211service.com
Akumulatoru ar šķidriem elektrodiem var uzlādēt vai uzpildīt
Jauna veida akumulators uzglabā enerģiju, ko pētnieki sauc par atkārtoti uzlādējamu degvielu - elektrodos šķidrā veidā. Rezultātu var uzlādēt kā parasto akumulatoru vai aizstāt ar jaunu degvielu, piemēram, benzīnu.
Akumulatora testeris : Argonnes Nacionālās laboratorijas ķīmiķe Jeļena Timofejeva veic eksperimentu, lai pārbaudītu šķidru elektrodu (redzams IV maisiņā).
Materiāli teorētiski varētu ļaut elektriskajam automobilim nobraukt 500 jūdzes ar uzlādi, kas ir piecas reizes tālāk nekā vairums elektrisko transportlīdzekļu tagad, saka pētnieki, kas izstrādā tehnoloģiju, kas atrodas Argonnas Nacionālajā laboratorijā un Ilinoisas Tehnoloģiju institūtā. To nomaiņa degvielas uzpildes stacijā aizņemtu tikai dažas minūtes. Turpretim pat ātrākajām parasto akumulatoru uzlādes stacijām ir nepieciešama stunda, lai nodrošinātu pilnu uzlādi.
Ierobežots braukšanas diapazons un ilgs uzlādes laiks ir divi no lielākajiem izaicinājumiem elektromobiļiem. Šķidrie akumulatora elektrodi varētu nodrošināt lielāku darbības rādiusu, palielinot enerģijas daudzumu, ko var uzglabāt akumulatoru komplektos, un, tā kā būtu nepieciešams mazāk komponentu, kas neuzglabā enerģiju, tas varētu arī padarīt tos lētākus.
Baterijas, kurās tiek izmantoti šķidrie elektrodi, varētu būt arī drošākas par parastajām, saka Ping Liu, programmu vadītājs Enerģētikas progresīvo pētījumu projektu aģentūrā, kas finansē darbu. Pozitīvo un negatīvo elektrodu materiāli tiktu uzglabāti atsevišķās tvertnēs, nevis tajā pašā akumulatora šūnā kā parastajos akumulatoros. Tas var novērst īssavienojumus un pārkaršanu, kas var izraisīt litija jonu akumulatoru aizdegšanos.
Uzlādējamās degvielas ir agrīnā stadijā, taču ARPA-E to ir uzskatījis par daudzsološām, paziņojot par finansējumu četrām grupām, kas izstrādā tehnoloģiju. Papildus Ilinoisas projektam tas atbalsta projektus GE, Nacionālajā atjaunojamās enerģijas laboratorijā un 24M, MIT blakusproduktā.
Ilinoisas pētnieki līdz šim ir pierādījuši nelielu puselementu akumulatoru, kurā tiek izmantots viens šķidrs elektrods un viens ciets elektrods. Savam 3,4 miljonu ASV dolāru ARPA-E finansētajam projektam, kas sākās pagājušajā mēnesī, viņi plāno izveidot prototipu, kas izmanto šķidrumus gan pozitīvajiem, gan negatīvajiem elektrodiem. Šim akumulatoram vajadzētu uzkrāt vienu kilovatstundu enerģijas, kas ir pietiekami, lai nobrauktu dažas jūdzes.
Parastajos elektromobiļu akumulatoros pat 75 procentus no materiāla, kas atrodas akumulatoru komplektā, veido sastāvdaļas, kas neuzglabā enerģiju — elementu iepakojums, sensori, elektriskie savienojumi, dzesēšanas sistēmas un tā tālāk. Izmantojot šķidruma enerģijas uzglabāšanu, vismaz teorētiski lielu daļu šī materiāla var novērst, samazinot akumulatoru izmēru un izmaksas.
Galvenais ir atdalīt enerģiju uzkrājošos materiālus no konstrukcijām, ko izmanto šīs enerģijas iegūšanai un elektriskās strāvas radīšanai. Parastajā akumulatorā katrs elektrodu materiāla slānis ir savienots pārī ar folijas loksni un plastmasas membrānu, kas ļauj plūst elektroniem un joniem, radot elektrisko strāvu. Ja vēlaties uzkrāt vairāk enerģijas, jums jāpievieno arī vairāk folijas un plastmasas slāņu.
Jaunajā akumulatorā šķidruma elektrodi tiks uzglabāti tvertnēs un sūknēti caur salīdzinoši mazu ierīci, lai mijiedarbotos un ražotu elektrību. Enerģijas uzkrāšanas palielināšana būtu tikai jautājums par uzglabāšanas tvertņu palielināšanu; ierīce, kurā tiek ražota elektrība, varētu palikt tāda paša izmēra. Jo lielākas ir tvertnes, jo mazāk enerģijas ģenerējošās ierīces kopējā tilpuma aizņemtu.
Šķidruma elektrodi ir bijuši jau kādu laiku, piemēram, kā daļa no ierīcēm, ko sauc par plūsmas akumulatoriem, taču tie parasti uzglabā enerģiju atšķaidītā šķīdumā, kura izmantošanai automašīnā ir nepieciešams pārāk liels tilpums. Dažām baterijām ir izkausēti elektrodi, kas ir labāk piemēroti stacionāriem lietojumiem (skatiet Ambri's Better Battery). Katra ARPA-E projekta mērķis ir atrast veidus, kā palielināt šķidrumu enerģijas blīvumu par lielumu. MIT spinoff 24M ir pionieris šajā jomā, parādot, ka šķidrumā ir iespējams suspendēt augstas koncentrācijas tradicionālos, enerģijas blīvos elektrodu pulverus un iegūt no tiem enerģiju (skatiet Automašīnas akumulators par pusi cenas). Galvenais izaicinājums ir sasniegt pietiekami augstu elektrovadītspēju praktiskam akumulatoram.
Ilinoisas pētniekiem ir līdzīga pieeja. Tie uzsver nanomēroga pulveru izmantošanu, kurus var suspendēt ļoti augstā koncentrācijā un joprojām viegli plūst, pateicoties daļiņu īpašajām īpašībām tik mazā mērogā. Viņi ir arī izstrādājuši jaunu veidu, kā iegūt elektrisko strāvu no daļiņām, un viņi cer, ka tas ļaus viņiem palielināt vadītspēju. Sīkāka informācija ir slepena, līdz tiek pabeigta patentu iesniegšana.
Šķidro elektrodu akumulatoriem ir daži iespējamie trūkumi. Nanodaļiņas var ātri noārdīties, un pētnieki ir tikai sākuši izstrādāt visu sistēmu. Viņiem ir jāizstrādā veids, kā efektīvi sūknēt materiālus un lēti ražot akumulatoru. Un automašīnu uzlāde, uzpildot tvertnes ar jaunu materiālu, prasītu jaunas infrastruktūras ierīkošanu, kas var būt dārgi.
Tikmēr parastie akumulatori turpina kļūt lētāki, un uzlabotas tehnoloģijas ļauj tos ātrāk uzlādēt (skatiet sadaļu Kā Tesla ievieš elektromobiļu inovācijas un aizmirstiet par akumulatoru maiņu: Tesla mērķis ir uzlādēt elektromobiļus piecās minūtēs).