Az újszerű redox áramú akkumulátorok először válnak nyereségessé
Rövid élettartamuk miatt a lítium-ion akkumulátorok csak részben alkalmasak az áram ideiglenes tárolására - a Fraunhofer kutatói most először fejlesztettek ki új típusú nyereséges redox áramú elemeket.
A megújuló energiák által termelt villamos energia mennyisége nagyon ingadozik, ezért az elektromos energiát ideiglenesen kell tárolni, amíg szükség van rá. Nagy teljesítményű akkumulátor-rendszerek szükségesek a modern technológiákhoz, például az elektromobilitáshoz is: Az elektromos hálózatot például nem 350 kW-os gyors töltőállomásokhoz tervezték. Ráadásul az elektromos hálózat sem mindenhol elérhető, ahol a gyors töltőállomásoknak lenne értelme.
A lítium-ion akkumulátorok csak korlátozott mértékben alkalmasak ilyen alkalmazásokhoz: Ciklusstabilitásuk nem elegendő - ha naponta kétszer-háromszor feltöltik és kisütik őket, két-három év múlva megszakadnak. A Redox áramlási akkumulátorok viszont különböznek egymástól: Nagy ciklustartást nyújtanak, emellett nem gyúlékonyak, újrahasznosíthatók, kapacitásuk és teljesítményük pedig könnyen adaptálható. Ezért különösen alkalmasak olyan alkalmazásokhoz, ahol az akkumulátor nagymértékben használatos. Eddig azonban egyszerűen túl drágák voltak.
Redox áramlási akkumulátorok ugyanabban az árkategóriában, mint a lítium-ion akkumulátorok
A Fraunhofer Környezetvédelmi, Biztonsági és Energiatechnikai Intézet "Umsicht" kutatóinak most sikerült jelentősen csökkenteniük az elemek költségeit. Ahhoz, hogy megértsük, hogyan optimalizálták a kutatók a redox áramlású elemeket, először meg kell vizsgálni ezen elemek felépítését. Halmazokból állnak - sejtekből, amelyek a tárolandó áramot kémiai energiává alakítják, és elektrolit folyadékból, amely ezt a kémiai energiát tárolja. A halmok elsősorban az elemek magas költségeiért felelősek. Az innovatív redox áramú akkumulátorokat a Fraunhofer spin-off Volterion gyártja és forgalmazza.
"Sikerült tíz százalékra csökkenteni a halom súlyát, és ezáltal jelentősen csökkenteni a költségeiket is" - magyarázza dr. Thorsten Seipp, a Fraunhofer Umsicht volt tudósa, jelenleg a Volterion ügyvezető igazgatója. „Míg a hagyományos halmoknak gyakran nyolc-tíz milliméter vastagságúaknak kell lenniük egy cellánként, két-három milliméteres köteg vastagsággal jutunk ki.” Ennek az anyagmegtakarításnak köszönhetően az új redox áramlási elemek ugyanabban az árkategóriában vannak, mint a lítium-ion akkumulátorok., de több mint kétszer hosszabb ideig tartanak. Ez azt jelenti: Először lesz nyereséges számos alkalmazásban.
Az anyagfejlesztés jobb elemeket tesz lehetővé
A fő vonzerő az anyagi fejlődés volt. A kötegek általában grafit-műanyag keverékből állnak. A feldolgozás eredményeként azonban az anyagok elveszítik polimer tulajdonságukat. Más szavakkal: a hosszú polimer láncok elpusztulnak, az anyag elveszíti rugalmasságát és bizonyos stabilitását. Ezenkívül nem hegeszthető, hanem tömítőgyűrűkkel kell ellátni és fel kell csavarni.
„Úgy alakítottuk az anyagot és a gyártási folyamatot, hogy a polimer tulajdonságai megmaradjanak. Ez azt jelenti: Az anyag stabil és rugalmas marad, így lényegesen vékonyabbá tehető, és a halmokat össze lehet hegeszteni. A gyorsan elhasználódó tömítőgyűrűk feleslegesek ”- magyarázza Seipp. Ez nem csak költséghatékonyabbá, hanem jelentősen robusztusabbá is teszi a halmokat.
Alkalmazások redox áramlású akkumulátorokhoz
Az új redox áramú elemeket többek között egy szennyvíztisztító telepben használják. A villamos energiát metánból állítják elő, és a jövőben a fotovoltaikus rendszerek is hozzájárulnak az energiatermeléshez. A 100 kW-os akkumulátor állítólag kétféle ingadozást kompenzál: az áramtermelését és az energiafogyasztást. Ily módon a szennyvíztisztítónak a jövőben minden energiaigényét ki kell fedeznie.
A kórházakban található MRI-szkennerek számára gyakran érdemes egy redox áramlási elemet is használni. „Minden MRI-gép 200 kW teljesítményű - ha egyszerre három vagy négy gépet akar működni, a vezeték gyorsan túlterhelődik. Az új villanyvezeték lefektetése azonban rendkívül drága, kilométerenként 80 000 euró. A redox áramlású akkumulátor itt jó alternatíva ”- mondja Seipp. Az MRI gépek egyenként néhány percig működnek, sok áramot használnak fel ez idő alatt, majd a következő vizsgálatig ismét kikapcsolják. Az akkumulátor minden nap számos töltési és kisütési cikluson megy keresztül. "Az akkumulátorok erre készülnek - csakúgy, mint más alkalmazásokra, amelyek sok rövid távú energiát igényelnek, és amelyeket a hálózat nem tud megbízhatóan leadni" - összegzi Seipp.
A Fraunhofer Umsicht kutatói jelenleg a volterioni kollégákkal dolgoznak együtt, hogy tovább csökkentsék az elemek költségeit. Az alkalmazások méretét is méretezni akarják: az akkumulátorokat jelenleg 100–300 kW teljesítményre tervezték, a jövőben a megawatt-tartományban is használhatóknak kell lenniük.
A cikk először testvérmárkánk elektrotechnikai portálján jelent meg.
Hogyan néz ki az ideális akkumulátor? Az aktuális fejlemények áttekintése
Áttörés az akkumulátor kutatásban
A kutatók fejlesztik a világ leghatékonyabb lítium-kén akkumulátorát