แบตเตอรี่อลูมิเนียม เซลล์อากาศอะลูมิเนียม แบตเตอรี่เซลล์ลมอะลูมิเนียม และวิธีการใช้งานแบตเตอรี่ DIY แหล่งเคมีของอากาศอะลูมิเนียม
เม็ดสีฟูจิโชว์นวัตกรรมแบตเตอรี่ลม-อลูมิเนียม ที่สามารถชาร์จได้ด้วยน้ำเกลือ แบตเตอรี่ได้รับการออกแบบใหม่เพื่อให้มีอายุการใช้งานแบตเตอรี่ยาวนานขึ้นอย่างน้อย 14 วัน
วัสดุเซรามิกและคาร์บอนถูกนำมาใช้เป็นชั้นในของแบตเตอรี่อากาศ-อลูมิเนียม ผลกระทบของการกัดกร่อนของแอโนดและการสะสมของสิ่งเจือปนจากต่างประเทศถูกระงับ ส่งผลให้มากกว่า เวลานานการดำเนินการ.
แบตเตอรี่ลมอะลูมิเนียมที่มีแรงดันใช้งาน 0.7 - 0.8 V ซึ่งให้กระแสไฟ 400 - 800 mA ต่อเซลล์ มีระดับพลังงานตามทฤษฎีต่อหน่วยปริมาตรประมาณ 8100 Wh / kg นี่เป็นตัวบ่งชี้ที่สูงเป็นอันดับสองสำหรับแบตเตอรี่ หลากหลายชนิด. ระดับพลังงานตามทฤษฎีต่อหน่วยปริมาตรในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคือ 120–200 Wh/kg ซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศในทางทฤษฎีสามารถเกินตัวบ่งชี้ของลิเธียมไอออนมากกว่า 40 เท่าในทางทฤษฎี
แม้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบชาร์จไฟเชิงพาณิชย์ได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในโทรศัพท์มือถือ แล็ปท็อป และอื่นๆ ในปัจจุบัน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ความหนาแน่นของพลังงานยังไม่เพียงพอสำหรับใช้ในยานยนต์ไฟฟ้าในระดับอุตสาหกรรม จนถึงปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาเทคโนโลยีของแบตเตอรี่อากาศโลหะที่มีความจุพลังงานสูงสุด นักวิจัยศึกษาแบตเตอรี่โลหะ-อากาศจากลิเธียม เหล็ก อะลูมิเนียม แมกนีเซียม และสังกะสี ในบรรดาโลหะ อลูมิเนียมเป็นที่สนใจในฐานะแอโนดเนื่องจากมีความจุจำเพาะสูงและศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานสูง นอกจากนี้ อลูมิเนียมยังมีราคาถูกและเป็นโลหะรีไซเคิลมากที่สุดในโลก
แบตเตอรี่ชนิดที่เป็นนวัตกรรมใหม่ควรหลีกเลี่ยงอุปสรรคหลักในการนำโซลูชันดังกล่าวไปใช้ในเชิงพาณิชย์ กล่าวคือ ระดับสูงการกัดกร่อนของอะลูมิเนียมระหว่างปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี นอกจากนี้ วัสดุด้านข้าง Al2O3 และ Al(OH)3 จะสะสมอยู่บนอิเล็กโทรด ซึ่งทำให้ปฏิกิริยาแย่ลง
เม็ดสีฟูจิระบุว่าสามารถผลิตแบตเตอรี่อากาศอลูมิเนียมชนิดใหม่ได้และสามารถใช้งานได้ภายใต้สภาวะปกติ สิ่งแวดล้อมเนื่องจากเซลล์มีความเสถียรไม่เหมือนกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่สามารถจุดไฟและระเบิดได้ วัสดุทั้งหมดที่ใช้ประกอบโครงสร้างแบตเตอรี่ (อิเล็กโทรด อิเล็กโทรไลต์) มีความปลอดภัยและราคาถูกในการผลิต
อ่าน:
เจ้าของสิทธิบัตร RU 2561566:
การประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับแหล่งพลังงาน โดยเฉพาะแหล่งกระแสลมอะลูมิเนียม
แหล่งกระแสเคมีที่เป็นที่รู้จัก (Pat. RU 2127932) ซึ่งทำการเปลี่ยนอิเล็กโทรดอะลูมิเนียมด้วยการเปิดกล่องแบตเตอรี่ ตามด้วยการติดตั้งอิเล็กโทรดใหม่
ข้อเสียของวิธีการที่ทราบกันดีอยู่แล้วในการใส่อิเล็กโทรดลงในแบตเตอรี่คือต้องถอดแบตเตอรี่ออกจากวงจรจ่ายไฟในช่วงการเปลี่ยนอิเล็กโทรด
