Аккан батареялар: мага электрондорду куюңуз!
Германиянын Фраунхофер институтунун окумуштуулары классикалык батареяларга альтернатива болгон электр батареялары жаатында олуттуу өнүгүү иштерин жүргүзүп жатышат. Redox flow технологиясы менен, электр энергиясын сактоо процесси чындыгында кескин айырмаланат ...
Отун катары суюктук менен заряддалган батареялар бензин же дизелдик кыймылдаткычы бар унаага куюлат. Бул утопиялык сезилиши мүмкүн, бирок Германиянын Пфинцтал шаарындагы Фраунгофер институтунун өкүлү Дженс Ноак үчүн бул чындыгында күнүмдүк жашоо. 2007-жылдан бери, ал катышкан өнүктүрүү тобу кайрадан заряддалуучу батарейканын ушул экзотикалык түрүн иштеп чыгууда. Чындыгында, агым аркылуу өтүүчү же агып кетүүчү-кычкылдандырылуучу батарея деп аталган идея оңой эмес жана бул жааттагы биринчи патент 1949-жылдан башталат. Мембрана (отун клеткаларына окшош) менен бөлүнгөн эки клетка мейкиндигинин ар бири белгилүү электролит камтылган суу сактагычка туташтырылган. Заттардын бири-бири менен химиялык реакцияга өтүү тенденциясынан улам, протондор мембрана аркылуу бир электролиттен экинчисине өтөт, ал эми электрондор эки бөлүккө туташкан ток керектөөчү аркылуу багытталат, натыйжада электр тогу агат. Белгилүү бир убакыттан кийин эки резервуар кургатылып, жаңы электролит менен толтурулат, ал эми колдонулган кубаттоочу жайларда "кайра иштетилет".
Мунун баары сонун көрүнгөнү менен, тилекке каршы, унааларда аккумулятордун бул түрүн практикалык колдонууда дагы эле көптөгөн тоскоолдуктар бар. Ванадий электролит-калыбына келтирүүчү батареянын энергия тыгыздыгы килограммына 30 Вт гана диапазондо турат, бул болжол менен коргошун кислотасынын аккумулятордукуна барабар. Заманбап 16 кВт/саат литий-иондук аккумулятор сыяктуу эле энергияны сактоо үчүн редокс технологиясынын азыркы деңгээлинде аккумуляторго 500 литр электролит керектелет. Мындан тышкары, бардык перифериялык түзүлүштөр, албетте, анын көлөмү да абдан чоң - пиво кутусу сыяктуу бир киловатт кубаттуулукту камсыз кылуу үчүн зарыл болгон капас.
Литий-иондук аккумулятор бир килограммга төрт эсе көп энергия сактай турганын эске алганда, мындай параметрлер унаалар үчүн ылайыктуу эмес. Бирок, Йенс Ноак оптимисттик көз карашта, анткени бул чөйрөдөгү өнүгүүлөр жаңыдан башталып, келечектүү. Лабораторияда ванадий полисульфиддүү бромиддик батареялар бир килограммга 70 Вт энергиянын тыгыздыгына жетет жана көлөмү боюнча учурда Toyota Prius унаасында колдонулган никель-металл гидриддик аккумуляторлор менен салыштырууга болот.
Бул танктардын керектүү көлөмүн эки эсе азайтат. Салыштырмалуу жөнөкөй жана арзан заряддоо тутумунун жардамы менен (эки насос жаңы электролитти соруп чыгарат, экөө колдонулган электролитти соруп алат), 100 км аралыкты камсыз кылуу үчүн, системаны он мүнөттө заряддоого болот. Тесла Роудстердегидей тез кубаттоо тутумдары дагы алты эсе узак иштейт.
Бул учурда көптөгөн автомобиль компаниялары институттун изилдөөсүнө кайрылып, Баден-Вюртемберг штаты өнүктүрүүгө 1,5 миллион евро бөлгөндүгү таң калыштуу эмес. Бирок, унаа технология фазасына жетүү үчүн дагы эле убакыт талап кылынат. «Батареянын бул түрү стационардык электр системалары менен абдан жакшы иштей алат жана биз бундесвер үчүн эксперименталдык станцияларды жасап жатабыз. Бирок электромобилдер тармагында бул технология болжол менен он жылдан кийин ишке ашырылууга ылайыктуу болот», - деди Ноак.
Агымдуу кычкылдантуу-калыбына келтирүүчү батареяларды өндүрүү үчүн экзотикалык материалдар талап кылынбайт. Литий-ион батарейкалары сыяктуу отун элементтеринде колдонулган платина же полимерлер сыяктуу кымбат катализаторлордун кереги жок. Лабораториялык тутумдардын кымбаттыгы, бир киловатт кубаттуулугу 2000 еврого жетет, бул алардын бирден-бир болушу жана кол менен жасалышы менен шартталат.
Ошол эле учурда институттун адистери заряддоо процесси, башкача айтканда электролиттерди утилдештирүү процесси ишке ашырыла турган өздөрүнүн шамал станциясын курууну пландаштырып жатышат. Редокс агымы менен бул процесс сууну суутек менен кычкылтекке электролиздеп, аларды күйүүчү май клеткаларында колдонуудан алда канча эффективдүү болот – тез иштей турган батареялар заряддоо үчүн колдонулган электр энергиясынын 75 пайызын камсыздайт.
Электр кубаттуулугундагы автомобилдерди кадимки кубаттоо менен катар, энергия тутумунун эң жогорку чегине каршы буфер катары кызмат кылган кубаттоочу станцияларды элестетсек болот. Бүгүнкү күндө, мисалы, Германиянын түндүгүндөгү көптөгөн шамал турбиналары шамалга карабастан өчүрүлүшү керек, анткени алар торду ашыкча жүктөйт.
Коопсуздукка келсек, бул жерде эч кандай коркунуч жок. «Эки электролитти аралаштырганда жылуулукту берип, температура 80 градуска чейин көтөрүлгөн химиялык кыска туташуу бар, бирок андан башка эч нерсе болбойт. Албетте, суюктуктар гана кооптуу, бирок бензин жана солярка дагы кооптуу. Агымдан-калыбына келтирүүчү батарейкалардын мүмкүнчүлүгүнө карабастан, Фраунгофер институтунун изилдөөчүлөрү литий-ион технологиясын иштеп чыгууда да жан үрөп жатышат ...
текст: Alexander Bloch
Redox flow батареясы
Редокс агымынын батарейкасы - бул кадимки батарея менен күйүүчү май клеткасынын ортосундагы кайчылаш. Электр энергиясы эки электролиттин – бири клетканын оң уюлуна, экинчиси терс уюлуна туташкан өз ара аракеттенүүсүнөн улам агып чыгат. Мында бири оң заряддуу иондорду берет (кычкылдануу), экинчиси аларды кабыл алат (калыбына келтирүү), прибордун аталышы ушундан. Каныкуунун белгилүү бир деңгээлине жеткенде реакция токтойт жана заряддоо электролиттерди жаңылары менен алмаштыруудан турат. Жумушчулар тескери процессти колдонуу менен калыбына келтирилет.
