Oqimdagi batareyalar: iltimos, menga elektronlarni quying!

Germaniyadagi Fraunhofer instituti olimlari klassik akkumulyatorlarga muqobil ravishda elektr batareyalari sohasida jiddiy ish olib borishmoqda. Oksidlanish-qaytarilish texnologiyasi bilan elektr energiyasini saqlash jarayoni haqiqatan ham tubdan farq qiladi ...

Yoqilg'i sifatida suyuqlik bilan to'ldiriladigan batareyalar benzinli yoki dizel dvigatelli mashinaga quyiladi. Bu utopik tuyulishi mumkin, ammo Germaniyaning Pfinztal shahridagi Fraunhofer instituti xodimi Jens Noak uchun bu aslida kundalik hayotdir. 2007 yildan buyon u ishtirok etgan ishlab chiqarish jamoasi qayta zaryadlanuvchi batareyaning ushbu ekzotik shaklini to'liq sur'atlar bilan rivojlantirmoqda. Aslida, oqim oqimi yoki oqim deb ataladigan redoks batareyasi g'oyasi qiyin emas va bu sohadagi birinchi patent 1949 yilga to'g'ri keladi. Membrana (yoqilg'i xujayralariga o'xshash) bilan ajratilgan ikkita hujayra bo'shliqlarining har biri ma'lum bir elektrolitni o'z ichiga olgan suv omboriga ulangan. Moddalarning bir-biri bilan kimyoviy reaksiyaga kirishish tendentsiyasi tufayli protonlar membrana orqali bir elektrolitdan ikkinchisiga o'tadi va elektronlar ikki qismga ulangan oqim iste'molchisi orqali yo'naltiriladi, natijada elektr toki oqadi. Muayyan vaqtdan so'ng, ikkita tank drenajlanadi va yangi elektrolit bilan to'ldiriladi va ishlatilgan zaryadlash stantsiyalarida "qayta ishlanadi".

Bularning barchasi ajoyib ko'rinishga ega bo'lsa-da, afsuski, avtomobillarda ushbu turdagi akkumulyatorlardan amaliy foydalanishda hali ham ko'plab to'siqlar mavjud. Vanadiy elektrolit redoks batareyasining energiya zichligi har bir kilogramm uchun atigi 30 Vt soatni tashkil qiladi, bu taxminan qo'rg'oshin kislotasi batareyasi bilan bir xil. Zamonaviy 16 kVt/soat quvvatga ega litiy-ionli akkumulyator bilan bir xil miqdorda energiyani saqlash uchun hozirgi redoks texnologiyasi darajasida akkumulyatorga 500 litr elektrolit kerak bo'ladi. Bundan tashqari, barcha tashqi qurilmalar, albatta, hajmi ham juda katta - pivo qutisi kabi bir kilovatt quvvatni ta'minlash uchun zarur bo'lgan qafas.

Lityum-ionli akkumulyator bir kilogramm uchun to'rt barobar ko'proq energiya saqlaganini hisobga olsak, bunday parametrlar avtomobillar uchun mos emas. Biroq, Jens Noak optimistik, chunki bu sohadagi o'zgarishlar endigina boshlanmoqda va istiqbollari umidli. Laboratoriyada vanadiy polisulfid bromidi deb ataladigan batareyalar har bir kilogramm uchun 70 Vt energiya zichligiga ega va hozirda Toyota Priusda ishlatiladigan nikel metall gidridli akkumulyatorlar bilan taqqoslanadi.

Bu tanklarning kerakli hajmini yarimga kamaytiradi. Nisbatan sodda va arzon zaryadlash tizimi tufayli (ikkita nasos yangi elektrolitni tortadi, ikkitasi ishlatilgan elektrolitni so'rib oladi), tizim 100 km masofani ta'minlash uchun o'n daqiqada quvvat oladi. Tesla Roadster-da ishlatiladigan tezkor quvvat olish tizimlari ham olti baravar uzoqroq ishlaydi.

