211service.com
Højenergibatterier kommer på markedet
Et schweizisk firma siger, at det har udviklet genopladelige zink-luft-batterier, der kan lagre tre gange så meget energi som lithium-ion-batterier i volumen, mens de kun koster halvt så meget. Opstand , fra Staefa, Schweiz, planlægger at sælge små knapcellebatterier til høreapparater fra næste år og at inkorporere sin teknologi i stadigt større batterier, og introducere mobiltelefoner og elektriske cykelbatterier i de næste par år. Det begynder også at udvikle storformatbatterier til elbiler.
Batteri udpakket: Denne grafik illustrerer flerlagsstrukturen af et ReVolt genopladeligt zink-luft-batteri. Fra top til bund: batteridækslet, som lukker luft ind; en porøs luftelektrode; grænsefladen mellem elektroder; zinkelektroden; kabinettet.
Batteridesignet er baseret på teknologi udviklet på SINTEF , et forskningsinstitut i Trondheim, Norge. ReVolt blev grundlagt for at bringe det på markedet og har indtil videre rejst 24 millioner euro i investeringer. James McDougall, virksomhedens administrerende direktør, siger, at teknologien overvinder hovedproblemet med genopladelige zink-luft-batterier - at de typisk holder op med at virke efter relativt få opladninger. Hvis teknologien kan skaleres op, kan zink-luft-batterier gøre elbiler mere praktiske ved at sænke deres omkostninger og øge deres rækkevidde.
I modsætning til konventionelle batterier, som indeholder alle de reaktanter, der er nødvendige for at generere elektricitet, er zink-luft-batterier afhængige af ilt fra atmosfæren til at generere strøm. I slutningen af 1980'erne blev de betragtet som en af de mest lovende batteriteknologier på grund af deres høje teoretiske energilagringskapacitet, siger Gary Henriksen , leder af afdelingen for elektrokemisk energilagring kl Argonne National Laboratory i Illinois. Batterikemien er også relativt sikker, fordi den ikke kræver flygtige materialer, så zink-luft-batterier er ikke tilbøjelige til at gå i brand som lithium-ion-batterier.
På grund af disse fordele har ikke-genopladelige zink-luft-batterier længe været på markedet. Men at gøre dem genopladelige har været en udfordring. Inde i batteriet suger en porøs luftelektrode ilt og ved hjælp af katalysatorer ved grænsefladen mellem luften og en vandbaseret elektrolyt reducerer den til dannelse af hydroxylioner. Disse rejser gennem en elektrolyt til zinkelektroden, hvor zinken oxideres - en reaktion, der frigiver elektroner for at generere en strøm. Til genopladning vendes processen: zinkoxid omdannes tilbage til zink og ilt frigives ved luftelektroden. Men efter gentagne opladnings- og afladningscyklusser kan luftelektroden blive deaktiveret, hvilket bremser eller stopper iltreaktionerne. Det kan for eksempel skyldes, at den flydende elektrolyt efterhånden er trukket for langt ind i porerne, siger Henriksen. Batteriet kan også svigte, hvis det tørrer ud, eller hvis zink opbygges ujævnt og danner grenlignende strukturer, der skaber en kortslutning mellem elektroderne.
ReVolt siger, at det har udviklet metoder til at kontrollere formen af zinkelektroden (ved at bruge visse gelerings- og bindemidler) og til at styre fugtigheden i cellen. Den har også testet en ny luftelektrode, der har en kombination af omhyggeligt spredte katalysatorer til at forbedre reduktionen af ilt fra luften under afladning og for at øge produktionen af ilt under opladning. Prototyper har fungeret godt i over hundrede cyklusser, og virksomhedens første produkter forventes at være nyttige i et par hundrede cyklusser. McDougall håber at øge dette til mellem 300 og 500 cykler, hvilket vil gøre dem nyttige til mobiltelefoner og elcykler.
Til elektriske køretøjer udvikler ReVolt en ny batteristruktur, der ligner en brændselscelle. Dens første batterier bruger to flade elektroder, som er sammenlignelige i størrelse. I de nye batterier vil den ene elektrode være en væske – en zinkopslæmning. Luftelektroderne vil være i form af rør. For at generere elektricitet pumpes zinkslammet, som er opbevaret i det ene rum i batteriet, gennem rørene, hvor det oxideres, danner zinkoxid og frigiver elektroner. Zinkoxiden samler sig derefter i et andet rum i batteriet. Ved genopladning strømmer zinkoxidet tilbage gennem luftelektroden, hvor det frigiver ilten og danner zink igen.
I virksomhedens planlagte køretøjsbatteri kan mængden af zinkgylle være meget større end mængden af materiale i luftelektroden, hvilket øger energitætheden. Faktisk ville systemet være som et brændselscellesystem eller en konventionel motor, idet zinkopslæmningen i det væsentlige ville fungere som et brændstof, der pumper gennem luftelektroden som brinten i en brændselscelle eller benzinen i en forbrændingsmotor. McDougall siger, at batterierne også kunne holde længere - fra 2.000 til 10.000 cyklusser. Og hvis en del svigter – såsom luftelektroden – kan den udskiftes, hvilket eliminerer behovet for at købe et helt nyt batteri.
Som med brændselsceller skal dette system muligvis parres med en anden type batteri for accelerationsudbrud eller for at opfange energi fra processer såsom bremsning. Henriksen bemærker også, at andre eksperimentelle zink-luft-batterier allerede har opnået 200 cyklusser.
Kommerciel succes for det mere konventionelle flade design kan afhænge af andre faktorer, såsom om de nye batterier leverer energi ved højere hastigheder end andre eksperimentelle zink-luft-batterier, som virksomheden hævder, og om målene for højere cyklustal kan nås. Det nye rørbaserede design er stadig år væk fra produktion.