Áramló elemek: kérem, öntsön nekem elektronokat!
A németországi Fraunhofer Intézet tudósai komoly fejlesztő munkát végeznek az elektromos akkumulátorok területén, a klasszikusok helyett. A redox áramlási technológiával az áram tárolásának folyamata valóban gyökeresen eltér ...
Az üzemanyagként folyadékkal feltöltött akkumulátorokat egy benzin- vagy dízelmotoros autóba öntik. Lehet, hogy utópisztikusnak hangzik, de Jens Noack, a németországi Pfinztalban működő Fraunhofer Intézet számára ez valójában mindennapi élet. 2007 óta a fejlesztőcsapat, amelyben részt vesz, teljes lendülettel fejleszti az újratölthető akkumulátorok ezen egzotikus formáját. Valójában az átfolyó vagy úgynevezett átfolyó redox akkumulátor gondolata nem nehéz, és az első szabadalom ezen a területen 1949-ig nyúlik vissza. A membrán által elválasztott két cellatér (az üzemanyagcellákhoz hasonlóan) mind egy speciális elektrolitot tartalmazó tartályhoz kapcsolódik. Az anyagok kémiai reakcióra való hajlamának köszönhetően a protonok a membránon keresztül egyik elektrolitból a másikba mozognak, az elektronokat pedig a két részhez kapcsolt áramfogyasztón keresztül irányítják, aminek eredményeként elektromos áram folyik. Bizonyos idő elteltével két tartályt leeresztenek és megtöltenek friss elektrolittal, a használtat pedig „újrahasznosítják” a töltőállomásokon.
Bár ez mind remekül néz ki, sajnos még mindig sok akadálya van ennek az akkumulátortípusnak az autókban való gyakorlati felhasználásának. A vanádium elektrolit redox akkumulátor energiasűrűsége mindössze 30 Wh/kg tartományba esik, ami nagyjából megegyezik az ólom-savas akkumulátoréval. Egy modern, 16 kWh-s lítium-ion akkumulátorral azonos mennyiségű energia tárolásához a redox technológia jelenlegi szintjén az akkumulátorhoz 500 liter elektrolitra lesz szükség. Plusz persze az összes periféria, aminek a térfogata is elég nagy - egy kilowatt teljesítmény biztosításához szükséges ketrec, mint egy sörösdoboz.
Az ilyen paraméterek nem alkalmasak az autókra, mivel a lítium-ion akkumulátor négyszer több energiát tárol kilogrammonként. Jens Noack azonban bizakodó, mert a fejlesztések ezen a területen még csak most kezdődnek, és a kilátások ígéretesek. A laboratóriumban az úgynevezett vanádium-poliszulfid-bromid akkumulátorok 70 Wh / kg energiasűrűséget érnek el, és méretükben összehasonlíthatók a Toyota Priusban jelenleg használt nikkel-fém-hidrid akkumulátorokkal.
Ez felére csökkenti a szükséges tartálytérfogatot. A viszonylag egyszerű és olcsó töltőrendszernek köszönhetően (két szivattyú új elektrolitot szivattyúz, kettő kiszívja a használt elektrolitot) a rendszert tíz perc alatt feltölthetjük, hogy 100 km-es hatótávolságot biztosítsunk. Még a Tesla Roadsternél használt gyors töltési rendszerek is hatszor hosszabbak.
Ebben az esetben nem meglepő, hogy sok autóipari cég fordult az intézet kutatásához, Baden-Württemberg tartomány 1,5 millió eurót különített el fejlesztésre. Az autóipari technológiai szakasz elérése azonban még időbe telik. „Ez az akkumulátortípus nagyon jól tud működni helyhez kötött energiarendszerekkel, és már készítünk kísérleti állomásokat a Bundeswehr számára. Az elektromos járművek területén azonban ez a technológia körülbelül tíz éven belül alkalmas lesz a bevezetésre” – mondta Noak.
Átfolyó redox akkumulátorok gyártásához egzotikus anyagok nem szükségesek. Nincs szükség drága katalizátorokra, például üzemanyagcellákban használt platinára, vagy polimerekre, például lítium-ion akkumulátorokra. A laboratóriumi rendszerek magas költsége, amely kilowatt teljesítményenként eléri a 2000 eurót, kizárólag annak köszönhető, hogy ezek egyedi termékek és kézzel készülnek.
Eközben az intézet szakemberei saját szélerőműpark építését tervezik, ahol a töltési folyamat, vagyis az elektrolit ártalmatlanítása zajlik majd. A redox áramlással ez a folyamat hatékonyabb, mint a víz hidrogénné és oxigénné történő elektrolizálása, és üzemanyagcellákban való felhasználása – az instant akkumulátorok adják a töltéshez felhasznált elektromosság 75 százalékát.
Képzelhetünk el olyan töltőállomásokat, amelyek az elektromos járművek hagyományos töltésével együtt pufferként szolgálnak az elektromos rendszer csúcsterhelésével szemben. Ma például Észak-Németországban sok szélturbinát le kell kapcsolni a szél ellenére, különben túlterhelnék a hálózatot.
Ami a biztonságot illeti, nincs veszély. „Amikor két elektrolitot összekever, kémiai rövidzárlat keletkezik, amely hőt ad le, és a hőmérséklet 80 fokig emelkedik, de semmi más nem történik. Természetesen egyes folyadékok nem biztonságosak, de a benzin és a dízel is. Az átáramló redox akkumulátorok potenciálja ellenére a Fraunhofer Intézet kutatói is keményen dolgoznak a lítium-ion technológia fejlesztésében.
szöveg: Alexander Bloch
Redox áramlású akkumulátor
A redox flow akkumulátor valójában egy hagyományos akkumulátor és egy üzemanyagcella keresztezése. Az elektromosság két elektrolit kölcsönhatása miatt áramlik – az egyik a cella pozitív pólusához kapcsolódik, a másik pedig a negatívhoz. Ebben az esetben az egyik pozitív töltésű ionokat ad (oxidáció), a másik pedig kapja azokat (redukció), innen ered az eszköz neve. Egy bizonyos telítettségi szint elérésekor a reakció leáll, és a töltés abból áll, hogy az elektrolitokat frissekre cserélik. A dolgozók helyreállítása fordított eljárással történik.
