211service.com
Et batteri med flydende elektroder kan genoplades eller genopfyldes
En ny slags batteri lagrer energi i det, forskerne kalder genopladeligt brændstof - elektroder i flydende form. Resultatet kan enten genoplades som et konventionelt batteri eller erstattes ved at pumpe nyt brændstof ind som benzin.
Batteri tester : Argonne National Laboratory kemiker Elena Timofeeva opstiller et eksperiment for at teste en væskeelektrode (set inde i IV-posen).
Materialerne kunne teoretisk tillade en elbil at rejse 500 miles på en opladning, fem gange længere end de fleste elektriske køretøjer kan nu, siger forskerne, der udvikler teknologien, og som er baseret på Argonne National Laboratory og Illinois Institute of Technology. At udskifte dem på en tankstation ville tage blot et par minutter. I modsætning hertil tager selv de hurtigste ladestationer til konventionelle batterier en time at give en fuld opladning.
Begrænset rækkevidde og lange ladetider er to af de største udfordringer for elbiler. Flydende batterielektroder kunne tillade længere rækkevidde ved at øge mængden af energi, som batteripakker kan opbevare, og fordi der ville være behov for færre ikke-energilagre komponenter, kunne det også gøre dem billigere.
Batterier, der bruger flydende elektroder, kunne også være mere sikre end konventionelle, siger Ping Liu, en programleder hos Advanced Research Projects Agency for Energy, som finansierer arbejdet. Positive og negative elektrodematerialer vil blive opbevaret i separate tanke i stedet for inde i den samme battericelle som i konventionelle batterier. Dette kan forhindre kortslutninger og overophedning, der kan få lithium-ion-batterier til at bryde i brand.
Genopladelige brændstoffer er på et tidligt stadie, men ARPA-E har anset dem for lovende, og annoncerede finansiering til fire grupper, der udvikler teknologien. Ud over Illinois-projektet støtter det projekter hos GE, National Renewable Energy Laboratory og 24M, en MIT-spinoff.
Illinois-forskerne har indtil videre demonstreret et lille halvcellebatteri, der bruger en væskeelektrode og en solid. Til deres 3,4 millioner dollars ARPA-E-finansierede projekt, som startede i sidste måned, planlægger de at bygge en prototype, der bruger væsker til både de positive og negative elektroder. Dette batteri skal lagre en kilowatt-times energi, nok til et par kilometers kørsel.
I konventionelle elbilbatterier består så meget som 75 procent af materialet inde i en batteripakke af komponenter, der ikke lagrer energi - celleemballage, sensorer, elektriske forbindelser, kølesystemer og så videre. Med lagring af flydende energi, i det mindste i teorien, kan meget af dette materiale elimineres, hvilket reducerer størrelsen og omkostningerne ved batteripakker.
Nøglen er at adskille de energilagrende materialer fra de strukturer, der bruges til at udvinde denne energi og skabe elektrisk strøm. I et konventionelt batteri er hvert lag af elektrodemateriale parret med et ark folie og en plastikmembran, der tillader elektroner og ioner at strømme, hvilket skaber elektrisk strøm. Hvis du vil opbevare mere energi, skal du også tilføje flere lag folie og plastik.
I det nye batteri vil væskeelektroderne blive opbevaret i tanke og pumpet gennem en relativt lille enhed for at interagere og generere elektricitet. Øget energilager ville blot være et spørgsmål om at gøre lagertankene større; den enhed, hvor elektricitet genereres, kunne forblive den samme størrelse. Jo større tanke, jo mindre af det samlede volumen vil den energigenererende enhed optage.
Væskeelektroder har eksisteret i et stykke tid - for eksempel som en del af enheder kaldet flowbatterier - men de lagrer typisk energi i en fortyndet opløsning, der kræver for meget volumen for at blive brugt i en bil. Nogle batterier har smeltede elektroder, der er bedre egnede til stationære applikationer (se Ambri's Better Battery). Hvert af ARPA-E-projekterne har til formål at finde måder at øge væskernes energitæthed med en størrelsesorden. MIT spinoff 24M er en pioner på dette område, efter at have vist, at det er muligt at suspendere høje koncentrationer af konventionelle, energitætte elektrodepulvere i en væske og udvinde energi fra dem (se Et bilbatteri til halv pris). Den største udfordring er at opnå høj nok elektrisk ledningsevne til et praktisk batteri.
Illinois-forskerne har en lignende tilgang. De understreger brugen af pulvere i nanoskala, der kan suspenderes i meget høje koncentrationer og stadig flyder let, takket være partiklernes særegne egenskaber i så lille en skala. De har også udviklet en ny måde at udvinde elektrisk strøm fra partiklerne, og de håber, at dette vil give dem mulighed for at øge ledningsevnen. Detaljerne er hemmelige, indtil de er færdige med at indgive patenter.
Flydende elektrodebatterier har nogle potentielle ulemper. Nanopartikler kan nedbrydes hurtigt, og forskerne er først begyndt at designe hele systemet. De skal designe en måde at pumpe materialerne effektivt på og fremstille batteriet billigt. Og genopladning af biler ved at genopfylde tankene med nyt materiale ville kræve installation af ny infrastruktur, hvilket kan være dyrt.
I mellemtiden bliver konventionelle batterier fortsat billigere, og forbedret teknologi gør dem hurtigere at genoplade (se Hvordan Tesla driver elbilinnovation og glem batteribytning: Tesla sigter mod at oplade elbiler på fem minutter).