جریان باتری ها: لطفاً الکترون ها را به من بریزید!

دانشمندان از م Instituteسسه Fraunhofer در آلمان در حال توسعه کارهای جدی در زمینه باتری های الکتریکی ، جایگزین باتری های کلاسیک هستند. با فناوری جریان اکسیداسیون اکسیداسیون ، روند ذخیره برق واقعاً کاملاً متفاوت است ...

باتری هایی که به عنوان سوخت با مایع شارژ می شوند ، در اتومبیل با موتور بنزینی یا دیزلی ریخته می شوند. به نظر می رسد اتوپیایی باشد ، اما برای جنس نواک از موسسه Fraunhofer در Pfinztal ، آلمان ، این در واقع زندگی روزمره است. از سال 2007 ، تیم توسعه دهنده ای که وی در آن شرکت دارد ، در حال توسعه این شکل عجیب باتری قابل شارژ است. در حقیقت ، ایده وجود یک باتری ردوکس دبی یا اصطلاحاً دبی دشوار نیست و اولین حق ثبت اختراع در این زمینه به سال 1949 برمی گردد. هر یک از دو فضای سلول ، بوسیله غشا similar (مانند سلولهای سوختی) از هم جدا شده ، به مخزنی متشکل از الکترولیت خاص متصل می شوند. به دلیل تمایل مواد به واکنش شیمیایی با یکدیگر ، پروتون ها از طریق غشا از یک الکترولیت به الکترولیت دیگر منتقل می شوند و الکترون ها از طریق مصرف کننده فعلی متصل به دو قسمت هدایت می شوند و در نتیجه جریان الکتریکی جریان می یابد. پس از مدتی مشخص ، دو مخزن تخلیه شده و با الکترولیت تازه پر می شوند و مخزن استفاده شده در ایستگاه های شارژ "بازیافت" می شود.

در حالی که همه اینها عالی به نظر می رسد، متاسفانه هنوز موانع زیادی برای استفاده عملی از این نوع باتری در خودروها وجود دارد. چگالی انرژی یک باتری ردوکس الکترولیت وانادیوم تنها در محدوده 30 وات ساعت بر کیلوگرم است که تقریباً با باتری سرب اسیدی برابر است. برای ذخیره انرژی برابر با یک باتری لیتیوم یون مدرن ۱۶ کیلووات ساعتی، در سطح فعلی فناوری اکسیداسیون و کاهش، باتری به ۵۰۰ لیتر الکترولیت نیاز دارد. البته به علاوه تمام وسایل جانبی که حجم آنها نیز نسبتاً بزرگ است - قفسی که برای تأمین توان یک کیلووات لازم است، مانند جعبه آبجو.

با توجه به اینکه باتری لیتیوم یونی چهار برابر بیشتر از هر کیلوگرم انرژی ذخیره می کند ، چنین پارامترهایی برای خودروها مناسب نیست. با این حال ، ینس نوک خوش بین است ، زیرا تحولات در این زمینه تازه آغاز شده است و چشم اندازها امیدوار کننده است. در آزمایشگاه ، باتری های برومید پلی سولفید وانادیوم به چگالی انرژی 70 وات در کیلوگرم می رسند و از نظر اندازه قابل مقایسه با باتری های نیکل فلزی هیدرید موجود در تویوتا پریوس هستند.

این میزان حجم مخازن مورد نیاز را به نصف کاهش می دهد. با تشکر از یک سیستم شارژ نسبتاً ساده و ارزان (دو پمپ پمپ الکترولیت جدید ، دو پمپ الکترولیت استفاده شده) ، سیستم را می توان در مدت زمان ده دقیقه شارژ کرد تا برد 100 کیلومتر را فراهم کند. حتی سیستم های شارژ سریع مانند سیستم استفاده شده در تسلا رودستر شش برابر بیشتر دوام می آورند.

در این مورد، جای تعجب نیست که بسیاری از شرکت های خودروسازی به تحقیقات موسسه روی آوردند و ایالت بادن-وورتمبرگ 1,5 میلیون یورو را برای توسعه اختصاص داد. با این حال، رسیدن به فاز فناوری خودرو همچنان زمان می برد. این نوع باتری می‌تواند با سیستم‌های برق ثابت بسیار خوب کار کند، و ما در حال حاضر در حال ساخت ایستگاه‌های آزمایشی برای Bundeswehr هستیم. با این حال، در زمینه خودروهای الکتریکی، این فناوری تا حدود ده سال آینده برای پیاده سازی مناسب خواهد بود.

برای تولید باتری های اکسیداسیون ردوکس ، مواد عجیب و غریب مورد نیاز نیست. هیچ کاتالیزوری گران قیمت مانند پلاتین مورد استفاده در سلولهای سوختی یا پلیمرهایی مانند باتری های یون لیتیوم مورد نیاز نیست. هزینه بالای سیستم های آزمایشگاهی ، رسیدن به 2000 یورو برای هر کیلووات نیرو ، صرفاً به این دلیل است که یک نوع هستند و با دست ساخته می شوند.

در همین حال، متخصصان این موسسه در حال برنامه ریزی برای ساخت نیروگاه بادی خود هستند که در آن فرآیند شارژ، یعنی دفع الکترولیت انجام می شود. با جریان ردوکس، این فرآیند کارآمدتر از الکترولیز آب به هیدروژن و اکسیژن و استفاده از آنها در سلول‌های سوختی است - باتری‌های فوری 75 درصد برق مصرفی برای شارژ را تامین می‌کنند.

ما می توانیم ایستگاه های شارژ را پیش بینی کنیم که همراه با شارژ معمولی برای وسایل نقلیه الکتریکی ، به عنوان بافر در برابر حداکثر بار سیستم قدرت عمل کنند. به عنوان مثال امروز ، بسیاری از توربین های بادی در شمال آلمان با وجود باد باید خاموش شوند ، در غیر این صورت شبکه را بیش از حد بار می آورند.

تا آنجا که به امنیت مربوط می شود ، هیچ خطری وجود ندارد. "وقتی دو الکترولیت را با هم مخلوط می کنید ، یک اتصال کوتاه شیمیایی وجود دارد که گرما می دهد و دما تا 80 درجه می رسد ، اما اتفاق دیگری نمی افتد. البته برخی از مایعات ایمن نیستند ، اما بنزین و گازوئیل نیز چنین هستند. علیرغم پتانسیل باتری های اکسیداسیون ردوکس ، محققان موسسه Fraunhofer همچنین در توسعه فناوری لیتیوم یون سخت کار می کنند ...

متن: الكساندر بلوخ

باتری جریان ردوکس

باتری جریان ردوکس در واقع تلاقی بین باتری معمولی و پیل سوختی است. جریان الکتریسیته به دلیل تعامل بین دو الکترولیت - یکی به قطب مثبت سلول و دیگری به قطب منفی متصل می شود. در این حالت، یکی یون های بار مثبت (اکسیداسیون) می دهد و دیگری آنها را دریافت می کند (کاهش)، از این رو نام دستگاه است. هنگامی که به سطح معینی از اشباع رسید، واکنش متوقف می شود و شارژ شدن شامل جایگزینی الکترولیت ها با الکترولیت های تازه است. کارگران با استفاده از فرآیند معکوس بازیابی می شوند.