Plūstošas baterijas: lūdzu, ielejiet man elektronus!
Zinātnieki no Fraunhofera institūta Vācijā veic nopietnu izstrādes darbu elektrisko bateriju jomā, alternatīvu klasiskajām. Izmantojot redox plūsmas tehnoloģiju, elektrības uzglabāšanas process patiešām ir kardināli atšķirīgs ...
Baterijas, kuras tiek uzlādētas ar šķidrumu kā degvielu, ielej automašīnā ar benzīna vai dīzeļdzinēju. Tas var izklausīties utopiski, bet Jensam Noakam no Fraunhofera institūta Pfinztalā, Vācijā, tā patiesībā ir ikdiena. Kopš 2007. gada izstrādes komanda, kurā viņš ir iesaistīts, pilnā sparā izstrādā šo eksotisko uzlādējamo akumulatoru formu. Patiesībā ideja par caurplūdes jeb tā saukto caurbraukšanas redox akumulatoru nav grūta, un pirmais patents šajā jomā datēts ar 1949. gadu. Katra no divām šūnu telpām, atdalīta ar membrānu (līdzīga degvielas šūnām), ir savienota ar rezervuāru, kurā ir īpašs elektrolīts. Sakarā ar vielu tendenci ķīmiski reaģēt savā starpā, protoni caur membrānu pārvietojas no viena elektrolīta uz otru, un elektroni tiek virzīti caur strāvas patērētāju, kas savienots ar abām daļām, kā rezultātā plūst elektriskā strāva. Pēc noteikta laika divas tvertnes tiek iztukšotas un piepildītas ar svaigu elektrolītu, un izlietotā tiek “pārstrādāta” uzlādes stacijās.
Lai gan tas viss izskatās lieliski, diemžēl joprojām ir daudz šķēršļu praktiskai šāda veida akumulatoru izmantošanai automašīnās. Vanādija elektrolīta redoksakumulatora enerģijas blīvums ir tikai 30 Wh uz kilogramu, kas ir aptuveni tāds pats kā svina skābes akumulatoram. Lai uzglabātu tādu pašu enerģijas daudzumu kā moderns 16 kWh litija jonu akumulators, pie pašreizējā redokstehnoloģijas līmeņa akumulatoram būs nepieciešami 500 litri elektrolīta. Plus visas perifērijas, protams, kuru apjoms arī ir diezgan liels - būris, kas nepieciešams viena kilovata jaudas nodrošināšanai, kā alus kastei.
Šādi parametri nav piemēroti automašīnām, ņemot vērā, ka litija jonu akumulators uz kilogramu uzglabā četras reizes vairāk enerģijas. Tomēr Jenss Noaks ir optimistisks, jo attīstība šajā jomā tikai sākas un perspektīvas ir daudzsološas. Laboratorijā tā sauktās vanādija polisulfīda bromīda baterijas sasniedz enerģijas blīvumu 70 Wh uz kilogramu un pēc izmēra ir salīdzināmas ar niķeļa metāla hidrīda baterijām, kuras pašlaik tiek izmantotas Toyota Prius.
Tas samazina nepieciešamo tvertņu tilpumu uz pusi. Pateicoties salīdzinoši vienkāršai un lētai uzlādes sistēmai (divi sūkņi sūknē jaunu elektrolītu, divi izsūc nolietoto elektrolītu), sistēmu var uzlādēt desmit minūtēs, lai nodrošinātu 100 km attālumu. Pat tādas ātrās uzlādes sistēmas kā Tesla Roadster izmantotās, kalpo sešas reizes ilgāk.
Šajā gadījumā nav pārsteidzoši, ka daudzi autobūves uzņēmumi vērsās pie institūta pētījumiem, un Bādenes-Virtembergas štats attīstībai atvēlēja 1,5 miljonus eiro. Tomēr vēl būs vajadzīgs laiks, lai sasniegtu automobiļu tehnoloģiju fāzi. “Šāda veida akumulatori var ļoti labi darboties ar stacionārām energosistēmām, un mēs jau veidojam eksperimentālās stacijas Bundesvēram. Taču elektrisko transportlīdzekļu jomā šī tehnoloģija būs piemērota ieviešanai pēc aptuveni desmit gadiem,” sacīja Noaks.
Caurspīdīgu redoks bateriju ražošanai nav nepieciešami eksotiski materiāli. Nav nepieciešami dārgi katalizatori, piemēram, platīns, ko izmanto kurināmā elementos, vai polimēri, piemēram, litija jonu akumulatori. Laboratorijas sistēmu augstās izmaksas, kas sasniedz 2000 eiro par kilovatstundu jaudas, ir saistītas tikai ar to, ka tās ir vienreizējas un izgatavotas ar rokām.
Tikmēr institūta speciālisti plāno būvēt savu vēja parku, kurā notiks uzlādes process, tas ir, elektrolīta iznīcināšana. Ar redoksplūsmu šis process ir efektīvāks par ūdens elektrolizāciju ūdeņradī un skābeklī un to izmantošanu kurināmā elementos – momentāni akumulatori nodrošina 75 procentus no uzlādei patērētās elektroenerģijas.
Mēs varam iedomāties uzlādes stacijas, kas kopā ar parasto elektrisko transportlīdzekļu uzlādi kalpo kā buferi pret energosistēmas maksimālo slodzi. Piemēram, šodien, neraugoties uz vēju, daudzas ziemeļu Vācijas vēja turbīnas ir jāizslēdz, jo citādi tās pārslogotu tīklu.
Kas attiecas uz drošību, briesmas nedraud. “Ja sajaucat divus elektrolītus, rodas ķīmisks īssavienojums, kas izdala siltumu un temperatūra paaugstinās līdz 80 grādiem, bet nekas cits nenotiek. Protams, tikai šķidrumi nav droši, bet arī benzīns un dīzeļdegviela. Neskatoties uz caurplūdes redokso bateriju potenciālu, Fraunhofera institūta pētnieki arī smagi strādā, izstrādājot litija jonu tehnoloģiju ...
teksts: Aleksandrs Blohs
Redox plūsmas akumulators
Redox plūsmas akumulators faktiski ir parastā akumulatora un degvielas elementa krustojums. Elektrība plūst divu elektrolītu mijiedarbības dēļ – viens savienots ar šūnas pozitīvo polu, bet otrs ar negatīvo. Šajā gadījumā viens dod pozitīvi lādētus jonus (oksidācija), bet otrs tos saņem (reducēšana), līdz ar to arī ierīces nosaukums. Kad tiek sasniegts noteikts piesātinājuma līmenis, reakcija apstājas un uzlāde ir elektrolītu aizstāšana ar svaigiem. Strādnieki tiek atjaunoti, izmantojot apgriezto procesu.
