Οι μπαταρίες αέρα-αέρα παρέχουν αυτονομία μεγαλύτερη από 1 χιλιόμετρο. Ελάττωμα? Είναι μιας χρήσης.
περιεχόμενο
Πριν από λίγες μέρες, θίξαμε τον «εφευρετικό μηχανικό», «πατέρα οκτώ παιδιών», «βετεράνο του ναυτικού» που «εφηύρε μπαταρίες που χρησιμοποιούσαν αλουμίνιο και έναν μυστηριώδη ηλεκτρολύτη». Βρήκαμε την ανάπτυξη του θέματος όχι πολύ αξιόπιστη - χάρη και στην πηγή, την Daily Mail - αλλά το πρόβλημα πρέπει να συμπληρωθεί. Αν οι Βρετανοί είχαν να κάνουν με μπαταρίες αλουμινίου-αέρα, τότε... υπάρχουν πραγματικά και μπορούν πραγματικά να προσφέρουν αυτονομία χιλιάδων χιλιομέτρων.
Ο εφευρέτης, που η Daily Mail περιγράφει ως «πατέρα οκτώ παιδιών», παρουσιάστηκε ως κάποιος που έχει δημιουργήσει κάτι εντελώς νέο (έναν μη τοξικό ηλεκτρολύτη) και βρίσκεται ήδη σε συζητήσεις για να πουλήσει την ιδέα του. Εν τω μεταξύ, το θέμα των κυψελών αλουμινίου-αέρα έχει αναπτυχθεί εδώ και αρκετά χρόνια.
Ας τα πάρουμε όμως από την αρχή:
πίνακας περιεχομένων
- Μπαταρίες αέρα αλουμινίου - Live Fast, Die Young
- Tesla Model 3 Long Range με αυτονομία 1+ km; Μπορεί να γίνει
- Μπαταρίες αλουμινίου/αέρα Alcoa και Phinergy - ακόμα μιας χρήσης αλλά καλά μελετημένες
- Περίληψη ή γιατί ασκήσαμε κριτική στην Daily Mail
Οι μπαταρίες αλουμινίου-αέρα χρησιμοποιούν την αντίδραση αλουμινίου με μόρια οξυγόνου και νερού. Σε μια χημική αντίδραση (οι τύποι μπορούν να βρεθούν στη Wikipedia), σχηματίζεται υδροξείδιο του αργιλίου και τελικά το μέταλλο συνδέεται με το οξυγόνο για να σχηματίσει οξείδιο του αργιλίου. Η τάση πέφτει αρκετά γρήγορα, και όταν όλο το μέταλλο έχει αντιδράσει, το στοιχείο σταματά να λειτουργεί. Σε αντίθεση με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, Τα στοιχεία αέρα-αέρα δεν μπορούν να επαναφορτιστούν και να επαναχρησιμοποιηθούν..
Είναι μιας χρήσης.
Ναι, αυτό είναι ένα πρόβλημα, αλλά τα κελιά έχουν ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό: γιγαντιαία αποθηκευμένη ενεργειακή πυκνότητα σε σχέση με τη μάζα. Αυτό είναι 8 kWh/kg. Εν τω μεταξύ, το τρέχον επίπεδο των καλύτερων κυψελών ιόντων λιθίου είναι 0,3 kWh/kg.
Tesla Model 3 Long Range με αυτονομία 1+ km; Μπορεί να γίνει
Ας δούμε αυτούς τους αριθμούς: 0,3 kWh/kg για τις καλύτερες σύγχρονες κυψέλες λιθίου έναντι 8 kWh/kg για στοιχεία αλουμινίου - το λίθιο είναι σχεδόν 27 φορές χειρότερο! Ακόμα κι αν αναλογιστείτε ότι σε πειράματα, οι μπαταρίες αλουμινίου-αέρα έχουν επιτύχει πυκνότητα «μόνο» 1,3 kWh/kg (πηγή), αυτή εξακολουθεί να είναι περισσότερο από τέσσερις φορές καλύτερη από τις κυψέλες λιθίου!
Επομένως, δεν χρειάζεται να είστε εξαιρετικός υπολογιστής για να καταλάβετε τι με μια μπαταρία μεγάλης εμβέλειας Al-air Tesla Model 3, θα φτάσει σχεδόν το 1 km με μπαταρία αντί για τα σημερινά 730 km για ιόντα λιθίου. Αυτό δεν είναι πολύ λιγότερο από ό, τι από τη Βαρσοβία στη Ρώμη, και λιγότερο από ό, τι από τη Βαρσοβία στο Παρίσι, τη Γενεύη ή το Λονδίνο!
