211service.com
Hoog-energetische batterijen komen op de markt
Een Zwitsers bedrijf zegt oplaadbare zink-luchtbatterijen te hebben ontwikkeld die drie keer zoveel energie kunnen opslaan als lithium-ionbatterijen, terwijl ze maar de helft kosten. Opstand , uit Staefa, Zwitserland, is van plan om vanaf volgend jaar kleine knoopcelbatterijen voor hoortoestellen te verkopen en zijn technologie te integreren in steeds grotere batterijen, waarbij in de komende jaren batterijen voor mobiele telefoons en elektrische fietsen worden geïntroduceerd. Het begint ook met de ontwikkeling van grootformaat batterijen voor elektrische voertuigen.
Batterij uitgepakt: Deze afbeelding illustreert de meerlagige structuur van een ReVolt oplaadbare zink-luchtbatterij. Van boven naar beneden: het batterijklepje, dat lucht doorlaat; een poreuze luchtelektrode; de interface tussen elektroden; de zinkelektrode; de behuizing.
Het batterijontwerp is gebaseerd op technologie die is ontwikkeld door SINTEF , een onderzoeksinstituut in Trondheim, Noorwegen. ReVolt is opgericht om het op de markt te brengen en heeft tot nu toe 24 miljoen euro aan investeringen opgehaald. James McDougall, de CEO van het bedrijf, zegt dat de technologie het grootste probleem met oplaadbare zink-luchtbatterijen oplost: dat ze meestal stoppen met werken na relatief weinig oplaadbeurten. Als de technologie kan worden opgeschaald, kunnen zink-luchtbatterijen elektrische voertuigen praktischer maken door hun kosten te verlagen en hun actieradius te vergroten.
In tegenstelling tot conventionele batterijen, die alle reactanten bevatten die nodig zijn om elektriciteit op te wekken, vertrouwen zink-luchtbatterijen op zuurstof uit de atmosfeer om stroom op te wekken. Aan het eind van de jaren tachtig werden ze beschouwd als een van de meest veelbelovende batterijtechnologieën vanwege hun hoge theoretische energieopslagcapaciteit, zegt Gary Henriksen , manager van de afdeling elektrochemische energieopslag bij Nationaal laboratorium Argonne in Illinois. De batterijchemie is ook relatief veilig omdat er geen vluchtige materialen voor nodig zijn, dus zink-luchtbatterijen zijn niet vatbaar voor vlam vatten zoals lithium-ionbatterijen.
Vanwege deze voordelen zijn er al lang niet-oplaadbare zink-luchtbatterijen op de markt. Maar het was een uitdaging om ze oplaadbaar te maken. In de batterij zuigt een poreuze luchtelektrode zuurstof aan en reduceert deze met behulp van katalysatoren op het grensvlak tussen de lucht en een op water gebaseerde elektrolyt tot hydroxylionen. Deze reizen door een elektrolyt naar de zinkelektrode, waar het zink wordt geoxideerd - een reactie waarbij elektronen vrijkomen om een stroom te genereren. Bij het opladen wordt het proces omgekeerd: zinkoxide wordt weer omgezet in zink en er komt zuurstof vrij bij de luchtelektrode. Maar na herhaalde laad- en ontlaadcycli kan de luchtelektrode gedeactiveerd raken, waardoor de zuurstofreacties worden vertraagd of gestopt. Dit kan bijvoorbeeld komen doordat de vloeibare elektrolyt geleidelijk te ver in de poriën wordt getrokken, zegt Henriksen. De batterij kan ook defect raken als deze uitdroogt of als zink ongelijkmatig wordt opgebouwd, waardoor takachtige structuren worden gevormd die een kortsluiting tussen de elektroden veroorzaken.
ReVolt zegt methoden te hebben ontwikkeld om de vorm van de zinkelektrode te controleren (door bepaalde geleer- en bindmiddelen te gebruiken) en om de vochtigheid in de cel te beheersen. Het heeft ook een nieuwe luchtelektrode getest met een combinatie van zorgvuldig gedispergeerde katalysatoren voor het verbeteren van de reductie van zuurstof uit de lucht tijdens het ontladen en voor het stimuleren van de productie van zuurstof tijdens het opladen. Prototypes hebben meer dan honderd cycli goed gefunctioneerd en de eerste producten van het bedrijf zullen naar verwachting een paar honderd cycli nuttig zijn. McDougall hoopt dit te verhogen tot tussen de 300 en 500 cycli, waardoor ze bruikbaar worden voor mobiele telefoons en elektrische fietsen.
Voor elektrische voertuigen ontwikkelt ReVolt een nieuwe batterijstructuur die lijkt op die van een brandstofcel. De eerste batterijen gebruiken twee platte elektroden, die qua grootte vergelijkbaar zijn. In de nieuwe batterijen zal één elektrode een vloeistof zijn: een zinksuspensie. De luchtelektroden hebben de vorm van buizen. Om elektriciteit op te wekken, wordt de zinkslurry, die in één compartiment in de batterij is opgeslagen, door de buizen gepompt waar het wordt geoxideerd, waarbij zinkoxide wordt gevormd en elektronen vrijkomen. Het zinkoxide hoopt zich dan op in een ander compartiment in de batterij. Tijdens het opladen stroomt het zinkoxide terug door de luchtelektrode, waar het de zuurstof afgeeft en weer zink vormt.
In de geplande voertuigaccu van het bedrijf kan de hoeveelheid zinkslurry veel groter zijn dan de hoeveelheid materiaal in de luchtelektrode, waardoor de energiedichtheid toeneemt. Het systeem zou inderdaad zijn als een brandstofcelsysteem of een conventionele motor, in die zin dat de zinkslurry in wezen zou werken als een brandstof die door de luchtelektrode pompt, zoals de waterstof in een brandstofcel of de benzine in een verbrandingsmotor. McDougall zegt dat de batterijen ook langer mee kunnen gaan - van 2.000 tot 10.000 cycli. En als een onderdeel defect raakt, zoals de luchtelektrode, kan het worden vervangen, zodat er geen hele nieuwe batterij hoeft te worden gekocht.
Net als bij brandstofcellen moet dit systeem mogelijk worden gekoppeld aan een ander type batterij voor uitbarstingen van acceleratie of om energie op te vangen van processen zoals remmen. Henriksen merkt ook op dat andere experimentele zink-luchtbatterijen al 200 cycli hebben bereikt.
Commercieel succes van het meer conventionele platte ontwerp kan afhangen van andere factoren, zoals of de nieuwe batterijen energie leveren tegen hogere snelheden dan andere experimentele zink-luchtbatterijen, zoals het bedrijf beweert, en of de doelen voor hogere cyclusaantallen kunnen worden gehaald. Het nieuwe op buizen gebaseerde ontwerp is nog jaren verwijderd van productie.