მიედინება ბატარეები: გთხოვთ დაასხით ელექტრონები ჩემთვის!
ფრაუნჰოფერის ინსტიტუტის მეცნიერები გერმანიაში ასრულებენ სერიოზულ სამუშაოებს ელექტრო ბატარეების სფეროში, კლასიკური ალტერნატივის მხრივ. რედოქს დინების ტექნოლოგიით, ელექტროენერგიის შენახვის პროცესი მართლაც რადიკალურად განსხვავებულია ...
აკუმულატორებს, რომლებსაც სითხე ეტენება საწვავად, მანქანას ასხამენ ბენზინის ან დიზელის ძრავით. ეს შეიძლება უტოპიურად ჟღერდეს, მაგრამ გერმანიაში, პფინცტალში, ფრაუნჰოფერის ინსტიტუტის იენს ნოაკისთვის ეს რეალურად ყოველდღიური ცხოვრებაა. 2007 წლიდან, დეველოპერული გუნდი, რომელშიც ის მონაწილეობს, ავითარებს დატენვის ელემენტის ამ ეგზოტიკურ ფორმას. სინამდვილეში, ნაკადიანი ან ე.წ. დინების საწინააღმდეგო აკუმულატორის იდეა არ არის რთული და პირველი პატენტი ამ სფეროში 1949 წლიდან იწყება. თითოეული ორი უჯრედის სივრცე, გარსით გამოყოფილი (საწვავის უჯრედების მსგავსი), უკავშირდება რეზერვუარს, რომელიც შეიცავს სპეციალურ ელექტროლიტს. ნივთიერებების ერთმანეთთან ქიმიური რეაქციისკენ მიდრეკილების გამო, პროტონები გადადის ერთი ელექტროლიტიდან მეორეზე მემბრანის გავლით, ხოლო ელექტრონები მიმართულია ორ მომხმარებელზე მიერთებული ამჟამინდელი მომხმარებლის მეშვეობით, რის შედეგადაც ელექტროენერგია მიედინება. გარკვეული დროის შემდეგ, ორი ავზი იწურება და ივსება ახალი ელექტროლიტით, ხოლო გამოყენებული "გადამუშავდება" დამტენების სადგურებზე.
მიუხედავად იმისა, რომ ეს ყველაფერი მშვენივრად გამოიყურება, სამწუხაროდ ჯერ კიდევ ბევრი დაბრკოლებაა მანქანებში ამ ტიპის ბატარეის პრაქტიკულ გამოყენებაში. ვანადიუმის ელექტროლიტის რედოქს ბატარეის ენერგიის სიმკვრივე მხოლოდ 30 ვტ/სთ-ის ფარგლებშია თითო კილოგრამზე, რაც დაახლოებით იგივეა, რაც ტყვიის მჟავას ბატარეას. იმდენივე ენერგიის შესანახად, რაც თანამედროვე 16 კვტ/სთ ლითიუმ-იონურ ბატარეას, რედოქსის ტექნოლოგიის ამჟამინდელ დონეზე, ბატარეას დასჭირდება 500 ლიტრი ელექტროლიტი. პლუს ყველა პერიფერიული მოწყობილობა, რა თქმა უნდა, რომლის მოცულობაც საკმაოდ დიდია - გალია, რომელიც აუცილებელია ერთი კილოვატის სიმძლავრის უზრუნველსაყოფად, როგორც ლუდის ყუთი.
ასეთი პარამეტრები არ არის შესაფერისი მანქანებისთვის, იმის გათვალისწინებით, რომ ლითიუმ-იონური ბატარეა ინახავს ოთხჯერ მეტ ენერგიას კილოგრამზე. თუმცა, იენს ნოაკი ოპტიმისტურად არის განწყობილი, რადგან მოვლენები ამ სფეროში მხოლოდ დასაწყისია და პერსპექტივები პერსპექტიულია. ლაბორატორიაში, ეგრეთ წოდებული ვანადიუმის პოლისულფიდური ბრომიდის ბატარეები აღწევენ ენერგიის სიმკვრივეს 70 Wh კილოგრამზე და ზომით შედარებულია ნიკელის ლითონის ჰიდრიდის ბატარეებთან, რომლებიც ამჟამად გამოიყენება Toyota Prius– ში.
ეს ავზების საჭირო მოცულობას ნახევარზე ამცირებს. შედარებით მარტივი და იაფი დამუხტვის სისტემის წყალობით (ორი ტუმბო ახალი ელექტროლიტის ტუმბოს, ორი ნახმარი ელექტროლიტის ამოწოვას), სისტემის დატენვა შესაძლებელია ათი წუთის განმავლობაში, 100 კმ მანძილზე. სწრაფი დატენვის სისტემებიც კი, როგორიცაა Tesla Roadster– ში გამოყენებული, ექვსჯერ მეტ ხანს ძლებს.
