Урсдаг батерей: надад электрон асгаж өгөөч!
ХБНГУ -ын Фраунхофер хүрээлэнгийн эрдэмтэд сонгодог батерейгаас өөр цахилгаан батерейны чиглэлээр нухацтай хөгжүүлэлтийн ажил хийж байна. Редокс урсгалын технологийн тусламжтайгаар цахилгаан эрчим хүчийг хадгалах үйл явц нь үнэхээр өөр юм ...
Шингэн түлш болгон цэнэглэдэг батерейг бензин эсвэл дизель хөдөлгүүртэй машинд хийнэ. Энэ нь утопи мэт сонсогдож магадгүй ч Германы Пфинцтал дахь Фраунхоферын хүрээлэнгийн ажилтан Йенс Ноакийн хувьд энэ бол өдөр тутмын амьдрал юм. 2007 оноос хойш түүний оролцдог хөгжүүлэлтийн баг энэхүү чамин цэнэглэдэг батерейг бүтээх ажлыг эрчимтэй хийж байна. Үнэн хэрэгтээ, урсгалаар дамжин өнгөрөх буюу улаан хоолойгоор дамжин өнгөрөх гэж нэрлэгддэг батерейны санаа нь тийм ч хэцүү биш бөгөөд энэ чиглэлээр анхны патентыг 1949 онд үүсгэн байгуулжээ. Мембранаар тусгаарлагдсан (түлшний эсүүдтэй төстэй) хоёр эсийн орон зай бүр нь тодорхой электролит агуулсан усан сантай холбогддог. Бодисууд бие биетэйгээ химийн урвалд орох хандлагатай байдаг тул протоныг мембранаар дамжуулж нэг электролитээс нөгөө рүү шилжүүлж, электроныг хоёр хэсэгт холбосон гүйдлийн хэрэглэгчээр дамжуулж, улмаар цахилгаан гүйдэл урсдаг. Тодорхой хугацааны дараа хоёр танкийг шавхаж, шинэхэн электролитоор дүүргэж, ашигласан савыг цэнэглэх станцуудад "дахин боловсруулдаг".
Энэ бүхэн гайхалтай харагдаж байгаа ч харамсалтай нь энэ төрлийн батерейг автомашинд практик ашиглахад олон саад бэрхшээл байсаар байна. Ванадийн электролитийн исэлдэлтийн батерейны эрчим хүчний нягтрал нь нэг кг тутамд ердөө 30 Вт цаг байдаг бөгөөд энэ нь хар тугалганы хүчлийн батерейныхтай бараг ижил юм. Орчин үеийн 16 кВт/цаг хүчин чадалтай лити-ион батерейтай ижил хэмжээний эрчим хүч хадгалахын тулд одоогийн исэлдэлтийн технологийн түвшинд батерейд 500 литр электролит шаардлагатай болно. Дээрээс нь бүх дагалдах төхөөрөмжүүд нь мэдээжийн хэрэг эзэлхүүн нь нэлээд том байдаг - шар айрагны хайрцаг шиг нэг киловаттын хүчийг хангахад шаардлагатай тор юм.
Лити-ион батерей нь килограмм тутамд 70 дахин их энерги хадгалдаг тул ийм үзүүлэлт нь машинд тохиромжгүй байдаг. Гэсэн хэдий ч Женс Ноак өөдрөг үзэлтэй байгаа, учир нь энэ чиглэлийн хөгжил дөнгөж эхэлж байгаа бөгөөд хэтийн төлөв нь ирээдүйтэй байна. Лабораторид ванадий полисульфид бромид батерей гэж нэрлэгддэг батерей нь нэг килограммын XNUMX Вт энергийн нягтралтай бөгөөд одоогоор Toyota Prius-д ашиглагдаж буй никель метал гидрид батерейтай харьцуулж болно.
Энэ нь танкийн шаардлагатай хэмжээг хоёр дахин бууруулдаг. Харьцангуй энгийн бөгөөд хямд цэнэглэх системийн ачаар (хоёр насос нь шинэ электролит шахдаг, хоёр нь ашигласан электролитийг сордог) системийг 100 минутын зайнд хүргэхийн тулд арван минутын дотор цэнэглэх боломжтой. Тесла Роудстерт ашигладаг шиг хурдан цэнэглэдэг системүүд хүртэл зургаа дахин удаан ажилладаг.
