แบตเตอรี่ไหล: โปรดเทอิเล็กตรอนให้ฉัน!

นักวิทยาศาสตร์จากสถาบัน Fraunhofer ในเยอรมนีกำลังดำเนินการพัฒนาอย่างจริงจังในด้านแบตเตอรี่ไฟฟ้าซึ่งเป็นทางเลือกที่ดีกว่ารุ่นคลาสสิก ด้วยเทคโนโลยีการไหลรีดอกซ์กระบวนการกักเก็บไฟฟ้าจึงแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง ...

แบตเตอรี่ซึ่งมีประจุของเหลวเป็นเชื้อเพลิงจะถูกเทลงในรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์เบนซินหรือดีเซล มันอาจฟังดูเป็นคนธรรมดา แต่สำหรับ Jens Noack จากสถาบัน Fraunhofer ในเมือง Pfinztal ประเทศเยอรมนีนี่คือชีวิตประจำวันจริงๆ ตั้งแต่ปี 2007 ทีมพัฒนาที่เขามีส่วนร่วมได้พัฒนาแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟรูปแบบแปลกใหม่นี้ได้อย่างเต็มที่ ในความเป็นจริงความคิดของการไหลผ่านหรือที่เรียกว่าแบตเตอรี่รีดอกซ์แบบไหลผ่านนั้นไม่ใช่เรื่องยากและสิทธิบัตรครั้งแรกในพื้นที่นี้มีอายุย้อนไปถึงปีพ. ศ. แต่ละช่องว่างของเซลล์ทั้งสองคั่นด้วยเมมเบรน (คล้ายกับเซลล์เชื้อเพลิง) เชื่อมต่อกับอ่างเก็บน้ำที่มีอิเล็กโทรไลต์เฉพาะ เนื่องจากแนวโน้มของสารที่จะทำปฏิกิริยาทางเคมีโปรตอนจึงเคลื่อนที่จากอิเล็กโทรไลต์หนึ่งไปยังอีกอันหนึ่งผ่านเมมเบรนและอิเล็กตรอนจะถูกส่งผ่านผู้ใช้กระแสไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับทั้งสองส่วนซึ่งเป็นผลมาจากกระแสไฟฟ้าไหล หลังจากผ่านไประยะหนึ่งถังสองถังจะถูกระบายและเติมด้วยอิเล็กโทรไลต์สดและถังที่ใช้แล้วจะถูก "รีไซเคิล" ที่สถานีชาร์จ

แม้ว่าทั้งหมดนี้จะดูดีมาก แต่น่าเสียดายที่ยังมีอุปสรรคมากมายในการใช้งานจริงของแบตเตอรี่ประเภทนี้ในรถยนต์ ความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่รีดอกซ์อิเล็กโทรไลต์วานาเดียมอยู่ในช่วงเพียง 30 Wh ต่อกิโลกรัม ซึ่งใกล้เคียงกับแบตเตอรี่กรดตะกั่ว เพื่อเก็บพลังงานในปริมาณที่เท่ากันกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสมัยใหม่ขนาด 16 กิโลวัตต์ชั่วโมง ที่ระดับเทคโนโลยีรีดอกซ์ในปัจจุบัน แบตเตอรี่จะต้องใช้อิเล็กโทรไลต์ 500 ลิตร แน่นอนว่ารวมถึงอุปกรณ์ต่อพ่วงทั้งหมดปริมาณที่ค่อนข้างใหญ่ - กรงที่จำเป็นเพื่อให้พลังงานหนึ่งกิโลวัตต์เช่นกล่องเบียร์

พารามิเตอร์ดังกล่าวไม่เหมาะสำหรับรถยนต์ เนื่องจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเก็บพลังงานได้มากกว่าสี่เท่าต่อกิโลกรัม อย่างไรก็ตาม Jens Noack มองโลกในแง่ดี เพราะการพัฒนาในด้านนี้เพิ่งเริ่มต้นและมีแนวโน้มที่ดี ในห้องปฏิบัติการ แบตเตอรี่ที่เรียกว่าวานาเดียมโพลีซัลไฟด์โบรไมด์มีความหนาแน่นของพลังงานอยู่ที่ 70 Wh ต่อกิโลกรัม และมีขนาดเทียบเท่ากับแบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ที่ใช้ใน Toyota Prius ในปัจจุบัน

ซึ่งจะช่วยลดปริมาณรถถังที่ต้องการลงครึ่งหนึ่ง ด้วยระบบการชาร์จที่ค่อนข้างง่ายและราคาไม่แพง (ปั๊มสองตัวสูบอิเล็กโทรไลต์ใหม่สองตัวดูดอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้แล้วออกสองตัว) ระบบสามารถชาร์จได้ภายในสิบนาทีเพื่อให้ระยะ 100 กม. แม้แต่ระบบชาร์จเร็วแบบเดียวกับที่ใช้ใน Tesla Roadster ก็ใช้งานได้ยาวนานกว่าถึงหกเท่า

