Flæðandi rafhlöður: vinsamlegast hellið rafeindum fyrir mig!
Vísindamenn frá Fraunhofer stofnuninni í Þýskalandi vinna alvarlega þróunarvinnu á sviði rafhlöður, aðrar en þær klassísku. Með redox flæði tækni er ferlið við að geyma rafmagn í raun gerólík ...
Rafgeymunum, sem eru hlaðnir með vökva sem eldsneyti, er hellt í bíl með bensíni eða dísilvél. Það kann að hljóma útópískt en fyrir Jens Noack frá Fraunhofer stofnuninni í Pfinztal í Þýskalandi er þetta í raun daglegt líf. Frá árinu 2007 hefur þróunarteymið sem hann tekur þátt í að þróa þetta framandi form af endurhlaðanlegu rafhlöðu í fullum gangi. Reyndar er hugmyndin um gegnumstreymis eða svokallað flæði redox rafhlöðu ekki erfið og fyrsta einkaleyfið á þessu sviði er frá árinu 1949. Hvert tveggja frumurýma, aðskilið með himnu (svipað og eldsneytisfrumur), er tengt við lón sem inniheldur tiltekna raflausn. Vegna tilhneigingar efna til að bregðast efnafræðilega við hvert annað hreyfast róteindir frá einni raflausn til annarrar í gegnum himnuna og rafeindirnar beinast um straum neytanda sem er tengdur við tvo hlutana og af þeim sökum flæðir rafstraumur. Eftir ákveðinn tíma eru tveir tankar tæmdir og fylltir með ferskum raflausn og sá notaði er „endurunninn“ á hleðslustöðvunum.
Þó að þetta líti allt vel út, eru því miður enn margar hindranir fyrir hagnýtri notkun þessarar tegundar rafhlöðu í bílum. Orkuþéttleiki vanadíum raflausna redox rafhlöðu er á bilinu aðeins 30 Wh á hvert kíló, sem er nokkurn veginn það sama og blýsýru rafhlöðu. Til að geyma sama magn af orku og nútíma 16 kWh litíumjónarafhlaða, á núverandi stigi redoxtækni, mun rafhlaðan þurfa 500 lítra af raflausn. Auk allra jaðartækja, auðvitað, rúmmál þeirra er líka frekar stórt - búr sem er nauðsynlegt til að veita afl upp á eitt kílóvatt, eins og bjórkassi.
Slíkar breytur henta ekki bílum í ljósi þess að litíumjónarafhlöður geyma fjórum sinnum meiri orku á hvert kíló. Hins vegar er Jens Noack bjartsýnn, því þróunin á þessu sviði er rétt að byrja og horfurnar lofa góðu. Á rannsóknarstofunni ná svonefndar vanadín pólýsúlfíð brómíð rafhlöður 70 Wh orkuþyngd á kílóið og eru sambærilegar að stærð og nikkel málmhýdríð rafhlöður sem nú eru notaðar í Toyota Prius.
Þetta dregur úr nauðsynlegu magni skriðdreka í tvennt. Þökk sé tiltölulega einföldu og ódýru hleðslukerfi (tvær dælur dæla nýrri raflausn, tvær soga út notaða raflausn), er hægt að hlaða kerfið á tíu mínútum til að veita 100 km svið. Jafnvel hraðhleðslukerfi eins og notað er í Tesla Roadster endist sex sinnum lengur.
Í þessu tilfelli kemur það ekki á óvart að mörg bílafyrirtæki hafi snúið sér að rannsóknum stofnunarinnar og Baden-Württemberg fylki úthlutaði 1,5 milljónum evra til þróunar. Hins vegar mun enn taka tíma að ná bílatæknistiginu. „Þessi tegund af rafhlöðum getur virkað mjög vel með kyrrstæðum raforkukerfum og við erum nú þegar að búa til tilraunastöðvar fyrir Bundeswehr. Hins vegar, á sviði rafknúinna farartækja, mun þessi tækni henta til innleiðingar eftir um það bil tíu ár,“ sagði Noack.
Framandi efni er ekki krafist til framleiðslu á gegnumstreymis redox rafhlöðum. Ekki er þörf á dýrum hvötum eins og platínu sem notuð eru í eldsneytisfrumur eða fjölliður eins og litíumjónarafhlöður. Hinn mikli kostnaður við rannsóknarstofukerfi, sem ná 2000 evrum á hvert kílóvatt af afli, stafar eingöngu af því að þau eru einstök og gerð með handafli.
Á meðan ætla sérfræðingar stofnunarinnar að byggja eigin vindorkuver þar sem hleðsluferlið, það er að segja förgun raflausnarinnar, fer fram. Með redoxflæði er þetta ferli skilvirkara en að rafgreina vatn í vetni og súrefni og nota þau í efnarafala - skyndi rafhlöður sjá um 75 prósent af rafmagninu sem notað er til hleðslu.
Við getum séð fyrir okkur hleðslustöðvar sem, ásamt hefðbundinni hleðslu rafknúinna ökutækja, þjóna sem biðminni gegn hámarksálagi raforkukerfisins. Í dag þarf til dæmis að slökkva á mörgum vindmyllum í Norður-Þýskalandi þrátt fyrir vindinn, þar sem þær myndu annars ofhlaða ristina.
Hvað varðar öryggi er engin hætta hér. „Þegar þú blandar saman tveimur raflausnum verður skammhlaup efna sem gefur frá sér hita og hitinn fer upp í 80 gráður, en ekkert annað gerist. Auðvitað, vökvi einn er óöruggur, en bensín og dísel líka. Þrátt fyrir möguleika flæðis í gegnum redox rafhlöður, eru vísindamenn við Fraunhofer Institute einnig duglegir við að þróa litíumjón tækni ...
texti: Alexander Bloch
Redox flæði rafhlaða
Redoxflæðisrafhlaða er í raun kross á milli hefðbundinnar rafhlöðu og efnarafala. Rafmagn streymir vegna víxlverkunar tveggja raflausna - annar tengdur við jákvæða pól frumunnar og hinn við neikvæða. Í þessu tilviki gefur annar jákvætt hlaðnar jónir (oxun) og hinn fær þær (fækkun), þess vegna heitir tækið. Þegar ákveðinni mettun er náð stöðvast efnahvarfið og hleðsla felst í því að skipta út raflausnum fyrir ferskar. Starfsmenn eru endurreistir með öfugu ferli.
