Батареяҳои равон: лутфан барои ман электрон резед!
Олимони Институти Фраунгофер дар Олмон корҳои ҷиддии рушдро дар соҳаи батареяҳои электрикӣ, ба ҷои батареяҳои классикӣ, анҷом медиҳанд. Бо технологияи ҷараёни оксиген, раванди нигоҳдории нерӯи барқ воқеан ба куллӣ фарқ мекунад ...
Батареяҳо, ки бо моеъ ҳамчун сӯзишворӣ заряд мегиранд, ба автомобили дорои муҳаррики бензин ё дизелӣ рехта мешаванд. Ин метавонад утопикӣ садо диҳад, аммо барои Ҷенс Ноак аз Институти Фраунгофер дар Пфинзтали Олмон ин воқеан ҳамарӯза аст. Аз соли 2007 инҷониб гурӯҳи рушд, ки ӯ дар он ширкат дорад, ин шакли экзотикии батареяи барқгирандаро бо суръат пеш мебарад. Дарвоқеъ, идеяи батареяи ба воситаи ҷараён ё ба истилоҳ ҷараёни аз оксиген баргашта душвор нест ва аввалин патент дар ин соҳа ба соли 1949 рост меояд. Ҳар яке аз ду фазои ҳуҷайра, ки бо мембрана ҷудо карда шудааст (ба ҳуҷайраҳои сӯзишворӣ монанд аст), ба обанборе, ки дорои электролитҳои мушаххас мебошад, пайваст карда шудааст. Аз сабаби тамоюли химиявии байни ҳамдигар, протонҳо тавассути мембрана аз як электролит ба дигараш ҳаракат мекунанд ва электронҳо тавассути истеъмолкунандаи ҷараёни ба ду қисм пайвастшуда равона карда мешаванд, ки дар натиҷа ҷараёни электр ҷорӣ мешавад. Пас аз як вақти муайян, ду зарфро холӣ карда, бо электролитҳои тоза пур мекунанд ва зарфи истифодашуда дар истгоҳҳои барқдиҳӣ "такроран" карда мешавад.
Гарчанде ки ин ҳама олиҷаноб менамояд, мутаассифона, то ҳол барои истифодаи амалии ин намуди батарея дар мошинҳо монеаҳои зиёде мавҷуданд. Зичии энергияи батареяи редокс-электролити ванадий дар доираи ҳамагӣ 30 Вт/соат дар як килограмм аст, ки тақрибан ба батареяи кислотаи сурб баробар аст. Барои нигоҳ доштани миқдори энергияе, ки батареяи литий-ионии 16 кВт-соат замонавӣ нигоҳ дошта мешавад, дар сатҳи ҳозираи технологияи редокс, ба батарея 500 литр электролит лозим аст. Илова бар ин, ҳамаи дастгоҳҳои периферӣ, албатта, ҳаҷми онҳо низ хеле калон аст - қафасе, ки барои таъмини қувваи як киловатт лозим аст, ба монанди қуттии пиво.
Чунин параметрҳо барои мошинҳо мувофиқ нестанд, зеро батареяи литий-ионӣ дар як килограмм чор маротиба бештар энергия захира мекунад. Бо вуҷуди ин, Йенс Ноак хушбин аст, зеро таҳаввулот дар ин соҳа нав оғоз мешавад ва дурнамо умедбахшанд. Дар лаборатория, батареяҳои ба истилоҳ бромиди полисульфиди ванадий ба зичии энергетикии 70 Вт дар як килограмм мерасад ва аз ҷиҳати ҳаҷм бо батареяҳои гидриди металлии никелӣ, ки ҳоло дар Toyota Prius истифода мешаванд, муқоиса карда мешаванд.
Ин ҳаҷми зарурии зарфҳоро нисф кам мекунад. Бо шарофати системаи заряди нисбатан содда ва арзон (ду насос электролитҳои навро насос мекунанд, дутоаш электролитро истифода мебаранд), система метавонад дар зарфи даҳ дақиқа заряд гирифта, масофаи 100 км-ро таъмин кунад. Ҳатто системаҳои зуд пуркунии барқ, ба мисли системаи дар Tesla Roadster истифодашаванда шаш маротиба дарозтар хизмат мекунанд.
