Ljubitelji električnih vozila dugo su sanjali o baterijama koje će njihovim prijateljima na četiri točka omogućiti da putuju više od hiljadu i po kilometara s jednim punjenjem. Uprava izraelskog startupa Phinergi vjeruje da će aluminij-vazdušna baterija koju razvijaju stručnjaci kompanije odlično obaviti ovaj zadatak.
Izvršni direktor Phinergije, Aviv Sidon, nedavno je najavio početak partnerstva s velikim proizvođačem automobila. Očekuje se da će dodatna sredstva omogućiti kompaniji da uspostavi masovnu proizvodnju revolucionarnih baterija do 2017. godine.
Na videu ( na kraju članka Reporter Bloomberga Elliot Gotkin vozi kompaktni automobil koji je pretvoren u električni automobil. Istovremeno, u prtljažnik ovog automobila ugrađena je Phinergy aluminijum-vazdušna baterija.
Električni automobil Citroen C1 s litijum-jonskom baterijom može preći ne više od 160 km sa jednim punjenjem, ali aluminijum-vazdušna Phinergy baterija omogućava mu da pređe dodatnih 1600 km.
Na snimku se vidi kako inženjeri pune specijalne rezervoare unutar demo vozila destilovanom vodom. Na displeju mobilnog telefona generalnog direktora Phinergije prikazan je domet automobila koji je predvideo on-board kompjuter.
Voda služi kao osnova za elektrolit kroz koji prolaze ioni, oslobađajući energiju. Električna energija se koristi za napajanje električnih motora automobila. Prema rečima inženjera startupa, vodu u rezervoarima demonstracionog vozila potrebno je dopunjavati "na svakih nekoliko stotina kilometara".
Aluminijum-vazdušne baterije koriste aluminijumske ploče kao anodu, a spoljni vazduh deluje kao katoda. Aluminijska komponenta sistema polako se razgrađuje kako se molekuli metala spajaju s kisikom i oslobađaju energiju.
Da budemo precizniji: četiri atoma aluminija, tri molekula kisika i šest molekula vode zajedno stvaraju četiri molekula hidratizirane glinice, oslobađajući energiju.
Istorijski gledano, aluminij-vazdušne baterije su korištene samo u vojne svrhe. To je zbog potrebe da se povremeno uklanja aluminij oksid i zamjenjuju aluminijske anodne ploče.
Phinergy kaže da vlasnički materijal katode omogućava kisiku iz vanjskog zraka da slobodno uđe u ćeliju baterije bez dopuštanja ugljičnom dioksidu, koji se također nalazi u zraku, da kontaminira bateriju. To je ono što je u većini slučajeva onemogućavalo normalan rad aluminijum-vazdušnih baterija na duži period. Barem do sada.
Stručnjaci kompanije također razvijaju uređaje koji se mogu puniti električnom energijom. U ovom slučaju, metalne elektrode ne propadaju tako brzo kao u slučaju analoga aluminijum-zračni.
Sidon kaže da energija iz jedne aluminijske pločice pomaže električnom automobilu da putuje oko 32 kilometra (što nas navodi na procjenu da je specifična izlazna snaga po pločici oko 7 kWh). Dakle, demonstraciona mašina ima instalirano 50 takvih ploča.
Cijela baterija, kako napominje top menadžer, teži samo 25 kg. Iz toga slijedi da je njegova energetska gustoća više od 100 puta veća od one kod konvencionalnih modernih litijum-jonskih baterija.
Vjerovatno bi u slučaju serijskog modela električnog vozila baterija mogla postati znatno teža. Opremanje baterije sistemom za termičko kondicioniranje i zaštitnim kućištem, koji nisu uočeni u prototipu (sudeći po videu), povećat će njegovu masu.
U svakom slučaju, dolazak baterije s gustoćom energije koja je za red veličine veća od trenutnih litijum-jonskih baterija bit će odlična vijest za proizvođače automobila koji su se kladili na električne automobile - jer u suštini eliminira sve probleme uzrokovane ograničenim dometom savremenih električnih automobila.
Imamo vrlo zanimljiv prototip, ali mnoga pitanja ostaju bez odgovora. Kako će se aluminijum-vazdušne baterije koristiti u proizvodnji električnih vozila? Koliko će biti teško zamijeniti aluminijske ploče? Koliko često će ih trebati mijenjati? (nakon 1500 km? nakon 5000 km? ili rjeđe?).
Marketinški materijali dostupni u ovoj fazi ne opisuju koliki će biti ukupan ugljični otisak metalno-vazdušnih baterija (od trenutka vađenja sirovine do ugradnje baterije u automobil) u odnosu na moderne litijum-jonske analoge.
