Ροή μπαταριών: παρακαλώ ρίξτε ηλεκτρόνια για μένα!
Επιστήμονες από το Ινστιτούτο Fraunhofer της Γερμανίας εκτελούν σοβαρές αναπτυξιακές εργασίες στον τομέα των ηλεκτρικών μπαταριών, εναλλακτικά των κλασικών. Με την τεχνολογία ροής redox, η διαδικασία αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας είναι πραγματικά ριζικά διαφορετική ...
Οι μπαταρίες, οι οποίες φορτίζονται με υγρό ως καύσιμο, μεταφέρονται σε ένα αυτοκίνητο με κινητήρα βενζίνης ή ντίζελ. Μπορεί να ακούγεται ουτοπικό, αλλά για τον Jens Noack του Ινστιτούτου Fraunhofer στο Pfinztal της Γερμανίας, αυτή είναι στην πραγματικότητα καθημερινή ζωή. Από το 2007, η ομάδα ανάπτυξης στην οποία συμμετέχει αναπτύσσει αυτήν την εξωτική μορφή επαναφορτιζόμενης μπαταρίας σε πλήρη εξέλιξη. Στην πραγματικότητα, η ιδέα μιας επαναφορτιζόμενης ή επονομαζόμενης επαναφορτιζόμενης μπαταρίας δεν είναι δύσκολη και το πρώτο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας στον τομέα αυτό χρονολογείται από το 1949. Καθένας από τους δύο χώρους κυψέλης, διαχωρισμένος από μια μεμβράνη (παρόμοια με τα στοιχεία καυσίμου), συνδέεται με μια δεξαμενή που περιέχει έναν συγκεκριμένο ηλεκτρολύτη. Λόγω της τάσης των ουσιών να αντιδρούν χημικά μεταξύ τους, τα πρωτόνια κινούνται από τον έναν ηλεκτρολύτη στον άλλο μέσω της μεμβράνης και τα ηλεκτρόνια κατευθύνονται μέσω ενός καταναλωτή ρεύματος συνδεδεμένου στα δύο μέρη, ως αποτέλεσμα του οποίου ρέει ένα ηλεκτρικό ρεύμα. Μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, δύο δεξαμενές αποστραγγίζονται και γεμίζονται με φρέσκο ηλεκτρολύτη και η χρησιμοποιημένη "ανακυκλώνεται" στους σταθμούς φόρτισης.
Αν και όλα αυτά φαίνονται υπέροχα, δυστυχώς εξακολουθούν να υπάρχουν πολλά εμπόδια στην πρακτική χρήση αυτού του τύπου μπαταρίας στα αυτοκίνητα. Η ενεργειακή πυκνότητα μιας μπαταρίας οξειδοαναγωγής ηλεκτρολύτη βαναδίου είναι στην περιοχή μόνο 30 Wh ανά κιλό, η οποία είναι περίπου ίδια με αυτή μιας μπαταρίας μολύβδου οξέος. Για να αποθηκεύσετε την ίδια ποσότητα ενέργειας με μια σύγχρονη μπαταρία ιόντων λιθίου 16 kWh, στο σημερινό επίπεδο της τεχνολογίας οξειδοαναγωγής, η μπαταρία θα απαιτήσει 500 λίτρα ηλεκτρολύτη. Συν όλα τα περιφερειακά, φυσικά, ο όγκος των οποίων είναι επίσης αρκετά μεγάλος - ένα κλουβί απαραίτητο για την παροχή ισχύος ενός κιλοβάτ, όπως ένα κουτί μπύρας.
Τέτοιες παράμετροι δεν είναι κατάλληλες για αυτοκίνητα, δεδομένου ότι η μπαταρία ιόντων λιθίου αποθηκεύει τέσσερις φορές περισσότερη ενέργεια ανά κιλό. Ωστόσο, ο Jens Noack είναι αισιόδοξος, γιατί οι εξελίξεις σε αυτόν τον τομέα μόλις αρχίζουν και οι προοπτικές είναι ελπιδοφόρες. Στο εργαστήριο, οι λεγόμενες μπαταρίες βρωμιούχου πολυανθρακικού βαναδίου επιτυγχάνουν ενεργειακή πυκνότητα 70 Wh ανά κιλό και είναι συγκρίσιμες σε μέγεθος με τις μπαταρίες υδριδίου μετάλλου νικελίου που χρησιμοποιούνται σήμερα στο Toyota Prius.
Αυτό μειώνει τον απαιτούμενο όγκο δεξαμενών στο μισό. Χάρη σε ένα σχετικά απλό και φθηνό σύστημα φόρτισης (δύο αντλίες αντλούν νέο ηλεκτρολύτη, δύο απορροφημένοι χρησιμοποιημένοι ηλεκτρολύτες), το σύστημα μπορεί να φορτιστεί σε δέκα λεπτά για να παρέχει απόσταση 100 km. Ακόμα και συστήματα γρήγορης φόρτισης όπως αυτά που χρησιμοποιούνται στο Tesla Roadster διαρκούν έξι φορές περισσότερο.
