Добавка иодида позволила использовать четырёхэлектронную реакцию в оловянной батарее
Проточные аккумуляторы считаются одним из главных кандидатов для хранения энергии от солнечных и ветровых электростанций: их ёмкость можно наращивать за счёт объёма электролита. Главная проблема — относительно низкая плотность энергии. Учёные из Даляньского института химической физики Китайской академии наук нашли нестандартное решение: изменение электролита позволило задействовать четырёхэлектронную реакцию на оловянном электроде. Работа опубликована в Nature Chemistry (DOI: 10.1038/s41557-026-02275-7).
Проблема традиционных электролитов
В классических оловянно-бромных проточных аккумуляторах анод работает по двухэлектронной реакции Sn²⁺/Sn⁰. Теоретически можно использовать и реакцию Sn⁴⁺/Sn⁰ — она передаёт вдвое больше электронов на ион олова и потенциально удваивает ёмкость. Однако на практике эту реакцию долго считали неприемлемой из-за высокой реорганизационной энергии: олово резко меняет координационную сферу при переходе между степенями окисления, что замедляет кинетику и требует большого перенапряжения.
Новый электролит: смешанные галогениды
Исследовательские группы предложили добавить иодид в хлоридный раствор, создав смешанный электролит, содержащий хлорид-ионы Cl⁻ и иодид-ионы I⁻. В таком растворе четырёхвалентное олово образует комплекс SnI₆²⁻, в котором иодид-лиганды стабилизируют октаэдрическую геометрию металла. Это снижает реорганизационную энергию перехода Sn⁴⁺/Sn²⁺ и делает доступным полный четырёхэлектронный процесс.
Ключевые измеренные характеристики новой системы:
- Разность потенциалов окислительного и восстановительного пиков — всего 97 мВ (мера обратимости процесса);
- Энергетическая эффективность — 89% при плотности тока 40 мА/см²;
- Плотность энергии анолита — 205 Вт·ч/л, а объёмная электрическая ёмкость — 227 А·ч/л. Эти характеристики относятся к электролиту оловянной стороны, а не ко всему накопителю.
От лабораторной ячейки к масштабному стеку
Принципиально важно, что авторы продемонстрировали работоспособность системы не только в единичной лабораторной ячейке, но и в масштабном стеке с мощностью порядка киловатт. Установка проработала стабильно более 1000 часов. При этом лучшие показатели лабораторной ячейки нельзя автоматически приписывать масштабному стеку.
Использование четырёх электронов на ион олова повышает потенциальную ёмкость по сравнению с двухэлектронным процессом. Для практического накопителя важны также мембрана, перенос компонентов между электролитами и сохранение характеристик при длительном циклировании.
Читайте также: Наблюдение за защитными слоями помогло ускорить формирование аккумуляторов.
До коммерческого применения предстоит решить вопросы долгосрочной стабильности смешанного электролита в реальных условиях циклирования и оптимизировать стоимость производства ячеек. Тем не менее авторы показали, что управление составом электролита помогает сделать ранее затруднённую реакцию обратимой.