Bunday holda, ko'plab avtomobil kompaniyalari institutning tadqiqotiga murojaat qilishlari ajablanarli emas va Baden-Vyurtemberg shtati rivojlanish uchun 1,5 million evro ajratdi. Biroq, avtomobil texnologiyasi bosqichiga erishish uchun hali ham vaqt kerak bo'ladi. “Ushbu turdagi akkumulyatorlar statsionar energiya tizimlari bilan juda yaxshi ishlashi mumkin va biz allaqachon Bundesver uchun tajriba stansiyalarini tayyorlayapmiz. Biroq, elektromobillar sohasida bu texnologiya taxminan o‘n yildan so‘ng amalga oshirishga yaroqli bo‘ladi”, — dedi Noak.

Oqimli oksidlanish-qaytarilish batareyalarini ishlab chiqarish uchun ekzotik materiallar talab qilinmaydi. Yoqilg'i xujayralarida ishlatiladigan platina yoki lityum ion batareyalari kabi polimerlar kabi qimmat katalizatorlar talab qilinmaydi. Laboratoriya tizimlarining har bir kilovatt quvvati uchun 2000 evroni tashkil etadigan narxining yuqoriligi ularning bir xilligi va qo'lda ishlab chiqarilganligi bilan bog'liq.

Ayni paytda institut mutaxassislari o‘zlarining shamol elektr stansiyasini qurishni rejalashtirmoqdalar, u yerda zaryadlash jarayoni, ya’ni elektrolitlarni utilizatsiya qilish amalga oshiriladi. Oksidlanish-qaytarilish oqimi bilan bu jarayon suvni vodorod va kislorodga elektroliz qilish va ularni yonilg'i xujayralarida ishlatishdan ko'ra samaraliroqdir - tezkor batareyalar zaryadlash uchun ishlatiladigan elektr energiyasining 75 foizini ta'minlaydi.

Biz elektr transport vositalarining an'anaviy zaryadlari bilan bir qatorda energiya tizimining eng yuqori yukiga qarshi bufer bo'lib xizmat qiladigan zaryad stantsiyalarini nazarda tutishimiz mumkin. Masalan, bugungi kunda Germaniyaning shimolidagi ko'plab shamol turbinalari shamolga qaramay o'chirilishi kerak, aks holda ular tarmoqni ortiqcha yuklaydi.

Xavfsizlikka kelsak, hech qanday xavf yo'q. «Ikki elektrolitni aralashtirganda, issiqlik chiqaradigan va harorat 80 darajaga ko'tariladigan kimyoviy qisqa tutashuv mavjud, ammo boshqa hech narsa bo'lmaydi. Albatta, ba'zi suyuqliklar xavfsiz emas, ammo benzin va dizel yoqilg'isi ham xavfsizdir. O'tkazilgan oksidlanish-qaytarilish batareyalari imkoniyatlariga qaramay, Fraunhofer instituti tadqiqotchilari ham lityum-ion texnologiyasini ishlab chiqishda astoydil harakat qilishmoqda ...

matn: Aleksandr Bloch

Redoks oqim batareyasi

Redoks oqimi batareyasi aslida an'anaviy batareya va yonilg'i xujayrasi o'rtasidagi xochdir. Elektr toki ikkita elektrolit o'rtasidagi o'zaro ta'sir tufayli oqadi - biri hujayraning musbat qutbiga, ikkinchisi esa salbiyga bog'langan. Bunda biri musbat zaryadlangan ionlarni beradi (oksidlanish), ikkinchisi esa ularni qabul qiladi (qaytarilish), shuning uchun qurilmaning nomi. Muayyan to'yinganlik darajasiga erishilganda, reaktsiya to'xtaydi va zaryadlash elektrolitlarni yangilari bilan almashtirishdan iborat. Ishchilar teskari jarayon yordamida tiklanadi.