Tekančios baterijos: prašau užpilti man elektronus!
Vokietijos „Fraunhofer“ instituto mokslininkai atlieka rimtą plėtros darbą elektrinių baterijų srityje, alternatyviai klasikinėms. Taikant „Redox“ srauto technologiją, elektros energijos kaupimo procesas iš esmės skiriasi ...
Akumuliatoriai, į kuriuos įkraunamas skystis kaip kuras, pilami į automobilį su benzininiu arba dyzeliniu varikliu. Tai gali skambėti utopiškai, tačiau Jensui Noackui iš Fraunhoferio instituto Pfinztale, Vokietijoje, tai iš tikrųjų kasdienybė. Nuo 2007 m. Kūrėjų komanda, kurioje jis dalyvauja, tobulai plėtoja šią egzotišką įkraunamų baterijų formą. Tiesą sakant, srautinio arba vadinamojo srautinio redokso akumuliatoriaus idėja nėra sunki, o pirmasis patentas šioje srityje atsirado 1949 m. Kiekviena iš dviejų elementų erdvių, atskirta membrana (panaši į kuro elementus), sujungta su rezervuaru, kuriame yra specifinis elektrolitas. Dėl medžiagų polinkio chemiškai reaguoti tarpusavyje, protonai per membraną perkeliami iš vieno elektrolito į kitą, o elektronai nukreipiami per srovės vartotoją, sujungtą su dviem dalimis, dėl ko teka elektros srovė. Po tam tikro laiko dvi talpyklos nusausinamos ir pripildomos šviežio elektrolito, o panaudota „perdirbama“ įkrovimo stotelėse.
Nors visa tai atrodo puikiai, deja, vis dar yra daug kliūčių praktiškai naudoti šio tipo akumuliatorius automobiliuose. Vanadžio elektrolito redokso akumuliatoriaus energijos tankis yra tik 30 Wh vienam kilogramui, o tai yra maždaug toks pat kaip švino rūgšties akumuliatoriaus. Norint sukaupti tiek pat energijos, kiek ir šiuolaikiniame 16 kWh ličio jonų akumuliatoriuje, esant dabartiniam redokso technologijos lygiui, akumuliatoriui reikės 500 litrų elektrolito. Plius visi periferiniai įrenginiai, aišku, kurių tūris irgi gana didelis – narvas, reikalingas vieno kilovato galiai užtikrinti, kaip alaus dėžė.
Tokie parametrai netinka automobiliams, atsižvelgiant į tai, kad ličio jonų akumuliatorius kilogramui sukaupia keturis kartus daugiau energijos. Tačiau Jensas Noackas nusiteikęs optimistiškai, nes pokyčiai šioje srityje tik prasideda ir perspektyvos yra daug žadančios. Laboratorijoje vadinamosios vanadžio polisulfido bromido baterijos pasiekia 70 Wh energijos tankį kilogramui ir yra palyginamos su šiuo metu „Toyota Prius“ naudojamomis nikelio metalo hidrido baterijomis.
Tai sumažina reikiamą rezervuarų tūrį per pusę. Dėl palyginti paprastos ir nebrangios įkrovimo sistemos (du siurbliai pumpuoja naują elektrolitą, du išsiurbia panaudotą elektrolitą) sistemą galima įkrauti per dešimt minučių, kad būtų galima nuvažiuoti 100 km. Net tokios greito įkrovimo sistemos, kokios naudojamos „Tesla Roadster“, tarnauja šešis kartus ilgiau.
Šiuo atveju nenuostabu, kad į instituto tyrimus kreipėsi daugelis automobilių pramonės įmonių, o Badeno-Viurtembergo žemė plėtrai skyrė 1,5 mln. Tačiau automobilių technologijų etapui pasiekti dar prireiks laiko. „Tokio tipo akumuliatoriai gali labai gerai dirbti su stacionariomis elektros sistemomis, o mes jau gaminame eksperimentines stotis Bundesverui. Tačiau elektromobilių srityje ši technologija bus tinkama diegti maždaug po dešimties metų“, – sakė Noackas.
Egzotiškos medžiagos nereikalingos srautinėms redoksinėms baterijoms gaminti. Nereikia jokių brangių katalizatorių, tokių kaip platina, naudojama kuro elementuose, ar polimerų, tokių kaip ličio jonų baterijos. Didelę laboratorinių sistemų kainą, siekiančią 2000 eurų už kilovatą galios, lemia tik tai, kad jos yra vienetinės ir gaminamos rankomis.
Tuo tarpu instituto specialistai planuoja statyti nuosavą vėjo jėgainių parką, kuriame vyks įkrovimo procesas, tai yra elektrolito šalinimas. Esant redokso srautui, šis procesas yra efektyvesnis nei elektrolizuojant vandenį į vandenilį ir deguonį ir naudojant juos kuro elementuose – momentinės baterijos suteikia 75 procentus įkrovimui sunaudojamos elektros energijos.
Galime įsivaizduoti įkrovimo stoteles, kurios kartu su įprastu elektromobilių įkrovimu tarnauja kaip buferiai nuo didžiausios elektros sistemos apkrovos. Pavyzdžiui, šiandien daugybė vėjo jėgainių šiaurės Vokietijoje, nepaisant vėjo, turi būti išjungtos, nes priešingu atveju jos perkrautų tinklą.
Kalbant apie saugumą, čia nėra pavojaus. „Kai sumaišote du elektrolitus, atsiranda cheminis trumpasis jungimas, kuris atiduoda šilumą, o temperatūra pakyla iki 80 laipsnių, tačiau nieko daugiau neatsitinka. Žinoma, kai kurie skysčiai nėra saugūs, tačiau taip pat yra ir benzinas bei dyzelinas. Nepaisant srautinių redoksinių baterijų galimybių, Fraunhoferio instituto mokslininkai taip pat sunkiai dirba kurdami ličio jonų technologijas ...
tekstas: Aleksandras Blochas
„Redox“ srauto akumuliatorius
Redokso srauto baterija iš tikrųjų yra įprastos baterijos ir kuro elemento kryžius. Elektra teka dėl sąveikos tarp dviejų elektrolitų – vieno prijungto prie teigiamo elemento poliaus, o kito – su neigiamu. Šiuo atveju vienas duoda teigiamai įkrautus jonus (oksidacija), o kitas juos gauna (redukcija), taigi ir įrenginio pavadinimas. Kai pasiekiamas tam tikras prisotinimo lygis, reakcija sustoja, o įkrovimas susideda iš elektrolitų pakeitimo naujais. Darbuotojai atkuriami naudojant atvirkštinį procesą.
