Tekoucí baterie: nalijte mi prosím elektrony!
Vědci z Fraunhoferova institutu v Německu provádějí seriózní vývojové práce v oblasti elektrických baterií, alternativních k klasickým. S technologií redox flow je proces skladování elektřiny opravdu radikálně odlišný ...
Baterie, které jsou nabíjeny kapalinou jako palivo, se nalévají do automobilu s benzínovým nebo naftovým motorem. Může to znít utopicky, ale pro Jense Noacka z Fraunhoferova institutu v německém Pfinztal je to vlastně každodenní život. Od roku 2007 vývojový tým, do kterého je zapojen, vyvíjí tuto exotickou formu dobíjecí baterie v plném proudu. Myšlenka na průtokovou nebo takzvanou průtokovou redoxní baterii není nijak složitá a první patent v této oblasti pochází z roku 1949. Každý ze dvou buněčných prostorů, oddělených membránou (podobně jako palivové články), je spojen se zásobníkem obsahujícím specifický elektrolyt. Kvůli tendenci látek navzájem chemicky reagovat se protony pohybují z jednoho elektrolytu do druhého přes membránu a elektrony jsou směrovány přes proudový spotřebič připojený ke dvěma částem, v důsledku čehož protéká elektrický proud. Po určité době jsou dvě nádrže vypuštěny a naplněny čerstvým elektrolytem a použitá je „recyklována“ na nabíjecích stanicích.
I když to všechno vypadá skvěle, bohužel stále existuje mnoho překážek praktického použití tohoto typu baterie v autech. Hustota energie redoxní baterie s vanadiovým elektrolytem se pohybuje v rozmezí pouhých 30 Wh na kilogram, což je zhruba stejně jako u olověných baterií. Pro uložení stejného množství energie jako moderní 16 kWh lithium-iontová baterie bude při současné úrovni redox technologie baterie vyžadovat 500 litrů elektrolytu. Plus samozřejmě všechny periferie, jejichž objem je také poměrně velký - klec nutná pro výkon jednoho kilowattu jako krabice od piva.
Takové parametry nejsou pro auta vhodné, vzhledem k tomu, že lithium-iontová baterie ukládá čtyřikrát více energie na kilogram. Jens Noack je však optimistický, protože vývoj v této oblasti teprve začíná a vyhlídky jsou slibné. V laboratoři dosahují takzvané vanadové polysulfidové bromidové baterie hustoty energie 70 Wh na kilogram a svou velikostí jsou srovnatelné s nikl-metal-hydridovými bateriemi, které se v současné době používají v Toyotě Prius.
Tím se sníží požadovaný objem nádrží na polovinu. Díky relativně jednoduchému a levnému systému nabíjení (dvě čerpadla čerpají nový elektrolyt, dvě odsávají použitý elektrolyt) lze systém nabít za deset minut, aby poskytl dojezd 100 km. Dokonce i systémy rychlého nabíjení, jako je systém používaný v Tesla Roadster, vydrží šestkrát déle.
V tomto případě není divu, že se na výzkum institutu obrátilo mnoho automobilových společností a stát Bádensko-Württembersko vyčlenil na vývoj 1,5 milionu eur. Dostat se do fáze automobilových technologií však bude ještě nějakou dobu trvat. „Tento typ baterie může velmi dobře fungovat se stacionárními energetickými systémy a již vyrábíme experimentální stanice pro Bundeswehr. V oblasti elektrických vozidel však bude tato technologie vhodná k implementaci zhruba za deset let,“ řekl Noak.
K výrobě průtokově redoxních baterií nejsou nutné exotické materiály. Nevyžadují se drahé katalyzátory, jako je platina používaná v palivových článcích, nebo polymery, jako jsou lithium-iontové baterie. Vysoké náklady na laboratorní systémy, které dosahují 2000 XNUMX eur na kilowatt energie, jsou způsobeny pouze skutečností, že jsou jedinečné a jsou vyráběny ručně.
Specialisté ústavu mezitím plánují stavbu vlastní větrné farmy, kde bude probíhat proces nabíjení, tedy likvidace elektrolytu. S redoxním prouděním je tento proces efektivnější než elektrolýza vody na vodík a kyslík a jejich použití v palivových článcích – instantní baterie poskytují 75 procent elektřiny použité k nabíjení.
Můžeme si představit nabíjecí stanice, které spolu s konvenčním nabíjením elektrických vozidel slouží jako nárazníky proti špičkovému zatížení energetického systému. Například dnes je třeba vypnout mnoho větrných turbín v severním Německu navzdory větru, protože by jinak přetížily síť.
Pokud jde o bezpečnost, nehrozí žádné nebezpečí. "Když smícháte dva elektrolyty, dojde k chemickému zkratu, který vydává teplo a teplota stoupne na 80 stupňů, ale nic jiného se nestane." Samotné kapaliny samozřejmě nejsou bezpečné, ale ani benzín a nafta. I přes potenciál protékajících redoxních baterií vyvíjejí výzkumní pracovníci Fraunhoferova institutu také vývoj lithium-iontové technologie ...
text: Alexander Bloch
Redox průtoková baterie
Redoxní baterie je vlastně kříženec mezi konvenční baterií a palivovým článkem. Elektřina proudí v důsledku interakce mezi dvěma elektrolyty - jedním připojeným ke kladnému pólu článku a druhým k zápornému pólu. V tomto případě jeden dává kladně nabité ionty (oxidace) a druhý je přijímá (redukce), odtud název zařízení. Po dosažení určité úrovně nasycení se reakce zastaví a nabíjení spočívá ve výměně elektrolytů za čerstvé. Pracovníci jsou obnoveni pomocí obráceného procesu.
