем компактность.

Ключевым достижением китайских исследователей стала новая формула железосодержащего электролита, которая решает давнюю проблему всех железных проточных батарей. Речь идёт о побочной реакции на отрицательном электроде, при которой выделяется водород, постепенно расходующий активный материал и ухудшающий долговечность системы. По заявлению исследовательской группы, новая химическая композиция подавляет этот процесс, что и позволило достичь показателя в 6000 циклов. При этом полноценная рецензируемая публикация результатов на момент появления информации ещё не была широко доступна, поэтому независимая проверка данных остаётся необходимой.

Заявленный разрыв в стоимости связан прежде всего с различием сырья. Карбонат лития, используемый в литий-ионных аккумуляторах, торгуется как сырьевой товар и за последние годы значительно колебался в цене, в диапазоне примерно от 7000 до 80000 долларов за тонну. В то же время сульфат железа, применяемый в железных проточных системах, является побочным промышленным продуктом и стоит значительно дешевле. Указанная разница в 80 раз относится именно к стоимости материалов на единицу запасаемой энергии, а не к полной стоимости готовой энергетической установки, которая включает насосы, мембраны и силовую электронику.

Отдельное значение имеет то, что исторически проточные системы на основе железа сталкивались с высоким уровнем дополнительных затрат на инфраструктуру, что частично нивелировало их ценовое преимущество. Если новая формула действительно снижает потребность в дорогих ионнообменных мембранах, это может существенно изменить экономику технологии. Однако если стандартные мембраны по-прежнему необходимы, итоговая экономия на уровне промышленных установок будет заметно меньше заявленного разрыва по стоимости сырья.

В настоящее время на рынке проточных батарей доминируют ванадиевые редокс-системы, которые уже используются в Китае, Европе и США в проектах накопления энергии мощностью в сотни мегаватт-часов. Их развитие ограничено высокой стоимостью ванадия и проблемами с поставками. Поэтому интерес к железным альтернативам сохраняется на протяжении многих лет, однако ранее они страдали от той самой проблемы выделения водорода, которую теперь, как утверждается, удалось решить.

Параллельно в энергетике активно распространяются литий-железо-фосфатные аккумуляторы, которые стали стандартом для сетевых накопителей благодаря снижению цен и устойчивости к большому числу циклов, обычно от 3000 до 6000 при глубине разряда около 80 процентов. В этом контексте железные проточные батареи могут претендовать на роль решения для длительного хранения энергии, включая многосуточные режимы, где плотность энергии литиевых систем не играет ключевой роли.

Тем не менее путь от лабораторного образца до промышленного внедрения остаётся сложным. На масштабах киловатт и особенно мегаватт могут проявляться эффекты, которые не видны в ячейках, включая паразитные токи, сложности теплового управления и загрязнение мембран. На данный момент о коммерческих партнёрах или планах пилотного развертывания не сообщается, а значит, технология находится на ранней стадии проверки масштабируемости.

Несмотря на это, сама идея использования железа как основы для проточных систем остаётся экономически привлекательной, поскольку сырьевой фактор задаёт потенциально более низкий «ценовой потолок» по сравнению с литиевыми технологиями.

В целом разработка может стать одним из направлений, способных изменить баланс технологий накопления энергии, если заявленные характеристики подтвердятся в независимых испытаниях и на более крупных установках.