Flytende batterier: Vennligst hell elektroner for meg!
Forskere fra Fraunhofer-instituttet i Tyskland utfører seriøst utviklingsarbeid innen elektriske batterier, alternativ til de klassiske. Med redoksstrømningsteknologi er prosessen med lagring av elektrisitet veldig radikalt annerledes ...
Batteriene, som er fylt med væske som drivstoff, helles i en bil med bensin- eller dieselmotor. Det høres kanskje utopisk ut, men for Jens Noack fra Fraunhofer-instituttet i Pfinztal, Tyskland, er dette faktisk hverdagen. Siden 2007 har utviklingsteamet han er involvert i, utviklet denne eksotiske formen for oppladbart batteri i full gang. Faktisk er ideen om et gjennomstrømnings- eller såkalt gjennomstrømningsredoksbatteri ikke vanskelig, og det første patentet i dette området dateres tilbake til 1949. Hvert av de to celleområdene, atskilt med en membran (ligner på brenselceller), er koblet til et reservoar som inneholder en spesifikk elektrolytt. På grunn av stoffets tendens til å kjemisk reagere med hverandre, overføres protoner fra en elektrolytt til en annen gjennom membranen, og elektroner ledes gjennom en strømforbruker koblet til to deler, som et resultat av at en elektrisk strøm strømmer. Etter en viss tid blir to tanker tappet og fylt med fersk elektrolytt, og den brukte blir "resirkulert" på ladestasjonene.
Selv om alt dette ser bra ut, er det dessverre fortsatt mange hindringer for praktisk bruk av denne typen batterier i biler. Energitettheten til et vanadiumelektrolyttredoksbatteri er i området bare 30 Wh per kilogram, noe som er omtrent det samme som et blybatteri. For å lagre samme mengde energi som et moderne 16 kWh litium-ion-batteri, på dagens nivå av redoksteknologi, vil batteriet kreve 500 liter elektrolytt. Pluss alle periferiutstyr, selvfølgelig, hvis volumet også er ganske stort - et bur som er nødvendig for å gi en effekt på en kilowatt, som en ølboks.
Slike parametere er ikke egnet for biler, gitt at litiumionbatteriet lagrer fire ganger mer energi per kilo. Imidlertid er Jens Noack optimistisk, fordi utviklingen på dette området bare har begynt og utsiktene er lovende. I laboratoriet oppnår de såkalte vanadiumpolysulfidbromidbatteriene en energitetthet på 70 Wh per kilo og er sammenlignbare i størrelse med nikkelmetallhydridbatteriene som for tiden brukes i Toyota Prius.
Dette reduserer det nødvendige volumet av tanker i to. Takket være et relativt enkelt og billig ladesystem (to pumper pumper ny elektrolytt, to suger ut brukt elektrolytt), kan systemet lades på ti minutter for å gi en rekkevidde på 100 km. Selv hurtigladingssystemer som den som brukes i Tesla Roadster varer seks ganger lenger.
I dette tilfellet er det ikke overraskende at mange bilfirmaer henvendte seg til instituttets forskning, og delstaten Baden-Württemberg bevilget 1,5 millioner euro til utvikling. Det vil imidlertid fortsatt ta tid å nå bilteknologifasen. "Denne typen batteri kan fungere veldig bra med stasjonære kraftsystemer, og vi lager allerede eksperimentelle stasjoner for Bundeswehr. Men innen elbiler vil denne teknologien være egnet for implementering om omtrent ti år, sa Noak.
Eksotiske materialer er ikke nødvendig for produksjon av gjennomstrømningsredoksbatterier. Det kreves ingen dyre katalysatorer som platina som brukes i brenselceller eller polymerer som litiumionbatterier. De høye kostnadene ved laboratoriesystemer, som når 2000 euro per kilowatt strøm, skyldes utelukkende det faktum at de er enestående og er laget for hånd.
I mellomtiden planlegger instituttets spesialister å bygge sin egen vindpark, hvor ladeprosessen, det vil si deponering av elektrolytten, skal finne sted. Med redoksstrøm er denne prosessen mer effektiv enn å elektrolysere vann til hydrogen og oksygen og bruke dem i brenselceller – øyeblikkelige batterier gir 75 prosent av elektrisiteten som brukes til lading.
Vi kan se for oss ladestasjoner som sammen med konvensjonell lading av elektriske kjøretøyer fungerer som buffere mot toppbelastningen til kraftsystemet. I dag må for eksempel mange vindturbiner i Nord-Tyskland slås av til tross for vinden, da de ellers ville overbelastet nettet.
Når det gjelder sikkerhet, er det ingen fare. “Når du blander to elektrolytter, oppstår det en kjemisk kortslutning som avgir varme og temperaturen stiger til 80 grader, men ingenting annet skjer. Selvfølgelig er væsker alene usikre, men det er også bensin og diesel. Til tross for potensialet med gjennomstrømningsredoksbatterier, er forskere ved Fraunhofer Institute også hardt i arbeid med å utvikle litiumionteknologi ...
tekst: Alexander Bloch
Redox strømningsbatteri
Et redoksstrømbatteri er faktisk en krysning mellom et konvensjonelt batteri og en brenselcelle. Elektrisitet flyter på grunn av samspillet mellom to elektrolytter - en koblet til den positive polen til cellen og den andre til den negative. I dette tilfellet gir den ene positivt ladede ioner (oksidasjon), og den andre mottar dem (reduksjon), derav navnet på enheten. Når et visst metningsnivå er nådd, stopper reaksjonen og ladningen består i å erstatte elektrolyttene med friske. Arbeidere gjenopprettes ved å bruke omvendt prosess.
