211service.com
Vysokoenergetické baterie přicházejí na trh
Švýcarská společnost tvrdí, že vyvinula dobíjecí zinko-vzduchové baterie, které dokážou uložit třikrát více energie než lithium-iontové baterie, pokud jde o objem, a přitom stojí jen polovinu. Vzpoura , ze Staefa, Švýcarsko, plánuje od příštího roku prodávat malé knoflíkové baterie pro sluchadla a začlenit svou technologii do stále větších baterií, přičemž v příštích několika letech představí baterie pro mobilní telefony a elektrická kola. Začíná také vyvíjet velkoformátové baterie pro elektromobily.
Baterie vybalená: Tento obrázek znázorňuje vícevrstvou strukturu dobíjecí zinko-vzduchové baterie ReVolt. Shora dolů: kryt baterie, který propouští vzduch; porézní vzduchová elektroda; rozhraní mezi elektrodami; zinková elektroda; pouzdro.
Konstrukce baterie je založena na technologii vyvinuté na SINTEF , výzkumný ústav v norském Trondheimu. Společnost ReVolt byla založena, aby ji uvedla na trh, a dosud získala investice ve výši 24 milionů eur. James McDougall, generální ředitel společnosti, říká, že tato technologie překonává hlavní problém zinko-vzduchových dobíjecích baterií – to, že obvykle přestanou fungovat po relativně malém počtu nabití. Pokud se podaří technologii rozšířit, zinko-vzduchové baterie by mohly učinit elektrická vozidla praktičtějšími tím, že sníží jejich náklady a zvýší jejich dojezd.
Na rozdíl od běžných baterií, které obsahují všechny reaktanty potřebné k výrobě elektřiny, zinko-vzduchové baterie se při výrobě proudu spoléhají na kyslík z atmosféry. Koncem osmdesátých let byly považovány za jednu z nejslibnějších bateriových technologií kvůli jejich vysoké teoretické kapacitě pro ukládání energie, říká Gary Henriksen , vedoucí oddělení elektrochemického skladování energie na Národní laboratoř Argonne v Illinois. Chemické složení baterií je také relativně bezpečné, protože nevyžaduje těkavé materiály, takže zinko-vzduchové baterie nejsou náchylné k vznícení jako lithium-iontové baterie.
Kvůli těmto výhodám jsou nedobíjecí zinko-vzduchové baterie již dlouho na trhu. Ale udělat je dobíjecími byla výzva. Uvnitř baterie nasává porézní vzduchová elektroda kyslík a pomocí katalyzátorů na rozhraní mezi vzduchem a elektrolytem na vodní bázi jej redukuje za vzniku hydroxylových iontů. Ty putují elektrolytem k zinkové elektrodě, kde je zinek oxidován – reakce, která uvolňuje elektrony a vytváří proud. Při dobíjení je proces obrácený: oxid zinečnatý se přemění zpět na zinek a na vzduchové elektrodě se uvolňuje kyslík. Ale po opakovaných cyklech nabíjení a vybíjení se vzduchová elektroda může deaktivovat, zpomalit nebo zastavit kyslíkové reakce. To může být způsobeno například tím, že se kapalný elektrolyt postupně vtahuje příliš daleko do pórů, říká Henriksen. Baterie může také selhat, pokud vyschne nebo pokud se zinek nahromadí nerovnoměrně a vytvoří se struktury podobné větvím, které způsobí zkrat mezi elektrodami.
Společnost ReVolt říká, že vyvinula metody pro kontrolu tvaru zinkové elektrody (pomocí určitých gelujících a pojivových činidel) a pro řízení vlhkosti uvnitř článku. Testovala také novou vzduchovou elektrodu, která má kombinaci pečlivě rozptýlených katalyzátorů pro zlepšení redukce kyslíku ze vzduchu během vybíjení a pro zvýšení produkce kyslíku během nabíjení. Prototypy dobře fungovaly po více než sto cyklů a očekává se, že první produkty společnosti budou užitečné po několik stovek cyklů. McDougall doufá, že to zvýší na 300 až 500 cyklů, díky čemuž budou užitečné pro mobilní telefony a elektrická kola.
Pro elektrická vozidla ReVolt vyvíjí novou strukturu baterie, která se podobá struktuře palivového článku. Jeho první baterie používají dvě ploché elektrody, které jsou srovnatelné velikosti. V nových bateriích bude jedna elektroda kapalina – zinková kaše. Vzduchové elektrody budou ve formě trubek. Pro výrobu elektřiny se zinková kaše, která je uložena v jedné přihrádce v baterii, čerpá trubkami, kde se oxiduje, tvoří oxid zinečnatý a uvolňuje elektrony. Oxid zinečnatý se pak hromadí v jiném prostoru baterie. Během nabíjení proudí oxid zinečnatý zpět vzduchovou elektrodou, kde uvolňuje kyslík a opět tvoří zinek.
V plánované automobilové baterii společnosti může být množství zinkové suspenze mnohem větší než množství materiálu ve vzduchové elektrodě, což zvyšuje hustotu energie. Ve skutečnosti by systém byl jako systém palivových článků nebo konvenční motor, v tom by zinková kaše v podstatě fungovala jako palivo čerpající vzduchovou elektrodou jako vodík v palivovém článku nebo benzín ve spalovacím motoru. McDougall říká, že baterie by také mohly vydržet déle – od 2 000 do 10 000 cyklů. A pokud jedna část selže – například vzduchová elektroda – lze ji vyměnit, čímž se eliminuje potřeba kupovat celou novou baterii.
Stejně jako u palivových článků může být nutné tento systém spárovat s jiným typem baterie pro prudké zrychlení nebo pro zachycení energie z procesů, jako je brzdění. Henriksen také poznamenává, že jiné experimentální zinko-vzduchové baterie již dosáhly 200 cyklů.
Komerční úspěch konvenčnější ploché konstrukce by mohl záviset na dalších faktorech, jako je například to, zda nové baterie dodávají energii vyšší rychlostí než jiné experimentální zinko-vzduchové baterie, jak společnost tvrdí, a zda lze splnit cíle pro vyšší počet cyklů. Nový design na bázi trubek je ještě roky daleko od výroby.