Betri za Mtiririko: Tafadhali Nimiminie Elektroni!

Wanasayansi kutoka Taasisi ya Fraunhofer huko Ujerumani wanafanya kazi kubwa ya maendeleo katika uwanja wa betri za umeme, mbadala wa zile za kitamaduni. Na teknolojia ya mtiririko wa redox, mchakato wa kuhifadhi umeme ni tofauti kabisa ..

Betri, ambazo huchajiwa kioevu kama mafuta, hutiwa ndani ya gari na injini ya petroli au dizeli. Inaweza kusikika kama ya kawaida, lakini kwa Jens Noack wa Taasisi ya Fraunhofer huko Pfinztal, Ujerumani, hii ni maisha ya kila siku. Tangu 2007, timu ya maendeleo ambayo anahusika imekuwa ikiunda aina hii ya kigeni ya betri inayoweza kuchajiwa tena. Kwa kweli, wazo la mtiririko-au kinachoitwa mtiririko-kupitia betri ya redox sio ngumu, na hataza ya kwanza katika eneo hili imeanza mnamo 1949. Kila moja ya nafasi mbili za seli, iliyotenganishwa na utando (sawa na seli za mafuta), imeunganishwa na hifadhi iliyo na elektroliti maalum. Kwa sababu ya tabia ya dutu kuguswa na kemikali, protoni huhama kutoka kwa elektroliti moja kwenda kwa nyingine kupitia utando, na elektroni huelekezwa kupitia kwa mtumiaji wa sasa aliyeunganishwa na sehemu hizo mbili, kama matokeo ya ambayo umeme unapita. Baada ya muda fulani, mizinga miwili imevuliwa na kujazwa na elektroni safi, na ile iliyotumiwa "inasindika tena" kwenye vituo vya kuchaji.

Ingawa hii yote inaonekana nzuri, kwa bahati mbaya bado kuna vikwazo vingi kwa matumizi ya vitendo ya aina hii ya betri kwenye magari. Uzito wa nishati ya betri ya vanadium electrolyte redox iko katika safu ya 30 Wh tu kwa kilo, ambayo ni takriban sawa na betri ya asidi ya risasi. Ili kuhifadhi kiasi sawa cha nishati kama betri ya kisasa ya lithiamu-ion 16 kWh, katika kiwango cha sasa cha teknolojia ya redox, betri itahitaji lita 500 za electrolyte. Pamoja na vifaa vyote vya pembeni, kwa kweli, kiasi cha ambayo pia ni kubwa - ngome muhimu kutoa nguvu ya kilowati moja, kama sanduku la bia.

Vigezo vile havifaa kwa magari, kwa kuwa betri ya lithiamu-ion huhifadhi nishati mara nne zaidi kwa kila kilo. Walakini, Jens Noack ana matumaini, kwa sababu maendeleo katika eneo hili yanaanza tu na matarajio yanaahidi. Katika maabara, kinachojulikana kama betri ya vanadium polysulfide bromidi hufikia wiani wa nishati ya 70 Wh kwa kilo na inalinganishwa kwa saizi na betri za hydride ya chuma ya nikeli inayotumika sasa katika Toyota Prius.

Hii inapunguza kiwango kinachohitajika cha mizinga kwa nusu. Shukrani kwa mfumo rahisi na wa gharama nafuu wa kuchaji (pampu mbili hupiga elektroli mpya, mbili hunyonya elektroli iliyotumiwa), mfumo unaweza kuchajiwa kwa dakika kumi kutoa kilomita 100. Hata mifumo ya kuchaji haraka kama ile iliyotumiwa katika Tesla Roadster ilidumu mara sita zaidi.

Katika kesi hiyo, haishangazi kwamba makampuni mengi ya magari yaligeukia utafiti wa Taasisi, na jimbo la Baden-Württemberg lilitenga euro milioni 1,5 kwa maendeleo. Hata hivyo, bado itachukua muda kufikia awamu ya teknolojia ya magari. "Aina hii ya betri inaweza kufanya kazi vizuri sana na mifumo ya umeme iliyosimama, na tayari tunatengeneza vituo vya majaribio vya Bundeswehr. Hata hivyo, katika nyanja ya magari yanayotumia umeme, teknolojia hii itafaa kutekelezwa katika takriban miaka kumi,” Noack alisema.

Vifaa vya kigeni hazihitajiki kwa uzalishaji wa betri za mtiririko-kupitia redox. Hakuna vichocheo vya gharama kubwa kama vile platinamu inayotumiwa kwenye seli za mafuta au polima kama betri za lithiamu za ion zinahitajika. Gharama kubwa ya mifumo ya maabara, inayofikia euro 2000 kwa kilowatt ya nguvu, ni kwa sababu tu ya ukweli kwamba ni ya aina yake na hufanywa kwa mikono.

Wakati huo huo, wataalam wa taasisi hiyo wanapanga kujenga shamba lao la upepo, ambapo mchakato wa malipo, yaani, utupaji wa electrolyte, utafanyika. Kwa mtiririko wa redox, mchakato huu ni mzuri zaidi kuliko kuweka maji ya elektroli kwenye hidrojeni na oksijeni na kuzitumia katika seli za mafuta - betri za papo hapo hutoa asilimia 75 ya umeme unaotumika kuchaji.

Tunaweza kufikiria vituo vya kuchaji ambavyo, pamoja na kuchaji kawaida kwa magari ya umeme, hutumika kama bafa dhidi ya mzigo wa kilele cha mfumo wa umeme. Kwa mfano, leo, mitambo nyingi za upepo kaskazini mwa Ujerumani zinapaswa kuzimwa licha ya upepo, vinginevyo wangepakia gridi.

Kwa upande wa usalama, hakuna hatari. “Unapochanganya elektroni mbili, kuna mzunguko mfupi wa kemikali ambao hutoa joto na joto hupanda hadi digrii 80, lakini hakuna kitu kingine kinachotokea. Kwa kweli, vinywaji vingine sio salama, lakini pia petroli na dizeli. Licha ya uwezekano wa mtiririko-kupitia betri za redox, watafiti wa Taasisi ya Fraunhofer pia wana bidii katika kazi ya kukuza teknolojia ya lithiamu-ion ..

maandishi: Alexander Bloch

Batili ya mtiririko wa redox

Betri ya mtiririko wa redox kwa kweli ni msalaba kati ya betri ya kawaida na seli ya mafuta. Umeme unapita kutokana na mwingiliano kati ya elektroliti mbili - moja iliyounganishwa na pole chanya ya seli na nyingine kwa hasi. Katika kesi hii, moja hutoa ions chaji chanya (oxidation), na nyingine inapokea yao (kupunguza), hivyo jina la kifaa. Wakati kiwango fulani cha kueneza kinafikiwa, majibu huacha na malipo yanajumuisha kuchukua nafasi ya elektroliti na safi. Wafanyakazi wanarejeshwa kwa kutumia mchakato wa reverse.