Ova tačka vjerovatno zaslužuje detaljno proučavanje. A istraživački rad mora biti završen prije nego što počne masovno uvođenje nove tehnologije, budući da je vađenje i prerada aluminijskih ruda i stvaranje upotrebljivog metala proces vrlo energetski intenzivan.
Međutim, ne može se isključiti još jedan scenario. Dodatne metalno-vazdušne baterije mogu se dodati litijum-jonskim baterijama, ali one će se koristiti samo za putovanja na velike udaljenosti. Ova opcija bi mogla biti vrlo privlačna proizvođačima električnih vozila, čak i ako novi tip baterije ima veći ugljični otisak od .
Na osnovu materijala
Fuji Pigment pokazao inovativni tip aluminij-vazdušne baterije koja se može puniti slanom vodom. Baterija ima modifikovanu strukturu koja obezbeđuje duži radni vek, koji sada iznosi minimalno 14 dana.
Keramički i karbonski materijali uvedeni su u strukturu aluminijum-vazdušne baterije kao unutrašnji sloj. Efekti anodne korozije i akumulacije nusproizvoda su potisnuti. Kao rezultat toga, postignuto je duže vrijeme rada.
Vazdušno-aluminijumska baterija radnog napona od 0,7 - 0,8 V, koja proizvodi 400 - 800 mA struje po ćeliji, ima teoretski nivo energije po jedinici zapremine od oko 8100 Wh/kg. Ovo je drugi maksimalni indikator za baterije različitih tipova. Teoretski nivo energije po jedinici zapremine u litijum-jonskim baterijama je 120-200 Wh/kg. To znači da aluminij-vazdušne baterije teoretski mogu imati kapacitet veći od kapaciteta svojih litijum-jonskih baterija za više od 40 puta.
Iako se komercijalne punjive litijum-jonske baterije danas široko koriste u mobilnim telefonima, laptopima i drugim elektronskim uređajima, njihova energetska gustina je još uvek nedovoljna za upotrebu u električnim vozilima na industrijskom nivou. Do danas su naučnici razvili tehnologiju vazdušno-metalnih baterija sa maksimalnim energetskim kapacitetom. Istraživači su proučavali metalno-vazdušne baterije na bazi litijuma, gvožđa, aluminijuma, magnezijuma i cinka. Među metalima, aluminijum je interesantan kao anoda zbog svog visokog specifičnog kapaciteta i visokog standardnog potencijala elektrode. Osim toga, aluminijum je jeftin i najrecikliraniji metal na svijetu.
Inovativni tip baterija mora savladati glavnu prepreku komercijalizaciji ovakvih rješenja, a to je visok nivo korozije aluminijuma tokom elektrohemijskih reakcija. Osim toga, nusproizvodi Al2O3 i Al(OH)3 akumuliraju se na elektrodama, pogoršavajući tok reakcija.
Fuji Pigment rekao je da se novi tip aluminijske zračne baterije može proizvoditi i može se koristiti u normalnim uvjetima okoline jer su ćelije otporne, za razliku od litijum-jonskih baterija koje se mogu zapaliti i eksplodirati. Svi materijali koji se koriste za sklapanje strukture baterije (elektroda, elektrolit) su sigurni i jeftini za proizvodnju.
Pročitajte također:
Baterije su uređaji koji pretvaraju hemijsku energiju u električnu energiju. Imaju 2 elektrode, između njih dolazi do kemijske reakcije koja koristi ili proizvodi elektrone. Elektrode su povezane jedna s drugom otopinom koja se naziva elektrolit, kroz koju se ioni mogu kretati kako bi zaokružili električni krug. Elektroni se proizvode na anodi i mogu proći kroz vanjski krug do katode, to je kretanje elektrona u električnoj struji koja se može koristiti za obavljanje rada jednostavnih uređaja.
U našem slučaju baterija može nastati pomoću dvije reakcije: (1) reakcije sa aluminijumom, koji generiše elektrone na jednoj elektrodi, i (2) reakcija s kisikom koja koristi elektrone na drugoj elektrodi. Da biste pomogli elektronima u bateriji da pristupe kisiku u zraku, možete napraviti drugu elektrodu od materijala koji može provoditi električnu energiju, ali nije aktivan, kao što je ugalj, koji je uglavnom ugljik. Aktivni ugljen je vrlo porozan i to ponekad dovodi do toga da je velika površina izložena atmosferi. Jedan gram aktivnog ugljena može biti veći od cijelog fudbalskog terena.
U ovom iskustvu možete graditi baterija, koji koristi ove dvije reakcije i najnevjerovatnija stvar je da ove baterije mogu napajati mali motor ili sijalicu. Za ovo će vam trebati: aluminijumska folija, makaze, aktivni ugalj, metalne kašike, papirni ubrusi, so, mala šoljica, voda, 2 električne žice sa stezaljkama na krajevima i mali električni uređaj kao što je motor ili LED. Odrežite komad aluminijske folije koji je otprilike 15X15 cm., pripremite zasićeni rastvor, pomiješajte sol u maloj šoljici sa vodom dok se sol ne otapa, presavijte papirnati ubrus na četvrtine i potopite ga u salamuri. Stavite ovaj peškir na foliju, dodajte otprilike kašiku aktivnog uglja na vrh papirnog ubrusa, prelijte salamuru preko uglja da ga smoči. Vodite računa da je ugalj mokar. Da ne biste direktno dodirivali vodu, označite 3 sloja kao u sendviču. Pripremite svoje električne uređaje za upotrebu tako što ćete jedan kraj električne žice pričvrstiti na teret, a drugi kraj žice spojiti na aluminijsku foliju. Pritisnemo drugu žicu čvrsto uz gomilu uglja i vidimo šta će se dogoditi, ako baterija radi dobro, onda je vjerovatno da će vam trebati još jedan element za uključivanje uređaja. Pokušajte povećati kontaktnu površinu između žice i uglja tako što ćete presavijati bateriju i snažno je stisnuti. Ako koristite motor, možete mu pomoći i da se pokrene okretanjem osovine prstima.
Prva moderna električna baterija napravljena je od niza elektrohemijskih ćelija i zove se voltaic stack. Ponovite korake jedan i tri da napravite dodatne aluminijum-vazdušni element povezivanjem 2 ili 3 vazduh-aluminijumski element jedni s drugima ćete dobiti snažniju bateriju. Koristite multimetar za mjerenje napona i struje primljene iz baterije.
Kako modificirati bateriju da proizvodi više napona ili više struje - Izračunajte izlaznu snagu baterije množenjem njenog napona i struje. Pokušajte povezati druge uređaje na bateriju.
Francuska kompanija Renault predlaže da se u budućim električnim vozilima koriste aluminijumsko-vazdušne baterije kompanije Phinergi. Hajde da pogledamo njihove perspektive.
Renault je odlučio da se osloni na novu vrstu baterije koja bi mogla povećati domet od jednog punjenja za sedam puta. Uz zadržavanje dimenzija i težine današnjih baterija. Aluminijum-vazduh (Al-air) ćelije imaju fenomenalnu gustinu energije (8000 W/kg, naspram 1000 W/kg za tradicionalne baterije), proizvodeći je tokom reakcije oksidacije aluminijuma u vazduhu. Takva baterija sadrži pozitivnu katodu i negativnu anodu od aluminija, a između elektroda je tekući elektrolit na bazi vode.
Proizvođač baterija Phinergy rekao je da je napravio veliki napredak u razvoju takvih baterija. Njihov prijedlog je korištenje katalizatora napravljenog od srebra, koji omogućava efikasno korištenje kisika sadržanog u običnom zraku. Ovaj kisik se miješa s tekućim elektrolitom, čime se oslobađa električna energija sadržana u aluminijskoj anodi. Glavno upozorenje je "vazdušna katoda", koja djeluje kao membrana u vašoj zimskoj jakni - propušta samo O2, a ne ugljični dioksid.
Po čemu se razlikuje od tradicionalnih baterija? Potonji imaju potpuno zatvorene ćelije, dok je elementima Al-air potreban vanjski element da "pokrene" reakciju. Važna prednost je činjenica da se Al-air baterija ponaša kao dizel generator - proizvodi energiju samo kada je uključite. A kada takvoj bateriji "presječete zrak", sav njen naboj ostaje na mjestu i ne nestaje s vremenom, kao kod konvencionalnih baterija.
Al-air baterija koristi aluminijsku elektrodu tokom rada, ali se može zamijeniti, kao kertridž u štampaču. Punjenje se mora obaviti svakih 400 km, ono će se sastojati od dodavanja novog elektrolita, što je mnogo lakše nego čekati da se obična baterija napuni.
Phinergy je već kreirao električni Citroen C1, koji je opremljen baterijom od 25 kg kapaciteta 100 kWh. Daje rezervu snage od 960 km. Sa motorom od 50 kW (oko 67 konjskih snaga), automobil postiže brzinu od 130 km/h i ubrzava do stotine za 14 sekundi. Slična baterija se testira i na Renault Zoe, ali njen kapacitet je 22 kWh, maksimalna brzina automobila je 135 km/h, 13,5 sekundi do "stotke", ali samo 210 km rezerve snage.
Nove baterije su lakše, upola jeftinije od litijum-jonskih i ubuduće lakše za upotrebu od modernih. A za sada im je jedini problem aluminijska elektroda koju je teško proizvesti i zamijeniti. Čim se ovaj problem riješi, možemo sa sigurnošću očekivati još veći val popularnosti električnih vozila!
