211service.com
Een batterij met vloeibare elektroden kan worden opgeladen of bijgevuld
Een nieuw soort batterij slaat energie op in wat onderzoekers oplaadbare brandstof noemen: elektroden in vloeibare vorm. Het resultaat kan ofwel worden opgeladen als een conventionele batterij of worden vervangen door nieuwe brandstof zoals benzine in te pompen.
Batterijtester : Argonne National Laboratory-chemicus Elena Timofeeva zet een experiment op om een vloeibare elektrode te testen (gezien in de IV-zak).
Met de materialen zou een elektrische auto in theorie 500 mijl kunnen afleggen tegen een lading, vijf keer verder dan de meeste elektrische voertuigen nu kunnen, zeggen de onderzoekers die de technologie ontwikkelen en die zijn gevestigd in het Argonne National Laboratory en het Illinois Institute of Technology. Het vervangen ervan bij een tankstation zou slechts een paar minuten duren. Daarentegen hebben zelfs de snelste laadstations voor conventionele batterijen een uur nodig om volledig op te laden.
Beperkt rijbereik en lange oplaadtijden zijn twee van de grootste uitdagingen voor elektrische auto's. Vloeibare batterij-elektroden kunnen een groter bereik mogelijk maken door de hoeveelheid energie die batterijpakketten kunnen opslaan te vergroten, en omdat er minder niet-energieopslaande componenten nodig zouden zijn, zou het ze ook goedkoper kunnen maken.
Batterijen die vloeibare elektroden gebruiken, kunnen ook veiliger zijn dan conventionele, zegt Ping Liu, programmamanager bij het Advanced Research Projects Agency for Energy, dat het werk financiert. Positieve en negatieve elektrodematerialen zouden in afzonderlijke tanks worden opgeslagen, in plaats van in dezelfde batterijcel als in conventionele batterijen. Dit kan kortsluiting en oververhitting voorkomen, waardoor lithium-ionbatterijen vlam kunnen vatten.
Oplaadbare brandstoffen bevinden zich in een vroeg stadium, maar ARPA-E acht ze veelbelovend en kondigde financiering aan voor vier groepen die de technologie ontwikkelen. Naast het Illinois-project ondersteunt het projecten bij GE, het National Renewable Energy Laboratory en 24M, een spin-off van MIT.
De Illinois-onderzoekers hebben tot nu toe een kleine halfcelbatterij gedemonstreerd die één vloeistofelektrode en één vaste gebruikt. Voor hun ARPA-E-gefinancierde project van $ 3,4 miljoen, dat vorige maand van start ging, zijn ze van plan een prototype te bouwen dat vloeistoffen gebruikt voor zowel de positieve als de negatieve elektroden. Deze batterij zou één kilowattuur energie moeten opslaan, genoeg voor een paar kilometer rijden.
In conventionele batterijen voor elektrische auto's bestaat maar liefst 75 procent van het materiaal in een batterijpakket uit componenten die geen energie opslaan: celverpakkingen, sensoren, elektrische aansluitingen, koelsystemen, enzovoort. Met vloeibare energieopslag, althans in theorie, kan veel van dat materiaal worden geëlimineerd, waardoor de omvang en de kosten van batterijpakketten afnemen.
De sleutel is om de energieopslagmaterialen te scheiden van de structuren die worden gebruikt om die energie te extraheren en elektrische stroom te creëren. In een conventionele batterij is elke laag elektrodemateriaal gepaard met een vel folie en een plastic membraan waardoor elektronen en ionen kunnen stromen, waardoor elektrische stroom ontstaat. Wil je meer energie opslaan, dan moet je ook meer lagen folie en plastic aanbrengen.
In de nieuwe batterij zouden de vloeistofelektroden worden opgeslagen in tanks en door een relatief klein apparaat worden gepompt om interactie aan te gaan en elektriciteit op te wekken. Meer energieopslag zou alleen een kwestie zijn van het groter maken van de opslagtanks; het apparaat waar elektriciteit wordt opgewekt, kan even groot blijven. Hoe groter de tanks, hoe minder van het totale volume het energieopwekkende apparaat zou innemen.
Vloeistofelektroden bestaan al een tijdje, bijvoorbeeld als onderdeel van apparaten die flowbatterijen worden genoemd, maar ze slaan meestal energie op in een verdunde oplossing waarvoor te veel volume nodig is om in een auto te worden gebruikt. Sommige batterijen hebben gesmolten elektroden die beter geschikt zijn voor stationaire toepassingen (zie Ambri's Better Battery). Elk van de ARPA-E-projecten heeft tot doel manieren te vinden om de energiedichtheid van de vloeistoffen met een orde van grootte te verhogen. De MIT-spin-off 24M is een pionier op dit gebied en heeft aangetoond dat het mogelijk is om hoge concentraties conventionele, energiedichte elektrodepoeders in een vloeistof te suspenderen en er energie uit te halen (zie Een auto-accu voor de helft van de prijs). De grootste uitdaging is het bereiken van een voldoende hoge elektrische geleidbaarheid voor een praktische batterij.
De Illinois-onderzoekers hebben een vergelijkbare benadering. Ze benadrukken het gebruik van poeders op nanoschaal die in zeer hoge concentraties kunnen worden gesuspendeerd en toch gemakkelijk kunnen stromen, dankzij de bijzondere eigenschappen van deeltjes op zo'n kleine schaal. Ze hebben ook een nieuwe manier ontwikkeld om elektrische stroom uit de deeltjes te halen, en ze hopen dat dit hen in staat zal stellen de geleidbaarheid te vergroten. De details zijn geheim totdat ze klaar zijn met het indienen van patenten.
Vloeibare elektrodebatterijen hebben enkele potentiële nadelen. Nanodeeltjes kunnen snel degraderen en de onderzoekers zijn pas begonnen met het ontwerpen van het hele systeem. Ze moeten een manier bedenken om de materialen efficiënt te verpompen en de batterij goedkoop te produceren. En het opladen van auto's door de tanks te vullen met nieuw materiaal zou de installatie van nieuwe infrastructuur vereisen, wat duur kan zijn.
Ondertussen worden conventionele batterijen steeds goedkoper en dankzij verbeterde technologie kunnen ze sneller worden opgeladen (zie Hoe Tesla de innovatie van elektrische auto's stimuleert en batterijwissel vergeten: Tesla streeft ernaar elektrische auto's in vijf minuten op te laden).