211service.com
Ett batteri med flytande elektroder kan laddas eller fyllas på
En ny typ av batteri lagrar energi i vad forskare kallar laddningsbart bränsle – elektroder i flytande form. Resultatet kan antingen laddas som ett vanligt batteri eller ersättas genom att pumpa in nytt bränsle som bensin.
Batteritestare : Argonne National Laboratory-kemist Elena Timofeeva sätter upp ett experiment för att testa en vätskeelektrod (sett inuti IV-påsen).
Materialen skulle teoretiskt kunna tillåta en elbil att resa 500 mil på en laddning, fem gånger längre än de flesta elfordon kan nu, säger forskarna som utvecklar tekniken, som är baserade vid Argonne National Laboratory och Illinois Institute of Technology. Att byta ut dem på en tankstation skulle ta bara några minuter. Däremot tar även de snabbaste laddningsstationerna för konventionella batterier en timme att ge full laddning.
Begränsad räckvidd och långa laddningstider är två av de största utmaningarna för elbilar. Flytande batterielektroder kan ge längre räckvidd genom att öka mängden energi som batteripaket kan lagra, och eftersom färre komponenter som inte lagrar energi skulle behövas, kan det också göra dem billigare.
Batterier som använder flytande elektroder kan också vara säkrare än konventionella, säger Ping Liu, en programledare vid Advanced Research Projects Agency for Energy, som finansierar arbetet. Positiva och negativa elektrodmaterial skulle förvaras i separata tankar, snarare än inuti samma battericell som i konventionella batterier. Detta kan förhindra kortslutningar och överhettning som kan få litiumjonbatterier att fatta eld.
Laddningsbara bränslen är i ett tidigt skede, men ARPA-E har bedömt dem lovande och tillkännager finansiering för fyra grupper som utvecklar tekniken. Förutom Illinois-projektet stödjer det projekt vid GE, National Renewable Energy Laboratory och 24M, en spinoff från MIT.
Forskarna i Illinois har hittills visat ett litet halvcellsbatteri som använder en vätskeelektrod och en solid. För deras 3,4 miljoner dollar ARPA-E-finansierade projekt, som startade förra månaden, planerar de att bygga en prototyp som använder vätskor för både de positiva och negativa elektroderna. Detta batteri ska lagra en kilowattimme energi, tillräckligt för några mils körning.
I konventionella elbilsbatterier består så mycket som 75 procent av materialet inuti ett batteripaket av komponenter som inte lagrar energi – cellförpackningar, sensorer, elektriska anslutningar, kylsystem och så vidare. Med lagring av flytande energi, åtminstone i teorin, kan mycket av det materialet elimineras, vilket minskar storleken och kostnaderna för batteripaket.
Nyckeln är att separera de energilagrande materialen från de strukturer som används för att utvinna den energin och skapa elektrisk ström. I ett konventionellt batteri är varje lager av elektrodmaterial ihopkopplat med ett ark av folie och ett plastmembran som tillåter elektroner och joner att flöda, vilket skapar elektrisk ström. Om du vill lagra mer energi måste du lägga till fler lager av folie och plast också.
I det nya batteriet skulle vätskeelektroderna lagras i tankar och pumpas genom en relativt liten anordning för att interagera och generera elektricitet. Att öka energilagringen skulle bara vara en fråga om att göra lagertankarna större; enheten där elektricitet genereras kan förbli i samma storlek. Ju större tankar desto mindre av den totala volymen skulle den energialstrande enheten ta upp.
Vätskeelektroder har funnits ett tag - till exempel som en del av enheter som kallas flödesbatterier - men de lagrar vanligtvis energi i en utspädd lösning som kräver för mycket volym för att användas i en bil. Vissa batterier har smälta elektroder som är bättre lämpade för stationära applikationer (se Ambri’s Better Battery ). Vart och ett av ARPA-E-projekten syftar till att hitta sätt att öka vätskornas energitäthet med en storleksordning. MIT spinoff 24M är en pionjär inom detta område, efter att ha visat att det är möjligt att suspendera höga koncentrationer av konventionella, energitäta elektrodpulver i en vätska och extrahera energi från dem (se Ett bilbatteri till halva priset). Den största utmaningen är att uppnå tillräckligt hög elektrisk ledningsförmåga för ett praktiskt batteri.
Illinois-forskarna har ett liknande tillvägagångssätt. De betonar användningen av pulver i nanoskala som kan suspenderas i mycket höga koncentrationer och fortfarande flyter lätt, tack vare de speciella egenskaperna hos partiklar i så liten skala. De har också utvecklat ett nytt sätt att extrahera elektrisk ström från partiklarna, och de hoppas att detta kommer att tillåta dem att öka ledningsförmågan. Detaljerna är hemliga tills de avslutar patentansökan.
Flytande elektrodbatterier har vissa potentiella nackdelar. Nanopartiklar kan brytas ned snabbt och forskarna har bara börjat designa hela systemet. De måste designa ett sätt att pumpa materialen effektivt och tillverka batteriet billigt. Och att ladda bilar genom att fylla på tankarna med nytt material skulle kräva installation av ny infrastruktur, vilket kan bli dyrt.
Samtidigt fortsätter konventionella batterier att bli billigare, och förbättrad teknik gör dem snabbare att ladda (se Hur Tesla driver elbilsinnovation och glöm batteribyte: Tesla strävar efter att ladda elbilar på fem minuter).