Virtaavat paristot: kaatakaa elektronit minulle!
Saksan Fraunhofer-instituutin tutkijat tekevät vakavaa kehitystyötä sähköparistojen alalla, vaihtoehtoisesti perinteisille. Redox flow -tekniikan avulla sähkön varastointiprosessi on todella radikaalisti erilainen ...
Nesteellä polttoaineena ladatut akut kaadetaan bensiini- tai dieselmoottorilla varustettuun autoon. Se saattaa kuulostaa utopistiselta, mutta Jens Noackille Fraunhofer-instituutista Pfinztalissa, Saksassa, tämä on todella jokapäiväistä elämää. Vuodesta 2007 kehitystiimi, johon hän on osallistunut, on kehittänyt tätä eksoottista ladattavaa akkua täydellä vauhdilla. Itse asiassa ajatus läpivirtaus- tai ns. Läpivirtausredox-akusta ei ole vaikea, ja ensimmäinen patentti tällä alueella on vuodelta 1949. Molemmat kennotilat, jotka on erotettu kalvolla (samanlainen kuin polttokennot), on yhdistetty säiliöön, joka sisältää tietyn elektrolyytin. Koska aineilla on taipumus reagoida kemiallisesti toistensa kanssa, protonit siirtyvät elektrolyytistä toiseen kalvon läpi ja elektronit ohjataan virrankuluttajan kautta, joka on kytketty kahteen osaan, minkä seurauksena sähkövirta virtaa. Tietyn ajan kuluttua kaksi säiliötä tyhjennetään ja täytetään tuoreella elektrolyytillä, ja käytetty "kierrätetään" latausasemilla.
Vaikka tämä kaikki näyttää hyvältä, valitettavasti tämäntyyppisten akkujen käytölle autoissa on edelleen monia esteitä. Vanadiinielektrolyytti-pelkistysakun energiatiheys on vain 30 Wh/kg, mikä on suunnilleen sama kuin lyijyakun. Varaakseen saman määrän energiaa kuin nykyaikainen 16 kWh litiumioniakku, nykyisellä redox-tekniikan tasolla akku vaatii 500 litraa elektrolyyttiä. Lisäksi tietysti kaikki oheislaitteet, joiden tilavuus on myös melko suuri - häkki, joka tarvitaan yhden kilowatin tehon tuottamiseen, kuten olutlaatikko.
Tällaiset parametrit eivät sovellu autoille, koska litiumioniakku varastoi neljä kertaa enemmän energiaa kiloa kohti. Jens Noack on kuitenkin optimistinen, koska kehitys tällä alalla on vasta alkamassa ja näkymät ovat lupaavat. Laboratoriossa ns. Vanadiinipolysulfidibromidiakut saavuttavat 70 Wh: n energiatiheyden kilogrammaa kohden ja ovat kooltaan verrattavissa Toyota Priusissa tällä hetkellä käytettyihin nikkelimetallihydridiakkuihin.
Tämä vähentää tarvittavaa säiliöiden määrää puoliksi. Suhteellisen yksinkertaisen ja halvan latausjärjestelmän ansiosta (kaksi pumppua pumpaa uuden elektrolyytin, kaksi imee käytetyn elektrolyytin pois), järjestelmä voidaan ladata kymmenessä minuutissa 100 km: n etäisyyden saavuttamiseksi. Jopa nopeat latausjärjestelmät, kuten Tesla Roadsterissa, kestävät kuusi kertaa pidempään.
Tässä tapauksessa ei ole yllättävää, että monet autoalan yritykset kääntyivät instituutin tutkimukseen ja Baden-Württembergin osavaltio osoitti 1,5 miljoonaa euroa kehittämiseen. Autoteknologian vaiheeseen pääseminen vie kuitenkin vielä aikaa. ”Tämäntyyppinen akku voi toimia erittäin hyvin kiinteiden voimajärjestelmien kanssa, ja teemme jo koeasemia Bundeswehrille. Sähköajoneuvojen alalla tämä teknologia kuitenkin soveltuu käyttöönotettavaksi noin kymmenen vuoden kuluttua”, Noack sanoi.
Läpivirtaavien redox-paristojen valmistuksessa ei tarvita eksoottisia materiaaleja. Mitään kalliita katalyyttejä, kuten polttokennoissa käytettyä platinaa, tai polymeerejä, kuten litiumioniakkuja, ei tarvita. Laboratoriojärjestelmien korkeat kustannukset, jotka ovat 2000 XNUMX euroa kilowattitehoa kohden, johtuvat yksinomaan siitä, että ne ovat ainutlaatuisia ja valmistettu käsin.
Samaan aikaan instituutin asiantuntijat suunnittelevat oman tuulipuiston rakentamista, jossa tapahtuu latausprosessi eli elektrolyytin hävittäminen. Redox-virralla tämä prosessi on tehokkaampi kuin veden elektrolysointi vedyksi ja hapeksi ja niiden käyttäminen polttokennoissa – instant akut tarjoavat 75 prosenttia lataukseen käytetystä sähköstä.
Voimme kuvitella latausasemia, jotka yhdessä tavallisten sähköajoneuvojen latausten kanssa toimivat puskureina sähköjärjestelmän huippukuormitusta vastaan. Esimerkiksi nykyään monet Pohjois-Saksan tuuliturbiinit on kytkettävä pois päältä tuulesta huolimatta, muuten ne ylikuormittavat verkon.
Turvallisuuden osalta tässä ei ole vaaraa. ”Kun sekoitat kaksi elektrolyyttiä, tapahtuu kemiallinen oikosulku, joka antaa lämpöä ja lämpötila nousee 80 asteeseen, mutta mitään muuta ei tapahdu. Pelkät nesteet eivät tietenkään ole vaarallisia, mutta niin ovat myös bensiini ja diesel. Läpivirtausparistopotentiaalien mahdollisuudesta huolimatta Fraunhofer-instituutin tutkijat työskentelevät kovasti myös litiumioniteknologian kehittämisessä ...
teksti: Alexander Bloch
Redox-virtausakku
Redox-virtausakku on itse asiassa perinteisen akun ja polttokennon risteys. Sähkövirtaus johtuu kahden elektrolyytin välisestä vuorovaikutuksesta - toinen on kytketty kennon positiiviseen napaan ja toinen negatiiviseen. Tässä tapauksessa toinen antaa positiivisesti varautuneita ioneja (hapetus), ja toinen vastaanottaa ne (pelkistys), mistä johtuu laitteen nimi. Kun tietty kyllästystaso saavutetaan, reaktio pysähtyy ja lataus koostuu elektrolyyttien korvaamisesta uusilla. Työntekijät palautetaan käänteisellä prosessilla.
