211service.com
Högenergibatterier kommer till marknaden
Ett schweiziskt företag säger att de har utvecklat uppladdningsbara zink-luftbatterier som kan lagra tre gånger så mycket energi som litiumjonbatterier, i volym, samtidigt som de bara kostar hälften så mycket. Revolt , i Staefa, Schweiz, planerar att sälja små knappcellsbatterier för hörapparater från och med nästa år och att införliva sin teknologi i allt större batterier, och introducera mobiltelefoner och elektriska cykelbatterier under de närmaste åren. Man börjar också utveckla storformatsbatterier för elfordon.
Batteri uppackat: Den här bilden illustrerar strukturen i flera lager hos ett ReVolt uppladdningsbart zink-luftbatteri. Uppifrån och ned: batteriluckan, som släpper in luft; en porös luftelektrod; gränssnittet mellan elektroderna; zinkelektroden; höljet.
Batteridesignen är baserad på teknik utvecklad på SINTEF , ett forskningsinstitut i Trondheim, Norge. ReVolt grundades för att få ut det på marknaden och har hittills samlat in 24 miljoner euro i investeringar. James McDougall, företagets VD, säger att tekniken övervinner huvudproblemet med laddningsbara zink-luftbatterier – att de vanligtvis slutar fungera efter relativt få laddningar. Om tekniken kan skalas upp kan zink-luftbatterier göra elfordon mer praktiska genom att sänka kostnaderna och öka deras räckvidd.
Till skillnad från konventionella batterier, som innehåller alla reaktanter som behövs för att generera elektricitet, är zink-luftbatterier beroende av syre från atmosfären för att generera ström. I slutet av 1980-talet ansågs de vara en av de mest lovande batteriteknologierna på grund av deras höga teoretiska energilagringskapacitet, säger Gary Henriksen , chef för avdelningen för elektrokemisk energilagring på Argonne National Laboratory i Illinois. Batterikemin är också relativt säker eftersom den inte kräver flyktiga material, så zink-luftbatterier är inte benägna att fatta eld som litiumjonbatterier.
På grund av dessa fördelar har icke-uppladdningsbara zink-luftbatterier länge funnits på marknaden. Men att göra dem uppladdningsbara har varit en utmaning. Inuti batteriet drar en porös luftelektrod in syre och, med hjälp av katalysatorer i gränsytan mellan luften och en vattenbaserad elektrolyt, reducerar den till att bilda hydroxyljoner. Dessa går genom en elektrolyt till zinkelektroden, där zinken oxideras - en reaktion som frigör elektroner för att generera en ström. För omladdning är processen omvänd: zinkoxid omvandlas tillbaka till zink och syre frigörs vid luftelektroden. Men efter upprepade laddnings- och urladdningscykler kan luftelektroden deaktiveras, sakta ner eller stoppa syrereaktionerna. Det kan till exempel bero på att den flytande elektrolyten successivt dras för långt in i porerna, säger Henriksen. Batteriet kan också gå sönder om det torkar ut eller om zink byggs upp ojämnt och bildar grenliknande strukturer som skapar en kortslutning mellan elektroderna.
ReVolt säger att de har utvecklat metoder för att kontrollera formen på zinkelektroden (genom att använda vissa gelnings- och bindemedel) och för att hantera fuktigheten i cellen. Man har också testat en ny luftelektrod som har en kombination av noggrant dispergerade katalysatorer för att förbättra reduktionen av syre från luften under urladdning och för att öka produktionen av syre under laddning. Prototyper har fungerat bra i över hundra cykler, och företagets första produkter förväntas vara användbara i ett par hundra cykler. McDougall hoppas kunna öka detta till mellan 300 och 500 cykler, vilket kommer att göra dem användbara för mobiltelefoner och elcyklar.
För elfordon utvecklar ReVolt en ny batteristruktur som liknar en bränslecells. Dess första batterier använder två platta elektroder, som är jämförbara i storlek. I de nya batterierna kommer en elektrod att vara en vätska – en zinkslurry. Luftelektroderna kommer att vara i form av rör. För att generera elektricitet pumpas zinkslammet, som förvaras i ett fack i batteriet, genom rören där det oxideras, bildar zinkoxid och frigör elektroner. Zinkoxiden samlas sedan i ett annat fack i batteriet. Under uppladdningen strömmar zinkoxiden tillbaka genom luftelektroden, där den släpper ut syret och bildar zink igen.
I företagets planerade fordonsbatteri kan mängden zinkslam vara mycket större än mängden material i luftelektroden, vilket ökar energitätheten. I själva verket skulle systemet vara som ett bränslecellsystem eller en konventionell motor, eftersom zinkslammet i huvudsak skulle fungera som ett bränsle som pumpar genom luftelektroden som vätgas i en bränslecell eller bensin i en förbränningsmotor. McDougall säger att batterierna också kan hålla längre - från 2 000 till 10 000 cykler. Och om en del går sönder – som luftelektroden – kan den bytas ut, vilket eliminerar behovet av att köpa ett helt nytt batteri.
Precis som med bränsleceller kan detta system behöva paras ihop med en annan typ av batteri för accelerationsskurar eller för att fånga energi från processer som bromsning. Henriksen noterar också att andra experimentella zink-luftbatterier redan har uppnått 200 cykler.
Kommersiell framgång för den mer konventionella platta designen kan bero på andra faktorer, såsom om de nya batterierna levererar energi i högre hastigheter än andra experimentella zink-luftbatterier, som företaget hävdar, och om målen för högre cykelantal kan uppnås. Den nya tubbaserade designen är fortfarande år borta från produktion.