סוללות זורמות: אנא מזגו לי אלקטרונים!
מדענים ממכון פראונהופר בגרמניה מבצעים עבודות פיתוח רציניות בתחום הסוללות החשמליות, אלטרנטיביות לאלו הקלאסיות. עם טכנולוגיית זרימת החמצון, תהליך אחסון החשמל שונה לחלוטין בתכלית ...
הסוללות, הטעונות נוזלים כדלק, נשפכות למכונית עם מנוע בנזין או דיזל. זה אולי נשמע אוטופי, אבל עבור ג'נס נואק ממכון פראונהופר בפפינשטל, גרמניה, מדובר למעשה בחיי היומיום. מאז 2007 צוות הפיתוח בו הוא מעורב פיתח צורה אקזוטית זו של סוללה נטענת בעיצומה. למעשה, הרעיון של סוללת זרימת חמצון זרימה או מה שנקרא אינו קשה, והפטנט הראשון בתחום זה מתחיל בשנת 1949. כל אחד משני חללי התאים, המופרדים על ידי קרום (בדומה לתאי דלק), מחובר למאגר המכיל אלקטרוליט ספציפי. עקב נטייתם של חומרים להגיב כימית זה עם זה, פרוטונים נעים ממאסטרוליט אחד למשנהו דרך הממברנה, ואלקטרונים מופנים דרך צרכן זרם המחובר לשני החלקים, וכתוצאה מכך זרם חשמלי זורם. לאחר זמן מסוים, שני טנקים מנוקזים ומתמלאים באלקטרוליט טרי, והמשומש "ממוחזר" בתחנות הטעינה.
אמנם כל זה נראה נהדר, אך למרבה הצער ישנם עדיין מכשולים רבים לשימוש מעשי של מצבר מסוג זה במכוניות. צפיפות האנרגיה של סוללת חיזור ונדיום אלקטרוליט היא בטווח של 30 וואט בלבד לקילוגרם, שזה בערך זהה לזה של סוללת חומצת עופרת. כדי לאחסן את אותה כמות אנרגיה כמו סוללת ליתיום-יון מודרנית של 16 קילוואט, ברמה הנוכחית של טכנולוגיית חיזור, הסוללה תדרוש 500 ליטר אלקטרוליט. בנוסף לכל הציוד ההיקפי, כמובן, שגם הנפח שלו די גדול - כלוב הכרחי לספק הספק של קילוואט אחד, כמו קופסת בירה.
פרמטרים כאלה אינם מתאימים למכוניות, בהתחשב בכך שסוללת הליתיום-יון אוגרת פי 70 יותר אנרגיה לק"ג. עם זאת, ג'נס נואק אופטימי, כי ההתפתחויות בתחום הזה רק מתחילות והסיכויים מבטיחים. במעבדה, מה שמכונה סוללות ונומיום פוליסולפיד ברומיד משיגות צפיפות אנרגיה של XNUMX וואט לק"ג והן דומות לגודלן לסוללות ניקל מתכת הידריד המשמשות כיום בטויוטה פריוס.
זה מקטין את נפח הטנקים הנדרש לחצי. הודות למערכת טעינה פשוטה וזולה יחסית (שתי משאבות שואבות אלקטרוליט חדש, שתיים מוצצות אלקטרוליטים משומשים), ניתן לטעון את המערכת תוך עשר דקות כדי לספק טווח של 100 ק"מ. אפילו מערכות טעינה מהירה כמו זו המשמשת בטסלה רודסטר מחזיקות מעמד פי שש.
במקרה זה, אין זה מפתיע שחברות רכב רבות פנו למחקר של המכון, ומדינת באדן-וירטמברג הקצתה 1,5 מיליון יורו לפיתוח. עם זאת, עדיין ייקח זמן להגיע לשלב טכנולוגיית הרכב. "סוג סוללה זה יכול לעבוד טוב מאוד עם מערכות חשמל נייחות, ואנחנו כבר מייצרים תחנות ניסוי עבור הבונדסווהר. עם זאת, בתחום הרכב החשמלי, טכנולוגיה זו תתאים ליישום בעוד כעשר שנים", אמר נואק.
חומרים אקזוטיים אינם נדרשים לייצור סוללות חמצון זורמות. אין צורך בזרזים יקרים כמו פלטינה המשמשים בתאי דלק או פולימרים כגון סוללות ליתיום יון. העלות הגבוהה של מערכות מעבדה, המגיעות ל -2000 אירו לקילוואט כוח, נובעת אך ורק מהעובדה שהן ייחודיות במינה והן מיוצרות בעבודת יד.
בינתיים מתכננים מומחי המכון להקים חוות רוח משלהם, שבה יתבצע תהליך הטעינה, כלומר סילוק האלקטרוליט. עם זרימת חיזור, תהליך זה יעיל יותר מאשר אלקטרוליזה של מים למימן וחמצן ושימוש בהם בתאי דלק – סוללות מיידיות מספקות 75 אחוז מהחשמל המשמש לטעינה.
אנו יכולים לחזות בתחנות טעינה שיחד עם טעינה קונבנציונאלית לרכבים חשמליים משמשים כמאגרים כנגד עומס השיא של מערכת החשמל. כיום, למשל, יש לכבות טורבינות רוח רבות בצפון גרמניה למרות הרוח, אחרת הן היו מעמיסות את הרשת.
מבחינת הביטחון, אין שום סכנה. "כשמערבבים שני אלקטרוליטים יש קצר כימי שמוציא חום והטמפרטורה עולה ל -80 מעלות, אבל שום דבר אחר לא קורה. כמובן, נוזלים לבדם אינם בטוחים, אך גם בנזין וסולר אינם. למרות הפוטנציאל של סוללות חמצון זורמות, חוקרים במכון פראונהופר עובדים קשה גם בפיתוח טכנולוגיית ליתיום-יון ...
טקסט: אלכסנדר בלוך
זרימת חמצון סוללה
סוללת זרימת חיזור היא למעשה הכלאה בין סוללה קונבנציונלית לתא דלק. חשמל זורם עקב האינטראקציה בין שני אלקטרוליטים - האחד מחובר לקוטב החיובי של התא והשני לשלילי. במקרה זה, אחד נותן יונים טעונים חיובית (חמצון), והשני מקבל אותם (הפחתה), ומכאן שם המכשיר. כאשר מגיעים לרמה מסוימת של רוויה, התגובה נעצרת והטעינה מורכבת מהחלפת האלקטרוליטים בטריים. עובדים משוחזרים בתהליך הפוך.
