Команда российских ученых представила интеллектуальный оптический сенсор для ванадиевых аккумуляторов. Об этом Науке Mail сообщила пресс-служба университета МИСИС.
Ванадиевые проточные аккумуляторы отличаются от классических. Энергия в них хранится в жидких электролитах — растворах солей, а не твердых электродах. Реакции окисления и восстановления происходят непосредственно в прокачиваемых растворах, а твердые элементы служат только для передачи тока и не участвуют в реакциях накопления энергии. Эти свойства позволяют независимо настраивать мощность и емкость аккумулятора — через размер ячеек и объем резервуаров, что открывает им дорогу к накоплению энергии в промышленных масштабах.
Российские ученые нашли способ отслеживать уровень заряда ванадиевых проточных аккумуляторов в реальном времени. Они разработали фотонный сенсор, который анализирует параметры электролита с помощью встроенного искусственного интеллекта. Устройство корректирует режим работы батареи и предотвращает ее преждевременный износ. Разработка повысит надежность аварийных источников питания и систем накопления энергии для солнечных и ветровых электростанций.
В ванадиевых аккумуляторах невозможно с высокой точностью подсчитать, сколько осталось заряда. Традиционные методы, такие как кулонометрия или измерение напряжения в разомкнутой цепи, могут накапливать погрешности с каждым циклом заряда и разряда ячейки. От этого снижается эффективность работы аккумулятора: со временем искажается реальный уровень заряда, что, в свою очередь, может привести к износу батареи и сокращению ее срока службы.
Уникальная сенсорная платформа в реальном времени измеряет показатель преломления электролита. Через микрофлюидные каналы жидкость поступает на наночип, где фотонный резонатор фиксирует спектральные изменения, связанные с концентрацией ионов ванадия. Полученные данные обрабатывает нейросетевая модель, которая не только точно прогнозирует уровень заряда, но и анализирует общее состояние аккумулятора. На основе анализа ИИ корректирует режим работы, предотвращая преждевременный износ.
Текущая версия датчика прогнозирует заряд на 15+ рабочих циклов. В будущем ученые планируют встраивать сенсоры прямо в аккумулятор, отказавшись от микрофлюидных каналов. Это удешевит технологию и ускорит ее коммерциализацию.
Участие в разработке приняли сотрудники НИТУ МИСИС, Сколковского института науки и технологий (Сколтех), Высшей школы экономики, Национального медицинского исследовательского центра акушерства, гинекологии и перинатологии имени В. И. Кулакова, Московского педагогического государственного университета и Института общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова РАН.
Работа поддержана грантами Минобрнауки России и Российского научного фонда. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Energy Storage (Q1).
Ранее Наука Mail писала об отечественной технологии, которая продлевает срок службы солнечных батарей.
