Tečúce batérie: prosím, vylejte pre mňa elektróny!
Vedci z Fraunhoferovho ústavu v Nemecku uskutočňujú vážne vývojové práce v oblasti elektrických batérií, alternatívne k tým klasickým. Vďaka technológii redox flow je proces skladovania elektriny skutočne radikálne odlišný ...
Batérie, ktoré sa nabíjajú kvapalinou ako palivo, sa nalejú do automobilu s benzínovým alebo naftovým motorom. Môže to znieť utopisticky, ale pre Jensa Noacka z Fraunhoferovho inštitútu v nemeckom Pfinztale je to vlastne každodenný život. Od roku 2007 vývojový tím, do ktorého je zapojený, vyvíja túto exotickú formu nabíjateľnej batérie v plnom prúde. Myšlienka prietokovej alebo takzvanej prietokovej redoxnej batérie nie je v skutočnosti zložitá a prvý patent v tejto oblasti pochádza z roku 1949. Každý z dvoch bunkových priestorov, oddelených membránou (podobne ako palivové články), je spojený so zásobníkom obsahujúcim špecifický elektrolyt. Kvôli tendencii látok navzájom chemicky reagovať sa protóny pohybujú z jedného elektrolytu do druhého cez membránu a elektróny sú vedené cez prúdový spotrebič pripojený k dvom častiam, v dôsledku čoho preteká elektrický prúd. Po určitej dobe sú dve nádrže vypustené a naplnené čerstvým elektrolytom a použitá je „recyklovaná“ na nabíjacích staniciach.
Aj keď to všetko vyzerá skvele, nanešťastie stále existuje veľa prekážok, ktoré bránia praktickému použitiu tohto typu batérie v automobiloch. Hustota energie redoxnej batérie s vanádiovým elektrolytom sa pohybuje v rozmedzí iba 30 Wh na kilogram, čo je približne rovnaká hodnota ako pri olovenej batérii. Na uskladnenie rovnakého množstva energie ako v modernej 16 kWh lítium-iónovej batérii si pri súčasnej úrovni redox technológie bude batéria vyžadovať 500 litrov elektrolytu. Plus samozrejme všetky periférie, ktorých objem je tiež dosť veľký - klietka potrebná na výkon jedného kilowattu ako krabica od piva.
Takéto parametre nie sú vhodné pre autá, vzhľadom na to, že lítium-iónová batéria ukladá štyrikrát viac energie na kilogram. Jens Noack je však optimistický, pretože vývoj v tejto oblasti je len na začiatku a perspektívy sú sľubné. V laboratóriu dosahujú takzvané vanádiové polysulfidové bromidové batérie hustotu energie 70 Wh na kilogram a veľkosťou sú porovnateľné s nikel-metal-hydridovými batériami, ktoré sa v súčasnosti používajú v Toyote Prius.
Tým sa zníži požadovaný objem nádrží na polovicu. Vďaka relatívne jednoduchému a lacnému systému nabíjania (dve čerpadlá čerpajú nový elektrolyt, dve odsávajú použitý elektrolyt) je možné systém nabiť za desať minút, aby ste dosiahli dojazd 100 km. Dokonca aj systémy rýchleho nabíjania, aké používa systém Tesla Roadster, vydržia šesťkrát dlhšie.
V tomto prípade nie je prekvapujúce, že mnohé automobilky sa obrátili na výskum inštitútu a štát Bádensko-Württembersko vyčlenil na vývoj 1,5 milióna eur. Dosiahnutie fázy automobilových technológií však ešte potrvá. „Tento typ batérie môže veľmi dobre fungovať so stacionárnymi energetickými systémami a už teraz vyrábame experimentálne stanice pre Bundeswehr. V oblasti elektrických vozidiel však bude táto technológia vhodná na implementáciu približne o desať rokov,“ povedal Noack.
Na výrobu prietokovo redoxných batérií nie sú potrebné exotické materiály. Nie sú potrebné žiadne drahé katalyzátory, napríklad platina, ktorá sa používa v palivových článkoch, alebo polyméry, ako sú lítium-iónové batérie. Vysoké náklady na laboratórne systémy, ktoré dosahujú 2000 XNUMX eur na kilowatt energie, sú spôsobené iba skutočnosťou, že sú jedinečné a sú vyrábané ručne.
Špecialisti ústavu medzitým plánujú postaviť vlastný veterný park, kde bude prebiehať proces nabíjania, teda likvidácia elektrolytu. S redoxným prietokom je tento proces efektívnejší ako elektrolýza vody na vodík a kyslík a ich použitie v palivových článkoch – instantné batérie poskytujú 75 percent elektriny použitej na nabíjanie.
Môžeme si predstaviť nabíjacie stanice, ktoré spolu s bežným nabíjaním elektrických vozidiel slúžia ako nárazníky proti špičkovému zaťaženiu energetického systému. Napríklad dnes musí byť vypnutých veľa veterných turbín v severnom Nemecku napriek vetru, pretože by inak preťažili sieť.
Pokiaľ ide o bezpečnosť, tu nič nehrozí. "Keď zmiešate dva elektrolyty, dôjde k chemickému skratu, ktorý vydáva teplo a teplota stúpne na 80 stupňov, ale nič iné sa nestane." Samotné kvapaliny samozrejme nie sú bezpečné, ale nie sú to ani benzín a nafta. Napriek potenciálu prietokových redoxných batérií vedci z Fraunhoferovho inštitútu tiež tvrdo pracujú na vývoji lítium-iónovej technológie ...
text: Alexander Bloch
Prietoková batéria redox
Redox prietoková batéria je vlastne kríženec medzi bežnou batériou a palivovým článkom. Elektrina prúdi v dôsledku interakcie medzi dvoma elektrolytmi - jedným pripojeným ku kladnému pólu článku a druhým k zápornému pólu. V tomto prípade jeden dáva kladne nabité ióny (oxidácia) a druhý ich prijíma (redukcia), odtiaľ názov zariadenia. Po dosiahnutí určitej úrovne nasýtenia sa reakcia zastaví a nabíjanie spočíva vo výmene elektrolytov za čerstvé. Pracovníci sa obnovujú pomocou opačného procesu.
