Flydende batterier: hæld venligst elektroner til mig!
Forskere fra Fraunhofer Institute i Tyskland udfører seriøst udviklingsarbejde inden for elektriske batterier, alternativ til de klassiske. Med redox flow-teknologi er processen med lagring af elektricitet virkelig radikalt anderledes ...
Batterierne, der er fyldt med væske som brændstof, hældes i en bil med en benzin- eller dieselmotor. Det lyder måske utopisk, men for Jens Noack fra Fraunhofer Institute i Pfinztal, Tyskland, er dette faktisk hverdagen. Siden 2007 har det udviklingshold, som han er involveret i, udviklet denne eksotiske form for genopladeligt batteri i fuld gang. Faktisk er ideen om et flow-through eller såkaldt flow-through redox-batteri ikke vanskelig, og det første patent på dette område går tilbage til 1949. Hvert af de to cellerum, adskilt af en membran (svarende til brændselsceller), er forbundet til et reservoir indeholdende en specifik elektrolyt. På grund af stoffernes tendens til kemisk at reagere med hinanden bevæger protoner sig fra en elektrolyt til en anden gennem membranen, og elektroner ledes gennem en strømforbruger, der er forbundet med de to dele, hvilket resulterer i, at en elektrisk strøm strømmer. Efter en vis tid drænes to tanke og fyldes med frisk elektrolyt, og den brugte "genbruges" ved ladestationerne.
Selvom det hele ser flot ud, er der desværre stadig mange barrierer for den praktiske brug af denne type batteri i biler. Energitætheden for et vanadiumelektrolyt-redox-batteri ligger i området kun 30 Wh pr. kilogram, hvilket er nogenlunde det samme som et blybatteri. For at lagre den samme mængde energi som et moderne 16 kWh lithium-ion-batteri, på det nuværende niveau af redoxteknologi, skal batteriet bruge 500 liter elektrolyt. Plus alle de eksterne enheder, selvfølgelig, hvis volumen også er ret stor - et bur, der er nødvendigt for at levere en effekt på en kilowatt, som en ølkasse.
Sådanne parametre er ikke egnede til biler, da lithium-ion-batteriet lagrer fire gange mere energi pr. Kg. Jens Noack er dog optimistisk, for udviklingen på dette område er lige begyndt, og udsigterne er lovende. I laboratoriet opnår de såkaldte vanadiumpolysulfidbromidbatterier en energitæthed på 70 Wh pr. Kg og kan sammenlignes i størrelse med de nikkelmetalhydridbatterier, der i øjeblikket bruges i Toyota Prius.
Dette reducerer den krævede mængde tanke i halvdelen. Takket være et relativt simpelt og billigt opladningssystem (to pumper pumper ny elektrolyt, to suger brugt elektrolyt ud), kan systemet oplades på ti minutter for at give en rækkevidde på 100 km. Selv hurtige opladningssystemer som det, der bruges i Tesla Roadster, holder seks gange længere.
I dette tilfælde er det ikke overraskende, at mange bilvirksomheder henvendte sig til instituttets forskning, og delstaten Baden-Württemberg tildelte 1,5 millioner euro til udvikling. Det vil dog stadig tage tid at nå den bilteknologiske fase. "Denne type batteri kan fungere meget godt med stationære strømsystemer, og vi laver allerede forsøgsstationer til Bundeswehr. Men inden for elbiler vil denne teknologi være egnet til implementering om cirka ti år,” sagde Noak.
Eksotiske materialer er ikke påkrævet til produktion af gennemstrømningsredoxbatterier. Der kræves ingen dyre katalysatorer, såsom platin, der anvendes i brændselsceller eller polymerer, såsom lithiumionbatterier. De høje omkostninger ved laboratoriesystemer, der når 2000 euro pr. Kilowatt strøm, skyldes udelukkende det faktum, at de er enestående og er fremstillet i hånden.
I mellemtiden planlægger instituttets specialister at bygge deres egen vindmøllepark, hvor opladningsprocessen, det vil sige bortskaffelsen af elektrolytten, skal foregå. Med redoxflow er denne proces mere effektiv end at elektrolysere vand til brint og ilt og bruge dem i brændselsceller – øjeblikkelige batterier leverer 75 procent af den elektricitet, der bruges til opladning.
Vi kan forestille os ladestationer, der sammen med konventionel opladning af elektriske køretøjer tjener som buffere mod elsystemets spidsbelastning. I dag skal f.eks. Mange vindmøller i det nordlige Tyskland slukkes på trods af vinden, da de ellers ville overbelaste nettet.
For så vidt angår sikkerhed, er der ingen fare. ”Når du blander to elektrolytter, opstår der en kemisk kortslutning, der afgiver varme, og temperaturen stiger til 80 grader, men intet andet sker. Selvfølgelig er væsker ikke sikre, men heller ikke benzin og diesel. På trods af potentialet ved gennemstrømningsredoxbatterier er forskere ved Fraunhofer Institute også hårdt på arbejde med at udvikle lithium-ion-teknologi ...
tekst: Alexander Bloch
Redox flow batteri
Et redoxflow-batteri er faktisk en krydsning mellem et konventionelt batteri og en brændselscelle. Elektricitet strømmer på grund af interaktionen mellem to elektrolytter - den ene forbundet til cellens positive pol og den anden til den negative. I dette tilfælde giver den ene positivt ladede ioner (oxidation), og den anden modtager dem (reduktion), deraf navnet på enheden. Når et vist niveau af mætning er nået, stopper reaktionen, og opladningen består i at erstatte elektrolytterne med friske. Arbejdere gendannes ved hjælp af den omvendte proces.
