Tekuće baterije: izlijte mi elektrone!

Naučnici s Instituta Fraunhofer u Njemačkoj provode ozbiljan razvojni rad na polju električnih baterija, alternativnih klasičnim. S tehnologijom redoks protoka, postupak skladištenja električne energije zaista se radikalno razlikuje ...

Baterije, koje se pune tečnošću kao gorivom, ulivaju se u automobil sa benzinskim ili dizel motorom. Možda zvuči utopijski, ali za Jensa Noacka s Fraunhofer instituta u Pfinztalu u Njemačkoj ovo je zapravo svakodnevni život. Od 2007. godine razvojni tim u kojem je uključen u punom jeku razvija ovaj egzotični oblik punjive baterije. U stvari, ideja protočne ili takozvane protočne redoks baterije nije teška, a prvi patent na ovom području datira iz 1949. godine. Svaki od dva ćelijska prostora, odvojen membranom (slično gorivim ćelijama), povezan je s rezervoarom koji sadrži određeni elektrolit. Zbog tendencije supstanci da kemijski međusobno reagiraju, protoni se prelaze iz jednog elektrolita u drugi kroz membranu, a elektroni se usmjeravaju kroz strujni potrošač povezan s dva dijela, uslijed čega teče električna struja. Nakon određenog vremena, dva rezervoara se isuše i napune svježim elektrolitom, a korišteni se "reciklira" na punionicama.

Iako sve ovo izgleda odlično, nažalost još uvijek postoje mnoge prepreke za praktičnu upotrebu ove vrste baterija u automobilima. Gustoća energije redoks baterije vanadij elektrolita je u rasponu od samo 30 Wh po kilogramu, što je otprilike isto kao i olovno kiselinska baterija. Za skladištenje iste količine energije kao moderna litijum-jonska baterija od 16 kWh, na trenutnom nivou redoks tehnologije, bateriji će biti potrebno 500 litara elektrolita. Plus sve periferije, naravno, čija je zapremina takođe prilično velika - kavez neophodan da obezbedi snagu od jednog kilovata, poput kutije za pivo.

Takvi parametri nisu prikladni za automobile, s obzirom na to da litij-ionska baterija skladišti četiri puta više energije po kilogramu. Međutim, Jens Noack je optimističan, jer razvoj u ovoj oblasti tek počinje i izgledi su obećavajući. U laboratoriji takozvane vanadij-polisulfid-bromidne baterije postižu gustoću energije od 70 Wh po kilogramu i po veličini su usporedive s nikl-metal-hidridnim baterijama koje se trenutno koriste u Toyoti Prius.

To smanjuje potrebnu količinu spremnika na pola. Zahvaljujući relativno jednostavnom i jeftinom sistemu punjenja (dvije pumpe pumpaju novi elektrolit, dvije isisavaju iskorišteni elektrolit), sistem se može napuniti za deset minuta kako bi pružio domet od 100 km. Čak i sistemi za brzo punjenje poput onog koji se koristi u Tesla Roadsteru traju šest puta duže.

U ovom slučaju ne čudi što su se mnoge automobilske kompanije okrenule istraživanju Instituta, a država Baden-Virtemberg je za razvoj izdvojila 1,5 miliona evra. Međutim, još će trebati vremena da se dođe do faze automobilske tehnologije. “Ova vrsta baterija može vrlo dobro raditi sa stacionarnim sistemima napajanja, a mi već pravimo eksperimentalne stanice za Bundeswehr. Međutim, u oblasti električnih vozila, ova tehnologija će biti pogodna za implementaciju za desetak godina”, rekao je Noack.

Egzotični materijali nisu potrebni za proizvodnju protočnih redoks baterija. Nisu potrebni skupi katalizatori poput platine koja se koristi u gorivim ćelijama ili polimera poput litijum-jonskih baterija. Visoki troškovi laboratorijskih sistema, koji dosežu 2000 eura po kilovatu snage, rezultat su samo činjenice da su jedinstveni i da se izrađuju ručno.

U međuvremenu, stručnjaci instituta planiraju izgradnju vlastite vjetroelektrane, gdje će se odvijati proces punjenja, odnosno odlaganja elektrolita. Sa redoks protokom, ovaj proces je efikasniji od elektrolize vode u vodonik i kiseonik i njihovog korišćenja u gorivim ćelijama – instant baterije daju 75 odsto električne energije koja se koristi za punjenje.

Možemo zamisliti stanice za punjenje koje, uz konvencionalno punjenje električnih vozila, služe kao odbojnici protiv vršnog opterećenja elektroenergetskog sistema. Na primjer, danas se mnoge vjetroturbine u sjevernoj Njemačkoj moraju isključiti uprkos vjetru, jer bi inače preopteretile mrežu.

Što se tiče sigurnosti, nema opasnosti. „Kad pomiješate dva elektrolita, dogodi se kemijski kratki spoj koji odaje toplinu i temperatura poraste na 80 stepeni, ali ništa se drugo ne događa. Naravno, same tečnosti nisu sigurne, ali ni benzin i dizel. Uprkos potencijalu protočnih redoks baterija, istraživači na Institutu Fraunhofer takođe naporno rade na razvoju litijum-jonske tehnologije ...

tekst: Alexander Bloch

Redox protočna baterija

Redox flow baterija je zapravo križ između konvencionalne baterije i gorivne ćelije. Struja teče zbog interakcije između dva elektrolita - jednog spojenog na pozitivni pol ćelije, a drugog na negativni. U ovom slučaju, jedan daje pozitivno nabijene ione (oksidacija), a drugi ih prima (redukcija), otuda i naziv uređaja. Kada se postigne određeni nivo zasićenja, reakcija se zaustavlja i punjenje se sastoji u zamjeni elektrolita svježim. Radnici se vraćaju obrnutim postupkom.