- , 20. januar 2015
Gotovo tridesetogodišnja potraga za načinima poboljšanja aluminij-jonske baterije bliži se kraju. Prvu bateriju sa aluminijumskom anodom koja se može brzo puniti, a pritom je jeftina i izdržljiva, razvili su naučnici sa Univerziteta Stanford.
Istraživači samouvjereno izjavljuju da bi njihova zamisao mogla postati sigurna alternativa litijum-jonskim baterijama, koje se danas koriste posvuda, kao i alkalnim baterijama koje su štetne po okoliš.
Vrijedi zapamtiti da se litijum-jonske baterije ponekad zapale. Profesor hemije Hongzhi Dai uvjeren je da se njegova nova baterija neće zapaliti, čak i ako je probušite. Profesor Dayove kolege opisali su nove baterije kao "ultra-brze punjive aluminijum-jonske baterije".
Zbog svoje niske cijene, zaštite od požara i sposobnosti stvaranja značajnog električnog kapaciteta, aluminijum je dugo privukao pažnju istraživača, ali je mnogo godina utrošeno na stvaranje komercijalno održive aluminij-jonske baterije koja bi mogla proizvesti dovoljan napon čak i nakon mnogo punjenja. ciklusi pražnjenja.
Naučnici su morali da savladaju mnoge prepreke, uključujući: raspadanje katodnog materijala, nizak napon pražnjenja ćelije (oko 0,55 volti), gubitak kapaciteta i nedovoljan životni ciklus (manje od 100 ciklusa), brz gubitak snage (od 26 do 85 procenata nakon 100 ciklusa).
Sada su naučnici predstavili visoko stabilnu bateriju zasnovanu na aluminijumu u kojoj koriste aluminijumsku metalnu anodu uparenu sa 3D grafitnom pjenastom katodom. Prije toga je isprobano mnogo različitih materijala za katodu, a rješenje u korist grafita pronađeno je sasvim slučajno. Naučnici iz grupe Hongzhi Daya identifikovali su nekoliko tipova grafitnog materijala koji pokazuju vrlo visoke performanse.
Tim sa Univerziteta Stanford je u svojim eksperimentalnim dizajnom stavio aluminijumsku anodu, grafitnu katodu i bezbedan tečni jonski elektrolit, koji se sastoji uglavnom od rastvora soli, u fleksibilnu polimernu vreću.
Profesor Dai i njegov tim snimili su video na kojem su pokazali da čak i ako je granata izbušena, njihove baterije će i dalje raditi neko vrijeme i neće se zapaliti.
Važna prednost novih baterija je njihovo ultra-brzo punjenje. Obično je potrebno nekoliko sati da se pune litijum-jonske baterije pametnih telefona, ali prototip nove tehnologije pokazuje neviđene brzine punjenja do jedne minute.
Trajnost novih baterija je posebno neverovatna. Trajanje baterije je više od 7500 ciklusa punjenja-pražnjenja, bez gubitka snage. Autori navode da je ovo prvi model aluminijum-jonske baterije sa ultra brzim punjenjem i stabilnošću na hiljade ciklusa. A tipična litijum-jonska baterija traje samo 1000 ciklusa.
Značajna karakteristika aluminijske baterije je njena fleksibilnost. Baterija se može saviti, što ukazuje na potencijal za njenu upotrebu u fleksibilnim uređajima. Između ostalog, aluminijum je mnogo jeftiniji od litijuma.
Upotreba ovakvih baterija za skladištenje obnovljive energije kako bi se ona rezervisala za naknadno napajanje električnih mreža izgleda obećavajuće, jer prema najnovijim podacima naučnika, aluminijumska baterija može da se puni desetine hiljada puta.
Za razliku od uobičajenih AA i AAA ćelija sa naponom od 1,5 volti, aluminijum-jonska baterija generiše napon od oko 2 volta. Ovo je najveća cifra koju je iko postigao sa aluminijumom, a ova brojka će biti poboljšana u budućnosti, kažu programeri novih baterija.
Postignuta je gustina skladištenja energije od 40 Wh po kilogramu, a ta brojka dostiže 206 Wh po kilogramu. Međutim, poboljšanja u materijalu katode, vjeruje profesor Hongzhi Dai, će na kraju dovesti do većeg napona i veće gustine skladištenja energije u baterijama aluminijum-jonske tehnologije. U svakom slučaju, niz prednosti u odnosu na litijum-jonsku tehnologiju već je postignut. Ovdje imamo nisku cijenu u kombinaciji sa sigurnošću, brzim punjenjem, fleksibilnošću i dugim vijekom trajanja.
