플로우 배터리: 전자를 부어주세요!

독일 프라운호퍼 연구소의 과학자들은 고전적인 배터리 대신 전기 배터리 분야에서 심각한 개발 작업을 수행하고 있습니다. 산화 환원 흐름 기술을 사용하면 전기를 저장하는 과정이 완전히 다릅니다.

연료로 액체로 충전 된 배터리는 가솔린 또는 디젤 엔진이 장착 된 자동차에 쏟아집니다. 유토피아 적으로 들릴지 모르지만 독일 Pfinztal에있는 Fraunhofer Institute의 Jens Noack에게 이것은 실제로 일상 생활입니다. 2007 년부터 그가 참여한 개발 팀은이 이국적인 형태의 충전식 배터리를 본격적으로 개발해 왔습니다. 사실, flow-through 또는 소위 flow-through 산화 환원 배터리의 아이디어는 어렵지 않으며이 분야의 첫 번째 특허는 1949 년으로 거슬러 올라갑니다. 멤브레인 (연료 전지와 유사)으로 분리 된 두 개의 셀 공간 각각은 특정 전해질이 들어있는 저장소에 연결됩니다. 물질이 서로 화학적으로 반응하는 경향으로 인해 양성자는 막을 통해 하나의 전해질에서 다른 전해질로 이동하고 전자는 두 부분에 연결된 전류 소비자를 통해 전달되어 전류가 흐릅니다. 일정 시간이 지나면 두 개의 탱크가 배수되고 새로운 전해질로 채워지며 사용한 탱크는 충전소에서 "재활용"됩니다.

이 모든 것이 훌륭해 보이지만 불행히도 자동차에서 이러한 유형의 배터리를 실제로 사용하는 데에는 여전히 많은 장애물이 있습니다. 바나듐 전해질 레독스 배터리의 에너지 밀도는 킬로그램당 30Wh 범위에 불과하며 이는 납산 배터리와 거의 같습니다. 최신 16kWh 리튬 이온 배터리와 동일한 양의 에너지를 저장하려면 현재 수준의 산화 환원 기술에서 배터리에 500리터의 전해질이 필요합니다. 물론 맥주 상자처럼 XNUMX 킬로와트의 전력을 제공하는 데 필요한 케이지 인 부피도 다소 큰 모든 주변 장치도 있습니다.

리튬 이온 배터리가 킬로그램당 70배 더 많은 에너지를 저장한다는 점을 감안할 때 이러한 매개변수는 자동차에 적합하지 않습니다. 그러나 Jens Noack은 이 분야의 개발이 이제 막 시작되고 전망이 밝기 때문에 낙관적입니다. 실험실에서 소위 바나듐 폴리설파이드 브로마이드 배터리는 킬로그램당 XNUMXWh의 에너지 밀도를 달성하고 현재 Toyota Prius에 사용되는 니켈 금속 수소화물 배터리와 크기가 비슷합니다.

이것은 필요한 탱크 부피를 절반으로 줄입니다. 비교적 간단하고 저렴한 충전 시스템 (펌프 100 개는 새 전해질을 펌핑하고 XNUMX 개는 사용한 전해질을 흡입 함) 덕분에 시스템을 XNUMX 분 안에 충전하여 XNUMXkm 범위를 제공 할 수 있습니다. Tesla Roadster에 사용 된 것과 같은 고속 충전 시스템도 XNUMX 배 더 오래 지속됩니다.

이 경우 많은 자동차 회사가 연구소의 연구에 의존하고 Baden-Württemberg 주가 개발을 위해 1,5만 유로를 할당한 것은 놀라운 일이 아닙니다. 그러나 자동차 기술 단계에 도달하려면 여전히 시간이 걸립니다. “이러한 유형의 배터리는 고정 전원 시스템과 매우 잘 작동할 수 있으며 우리는 이미 Bundeswehr를 위한 실험 스테이션을 만들고 있습니다. 그러나 전기 자동차 분야에서 이 기술은 약 XNUMX년 안에 구현에 적합할 것입니다.”라고 Noak은 말했습니다.

플로우 스루 산화 환원 배터리 생산에는 이국적인 재료가 필요하지 않습니다. 연료 전지에 사용되는 백금이나 리튬 이온 배터리와 같은 폴리머와 같은 고가의 촉매가 필요하지 않습니다. 전력 2000 킬로와트 당 XNUMX 유로에 달하는 실험실 시스템의 높은 비용은이 시스템이 유일무이하고 수작업으로 만들어 졌기 때문입니다.

한편, 연구소의 전문가들은 자체 풍력 발전 단지를 건설할 계획이며, 충전 과정, 즉 전해질의 폐기가 이루어질 것입니다. 산화 환원 흐름을 사용하면 이 과정은 물을 수소와 산소로 전기 분해하여 연료 전지에서 사용하는 것보다 더 효율적입니다. 즉석 배터리는 충전에 사용되는 전기의 75%를 제공합니다.

전기 자동차의 기존 충전과 함께 전력 시스템의 최대 부하에 대한 완충 역할을하는 충전소를 상상할 수 있습니다. 예를 들어 오늘날 북부 독일의 많은 풍력 터빈은 바람에도 불구하고 전력망에 과부하가 걸리므로 전원을 꺼야합니다.

보안에 관한 한 여기에는 위험이 없습니다. “두 개의 전해질을 혼합하면 열을 방출하는 화학적 단락이 발생하고 온도가 80도까지 상승하지만 다른 일은 일어나지 않습니다. 물론 일부 액체는 안전하지 않지만 휘발유와 디젤도 마찬가지입니다. 플로우 스루 산화 환원 배터리의 잠재력에도 불구하고 Fraunhofer Institute의 연구원은 리튬 이온 기술을 개발하는 데 열심히 노력하고 있습니다 ...

본문: 알렉산더 블로흐

배터리 산화 환원 흐름

산화 환원 흐름 배터리는 실제로 기존 배터리와 연료 전지 사이의 교차점입니다. 전기는 두 전해질 사이의 상호 작용으로 인해 흐릅니다. 하나는 전지의 양극에 연결되고 다른 하나는 음극에 연결됩니다. 이 경우 하나는 양전하 이온(산화)을 제공하고 다른 하나는 이온을 수신(환원)하므로 장치의 이름입니다. 특정 수준의 포화에 도달하면 반응이 멈추고 충전은 전해질을 새 것으로 교체하는 것으로 구성됩니다. 작업자는 역 프로세스를 사용하여 복원됩니다.