Энэ тохиолдолд олон автомашины компаниуд хүрээлэнгийн судалгаанд хандсан нь гайхах зүйл биш бөгөөд Баден-Вюртемберг муж хөгжилд зориулж 1,5 сая евро хуваарилжээ. Гэсэн хэдий ч автомашины технологийн үе шатанд хүрэхэд цаг хугацаа шаардагдана. "Ийм төрлийн батерей нь суурин эрчим хүчний системд маш сайн ажиллах боломжтой бөгөөд бид Бундесверт туршилтын станцуудыг аль хэдийн хийж байна. Гэсэн хэдий ч цахилгаан тээврийн хэрэгслийн салбарт энэ технологийг арав орчим жилийн дараа хэрэгжүүлэхэд тохиромжтой" гэж Ноак хэлэв.
Редокс батерей үйлдвэрлэхэд чамин материал шаардлагагүй. Түлшний эсэд ашигладаг цагаан алт, лити-ион батерей гэх мэт полимер зэрэг үнэтэй катализатор шаардлагагүй болно. Лабораторийн системийн нэг киловатт эрчим хүч тутамд 2000 еврогоор үнэлэгдэх өндөр өртөг нь зөвхөн нэг төрөл бөгөөд гараар бүтээгдсэнтэй холбоотой юм.
Энэ хооронд тус хүрээлэнгийн мэргэжилтнүүд өөрсдийн салхин цахилгаан станц барихаар төлөвлөж байгаа бөгөөд тэнд цэнэглэх, өөрөөр хэлбэл электролитийг зайлуулах ажил явагдана. Редокс урсгалтай бол энэ процесс нь усыг устөрөгч, хүчилтөрөгч болгон электролиз болгож, түлшний эсэд ашиглахаас илүү үр дүнтэй байдаг - шуурхай батерей нь цэнэглэхэд зарцуулсан цахилгааны 75 хувийг хангадаг.
Цахилгаан тээврийн хэрэгслийг ердийн цэнэглэхийн зэрэгцээ эрчим хүчний системийн хамгийн их ачааллын эсрэг буфер болдог цэнэглэх станцуудыг бид төсөөлж чадна. Жишээлбэл, өнөөдөр Германы хойд хэсэгт орших олон салхин цахилгаан үүсгүүрийг салхинд хийсгэсэн ч унтраах ёстой.
Аюулгүй байдлын хувьд энд ямар ч аюул байхгүй. "Хоёр электролитийг холиход дулааныг ялгаруулж, температур 80 градус хүртэл өсдөг химийн богино холболт байдаг боловч үүнээс өөр зүйл тохиолддоггүй. Мэдээжийн хэрэг, зөвхөн шингэн нь аюултай биш, гэхдээ бензин, дизель түлш бас аюултай. Редокс батерей дамжих боломжтой хэдий ч Фраунхофер институтын судлаачид лити-ионы технологийг хөгжүүлэх тал дээр шаргуу ажилладаг ...
текст: Александр Блох
Редокс урсгалын зай
Редокс урсгалын батерей нь ердийн батерей болон түлшний эсийн хоорондох хөндлөн огтлол юм. Хоёр электролитийн харилцан үйлчлэлийн улмаас цахилгаан урсдаг - нэг нь эсийн эерэг туйлтай холбогдсон, нөгөө нь сөрөг. Энэ тохиолдолд нэг нь эерэг цэнэгтэй ионуудыг (исэлдэлт) өгдөг, нөгөө нь тэдгээрийг хүлээн авдаг (багасгах), иймээс төхөөрөмжийн нэр. Тодорхой ханасан түвшинд хүрэхэд урвал зогсч, цэнэглэх нь электролитийг шинэхэнээр солихоос бүрдэнэ. Ажилчдыг урвуу процессыг ашиглан сэргээдэг.
