Tekuće baterije: molim vas ulijte mi elektrone!
Znanstvenici s Instituta Fraunhofer u Njemačkoj provode ozbiljan razvojni rad na polju električnih baterija, alternativnih klasičnim. S tehnologijom redoks protoka postupak skladištenja električne energije zaista je radikalno drugačiji ...
Baterije koje se pune tekućinom kao gorivom ulijevaju se u automobil s benzinskim ili dizelskim motorom. Možda zvuči utopijski, ali za Jensa Noacka s Instituta Fraunhofer u Pfinztalu u Njemačkoj ovo je zapravo svakodnevni život. Od 2007. godine razvojni tim u kojem je uključen u punom jeku razvija ovaj egzotični oblik punjive baterije. Zapravo, ideja protočne ili takozvane protočne redoks baterije nije teška, a prvi patent na ovom području datira još iz 1949. godine. Svaki od dvaju ćelijskih prostora, odvojenih membranom (slično gorivim ćelijama), povezan je s rezervoarom koji sadrži određeni elektrolit. Zbog tendencije supstanci da kemijski međusobno reagiraju, protoni se kroz membranu premještaju iz jednog elektrolita u drugi, a elektroni se usmjeravaju kroz strujni potrošač povezan s dva dijela, uslijed čega teče električna struja. Nakon određenog vremena dva se spremnika ispuštaju i pune svježim elektrolitom, a rabljeni se "reciklira" na punionicama.
Iako sve ovo izgleda sjajno, nažalost još uvijek postoje mnoge prepreke za praktičnu upotrebu ove vrste baterija u automobilima. Gustoća energije redoks baterije s vanadijevim elektrolitom je u rasponu od samo 30 Wh po kilogramu, što je otprilike isto kao kod olovne baterije. Za pohranu iste količine energije kao moderna litij-ionska baterija od 16 kWh, na trenutnoj razini redoks tehnologije, baterija će zahtijevati 500 litara elektrolita. Plus sve periferije, naravno, čiji je volumen također prilično velik - kavez neophodan da osigura snagu od jednog kilovata, poput pivske kutije.
Takvi parametri nisu prikladni za automobile, s obzirom na to da litij-ionska baterija skladišti četiri puta više energije po kilogramu. Međutim, Jens Noack je optimističan jer razvoj u ovom području tek počinje, a izgledi su obećavajući. U laboratoriju takozvane vanadij-polisulfid-bromidne baterije postižu gustoću energije od 70 Wh po kilogramu i po veličini su usporedive s nikl-metal-hidridnim baterijama koje se trenutno koriste u Toyoti Prius.
To smanjuje potrebnu količinu spremnika na pola. Zahvaljujući relativno jednostavnom i jeftinom sustavu punjenja (dvije pumpe pumpaju novi elektrolit, dvije isisavaju iskorišteni elektrolit), sustav se može napuniti za deset minuta dajući domet od 100 km. Čak i sustavi za brzo punjenje poput onoga koji se koristi u Tesla Roadsteru traju šest puta duže.
U ovom slučaju ne čudi što su se istraživanja Instituta okrenula brojna automobilska poduzeća, a pokrajina Baden-Württemberg za razvoj je izdvojila 1,5 milijuna eura. Međutim, još će trebati vremena da se dostigne faza automobilske tehnologije. “Ova vrsta baterije može vrlo dobro raditi sa stacionarnim sustavima napajanja, a mi već izrađujemo eksperimentalne stanice za Bundeswehr. Međutim, u području električnih vozila ova će tehnologija biti prikladna za implementaciju za desetak godina”, rekao je Noak.
Egzotični materijali nisu potrebni za proizvodnju protočnih redoks baterija. Nisu potrebni skupi katalizatori poput platine koja se koristi u gorivim ćelijama ili polimera poput litij-ionskih baterija. Visoka cijena laboratorijskih sustava, koja doseže 2000 eura po kilovatu snage, posljedica je samo činjenice da su jedinstveni i izrađeni ručno.
U međuvremenu, stručnjaci instituta planiraju izgraditi vlastitu vjetroelektranu u kojoj će se odvijati proces punjenja, odnosno zbrinjavanje elektrolita. Uz redoks protok, ovaj je proces učinkovitiji od elektrolize vode u vodik i kisik i njihove upotrebe u gorivim ćelijama - instant baterije daju 75 posto električne energije koja se koristi za punjenje.
Možemo zamisliti stanice za punjenje koje, zajedno s konvencionalnim punjenjem električnih vozila, služe kao odbojnici protiv vršnog opterećenja elektroenergetskog sustava. Na primjer, danas se mnoge vjetroturbine u sjevernoj Njemačkoj moraju isključiti unatoč vjetru, jer bi inače preopteretile mrežu.
Što se sigurnosti tiče, nema opasnosti. “Kad pomiješate dva elektrolita, dogodi se kemijski kratki spoj koji odaje toplinu i temperatura poraste na 80 stupnjeva, ali ništa se drugo ne događa. Naravno, same tekućine nisu sigurne, ali nisu ni benzin ni dizel. Unatoč potencijalu protočnih redoks baterija, istraživači s Instituta Fraunhofer također se trude razvijati litij-ionsku tehnologiju ...
tekst: Alexander Bloch
Redox protočna baterija
Redoks protočna baterija zapravo je križanac između konvencionalne baterije i gorive ćelije. Električna energija teče zbog međudjelovanja dvaju elektrolita – jednog spojenog na pozitivni pol ćelije, a drugog na negativni. U tom slučaju jedan daje pozitivno nabijene ione (oksidacija), a drugi ih prima (redukcija), otuda i naziv uređaja. Kada se postigne određena razina zasićenja, reakcija se zaustavlja, a punjenje se sastoji u zamjeni elektrolita svježim. Radnici se vraćaju obrnutim postupkom.