ในกรณีนี้ ไม่น่าแปลกใจที่บริษัทยานยนต์หลายแห่งหันไปหาการวิจัยของสถาบัน และรัฐบาเดน-เวือร์ทเทมแบร์กได้จัดสรรเงิน 1,5 ล้านยูโรสำหรับการพัฒนา อย่างไรก็ตาม ยังต้องใช้เวลากว่าจะเข้าสู่ช่วงเทคโนโลยียานยนต์ “แบตเตอรี่ชนิดนี้สามารถทำงานได้ดีมากกับระบบไฟฟ้าที่อยู่นิ่ง และเรากำลังสร้างสถานีทดลองสำหรับ Bundeswehr แล้ว อย่างไรก็ตาม ในด้านของยานยนต์ไฟฟ้า เทคโนโลยีนี้จะเหมาะสมสำหรับการนำไปใช้งานในอีกประมาณสิบปีข้างหน้า” Noack กล่าว

ไม่จำเป็นต้องใช้วัสดุแปลกใหม่ในการผลิตแบตเตอรี่รีดอกซ์แบบไหลผ่าน ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาราคาแพงเช่นทองคำขาวที่ใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงหรือโพลีเมอร์เช่นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ระบบห้องปฏิบัติการที่มีต้นทุนสูงถึง 2000 ยูโรต่อกิโลวัตต์มีสาเหตุมาจากความจริงที่ว่าระบบเหล่านี้เป็นระบบที่ไม่เหมือนใครและทำด้วยมือ

ในขณะเดียวกัน ผู้เชี่ยวชาญของสถาบันกำลังวางแผนที่จะสร้างฟาร์มกังหันลมของตนเอง ซึ่งจะมีกระบวนการชาร์จ ซึ่งก็คือการกำจัดอิเล็กโทรไลต์ ด้วยการไหลของรีดอกซ์ กระบวนการนี้มีประสิทธิภาพมากกว่าการอิเล็กโทรไลต์น้ำให้เป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนและใช้ในเซลล์เชื้อเพลิง - แบตเตอรี่แบบทันทีให้พลังงานไฟฟ้า 75 เปอร์เซ็นต์ที่ใช้ในการชาร์จ

เราสามารถจินตนาการถึงสถานีชาร์จที่ควบคู่ไปกับการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าทั่วไปเพื่อทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์กับภาระสูงสุดของระบบไฟฟ้า ตัวอย่างเช่นวันนี้กังหันลมหลายแห่งในภาคเหนือของเยอรมนีต้องปิดตัวลงแม้จะมีลมแรงไม่เช่นนั้นกังหันลมจะทำงานหนักเกินไป

เท่าที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยที่นี่ไม่มีอันตราย “ เมื่อคุณผสมอิเล็กโทรไลต์สองตัวจะมีการลัดวงจรทางเคมีที่ทำให้เกิดความร้อนและอุณหภูมิจะสูงถึง 80 องศา แต่ไม่มีอะไรเกิดขึ้นอีก แน่นอนของเหลวบางอย่างไม่ปลอดภัย แต่ก็เป็นน้ำมันเบนซินและดีเซลเช่นกัน แม้จะมีศักยภาพของแบตเตอรี่รีดอกซ์แบบไหลผ่าน แต่นักวิจัยจากสถาบัน Fraunhofer ก็ทำงานอย่างหนักในการพัฒนาเทคโนโลยีลิเธียมไอออน ...

ข้อความ: Alexander Bloch

รีดอกซ์แบตเตอรี่ไหล

แบตเตอรี่รีดอกซ์โฟลว์เป็นลูกผสมระหว่างแบตเตอรี่ทั่วไปกับเซลล์เชื้อเพลิง กระแสไฟฟ้าไหลเนื่องจากการทำงานร่วมกันระหว่างอิเล็กโทรไลต์สองตัว - อันหนึ่งเชื่อมต่อกับขั้วบวกของเซลล์และอีกอันหนึ่งเชื่อมต่อกับขั้วลบ ในกรณีนี้ หนึ่งให้ไอออนที่มีประจุบวก (ออกซิเดชัน) และอีกอันได้รับ (รีดักชัน) ดังนั้นชื่อของอุปกรณ์ เมื่อถึงระดับความอิ่มตัว ปฏิกิริยาจะหยุดลงและการชาร์จจะแทนที่อิเล็กโทรไลต์ด้วยอิเล็กโทรไลต์ใหม่ พนักงานจะได้รับการกู้คืนโดยใช้กระบวนการย้อนกลับ