Течащи батерии: моля, налийте електрони за мен!
Учени от института Фраунхофер в Германия извършват сериозна разработка в областта на електрическите батерии, алтернативни на класическите. С технологията на редокс потока процесът на съхранение на електричество е наистина коренно различен ...
Батериите, които се зареждат с течност като гориво, се изсипват в автомобил с бензинов или дизелов двигател. Може да звучи утопично, но за Йенс Ноак от Института „Фраунхофер“ в Пфинцтал, Германия, това всъщност е ежедневието. От 2007 г. екипът на разработчиците, в който той участва, развива тази екзотична форма на акумулаторна батерия в разгара си. Всъщност идеята за проточна или така наречената проточна редокс батерия не е трудна и първият патент в тази област датира от 1949 година. Всяко от двете клетъчни пространства, разделени с мембрана (подобно на горивните клетки), е свързано с резервоар, съдържащ специфичен електролит. Поради тенденцията на веществата да реагират химически помежду си, протоните се преместват от един електролит в друг през мембраната, а електроните се насочват през токов консуматор, свързан с двете части, в резултат на което протича електрически ток. След определено време два резервоара се източват и се пълнят с пресен електролит, а използваният се „рециклира“ в зарядните станции.
Въпреки че всичко това изглежда страхотно, за съжаление все още има много пречки пред практическото използване на този тип батерии в автомобилите. Енергийната плътност на ванадиев електролит редокс батерия е в диапазона от само 30 Wh на килограм, което е приблизително същото като това на оловно-киселинна батерия. За да съхрани същото количество енергия като модерна 16 kWh литиево-йонна батерия, при сегашното ниво на редокс технология, батерията ще изисква 500 литра електролит. Плюс цялата периферия, разбира се, чийто обем също е доста голям - клетка, необходима за осигуряване на мощност от един киловат, като кутия за бира.
Такива параметри не са подходящи за автомобили, като се има предвид, че литиево-йонната батерия съхранява четири пъти повече енергия на килограм. Йенс Ноак обаче е оптимист, защото развитието в тази област тепърва започва и перспективите са обещаващи. В лабораторията така наречените ванадиеви полисулфид бромидни батерии постигат енергийна плътност от 70 Wh на килограм и са сравними по размер с никелово-металните хидридни батерии, използвани понастоящем в Toyota Prius.
Това намалява необходимия обем на резервоарите наполовина. Благодарение на сравнително проста и евтина система за зареждане (две помпи изпомпват нов електролит, две изсмукват използван електролит), системата може да се зарежда за десет минути, за да осигури пробег от 100 км. Дори системите за бързо зареждане като тази, използвана в Tesla Roadster, издържат шест пъти по-дълго.
В този случай не е изненадващо, че много автомобилни компании се обърнаха към изследванията на института, а провинция Баден-Вюртемберг отпусна 1,5 милиона евро за разработка. Въпреки това все още ще отнеме време, за да достигнете до фазата на автомобилната технология. „Този тип батерия може да работи много добре със стационарни енергийни системи и ние вече правим експериментални станции за Бундесвера. Въпреки това, в областта на електрическите превозни средства, тази технология ще бъде подходяща за внедряване след около десет години“, каза Ноак.
Екзотични материали не са необходими за производството на проточни редокс батерии. Не се изискват скъпи катализатори като платина, използвана в горивни клетки или полимери като литиево-йонни батерии. Високата цена на лабораторните системи, достигаща 2000 евро за киловат мощност, се дължи единствено на факта, че те са единствени по рода си и са направени на ръка.
Междувременно специалистите на института планират изграждането на собствен вятърен парк, където ще се извършва процесът на зареждане, тоест изхвърлянето на електролита. С редокс потока този процес е по-ефективен от електролизирането на вода във водород и кислород и използването им в горивни клетки - незабавните батерии осигуряват 75 процента от електричеството, използвано за зареждане.
Можем да си представим станции за зареждане, които заедно с конвенционалното зареждане на електрически превозни средства служат като буфери срещу пиковото натоварване на енергийната система. Днес например много вятърни турбини в Северна Германия трябва да бъдат изключени въпреки вятъра, тъй като иначе биха претоварили мрежата.
Що се отнася до сигурността, тук няма опасност. „Когато смесите два електролита, има химическо късо съединение, което отделя топлина и температурата се повишава до 80 градуса, но нищо друго не се случва. Разбира се, само течностите са опасни, но бензинът и дизелът също. Въпреки потенциала на проточните редокс батерии, изследователите от Института Фраунхофер също усилено работят в разработването на литиево-йонна технология ...
текст: Александър Блок
Батерия Redox поток
Батерията с редокс поток всъщност е кръстоска между конвенционална батерия и горивна клетка. Електричеството протича поради взаимодействието между два електролита – единият свързан към положителния полюс на клетката, а другият към отрицателния. В този случай единият дава положително заредени йони (окисляване), а другият ги приема (редукция), откъдето идва и името на устройството. Когато се достигне определено ниво на насищане, реакцията спира и зареждането се състои в замяна на електролитите със свежи. Работниците се възстановяват по обратния процес.