Δυστυχώς, με τις κυψέλες ιόντων λιθίου, αφού έχουμε διανύσει 500 χιλιόμετρα με την Tesla, το συνδέουμε στον φορτιστή για το χρόνο που προτείνει το αυτοκίνητο και προχωράμε. Όταν χρησιμοποιείτε κυψέλες Al-air, ο οδηγός θα πρέπει να μεταβεί στο σταθμό όπου θα πρέπει να αντικατασταθεί η μπαταρία. Ή τις μεμονωμένες ενότητες του.
Και παρόλο που το αλουμίνιο ως στοιχείο είναι φθηνό, η ανάγκη προετοιμασίας του στοιχείου από την αρχή κάθε φορά αναιρεί αποτελεσματικά τα κέρδη από υψηλότερες σειρές. Η διάβρωση του αλουμινίου είναι επίσης ένα πρόβλημα που εμφανίζεται ακόμη και όταν η μπαταρία δεν χρησιμοποιείται, αλλά αυτό το πρόβλημα έχει λυθεί με την αποθήκευση του ηλεκτρολύτη σε ξεχωριστό δοχείο και την άντλησή του όταν απαιτείται μπαταρία αλουμινίου-αέρα.
Η Phinergy κατέληξε σε αυτό:
Μπαταρίες αλουμινίου/αέρα Alcoa και Phinergy - ακόμα μιας χρήσης αλλά καλά μελετημένες
Οι μπαταρίες αέρα είναι έτοιμες για χρήση εμπορικός Λοιπόν, χρησιμοποιούνται ακόμη και σε στρατιωτικές εφαρμογές. Δημιουργήθηκαν από την Alcoa σε συνδυασμό με την Phinergy. Σε αυτά τα συστήματα, ο ηλεκτρολύτης βρίσκεται σε ξεχωριστό δοχείο και τα μεμονωμένα στοιχεία είναι πλάκες (φυσίγγια) που εισάγονται στα διαμερίσματα τους από πάνω. Μοιάζει:
Μπαταρία αεροπορίας (αλουμινίου-αέρα) της Ισραηλινής εταιρείας Alcoa. Σημειώστε τη σωλήνωση στο πλάι της συσκευής μεταφοράς ηλεκτρολυτών Alcoa (c)
Η εκκίνηση της μπαταρίας γίνεται με άντληση ηλεκτρολύτη μέσω των σωλήνων (πιθανώς με τη βαρύτητα, αφού η μπαταρία λειτουργεί ως εφεδρική). Για να φορτίσετε την μπαταρία, αφαιρείτε τα χρησιμοποιημένα δοχεία από την μπαταρία και τοποθετείτε καινούργια.
Έτσι, ο ιδιοκτήτης του μηχανήματος θα πάρει μαζί του ένα βαρύ σύστημα, ώστε μια μέρα, αν χρειαστεί, να το χρησιμοποιήσει. Και όταν προκύψει ανάγκη φόρτισης, το αυτοκίνητο πρέπει να αντικατασταθεί από άτομο με τα κατάλληλα προσόντα.
Σε σύγκριση με τα κύτταρα ιόντων λιθίου, τα πλεονεκτήματα των κυψελών αλουμινίου-αέρα είναι το χαμηλό κόστος παραγωγής, η έλλειψη ανάγκης για κοβάλτιο και οι μειωμένες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα κατά την παραγωγή. Το μειονέκτημα είναι η εφάπαξ χρήση και η ανάγκη ανακύκλωσης χρησιμοποιημένων κασετών:
Περίληψη ή γιατί ασκήσαμε κριτική στην Daily Mail
Οι κυψέλες καυσίμου αλουμινίου-αέρα (Al-air) υπάρχουν ήδη, μερικές φορές χρησιμοποιούνται και έχουν εργαστεί αρκετά εντατικά τα τελευταία δέκα περίπου χρόνια. Ωστόσο, λόγω της αυξανόμενης ενεργειακής πυκνότητας των κυψελών ιόντων λιθίου και της πιθανότητας επαναλαμβανόμενης επαναφόρτισής τους, το θέμα έχει ξεθωριάσει - ειδικά στην αυτοκινητοβιομηχανία, όπου η τακτική αντικατάσταση εκατομμυρίων μπαταριών είναι ένα ιλιγγιώδες έργο..
