211service.com
Na rynku pojawią się baterie wysokoenergetyczne
Szwajcarska firma twierdzi, że opracowała akumulatory cynkowo-powietrzne, które mogą zmagazynować objętościowo trzy razy więcej energii niż akumulatory litowo-jonowe, a przy tym kosztują o połowę mniej. Bunt , ze Staefa w Szwajcarii, planuje sprzedaż małych baterii guzikowych do aparatów słuchowych od przyszłego roku i włączenie tej technologii do coraz większych baterii, wprowadzając baterie do telefonów komórkowych i rowerów elektrycznych w ciągu najbliższych kilku lat. Rozpoczyna się także opracowywanie wielkoformatowych akumulatorów do pojazdów elektrycznych.
Rozpakowana bateria: Ta grafika ilustruje wielowarstwową strukturę akumulatora cynkowo-powietrznego ReVolt wielokrotnego ładowania. Od góry do dołu: pokrywa baterii, która przepuszcza powietrze; porowata elektroda powietrzna; interfejs między elektrodami; elektroda cynkowa; obudowa.
Konstrukcja baterii oparta jest na technologii opracowanej w SINTEF , instytut badawczy w Trondheim w Norwegii. ReVolt został założony, aby wprowadzić go na rynek i do tej pory pozyskał 24 miliony euro inwestycji. James McDougall, dyrektor generalny firmy, mówi, że technologia rozwiązuje główny problem z akumulatorami cynkowo-powietrznymi – zwykle przestają one działać po stosunkowo niewielu ładowaniach. Gdyby tę technologię można było rozszerzyć na większą skalę, akumulatory cynkowo-powietrzne mogłyby uczynić pojazdy elektryczne bardziej praktycznymi poprzez obniżenie ich kosztów i zwiększenie zasięgu .
W przeciwieństwie do konwencjonalnych akumulatorów, które zawierają wszystkie reagenty potrzebne do wytwarzania energii elektrycznej, akumulatory cynkowo-powietrzne do generowania prądu wykorzystują tlen z atmosfery. Pod koniec lat 80. uznano je za jedną z najbardziej obiecujących technologii akumulatorów ze względu na ich wysoką teoretyczną pojemność magazynowania energii, mówi Gary Henriksen , kierownik wydziału elektrochemicznego magazynowania energii w Narodowe Laboratorium Argonne w Illinois. Chemia baterii jest również stosunkowo bezpieczna, ponieważ nie wymaga materiałów lotnych, więc baterie cynkowo-powietrzne nie są podatne na zapalenie się jak baterie litowo-jonowe.
Ze względu na te zalety, akumulatory cynkowo-powietrzne jednorazowego użytku są od dawna dostępne na rynku. Jednak ładowanie ich było wyzwaniem. Wewnątrz akumulatora porowata elektroda powietrzna wciąga tlen i za pomocą katalizatorów na granicy między powietrzem a elektrolitem na bazie wody redukuje go do tworzenia jonów hydroksylowych. Przemieszczają się one przez elektrolit do elektrody cynkowej, gdzie cynk jest utleniany – reakcja, która uwalnia elektrony, aby wygenerować prąd. W przypadku ładowania proces jest odwrotny: tlenek cynku jest ponownie przekształcany w cynk, a tlen jest uwalniany na elektrodzie powietrznej. Jednak po wielokrotnych cyklach ładowania i rozładowania elektroda powietrzna może zostać dezaktywowana, spowalniając lub zatrzymując reakcje tlenu. Może to być spowodowane na przykład stopniowym zbyt głębokim wciąganiem ciekłego elektrolitu w pory, mówi Henriksen. Bateria może również ulec uszkodzeniu, jeśli wyschnie lub jeśli cynk nagromadzi się nierównomiernie, tworząc struktury przypominające gałęzie, które tworzą zwarcie między elektrodami.
Firma ReVolt twierdzi, że opracowała metody kontrolowania kształtu elektrody cynkowej (za pomocą określonych środków żelujących i wiążących) oraz zarządzania wilgotnością w ogniwie. Przetestowano również nową elektrodę powietrzną, która zawiera kombinację starannie rozproszonych katalizatorów w celu poprawy redukcji tlenu z powietrza podczas rozładowania i zwiększenia produkcji tlenu podczas ładowania. Prototypy działały dobrze przez ponad sto cykli, a oczekuje się, że pierwsze produkty firmy będą przydatne przez kilkaset cykli. McDougall ma nadzieję zwiększyć tę liczbę do 300-500 cykli, dzięki czemu będą przydatne w telefonach komórkowych i rowerach elektrycznych.
W przypadku pojazdów elektrycznych ReVolt opracowuje nową strukturę akumulatora, która przypomina ogniwo paliwowe. Jego pierwsze baterie wykorzystują dwie płaskie elektrody, które są porównywalnej wielkości. W nowych bateriach jedna elektroda będzie cieczą – zawiesiną cynku. Elektrody powietrzne będą miały postać rurek. Aby wytworzyć energię elektryczną, szlam cynkowy, który jest przechowywany w jednej komorze baterii, jest pompowany przez rurki, w których jest utleniany, tworząc tlenek cynku i uwalniając elektrony. Tlenek cynku gromadzi się następnie w innej komorze baterii. Podczas ładowania tlenek cynku przepływa z powrotem przez elektrodę powietrzną, gdzie uwalnia tlen, ponownie tworząc cynk.
W planowanym przez firmę akumulatorze samochodowym ilość zawiesiny cynkowej może być znacznie większa niż ilość materiału w elektrodzie powietrznej, zwiększając gęstość energii. Rzeczywiście, system byłby podobny do systemu ogniw paliwowych lub konwencjonalnego silnika, ponieważ szlam cynkowy działałaby zasadniczo jak paliwo pompujące przez elektrodę powietrzną, jak wodór w ogniwie paliwowym lub benzyna w silniku spalinowym. McDougall twierdzi, że baterie mogą również wytrzymać dłużej – od 2000 do 10 000 cykli. A jeśli jedna część ulegnie awarii — na przykład elektroda powietrzna — można ją wymienić, eliminując potrzebę zakupu zupełnie nowej baterii.
Podobnie jak w przypadku ogniw paliwowych, system ten może wymagać połączenia z innym typem akumulatora w celu uzyskania nagłych przyśpieszeń lub wychwytywania energii z procesów takich jak hamowanie. Henriksen zauważa również, że inne eksperymentalne baterie cynkowo-powietrzne osiągnęły już 200 cykli.
Sukces komercyjny bardziej konwencjonalnej płaskiej konstrukcji może zależeć od innych czynników, takich jak to, czy nowe baterie dostarczają energię z wyższymi szybkościami niż inne eksperymentalne baterie cynkowo-powietrzne, jak twierdzi firma, oraz czy można osiągnąć cele dotyczące wyższych liczby cykli. Nowa konstrukcja oparta na lampach jest jeszcze wiele lat od produkcji.