Σε αυτή την περίπτωση, δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι πολλές αυτοκινητοβιομηχανίες στράφηκαν στην έρευνα του Ινστιτούτου και η πολιτεία της Βάδης-Βυρτεμβέργης διέθεσε 1,5 εκατομμύριο ευρώ για την ανάπτυξη. Ωστόσο, θα χρειαστεί ακόμα χρόνος για να φτάσουμε στη φάση της τεχνολογίας της αυτοκινητοβιομηχανίας. «Αυτός ο τύπος μπαταρίας μπορεί να λειτουργήσει πολύ καλά με σταθερά συστήματα ισχύος και ήδη κάνουμε πειραματικούς σταθμούς για την Bundeswehr. Ωστόσο, στον τομέα των ηλεκτρικών οχημάτων, αυτή η τεχνολογία θα είναι κατάλληλη για εφαρμογή σε περίπου δέκα χρόνια», δήλωσε ο Noack.
Δεν απαιτούνται εξωτικά υλικά για την παραγωγή συσσωρευτών redox. Δεν απαιτούνται ακριβοί καταλύτες όπως πλατίνα που χρησιμοποιούνται σε κυψέλες καυσίμου ή πολυμερή όπως μπαταρίες ιόντων λιθίου. Το υψηλό κόστος των εργαστηριακών συστημάτων, που φτάνει τα 2000 ευρώ ανά κιλοβάτ ισχύος, οφείλεται αποκλειστικά στο γεγονός ότι είναι μοναδικά και κατασκευάζονται με το χέρι.
Στο μεταξύ, οι ειδικοί του ινστιτούτου σχεδιάζουν να κατασκευάσουν το δικό τους αιολικό πάρκο, όπου θα γίνεται η διαδικασία φόρτισης, δηλαδή η διάθεση του ηλεκτρολύτη. Με τη ροή οξειδοαναγωγής, αυτή η διαδικασία είναι πιο αποτελεσματική από την ηλεκτρόλυση του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο και τη χρήση τους σε κυψέλες καυσίμου - οι στιγμιαίες μπαταρίες παρέχουν το 75 τοις εκατό της ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιείται για φόρτιση.
Μπορούμε να οραματιστούμε τους σταθμούς φόρτισης που, μαζί με τη συμβατική φόρτιση των ηλεκτρικών οχημάτων, λειτουργούν ως ρυθμιστές έναντι του μέγιστου φορτίου του συστήματος ισχύος. Σήμερα, για παράδειγμα, πολλές ανεμογεννήτριες στη βόρεια Γερμανία πρέπει να απενεργοποιηθούν παρά τον άνεμο, καθώς διαφορετικά θα υπερφορτώνουν το δίκτυο.
Όσον αφορά την ασφάλεια, δεν υπάρχει κίνδυνος. «Όταν αναμιγνύετε δύο ηλεκτρολύτες, εμφανίζεται ένα βραχυκύκλωμα χημικών που εκπέμπει θερμότητα και η θερμοκρασία αυξάνεται στους 80 βαθμούς, αλλά τίποτα άλλο δεν συμβαίνει. Φυσικά, τα υγρά από μόνα τους δεν είναι ασφαλή, αλλά ούτε και η βενζίνη και το ντίζελ. Παρά τις δυνατότητες των επαναφορτιζόμενων μπαταριών redox, οι ερευνητές του Ινστιτούτου Fraunhofer εργάζονται σκληρά στην ανάπτυξη τεχνολογίας ιόντων λιθίου ...
κείμενο: Αλέξανδρος Μπλοχ
Μπαταρία ροής Redox
Μια μπαταρία οξειδοαναγωγικής ροής είναι στην πραγματικότητα μια διασταύρωση μεταξύ μιας συμβατικής μπαταρίας και μιας κυψέλης καυσίμου. Η ηλεκτρική ενέργεια ρέει λόγω της αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο ηλεκτρολυτών - ο ένας συνδέεται με τον θετικό πόλο του στοιχείου και ο άλλος με τον αρνητικό. Σε αυτή την περίπτωση, ο ένας δίνει θετικά φορτισμένα ιόντα (οξείδωση) και ο άλλος τα λαμβάνει (αναγωγή), εξ ου και το όνομα της συσκευής. Όταν επιτευχθεί ένα ορισμένο επίπεδο κορεσμού, η αντίδραση σταματά και η φόρτιση συνίσταται στην αντικατάσταση των ηλεκτρολυτών με φρέσκους. Οι εργαζόμενοι αποκαθίστανται χρησιμοποιώντας την αντίστροφη διαδικασία.
