Baterii care curg: vă rog să turnați electroni pentru mine!
Oamenii de știință de la Institutul Fraunhofer din Germania desfășoară lucrări serioase de dezvoltare în domeniul bateriilor electrice, alternative la cele clasice. Cu tehnologia redox flow, procesul de stocare a energiei electrice este într-adevăr radical diferit ...
Bateriile, care sunt încărcate cu lichid ca combustibil, sunt turnate într-o mașină cu motor pe benzină sau diesel. Poate suna utopic, dar pentru Jens Noack de la Institutul Fraunhofer din Pfinztal, Germania, aceasta este de fapt viața de zi cu zi. Din 2007, echipa de dezvoltare în care este implicat dezvoltă această formă exotică de baterie reîncărcabilă în plină desfășurare. De fapt, ideea unei baterii redox flow-through sau așa-numită flow-through nu este dificilă, iar primul brevet din acest domeniu datează din 1949. Fiecare dintre cele două spații ale celulelor, separate de o membrană (similară cu celulele de combustibil), sunt conectate la un rezervor care conține un electrolit specific. Datorită tendinței substanțelor de a reacționa chimic între ele, protonii se deplasează de la un electrolit la altul prin membrană, iar electronii sunt direcționați printr-un consumator de curent conectat la cele două părți, în urma căruia curge un curent electric. După un anumit timp, două rezervoare sunt drenate și umplute cu electrolit proaspăt, iar cel folosit este „reciclat” la stațiile de încărcare.
Deși totul arată grozav, din păcate, există încă multe obstacole în calea utilizării practice a acestui tip de baterie în mașini. Densitatea de energie a unei baterii redox cu electrolit de vanadiu este în intervalul de numai 30 Wh per kilogram, care este aproximativ aceeași cu cea a unei baterii cu plumb acid. Pentru a stoca aceeași cantitate de energie ca o baterie modernă litiu-ion de 16 kWh, la nivelul actual al tehnologiei redox, bateria va necesita 500 de litri de electrolit. Plus toate perifericele, desigur, al căror volum este, de asemenea, destul de mare - o cușcă necesară pentru a oferi o putere de un kilowatt, ca o cutie de bere.
Astfel de parametri nu sunt adecvați mașinilor, având în vedere că bateria litiu-ion stochează de patru ori mai multă energie pe kilogram. Cu toate acestea, Jens Noack este optimist, deoarece evoluțiile în acest domeniu abia încep și perspectivele sunt promițătoare. În laborator, așa-numitele baterii de bromură de polisulfură de vanadiu ating o densitate de energie de 70 Wh pe kilogram și sunt comparabile ca mărime cu bateriile de hidrură de nichel metalic utilizate în prezent în Toyota Prius.
Acest lucru reduce volumul necesar de rezervoare în jumătate. Datorită unui sistem de încărcare relativ simplu și ieftin (două pompe pompează electrolit nou, două aspiră electrolitul folosit), sistemul poate fi încărcat în zece minute pentru a oferi o rază de acțiune de 100 km. Chiar și sistemele de încărcare rapidă, precum cea utilizată în Tesla Roadster, durează de șase ori mai mult.
În acest caz, nu este de mirare că multe companii de automobile au apelat la cercetările Institutului, iar statul Baden-Württemberg a alocat 1,5 milioane de euro pentru dezvoltare. Cu toate acestea, va mai dura timp pentru a ajunge la faza de tehnologie auto. „Acest tip de baterie poate funcționa foarte bine cu sistemele de alimentare staționare și facem deja stații experimentale pentru Bundeswehr. Cu toate acestea, în domeniul vehiculelor electrice, această tehnologie va fi potrivită pentru implementare în aproximativ zece ani”, a spus Noack.
Nu sunt necesare materiale exotice pentru producerea de baterii redox cu flux. Nu sunt necesari catalizatori scumpi, cum ar fi platina utilizată în pilele de combustibil sau polimeri, cum ar fi bateriile litiu-ion. Costul ridicat al sistemelor de laborator, care ajunge la 2000 de euro pe kilowatt de putere, se datorează exclusiv faptului că sunt unice și sunt fabricate manual.
Între timp, specialiștii institutului plănuiesc să-și construiască propriul parc eolian, unde va avea loc procesul de încărcare, adică eliminarea electrolitului. Cu fluxul redox, acest proces este mai eficient decât electrolizarea apei în hidrogen și oxigen și utilizarea lor în celulele de combustie - bateriile instant asigură 75% din electricitatea utilizată pentru încărcare.
Putem imagina stații de încărcare care, împreună cu încărcarea convențională pentru vehiculele electrice, servesc ca tampoane împotriva sarcinii maxime a sistemului de alimentare. Astăzi, de exemplu, multe turbine eoliene din nordul Germaniei trebuie oprite în ciuda vântului, altfel ar supraîncărca rețeaua.
În ceea ce privește securitatea, nu există pericol aici. „Când amestecați doi electroliți, apare un scurtcircuit chimic care degajă căldură și temperatura crește la 80 de grade, dar nu se întâmplă nimic altceva. Desigur, numai lichidele nu sunt sigure, dar la fel și benzina și motorina. În ciuda potențialului bateriilor redox cu flux, cercetătorii de la Institutul Fraunhofer lucrează de asemenea la dezvoltarea tehnologiei litiu-ion ...
text: Alexander Bloch
Baterie cu flux redox
O baterie cu flux redox este de fapt o încrucișare între o baterie convențională și o celulă de combustibil. Electricitatea curge datorită interacțiunii dintre doi electroliți - unul conectat la polul pozitiv al celulei și celălalt la cel negativ. În acest caz, unul dă ioni încărcați pozitiv (oxidare), iar celălalt îi primește (reducere), de unde și numele dispozitivului. Când se atinge un anumit nivel de saturație, reacția se oprește și încărcarea constă în înlocuirea electroliților cu alții proaspeți. Lucrătorii sunt restaurați folosind procesul invers.