Υποψιαζόμαστε ότι ο εφευρέτης που περιγράφει η Daily Mail μάλλον δεν εφηύρε τίποτα, αλλά σχεδίασε ο ίδιος την κυψέλη αλουμινίου-αέρα. Αν, όπως περιγράφει, έπινε ηλεκτρολύτη σε επιδείξεις, πρέπει να έχει χρησιμοποιήσει καθαρό νερό για αυτό το σκοπό:
> Ο πατέρας οκτώ παιδιών εφηύρε την μπαταρία των 2 χιλιομέτρων; Μμμ ναι αλλά όχι 🙂 [Daily Mail]
Το μεγαλύτερο πρόβλημα με τις μπαταρίες αλουμινίου-αέρα δεν είναι ότι δεν υπάρχουν - υπάρχουν. Το πρόβλημα με αυτά είναι το εφάπαξ κόστος και το υψηλό κόστος αντικατάστασης. Η επένδυση σε μια τέτοια κυψέλη αργά ή γρήγορα θα χάσει την οικονομική λογική σε σύγκριση με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, επειδή η «φόρτιση» απαιτεί επίσκεψη στο συνεργείο και έναν εξειδικευμένο εργάτη.
Υπάρχουν περίπου 22 εκατομμύρια αυτοκίνητα στην Πολωνία. Σύμφωνα με την Πολωνική Κεντρική Στατιστική Υπηρεσία (GUS), οδηγούμε κατά μέσο όρο 12,1 χιλιάδες χιλιόμετρα το χρόνο. Έτσι, αν υποθέσουμε ότι οι μπαταρίες αλουμινίου-αέρα αντικαθίστανται κατά μέσο όρο κάθε 1 km (για έναν απλοποιημένο υπολογισμό), καθένα από αυτά τα αυτοκίνητα θα πρέπει να επισκέπτεται το γκαράζ 210 φορές το χρόνο. Κάθε ένα από αυτά τα αυτοκίνητα επισκεπτόταν το γκαράζ κατά μέσο όρο κάθε 10 ημέρες.
603 αυτοκίνητα περιμένουν μπαταρίες ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΑ., και τις Κυριακές! Αλλά μια τέτοια αντικατάσταση απαιτεί αναρρόφηση του ηλεκτρολύτη, αντικατάσταση μονάδων, έλεγχος όλων αυτών. Κάποιος θα πρέπει επίσης να συλλέξει αυτές τις χρησιμοποιημένες μονάδες από όλη τη χώρα για να τις επεξεργαστεί αργότερα.
Τώρα καταλαβαίνετε από πού προήλθε η κριτική μας;
Σημείωση σύνταξης www.elektrowoz.pl: Το προαναφερθέν άρθρο της Daily Mail αναφέρει ότι πρόκειται για "κυψέλη καυσίμου" και όχι για "μπαταρία". Ωστόσο, για να είμαστε ειλικρινείς, θα πρέπει να προστεθεί ότι «κυψέλες καυσίμου» εμπίπτουν στον ορισμό του «συσσωρευτή» που ισχύει στην Πολωνία. (δείτε, για παράδειγμα, ΕΔΩ). Ωστόσο, ενώ μια μπαταρία αλουμινίου-αέρα μπορεί (και πρέπει) να ονομάζεται κυψέλη καυσίμου, μια μπαταρία ιόντων λιθίου δεν μπορεί.
Μια κυψέλη καυσίμου λειτουργεί με βάση την αρχή των ουσιών που παρέχονται από το εξωτερικό, συχνά συμπεριλαμβανομένου του οξυγόνου, το οποίο αντιδρά με ένα άλλο στοιχείο για να σχηματίσει μια ένωση και να απελευθερώσει ενέργεια. Έτσι, η αντίδραση οξείδωσης είναι πιο αργή από την καύση, αλλά ταχύτερη από την κανονική διάβρωση. Η αντιστροφή της διαδικασίας τις περισσότερες φορές απαιτεί έναν εντελώς διαφορετικό τύπο συσκευής.
Από την άλλη πλευρά, σε μια μπαταρία ιόντων λιθίου, τα ιόντα κινούνται μεταξύ των ηλεκτροδίων, οπότε δεν υπάρχει οξείδωση.
Εκδοτική σημείωση 2 του www.elektrowoz.pl: Ο υπότιτλος «ζήσε σκληρά, πέθανε νέος» προέρχεται από μια από τις μελέτες για το θέμα. Μας αρέσει γιατί περιγράφει τις ιδιαιτερότητες των κυψελών αλουμινίου-αέρα.
Αυτό μπορεί να σας ενδιαφέρει:
