Ағынды батареялар: маған электрондар құйып беріңізші!
Германиядағы Фраунгофер институтының ғалымдары классикалық батареяларға балама электр батареялары саласында күрделі жұмыстар жүргізуде. Тотығу-тотықсыздану ағыны технологиясымен электр энергиясын сақтау процесі түбегейлі өзгеше ...
Жанармай ретінде сұйықтықпен зарядталатын батареялар бензин немесе дизельді қозғалтқышы бар автомобильге құйылады. Бұл утопиялық болып көрінуі мүмкін, бірақ Германияның Пфинцтал қаласындағы Фраунгофер институтының қызметкері Дженс Ноак үшін бұл күнделікті өмір. 2007 жылдан бастап ол қатысатын даму тобы қайта зарядталатын аккумулятордың осы экзотикалық түрін дамыта бастады. Шын мәнінде, ағынды немесе тотықсыздандырғыш деп аталатын аккумулятор туралы идея қиын емес және бұл саладағы алғашқы патент 1949 жылдан басталады. Мембранамен бөлінген екі жасушалық кеңістіктің әрқайсысы (отын элементтеріне ұқсас) белгілі бір электролиті бар резервуарға қосылады. Заттардың бір-бірімен химиялық реакцияға бейімділігіне байланысты протондар мембрана арқылы бір электролиттен екіншісіне ауысады, ал электрондар екі бөлікке қосылған ток тұтынушысы арқылы бағытталады, нәтижесінде электр тогы ағып кетеді. Белгілі бір уақыттан кейін екі резервуар ағызылып, жаңа электролитпен толтырылады, ал қолданылған зарядтау орындарында «қайта өңделеді».
Мұның бәрі керемет көрінгенімен, өкінішке орай, автомобильдерде аккумулятордың осы түрін практикалық қолдануда әлі де көптеген кедергілер бар. Ванадий электролиттік-тотықсыздандырғыш батареясының энергия тығыздығы бір килограммға небәрі 30 Вт сағ диапазонында, бұл шамамен қорғасын қышқылды батареямен бірдей. Заманауи 16 кВт/сағ литий-ионды аккумулятор сияқты энергияны сақтау үшін, тотықсыздану технологиясының қазіргі деңгейінде аккумуляторға 500 литр электролит қажет болады. Оған қоса, барлық перифериялық құрылғылар, әрине, көлемі де өте үлкен - сыра қорабы сияқты бір киловатт қуат беру үшін қажет тор.
Литий-ионды аккумулятордың килограммына төрт есе көп энергия жинайтынын ескерсек, мұндай параметрлер автомобильдерге жарамайды. Дегенмен, Дженс Ноак оптимист, себебі бұл саладағы оқиғалар енді ғана басталып жатыр және болашағы зор. Зертханада ванадий полисульфидті бромды аккумуляторлық батареялардың энергия тығыздығы бір килограмға 70 Вт құрайды және көлемі бойынша қазіргі уақытта Toyota Prius-та қолданылатын никель металл гидридті батареялармен салыстырылады.
Бұл бактардың қажетті көлемін екі есеге азайтады. Қарапайым және арзан зарядтау жүйесінің арқасында (екі сорғы жаңа электролитті сорады, екеуі пайдаланылған электролитті сорып алады), жүйені 100 минуттық қашықтықты қамтамасыз ету үшін он минут ішінде зарядтауға болады. Тесла Roadster-де қолданылатын жылдам зарядтау жүйелерінің өзі алты есе ұзақ қызмет етеді.
Бұл жағдайда көптеген автомобиль компанияларының институттың зерттеулеріне жүгінуі таңқаларлық емес, ал Баден-Вюртемберг штаты дамуға 1,5 миллион еуро бөлді. Дегенмен, автокөлік технологиясы кезеңіне жету үшін әлі де уақыт қажет. «Батареяның бұл түрі стационарлық қуат жүйелерімен өте жақсы жұмыс істей алады және біз қазірдің өзінде бундесвер үшін тәжірибелік станцияларды жасап жатырмыз. Дегенмен, электромобильдер саласында бұл технология шамамен он жылдан кейін іске асатын болады», - деді Ноак.
Ағынды тотықсыздандырғыш батареяларды өндіру үшін экзотикалық материалдар қажет емес. Отын элементтерінде қолданылатын платина немесе литий-ионды батареялар сияқты полимерлер сияқты қымбат катализаторлар қажет емес. Зертханалық жүйелердің жоғары құны, бір киловатт қуат үшін 2000 евроға жетеді, бұл олардың біртектес болуына және өз қолдарымен жасалуына байланысты.
Ал, институт мамандары зарядтау, яғни электролиттерді кәдеге жарату процесі өтетін жеке жел электр станциясын салуды жоспарлап отыр. Тотығу-тотықсыздану ағынымен бұл процесс суды сутегі мен оттегіге электролиздеуден және оларды отын ұяшықтарында пайдаланудан тиімдірек - лезде батареялар зарядтау үшін пайдаланылатын электр энергиясының 75 пайызын қамтамасыз етеді.
Біз электр машиналарын әдеттегі зарядтаумен қатар қуат жүйесінің ең жоғары жүктемесіне қарсы буфер ретінде қызмет ететін зарядтау станцияларын елестете аламыз. Мысалы, бүгінде Германияның солтүстігіндегі көптеген жел турбиналарын желге қарамастан сөндіруге тура келеді, өйткені олар керісінше электр желісіне артық салмақ түсіреді.
Қауіпсіздік мәселесіне келетін болсақ, ешқандай қауіп жоқ. «Екі электролитті араластырған кезде жылу беретін және температура 80 градусқа дейін көтерілетін химиялық қысқа тұйықталу пайда болады, бірақ басқа ештеңе болмайды. Әрине, тек сұйықтық қауіпсіз емес, бірақ бензин мен дизель де қауіпсіз емес. Ағынды тотықсыздандырғыш батареялардың әлеуетіне қарамастан, Фраунгофер институтының зерттеушілері литий-иондық технологияны дамыта жұмыс істейді ...
мәтін: Александр Блоч
Батареяның тотықсыздану шығыны
Тотығу-тотықсыздану батареясы кәдімгі батарея мен отын ұяшығы арасындағы крест болып табылады. Электр тогы екі электролиттің өзара әрекеттесуіне байланысты ағады - біреуі ұяшықтың оң полюсіне, екіншісі теріске қосылады. Бұл жағдайда біреуі оң зарядталған иондарды (тотығу) береді, ал екіншісі оларды қабылдайды (тотықсыздану), сондықтан құрылғының атауы. Қанықтылықтың белгілі бір деңгейіне жеткенде реакция тоқтап, зарядтау электролиттерді жаңаларымен ауыстырудан тұрады. Жұмысшылар кері процесс арқылы қалпына келтіріледі.