ამ შემთხვევაში გასაკვირი არ არის, რომ ბევრი საავტომობილო კომპანია მიმართა ინსტიტუტის კვლევას და ბადენ-ვიურტემბერგის შტატმა განვითარებისთვის 1,5 მილიონი ევრო გამოყო. თუმცა, საავტომობილო ტექნოლოგიების ფაზამდე მისვლას ჯერ კიდევ დრო დასჭირდება. „ამ ტიპის ბატარეას შეუძლია ძალიან კარგად იმუშაოს სტაციონარული ენერგოსისტემებით და ჩვენ უკვე ვაკეთებთ ექსპერიმენტულ სადგურებს ბუნდესვერისთვის. თუმცა ელექტრომობილების სფეროში ეს ტექნოლოგია დაახლოებით ათი წლის შემდეგ იქნება გამოსადეგი დანერგვისთვის“, - განაცხადა ნოაკმა.
ეგზოტიკური მასალები არ არის საჭირო ნაკადური რედოქს ელემენტების წარმოებისთვის. არ არის საჭირო ძვირადღირებული კატალიზატორი, მაგალითად პლატინა, რომელიც გამოიყენება საწვავის უჯრედებში ან პოლიმერები, მაგალითად, ლითიუმ-იონის ბატარეები. ლაბორატორიული სისტემების მაღალი ღირებულება, კილოვატ სიმძლავრეზე 2000 ევროს აღწევს, მხოლოდ იმის გამო, რომ ისინი ერთგვარია და ხელით მზადდება.
ამასობაში, ინსტიტუტის სპეციალისტები საკუთარი ქარის ელექტროსადგურის აშენებას გეგმავენ, სადაც დატენვის პროცესი, ანუ ელექტროლიტის განკარგვა მოხდება. რედოქსის ნაკადით, ეს პროცესი უფრო ეფექტურია, ვიდრე წყლის ელექტროლიზება წყალბადში და ჟანგბადში და მათი გამოყენება საწვავის უჯრედებში - მყისიერი ბატარეები უზრუნველყოფენ დატენვისთვის გამოყენებული ელექტროენერგიის 75 პროცენტს.
ჩვენ შეგვიძლია განვიხილოთ დატენვის სადგურები, რომლებიც ელექტრომობილების ჩვეულებრივ დატენვასთან ერთად ემსახურებიან ბუფერებს ელექტროენერგიის სისტემის პიკური დატვირთვის საწინააღმდეგოდ. მაგალითად, დღეს ჩრდილოეთ გერმანიაში ბევრი ქარის ტურბინა ქარის მიუხედავად უნდა გამორთოთ, წინააღმდეგ შემთხვევაში ისინი ქსელს გადატვირთავთ.
რაც შეეხება უსაფრთხოებას, საფრთხე არ ემუქრება. ”ორი ელექტროლიტის შერევისას ხდება ქიმიური მოკლე ჩართვა, რომელიც სითბოს გამოყოფს და ტემპერატურა 80 გრადუსამდე იზრდება, მაგრამ სხვა არაფერი ხდება. რა თქმა უნდა, მხოლოდ სითხეები არ არის უსაფრთხო, მაგრამ არც ბენზინი და დიზელი. დინამიური რედოქს ელემენტების პოტენციალის მიუხედავად, ფრაუნჰოფერის ინსტიტუტის მკვლევარები ასევე მუშაობენ ლითიუმ-იონის ტექნოლოგიის შემუშავებაზე ...
ტექსტი: ალექსანდრე ბლოხი
Redox დინების ბატარეა
რედოქს ნაკადის ბატარეა რეალურად არის ჩვეულებრივი ბატარეისა და საწვავის უჯრედის ჯვარი. ელექტროენერგია მიედინება ორ ელექტროლიტს შორის ურთიერთქმედების გამო - ერთი დაკავშირებულია უჯრედის დადებით პოლუსთან, მეორე კი - უარყოფითთან. ამ შემთხვევაში, ერთი იძლევა დადებითად დამუხტულ იონებს (დაჟანგვას), ხოლო მეორე იღებს მათ (რედუქცია), აქედან გამომდინარეობს მოწყობილობის სახელი. როდესაც გაჯერების გარკვეული დონე მიიღწევა, რეაქცია ჩერდება და დამუხტვა შედგება ელექტროლიტების ახალით ჩანაცვლებაში. მუშების აღდგენა ხდება საპირისპირო პროცესის გამოყენებით.
