Bateri mengalir: tolong tuangkan elektron untuk saya!
Para saintis dari Institut Fraunhofer di Jerman sedang melakukan pekerjaan pembangunan yang serius di bidang bateri elektrik, sebagai alternatif daripada yang klasik. Dengan teknologi aliran redoks, proses menyimpan elektrik sangat berbeza secara radikal ...
Baterai, yang diisi dengan cairan sebagai bahan bakar, dituangkan ke dalam kereta dengan mesin petrol atau diesel. Ia mungkin terdengar utopia, tetapi bagi Jens Noack dari Fraunhofer Institute di Pfinztal, Jerman, ini sebenarnya adalah kehidupan seharian. Sejak tahun 2007, pasukan pengembangan di mana dia terlibat telah mengembangkan bentuk bateri boleh dicas semula yang eksotik ini. Sebenarnya, idea bateri redox flow-through atau apa yang disebut flow-through tidak sukar, dan paten pertama di kawasan ini bermula pada tahun 1949. Masing-masing dari dua ruang sel, dipisahkan oleh membran (serupa dengan sel bahan bakar), dihubungkan ke takungan yang mengandungi elektrolit tertentu. Oleh kerana kecenderungan bahan untuk saling bereaksi secara kimia, proton dipindahkan dari satu elektrolit ke yang lain melalui membran, dan elektron diarahkan melalui pengguna semasa yang disambungkan ke dua bahagian, akibatnya arus elektrik mengalir. Setelah waktu tertentu, dua tangki dikeringkan dan diisi dengan elektrolit segar, dan yang digunakan "dikitar semula" di stesen pengisian.
Walaupun ini semua kelihatan hebat, malangnya masih terdapat banyak halangan untuk penggunaan praktikal bateri jenis ini dalam kereta. Ketumpatan tenaga bagi bateri redoks elektrolit vanadium berada dalam julat hanya 30 Wj sekilogram, yang kira-kira sama dengan bateri asid plumbum. Untuk menyimpan jumlah tenaga yang sama seperti bateri litium-ion moden 16 kWh, pada tahap teknologi redoks semasa, bateri akan memerlukan 500 liter elektrolit. Ditambah semua peranti, tentu saja, jumlahnya juga agak besar - sangkar yang diperlukan untuk memberikan kuasa satu kilowatt, seperti kotak bir.
Parameter seperti itu tidak sesuai untuk kereta, memandangkan bateri lithium-ion menyimpan empat kali lebih banyak tenaga per kilogram. Namun, Jens Noack optimis, kerana perkembangan di kawasan ini baru bermula dan prospeknya menjanjikan. Di makmal, bateri yang disebut vanadium polysulfide bromide mencapai ketumpatan tenaga 70 Wh per kilogram dan ukurannya sebanding dengan bateri hidrida logam nikel yang kini digunakan di Toyota Prius.
Ini mengurangkan jumlah tangki yang diperlukan pada separuh. Berkat sistem pengisian yang agak sederhana dan murah (dua pam mengepam elektrolit baru, dua elektrolit yang dihisap keluar), sistem dapat diisi dalam sepuluh minit untuk menyediakan jarak 100 km. Bahkan sistem pengecasan pantas seperti yang digunakan di Tesla Roadster bertahan enam kali lebih lama.
Dalam kes ini, tidak menghairankan bahawa banyak syarikat automotif beralih kepada penyelidikan Institut, dan negeri Baden-Württemberg memperuntukkan 1,5 juta euro untuk pembangunan. Walau bagaimanapun, ia masih akan mengambil masa untuk mencapai fasa teknologi automotif. “Bateri jenis ini boleh berfungsi dengan baik dengan sistem kuasa pegun, dan kami sudah pun membuat stesen percubaan untuk Bundeswehr. Bagaimanapun, dalam bidang kenderaan elektrik, teknologi ini akan sesuai untuk dilaksanakan dalam masa kira-kira sepuluh tahun,” kata Noack.
Bahan eksotik tidak diperlukan untuk pengeluaran bateri redoks aliran masuk. Tidak diperlukan pemangkin mahal seperti platinum yang digunakan dalam sel bahan bakar atau polimer seperti bateri ion litium. Kos sistem makmal yang tinggi, mencecah 2000 euro per kilowatt kuasa, semata-mata disebabkan oleh fakta bahawa ia adalah satu-satu-jenis dan dibuat dengan tangan.
Sementara itu, pakar institut itu merancang untuk membina ladang angin mereka sendiri, di mana proses pengecasan, iaitu pelupusan elektrolit, akan berlaku. Dengan aliran redoks, proses ini lebih cekap daripada mengelektrolisis air menjadi hidrogen dan oksigen dan menggunakannya dalam sel bahan api - bateri segera menyediakan 75 peratus tenaga elektrik yang digunakan untuk mengecas.
Kita dapat membayangkan stesen pengisian yang, bersama dengan pengisian kenderaan elektrik konvensional, berfungsi sebagai penyangga terhadap beban puncak sistem tenaga. Contohnya, hari ini, banyak turbin angin di Jerman utara harus dimatikan walaupun angin, kerana jika tidak, ia akan membebani grid.
Sejauh keselamatan, tidak ada bahaya. "Apabila anda mencampurkan dua elektrolit, terdapat litar pintas kimia yang melepaskan haba dan suhu meningkat hingga 80 darjah, tetapi tidak ada yang lain yang berlaku. Sudah tentu, sebilangan cecair tidak selamat, tetapi juga petrol dan diesel. Walaupun terdapat potensi bateri redoks melalui aliran, para penyelidik di Institut Fraunhofer juga rajin mengembangkan teknologi lithium-ion ...
teks: Alexander Bloch
Bateri aliran redoks
Bateri aliran redoks sebenarnya adalah persilangan antara bateri konvensional dan sel bahan api. Elektrik mengalir kerana interaksi antara dua elektrolit - satu disambungkan ke kutub positif sel dan satu lagi ke negatif. Dalam kes ini, satu memberikan ion bercas positif (pengoksidaan), dan satu lagi menerimanya (pengurangan), maka nama peranti itu. Apabila tahap ketepuan tertentu dicapai, tindak balas berhenti dan pengecasan terdiri daripada menggantikan elektrolit dengan yang baru. Pekerja dipulihkan menggunakan proses terbalik.
