Հոսող մարտկոցներ. Խնդրում եմ էլեկտրոններ լցնել ինձ համար:
Գերմանիայի Ֆրաունհոֆերի ինստիտուտի գիտնականները լուրջ մշակման աշխատանքներ են իրականացնում դասականին այլընտրանք էլեկտրական մարտկոցների ոլորտում։ Redox հոսքի տեխնոլոգիայով էլեկտրաէներգիայի պահպանման գործընթացն իսկապես արմատապես տարբերվում է…
Մարտկոցները, որոնք լիցքավորվում են հեղուկով որպես վառելիք, լցվում են բենզինային կամ դիզելային շարժիչով մեքենայի մեջ։ Կարող է ուտոպիստական թվալ, բայց գերմանական Պֆինցտալ քաղաքի Ֆրաունհոֆեր ինստիտուտի Յենս Նոակի համար սա իրականում առօրյա կյանք է: 2007 թվականից ի վեր, մշակողների թիմը, որում նա մտնում է, ամբողջ թափով զարգացնում է վերալիցքավորվող մարտկոցի այս էկզոտիկ ձևը: Իրականում հոսքի կամ այսպես կոչված ռեդոքս հոսքի մարտկոցի գաղափարը դժվար չէ, և այս ոլորտում առաջին արտոնագիրը թվագրվում է 1949 թվականին: Թաղանթով բաժանված երկու բջիջների տարածություններից յուրաքանչյուրը (նման է վառելիքի բջիջներին) միացված է հատուկ էլեկտրոլիտ պարունակող ջրամբարին: Նյութերի միմյանց հետ քիմիապես փոխազդելու հակվածության պատճառով պրոտոնները թաղանթով անցնում են մի էլեկտրոլիտից մյուսը, իսկ էլեկտրոններն ուղարկվում են երկու մասի միացված հոսանքի խորտակիչով, ինչի արդյունքում հոսում է էլեկտրական հոսանք։ Որոշ ժամանակ անց երկու բաքերը ցամաքեցնում են և լցվում թարմ էլեկտրոլիտով, իսկ օգտագործվածը «վերամշակվում» է լիցքավորման կայաններում։
Թեև այս ամենը հիանալի է թվում, ցավոք, դեռ շատ խոչընդոտներ կան մեքենաներում այս տեսակի մարտկոցների գործնական օգտագործման համար: Վանադիումի էլեկտրոլիտային ռեդոքս մարտկոցի էներգիայի խտությունը կազմում է ընդամենը 30 Վտ/ժ մեկ կիլոգրամի համար, ինչը մոտավորապես նույնն է, ինչ կապարաթթվի մարտկոցը: Ժամանակակից 16 կՎտժ հզորությամբ լիթիում-իոնային մարտկոցի էներգիայի նույն քանակությունը պահելու համար, ռեդոքս տեխնոլոգիայի ներկայիս մակարդակով, մարտկոցը կպահանջի 500 լիտր էլեկտրոլիտ: Գումարած բոլոր ծայրամասային սարքերը, իհարկե, որոնց ծավալը նույնպես բավականին մեծ է՝ վանդակ, որն անհրաժեշտ է մեկ կիլովատ հզորություն ապահովելու համար, ինչպես գարեջրի տուփը։
Նման պարամետրերը հարմար չեն մեքենաների համար, հաշվի առնելով, որ լիթիում-իոնային մարտկոցը չորս անգամ ավելի շատ էներգիա է պահում մեկ կիլոգրամի համար: Սակայն Յենս Նոակը լավատես է, քանի որ այս ոլորտում զարգացումները նոր են ի հայտ գալիս, իսկ հեռանկարները՝ խոստումնալից։ Լաբորատորիայում, այսպես կոչված, վանադիումի պոլիսուլֆիդ-բրոմիդային մարտկոցները հասնում են 70 Վտ/ժ էներգիայի խտության մեկ կիլոգրամի համար և չափերով համեմատելի են Toyota Prius-ում ներկայումս օգտագործվող նիկել-մետաղական հիդրիդային մարտկոցների հետ:
Սա կիսով չափ կրճատում է տանկերի պահանջվող ծավալը: Համեմատաբար պարզ և էժան լիցքավորման համակարգի շնորհիվ (երկու պոմպ, որոնք մղում են նոր էլեկտրոլիտ, երկուսը ծծում են օգտագործված էլեկտրոլիտը), համակարգը կարող է լիցքավորվել տասը րոպեում՝ ապահովելով 100 կմ հեռավորություն: Նույնիսկ արագ լիցքավորման համակարգերը, ինչպիսին է Tesla Roadster-ում օգտագործվածը, վեց անգամ ավելի երկար են աշխատում:
Այս դեպքում զարմանալի չէ, որ շատ ավտոմոբիլային ընկերություններ դիմել են ինստիտուտի հետազոտություններին, իսկ Բադեն-Վյուրտեմբերգ նահանգը 1,5 միլիոն եվրո է հատկացրել զարգացման համար։ Այնուամենայնիվ, դեռ ժամանակ կպահանջվի ավտոմոբիլային տեխնոլոգիական փուլին հասնելու համար: «Այս տեսակի մարտկոցը կարող է շատ լավ աշխատել անշարժ էներգիայի համակարգերի հետ, և մենք արդեն փորձնական կայաններ ենք պատրաստում Բունդեսվերի համար: Այնուամենայնիվ, էլեկտրական մեքենաների ոլորտում այս տեխնոլոգիան հարմար կլինի ներդրման համար մոտ տասը տարի հետո»,- ասել է Նոակը։
Էկզոտիկ նյութեր չեն պահանջվում ռեդոքս հոսքով մարտկոցներ արտադրելու համար: Թանկարժեք կատալիզատորներ, ինչպիսիք են պլատինը, որոնք օգտագործվում են վառելիքի բջիջներում կամ պոլիմերներ, ինչպիսիք են լիթիում-իոնային մարտկոցները, չեն պահանջվում: Լաբորատոր համակարգերի բարձր արժեքը, որը հասնում է 2000 եվրոյի մեկ կիլովատ հզորության համար, պայմանավորված է բացառապես այն հանգամանքով, որ դրանք միայնակ են և պատրաստված են ձեռքով։
Մինչդեռ ինստիտուտի մասնագետները նախատեսում են կառուցել սեփական հողմակայան, որտեղ տեղի կունենա լիցքավորման գործընթացը, այսինքն՝ էլեկտրոլիտի հեռացումը։ Redox հոսքի դեպքում այս գործընթացը ավելի արդյունավետ է, քան ջուրը ջրածնի և թթվածնի մեջ էլեկտրոլիզացնելը և դրանք վառելիքի բջիջներում օգտագործելը. ակնթարթային մարտկոցները ապահովում են լիցքավորման համար օգտագործվող էլեկտրաէներգիայի 75 տոկոսը:
Մենք կարող ենք պատկերացնել լիցքավորման կայաններ, որոնք էլեկտրական մեքենաների սովորական լիցքավորման հետ մեկտեղ կծառայեն որպես բուֆերներ էլեկտրացանցերի առավելագույն ծանրաբեռնվածության դեմ: Այսօր, օրինակ, հյուսիսային Գերմանիայի շատ հողմատուրբիններ պետք է անջատվեն՝ չնայած քամուն, հակառակ դեպքում դրանք կծանրաբեռնեն ցանցը:
Ինչ վերաբերում է անվտանգությանը, ապա այստեղ վտանգ չկա։ «Երբ երկու էլեկտրոլիտ խառնում ես, քիմիական «կարճ միացում» է առաջանում, որը ջերմություն է առաջացնում, և ջերմաստիճանը բարձրանում է մինչև 80 աստիճան, բայց ուրիշ ոչինչ չի լինում: Իհարկե, որոշ հեղուկներ վտանգավոր են, բայց բենզինը և դիզելային վառելիքը նույնպես: Չնայած ռեդոքս հոսքի մարտկոցների ներուժին, Ֆրաունհոֆերի ինստիտուտի հետազոտողները նույնպես քրտնաջան աշխատում են լիթիում-իոնային տեխնոլոգիաների մշակման ուղղությամբ...
տեքստ: Ալեքսանդր Բլոխ
Մարտկոցի Redox հոսքը
Redox հոսքի մարտկոցը իրականում սովորական մարտկոցի և վառելիքի մարտկոցի խաչմերուկ է: Էլեկտրականությունը հոսում է երկու էլեկտրոլիտների փոխազդեցության շնորհիվ՝ մեկը միացված է բջջի դրական բևեռին, իսկ մյուսը՝ բացասական: Այս դեպքում մեկը տալիս է դրական լիցքավորված իոններ (օքսիդացում), իսկ մյուսը ստանում է դրանք (կրճատում), այստեղից էլ սարքի անվանումը։ Երբ հասնում է հագեցվածության որոշակի մակարդակ, ռեակցիան դադարում է, և լիցքավորումը բաղկացած է էլեկտրոլիտները թարմներով փոխարինելուց: Աշխատողները վերականգնվում են հակառակ գործընթացի միջոցով:
