Pin chảy: làm ơn đổ điện cho tôi!
Các nhà khoa học từ Viện Fraunhofer ở Đức đang thực hiện công việc phát triển nghiêm túc trong lĩnh vực pin điện, thay thế cho pin cổ điển. Với công nghệ dòng oxy hóa khử, quá trình lưu trữ điện thực sự khác biệt hoàn toàn ...
Pin, được sạc bằng chất lỏng làm nhiên liệu, được đổ vào ô tô với động cơ xăng hoặc diesel. Nghe có vẻ không tưởng, nhưng đối với Jens Noack của Viện Fraunhofer ở Pfinztal, Đức, đây thực sự là cuộc sống hàng ngày. Kể từ năm 2007, nhóm phát triển mà anh ấy tham gia đã và đang phát triển dạng pin sạc kỳ lạ này. Trên thực tế, ý tưởng về pin oxy hóa khử dòng chảy qua không khó, và bằng sáng chế đầu tiên trong lĩnh vực này có từ năm 1949. Mỗi không gian trong số hai ngăn tế bào, được ngăn cách bởi một màng (tương tự như pin nhiên liệu), được kết nối với một bể chứa chứa chất điện phân cụ thể. Do xu hướng của các chất phản ứng hóa học với nhau, các proton di chuyển từ chất điện phân này sang chất điện phân khác qua màng, và các điện tử được dẫn qua bộ tiêu thụ dòng điện nối với hai phần, do đó có dòng điện chạy qua. Sau một thời gian nhất định, hai bồn chứa được xả và chứa đầy chất điện phân mới, và bồn đã sử dụng được “tái chế” tại các trạm sạc.
Mặc dù tất cả điều này có vẻ tuyệt vời, nhưng thật không may, vẫn còn nhiều trở ngại đối với việc sử dụng thực tế loại pin này trên ô tô. Mật độ năng lượng của pin oxi hóa khử điện phân vanadi chỉ trong khoảng 30 Wh trên mỗi kilogam, gần bằng với mật độ của pin axit chì. Để lưu trữ cùng một lượng năng lượng như pin lithium-ion 16 kWh hiện đại, ở cấp độ công nghệ oxy hóa khử hiện tại, pin sẽ cần 500 lít chất điện phân. Tất nhiên, cộng với tất cả các thiết bị ngoại vi, âm lượng của chúng cũng khá lớn - một cái lồng cần thiết để cung cấp năng lượng một kilowatt, giống như một hộp bia.
Các thông số như vậy không phù hợp với ô tô, vì pin lithium-ion tích trữ năng lượng nhiều hơn bốn lần cho mỗi kg. Tuy nhiên, Jens Noack tỏ ra lạc quan, vì những phát triển trong lĩnh vực này chỉ mới bắt đầu và triển vọng rất hứa hẹn. Trong phòng thí nghiệm, cái gọi là pin vanadi polysulfide bromide đạt mật độ năng lượng 70 Wh trên mỗi kg và có kích thước tương đương với pin hyđrua kim loại niken hiện đang được sử dụng trên Toyota Prius.
Điều này làm giảm một nửa thể tích yêu cầu của bể chứa. Nhờ hệ thống sạc tương đối đơn giản và rẻ tiền (hai máy bơm bơm chất điện phân mới, hai máy bơm hút chất điện phân đã qua sử dụng), hệ thống có thể được sạc trong mười phút để cung cấp phạm vi 100 km. Ngay cả hệ thống sạc nhanh như hệ thống được sử dụng trong Tesla Roadster cũng có tuổi thọ gấp XNUMX lần.
Trong trường hợp này, không có gì ngạc nhiên khi nhiều công ty ô tô chuyển sang nghiên cứu của Viện và bang Baden-Württemberg đã phân bổ 1,5 triệu euro để phát triển. Tuy nhiên, vẫn sẽ mất thời gian để đạt đến giai đoạn công nghệ ô tô. “Loại pin này có thể hoạt động rất tốt với các hệ thống điện cố định và chúng tôi đã chế tạo các trạm thử nghiệm cho Bundeswehr. Tuy nhiên, trong lĩnh vực xe điện, công nghệ này sẽ phù hợp để triển khai trong khoảng XNUMX năm nữa,” Noack nói.
Vật liệu ngoại lai không cần thiết để sản xuất pin oxy hóa khử dòng chảy. Không yêu cầu chất xúc tác đắt tiền, chẳng hạn như bạch kim, được sử dụng trong pin nhiên liệu hoặc polyme, chẳng hạn như pin lithium-ion,. Chi phí cao của các hệ thống phòng thí nghiệm, lên tới 2000 euro cho mỗi kilowatt điện, chỉ vì chúng là độc nhất vô nhị và được làm bằng tay.
Trong khi đó, các chuyên gia của viện đang lên kế hoạch xây dựng trang trại gió của riêng họ, nơi sẽ diễn ra quá trình sạc, nghĩa là xử lý chất điện phân. Với dòng oxy hóa khử, quá trình này hiệu quả hơn điện phân nước thành hydro và oxy và sử dụng chúng trong pin nhiên liệu - pin liền cung cấp 75 phần trăm điện năng dùng để sạc.
Chúng ta có thể hình dung các trạm sạc, cùng với việc sạc thông thường của xe điện, đóng vai trò như bộ đệm chống lại tải cao nhất của hệ thống điện. Ví dụ, ngày nay, nhiều tuabin gió ở miền Bắc nước Đức phải tắt bất chấp gió, vì nếu không chúng sẽ làm quá tải lưới điện.
Về mặt an ninh, không có gì nguy hiểm. “Khi bạn trộn hai chất điện phân, một sự ngắn mạch hóa học xảy ra làm tỏa nhiệt và nhiệt độ tăng lên 80 độ, nhưng không có gì khác xảy ra. Tất nhiên, chỉ riêng chất lỏng là không an toàn, nhưng xăng và dầu diesel cũng vậy. Bất chấp tiềm năng của pin oxy hóa khử dòng chảy qua, các nhà nghiên cứu tại Viện Fraunhofer cũng đang nỗ lực phát triển công nghệ lithium-ion ...
bản văn: Alexander Bloch
Dòng oxy hóa khử pin
Pin dòng oxy hóa khử thực sự là sự giao thoa giữa pin thông thường và pin nhiên liệu. Dòng điện chạy do sự tương tác giữa hai chất điện phân - một chất kết nối với cực dương của tế bào và chất còn lại với cực âm. Trong trường hợp này, một cái cung cấp các ion tích điện dương (quá trình oxy hóa) và cái kia nhận chúng (khử), do đó có tên gọi là thiết bị. Khi đạt đến một mức bão hòa nhất định, phản ứng dừng lại và quá trình sạc bao gồm thay thế chất điện phân bằng chất mới. Công nhân được khôi phục bằng quy trình ngược lại.
