Akan piller: lütfen benim için elektron dökün!
Almanya'daki Fraunhofer Enstitüsü'nden bilim adamları, klasik pillere alternatif olarak elektrikli piller alanında önemli geliştirme çalışmaları yürütüyor. Redoks akış teknolojisi ile, elektriği depolama süreci gerçekten kökten farklıdır ...
Yakıt olarak sıvı ile doldurulan aküler, benzinli veya dizel motorlu bir arabaya boşaltılır. Ütopik gelebilir, ancak Pfinztal, Almanya'daki Fraunhofer Enstitüsü'nden Jens Noack için bu aslında günlük yaşam. 2007'den beri, dahil olduğu geliştirme ekibi bu egzotik formdaki şarj edilebilir pili tüm hızıyla geliştiriyor. Aslında, akışkan veya sözde akışlı redoks batarya fikri zor değildir ve bu alandaki ilk patentin geçmişi 1949'a kadar uzanmaktadır. Bir zarla ayrılan (yakıt hücrelerine benzer) iki hücre boşluğunun her biri, belirli bir elektrolit içeren bir rezervuara bağlanır. Maddelerin kimyasal olarak birbirleriyle reaksiyona girme eğilimi nedeniyle, protonlar bir elektrolitten diğerine membran boyunca hareket eder ve elektronlar, bir elektrik akımının akması sonucunda iki parçaya bağlı bir akım tüketicisine yönlendirilir. Belirli bir süre sonra iki tank boşaltılır ve taze elektrolit ile doldurulur ve kullanılmış olan şarj istasyonlarında “geri dönüştürülür”.
Tüm bunlar harika görünse de, ne yazık ki bu tür pillerin arabalarda pratik kullanımının önünde hâlâ birçok engel var. Bir vanadyum elektrolit redoks pilinin enerji yoğunluğu kilogram başına yalnızca 30 Wh aralığındadır ve bu da kabaca bir kurşun asit pilinkiyle aynıdır. Modern bir 16 kWh lityum-iyon pil ile aynı miktarda enerjiyi, mevcut redoks teknolojisi seviyesinde depolamak için, pil 500 litre elektrolit gerektirecektir. Artı, elbette, hacmi de oldukça büyük olan tüm çevre birimleri - bir bira kutusu gibi bir kilovatlık güç sağlamak için gerekli bir kafes.
Lityum iyon pilin kilogram başına dört kat daha fazla enerji depoladığı göz önüne alındığında, bu tür parametreler otomobiller için uygun değildir. Ancak Jens Noack iyimser çünkü bu alandaki gelişmeler daha yeni başlıyor ve beklentiler umut verici. Laboratuvarda, vanadyum polisülfid bromür piller olarak adlandırılan piller, kilogram başına 70 Wh'lik bir enerji yoğunluğuna ulaşır ve boyut olarak şu anda Toyota Prius'ta kullanılan nikel metal hidrit pillerle karşılaştırılabilir.
Bu, gerekli tank hacmini yarı yarıya azaltır. Nispeten basit ve ucuz bir şarj sistemi sayesinde (iki pompa yeni elektroliti pompalar, iki kullanılmış elektroliti emer), sistem 100 km menzil sağlamak için on dakikada şarj edilebilir. Tesla Roadster'da kullanılana benzer hızlı şarj sistemleri bile altı kat daha uzun süre dayanır.
Bu durumda pek çok otomotiv şirketinin Enstitünün araştırmasına yönelmesi ve Baden-Württemberg eyaletinin geliştirme için 1,5 milyon avro ayırması şaşırtıcı değil. Ancak yine de otomotiv teknolojisi aşamasına ulaşmak zaman alacaktır. "Bu tür piller, sabit güç sistemleriyle çok iyi çalışabilir ve biz şimdiden Bundeswehr için deneysel istasyonlar yapıyoruz. Ancak elektrikli araçlar alanında bu teknoloji yaklaşık on yıl içinde uygulamaya uygun hale gelecek” dedi.
Akıcı redoks pillerin üretimi için egzotik malzemeler gerekli değildir. Yakıt pillerinde kullanılan platin gibi pahalı katalizörler veya lityum iyon piller gibi polimerler gerekli değildir. Kilovat güç başına 2000 Euro'ya ulaşan yüksek laboratuvar sistemleri maliyeti, yalnızca türünün tek örneği olmaları ve elle yapılmış olmaları gerçeğinden kaynaklanmaktadır.
Bu arada, enstitünün uzmanları, şarj işleminin, yani elektrolitin atılmasının gerçekleştirileceği kendi rüzgar çiftliğini kurmayı planlıyorlar. Redoks akışı ile bu süreç, suyu elektrolize ederek hidrojen ve oksijene dönüştürmekten ve bunları yakıt hücrelerinde kullanmaktan daha verimlidir - anlık piller, şarj için kullanılan elektriğin yüzde 75'ini sağlar.
Elektrikli araçlar için geleneksel şarjın yanı sıra, güç sisteminin en yüksek yüküne karşı tampon görevi gören şarj istasyonları tasavvur edebiliriz. Örneğin bugün, kuzey Almanya'daki birçok rüzgar türbini, aksi takdirde şebekeyi aşırı yükleyeceği için rüzgara rağmen kapatılmalıdır.
Güvenlik söz konusu olduğunda tehlike yok. “İki elektroliti karıştırdığınızda, ısı üreten kimyasal bir kısa devre oluyor ve sıcaklık 80 dereceye çıkıyor ama başka hiçbir şey olmuyor. Tabii ki sıvılar tek başına güvensizdir, ancak benzin ve dizel de öyle. Akan redoks pillerin potansiyeline rağmen, Fraunhofer Enstitüsü'ndeki araştırmacılar da lityum iyon teknolojisi geliştirmek için sıkı çalışıyorlar ...
metin: Alexander Bloch
Redoks akış pili
Bir redoks akışlı pil, aslında geleneksel bir pil ile bir yakıt hücresinin karışımıdır. Elektrik, biri hücrenin pozitif kutbuna, diğeri negatif kutbuna bağlı olan iki elektrolit arasındaki etkileşim nedeniyle akar. Bu durumda, biri pozitif yüklü iyonlar verir (oksidasyon), diğeri onları alır (indirgeme), dolayısıyla cihazın adı. Belirli bir doygunluk seviyesine ulaşıldığında, reaksiyon durur ve şarj, elektrolitlerin yenileriyle değiştirilmesinden oluşur. İşçiler, ters işlem kullanılarak geri yüklenir.
