Проточні батареї: будь ласка, налийте мені електрони!

Вчені з інституту Фраунгофера в Німеччині проводять серйозні дослідно-конструкторські роботи в області електричних батарей, альтернативних класичним. З технологією окислювально-відновного потоку процес зберігання електрики дійсно радикально відрізняється ...

Батареї, які заряджаються рідиною в якості палива, заливають в автомобіль з бензиновим або дизельним двигуном. Це може звучати утопічно, але для Йенса НВАК з інституту Фраунгофера в німецькому місті Пфінцталь це насправді повсякденність. З 2007 року команда розробників, в якій він бере участь, повним ходом розробляє цю екзотичну форму перезаряджається батареї. Насправді ідея проточною або так званої проточною батареї окислювально-відновного потенціалу нескладна, і перший патент в цій області датується +1949 роком. Кожне з двох просторів елементів, розділених мембраною (аналогічно паливним елементам), пов'язане з резервуаром, що містить певний електроліт. Через схильність речовин до хімічної реакції один з одним протони переходять від одного електроліту до іншого через мембрану, а електрони прямують через споживача струму, підключеного до двох частин, в результаті чого тече електричний струм. Після певного часу два бака зливаються і заповнюються свіжим електролітом, а використаний «переробляється» на зарядних станціях.

Хоча все це виглядає просто чудово, на жаль, є ще багато перешкод для практичного використання цього акумулятора в автомобілях. Щільність енергії окислювально-відновної батареї з ванадій-електролітом знаходиться в діапазоні всього 30 Вт · год на кілограм, що приблизно відповідає значенню свинцево-кислотної батареї. Для збереження тієї ж кількості енергії, що і сучасний літій-іонний акумулятор ємністю 16 кВт·год, за нинішнього рівня окислювально-відновної технології акумулятору потрібно 500 літрів електроліту. Плюс вся периферія, звичайно, обсяг якої теж немаленький - клітина, необхідна для забезпечення потужності в один кіловат, як ящик для пива.

Такі параметри не підходять для автомобілів, враховуючи, що літій-іонний акумулятор запасає в чотири рази більше енергії на кілограм. Однак Йенс Ноак налаштований оптимістично, тому що розробки в цій області тільки зароджуються і перспективи багатообіцяючі. У лабораторії так звані полісульфід-бромідние батареї ванадію досягають щільності енергії 70 Втч на кілограм, а їх розміри порівнянні з розмірами нікель-металгідридних батарей, використовуваних в даний час в Toyota Prius.

Це вдвічі зменшує необхідний обсяг баків. Завдяки відносно простий і недорогий системі зарядки (два насоси перекачують новий електроліт, два висмоктують використаний), систему можна зарядити за десять хвилин, щоб забезпечити запас ходу в 100 км. Навіть системи швидкої зарядки, такі як та, що використовується в Tesla Roadster, працюють в шість разів довше.

У цьому випадку не дивно, що багато автомобільних компаній звернулися до досліджень інституту, а земля Баден-Вюртемберг виділила 1,5 мільйона євро на розробку. Тим не менш, для досягнення фази автомобільних технологій ще потрібен час. «Цей тип батареї може добре працювати зі стаціонарними енергосистемами, і ми вже робимо експериментальні станції для Бундесверу. Однак у галузі електромобілів ця технологія буде придатна для впровадження приблизно через десять років», – сказав Ноак.

Екзотичні матеріали не потрібні для виробництва проточних окислювально-відновних батарей. Не потрібні дорогі каталізатори, такі як платина, використовувана в паливних елементах, або полімери, такі як літій-іонні батареї. Висока вартість лабораторних систем, що досягає 2000 євро за кіловат потужності, пояснюється виключно тим, що вони поодинокі і виготовляються вручну.

Тим часом фахівці інституту планують збудувати власну вітроелектростанцію, де відбуватиметься процес зарядки, тобто утилізації електроліту. З окислювально-відновним потоком цей процес ефективніший, ніж електроліз води до водню та кисню та їх використання у паливних елементах – миттєві батареї виділяють 75 відсотків електроенергії, яка використовується для зарядки.

Ми можемо уявити собі зарядні станції, які поряд зі звичайною зарядкою електромобілів будуть служити буферами проти пікового навантаження енергосистеми. Сьогодні, наприклад, багато вітряні турбіни в північній Німеччині повинні бути вимкнені, незважаючи на вітер, оскільки в іншому випадку вони перевантажили би мережу.

Що стосується безпеки, то тут небезпеки немає. «Коли ви змішуєте два електроліту, виникає хімічне« коротке замикання », яке виділяє тепло, і температура підвищується до 80 градусів, але більше нічого не відбувається. Звичайно, одні рідини небезпечні, але бензин і дизельне паливо теж. Незважаючи на потенціал проточних окислювально-відновних батарей, дослідники з Інституту Фраунгофера також старанно працюють над розвитком літій-іонних технологій ...

текст: Олександр Блох

Окисно-відновний акумулятор

Батарея з окислювально-відновним потоком насправді є чимось середнім між звичайною батареєю і паливним елементом. Електрика тече через взаємодію між двома електролітами – один підключений до позитивного полюса осередку, а інший – до негативного. І тут один дає позитивно заряджені іони (окислення), а інший їх отримує (відновлення), звідси і назва пристрою. При досягненні певного рівня насичення реакція зупиняється і заряджання полягає у заміні електролітів свіжими. Робітники відновлюються за допомогою зворотного процесу.