211service.com
Akumulator z elektrodami płynnymi można ładować lub uzupełniać
Nowy rodzaj baterii magazynuje energię w tym, co naukowcy nazywają paliwem wielokrotnego ładowania — elektrodami w postaci płynnej. Rezultat można naładować jak konwencjonalną baterię lub wymienić przez wpompowanie nowego paliwa, takiego jak benzyna.
Tester baterii : Chemik Argonne National Laboratory Elena Timofeeva przygotowuje eksperyment, aby przetestować elektrodę ciekłą (widoczną wewnątrz worka infuzyjnego).
Materiały mogą teoretycznie umożliwić samochodowi elektrycznemu przejechanie 500 mil na jednym ładowaniu, pięć razy dalej niż większość pojazdów elektrycznych może obecnie, twierdzą naukowcy opracowujący technologię z Argonne National Laboratory i Illinois Institute of Technology. Wymiana ich na stacji paliw zajęłaby tylko kilka minut. W przeciwieństwie do tego, nawet najszybsze stacje ładowania konwencjonalnych akumulatorów potrzebują godziny, aby zapewnić pełne naładowanie.
Ograniczony zasięg i długi czas ładowania to dwa największe wyzwania dla samochodów elektrycznych. Elektrody do akumulatorów płynnych mogą zapewnić większy zasięg, zwiększając ilość energii, jaką pakiety akumulatorów mogą przechowywać, a ponieważ potrzeba mniej elementów niemagających energię, może to również obniżyć ich cenę.
Baterie wykorzystujące elektrody płynne mogą być również bezpieczniejsze niż konwencjonalne, mówi Ping Liu, kierownik programu w Agencji ds. Zaawansowanych Projektów Badawczych ds. Energii, która finansuje prace. Materiały elektrod dodatnich i ujemnych byłyby przechowywane w oddzielnych zbiornikach, a nie w tym samym ogniwie baterii, co w konwencjonalnych akumulatorach. Może to zapobiec zwarciom i przegrzaniu, które mogą spowodować zapalenie się akumulatorów litowo-jonowych.
Paliwa ładowalne są na wczesnym etapie, ale ARPA-E uznała je za obiecujące, ogłaszając finansowanie dla czterech grup, które opracowują tę technologię. Oprócz projektu Illinois wspiera projekty w GE, National Renewable Energy Laboratory i 24M, spinoffie MIT.
Naukowcy z Illinois do tej pory zademonstrowali małą baterię półogniwową, która wykorzystuje jedną elektrodę płynną i jedną stałą. W ramach projektu finansowanego przez ARPA-E o wartości 3,4 miliona dolarów, który rozpoczął się w zeszłym miesiącu, planują zbudować prototyp, który wykorzystuje płyny zarówno do elektrod dodatnich, jak i ujemnych. Ta bateria powinna przechowywać jedną kilowatogodzinę energii, wystarczającą na kilka mil jazdy.
W konwencjonalnych akumulatorach do samochodów elektrycznych aż 75 procent materiału wewnątrz zestawu akumulatorów składa się z komponentów, które nie przechowują energii — opakowań ogniw, czujników, połączeń elektrycznych, układów chłodzenia i tak dalej. Dzięki magazynowaniu energii płynów, przynajmniej teoretycznie, wiele z tego materiału można wyeliminować, zmniejszając rozmiar i koszt zestawów akumulatorów.
Kluczem jest oddzielenie materiałów magazynujących energię od struktur wykorzystywanych do wydobywania tej energii i wytwarzania prądu elektrycznego. W konwencjonalnej baterii każda warstwa materiału elektrody jest połączona z arkuszem folii i plastikową membraną, która umożliwia przepływ elektronów i jonów, wytwarzając prąd elektryczny. Jeśli chcesz przechowywać więcej energii, musisz dodać więcej warstw folii i plastiku.
W nowej baterii elektrody płynne byłyby przechowywane w zbiornikach i przepompowywane przez stosunkowo małe urządzenie w celu interakcji i generowania elektryczności. Zwiększenie magazynowania energii byłoby po prostu kwestią powiększenia zbiorników magazynowych; urządzenie, w którym wytwarzana jest energia elektryczna, może pozostać tego samego rozmiaru. Im większe zbiorniki, tym mniej całkowitej objętości zajęłoby urządzenie generujące energię.
Elektrody płynne istnieją już od jakiegoś czasu – na przykład jako część urządzeń zwanych bateriami przepływowymi – ale zazwyczaj przechowują energię w rozcieńczonym roztworze, którego użycie w samochodzie wymaga zbyt dużej objętości. Niektóre baterie mają stopione elektrody, które lepiej nadają się do zastosowań stacjonarnych (patrz Lepsza bateria Ambri ). Każdy z projektów ARPA-E ma na celu znalezienie sposobów na zwiększenie gęstości energii cieczy o rząd wielkości. MIT spinoff 24M jest pionierem w tej dziedzinie, ponieważ pokazał, że możliwe jest zawieszenie wysokich stężeń konwencjonalnych proszków elektrod o dużej gęstości energii w cieczy i pobranie z nich energii (patrz Akumulator samochodowy za połowę ceny). Głównym wyzwaniem jest osiągnięcie wystarczająco wysokiej przewodności elektrycznej dla praktycznej baterii.
Podobne podejście mają badacze z Illinois. Podkreślają zastosowanie proszków w nanoskali, które mogą być zawieszone w bardzo wysokich stężeniach i nadal łatwo płyną, dzięki szczególnym właściwościom cząstek w tak małej skali. Opracowali również nowy sposób wydobywania prądu elektrycznego z cząstek i mają nadzieję, że pozwoli im to zwiększyć przewodnictwo. Szczegóły są tajne, dopóki nie zakończą składania wniosków patentowych.
Baterie z elektrodą płynną mają pewne potencjalne wady. Nanocząstki mogą szybko ulec degradacji, a naukowcy dopiero zaczęli projektować cały system. Muszą opracować sposób na wydajne pompowanie materiałów i tanie wytwarzanie baterii. A ładowanie samochodów przez uzupełnianie zbiorników nowym materiałem wymagałoby zainstalowania nowej infrastruktury, co może być kosztowne.
Tymczasem konwencjonalne akumulatory nadal stają się tańsze, a ulepszona technologia przyspiesza ich ładowanie (patrz Jak Tesla wprowadza innowacje w zakresie samochodów elektrycznych i Zapomnij o wymianie akumulatorów: Tesla ma na celu ładowanie samochodów elektrycznych w pięć minut ).