Дар ин маврид тааҷҷубовар нест, ки бисёр ширкатҳои мошинсозӣ ба тадқиқоти институт муроҷиат карданд ва штати Баден-Вюртемберг барои рушд 1,5 миллион евро ҷудо кард. Бо вуҷуди ин, барои расидан ба марҳилаи технологияи автомобилӣ ҳанӯз вақт лозим аст. «Ин навъи батарея метавонад бо системаҳои энергетикии статсионарӣ хеле хуб кор кунад ва мо аллакай барои Бундесвер станцияҳои таҷрибавӣ сохта истодаем. Бо вуҷуди ин, дар соҳаи мошинҳои барқӣ, ин технология барои татбиқи тақрибан даҳ сол мувофиқ хоҳад буд, ”гуфт Ноак.
Барои истеҳсоли батареяҳои оксиген-ҷараёни равон маводи экзотикӣ лозим нест. Ҳеҷ гуна катализаторҳои гаронбаҳо, ба монанди платина, ки дар ҳуҷайраҳои сӯзишворӣ истифода мешаванд, ба монанди батареяҳои литий-ион талаб карда намешаванд. Арзиши гарони системаҳои лабораторӣ, ки ба 2000 евро барои як киловатт қудрат мерасанд, танҳо аз он сабаб аст, ки онҳо якранг ҳастанд ва бо даст сохта мешаванд.
Зимнан, мутахассисони институт сохтмони станцияи шамолии шахсии худро дар назар доранд, ки дар он процесси пурборкунй, яъне партофтани электролит сурат мегирад. Бо ҷараёни редокс, ин раванд нисбат ба электролиз кардани об ба гидроген ва оксиген ва истифодаи онҳо дар ҳуҷайраҳои сӯзишворӣ самараноктар аст - батареяҳои фаврӣ 75 фоизи нерӯи барқро, ки барои пур кардани барқ истифода мешаванд, таъмин мекунанд.
Мо метавонем истгоҳҳои барқро тасаввур кунем, ки дар баробари заряди маъмулии мошинҳои барқӣ, ҳамчун буфер дар муқобили сарбории шадиди системаи энергетикӣ хидмат мекунанд. Масалан, имрӯз, бисёр турбинаҳои бодӣ дар шимоли Олмон, бо вуҷуди шамол, бояд хомӯш карда шаванд, зеро дар акси ҳол онҳо шабакаро аз ҳад зиёд пурбор мекунанд.
Дар мавриди амният, ҳеҷ хатаре вуҷуд надорад. «Ҳангоми омезиши ду электролит, расиши кӯтоҳи кимиёвӣ ба амал меояд, ки гармӣ медиҳад ва ҳарорат ба 80 дараҷа мерасад, аммо дигар чизе рӯй намедиҳад. Албатта, танҳо моеъҳо бехатар нестанд, аммо бензин ва солярка низ бехатар нестанд. Бо вуҷуди потенсиали батареяҳои аз оксиген ҷараёндошта, муҳаққиқон дар Пажӯҳишгоҳи Фраунгофер низ дар таҳияи технологияи литий-ион сахт меҳнат мекунанд ...
матн: Александр Блох
Батареяи ҷараёни редокс
Батареяи ҷараёни редокс воқеан салиб байни батареяи муқаррарӣ ва ҳуҷайраи сӯзишворӣ мебошад. Қувваи барқ аз ҳисоби таъсири мутақобилаи ду электролит - яке ба қутби мусбати ҳуҷайра ва дигаре ба манфӣ пайваст мешавад. Дар ин холат яке ионхои зарядноки мусбат (оксидшави) медихад ва дигаре онхоро кабул мекунад (редукция), аз хамин сабаб номи асбоб гирифта шудааст. Вақте ки ба сатҳи муайяни сершавӣ мерасад, реаксия қатъ мешавад ва пуркунӣ аз иваз кардани электролитҳо бо электролитҳо иборат аст. Коргарон бо истифода аз раванди баръакс барқарор карда мешаванд.