เป็นที่ทราบกันดีว่าแบตเตอรี่เชื้อเพลิง (แอปพลิเคชัน RU 2011127181) ซึ่งอิเล็กโทรดสิ้นเปลืองในรูปแบบของเทปจะถูกดึงผ่านกล่องแบตเตอรี่ผ่านผนึกแรงดันและซีลแรงดันขณะที่ผลิตโดยใช้ดรัมที่ตกค้าง ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าอินพุตของอิเล็กโทรดสิ้นเปลืองเข้าไปในแบตเตอรี่ โดยไม่รบกวนวงจรจ่ายไฟ
ข้อเสียของวิธีการที่ทราบคือซีลแรงดันและซีลแรงดันไม่ได้ขจัดไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาระหว่างการทำงานจากแบตเตอรี่
ผลลัพธ์ทางเทคนิคสิ่งประดิษฐ์ - ให้การแทรกอิเล็กโทรดโดยอัตโนมัติพร้อมพื้นที่ทำงานที่เพิ่มขึ้นของอิเล็กโทรดสิ้นเปลืองในเซลล์เชื้อเพลิงโดยไม่รบกวนวงจรจ่ายไฟช่วยเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานของเซลล์เชื้อเพลิง
ผลลัพธ์ทางเทคนิคที่ระบุได้มาจากข้อเท็จจริงที่ว่าวิธีการแนะนำอิเล็กโทรดวัสดุสิ้นเปลืองในเซลล์เชื้อเพลิงแบบอากาศ-อลูมิเนียมนั้นรวมถึงการเคลื่อนย้ายอิเล็กโทรดสิ้นเปลืองตามที่พัฒนาขึ้นภายในตัวเรือนเซลล์เชื้อเพลิง ตามการประดิษฐ์นี้ อิเล็กโทรดแบบบริโภคได้ถูกใช้ในรูปแบบของลวดอลูมิเนียม ซึ่งพันบนร่องเกลียวของแท่งผนังบางที่ทำจากวัสดุอิเล็กทริกไม่ชอบน้ำและปลายด้านหนึ่งสอดเข้าไปในโพรงของเส้นลวดบาง -กำแพง
แท่งทะลุผ่านรูในส่วนล่าง และอิเล็กโทรดสิ้นเปลืองจะถูกขยับโดยการขันเกลียวแท่งที่มีผนังบางเข้าไปในฝาปิดของตัวเรือนเซลล์เชื้อเพลิง ซึ่งอยู่ทั้งสองด้านของตัวเรือนและทำจากวัสดุที่ไม่ชอบน้ำ เพื่อให้แน่ใจว่าอิเล็กโทรไลต์ จะถูกเก็บไว้ภายในเซลล์เชื้อเพลิง และไฮโดรเจนที่กำลังพัฒนาจะถูกลบออกจากตัวเรือนตามพื้นผิวสกรูของฝาครอบที่ไม่ชอบน้ำ
การเคลื่อนที่ของอิเล็กโทรดสิ้นเปลืองที่พันบนแท่งผนังบางที่มีร่องเกลียวเกิดขึ้นจากการขันเกลียวเข้ากับฝาปิดที่ทำจากวัสดุที่ไม่ชอบน้ำ (ฟลูออโรเรซิ่น, พีเอส, โพลิเอทิลีน) ในขณะที่อิเล็กโทรไลต์ยังคงอยู่ภายในเซลล์เชื้อเพลิง และไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาระหว่างการทำงานจะถูกลบออกตามพื้นผิวเกลียวของตัวเซลล์เชื้อเพลิง
เครื่องกำเนิดรูปทรงกระบอกสำหรับอิเล็กโทรดสิ้นเปลืองทำขึ้นในรูปแบบของแท่งผนังบางที่มีร่องเกลียวซึ่งเป็นที่ที่อิเล็กโทรดลวดอลูมิเนียมเป็นแผล แท่งทำจากวัสดุอิเล็กทริกไม่ชอบน้ำ ซึ่งช่วยให้ไม่ทำปฏิกิริยากับอิเล็กโทรไลต์ แท่งที่มีอิเล็กโทรดที่ทำจากลวดอลูมิเนียมจะเพิ่มพื้นที่แอกทีฟของอิเล็กโทรดสิ้นเปลือง และปรับปรุงลักษณะพลังงาน (ปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ใช้) ของเซลล์เชื้อเพลิงอากาศอลูมิเนียม
สาระสำคัญของการประดิษฐ์นี้แสดงให้เห็นโดยภาพวาด โดยที่:
ในรูป 1 แสดงแหล่งกระแสอากาศอลูมิเนียม
ในรูป 2 - ดู A ในรูป หนึ่ง;
ในรูป 3 คือมุมมอง B ในรูปที่ หนึ่ง.
เซลล์เชื้อเพลิงอากาศอลูมิเนียมประกอบด้วยกล่องโลหะ 1 ที่มีรู 2 สำหรับส่งอากาศไปยังขอบเขตสามเฟส, แคโทดการแพร่กระจายของก๊าซ 3, อิเล็กโทรไลต์ 4, 2 ฝาปิดไม่ชอบน้ำ 5 ซึ่งอยู่ทั้งสองด้านของเคสโลหะ 1, อิเล็กโทรดในรูปแบบของแท่งผนังบาง 6, ลวดอลูมิเนียม 7 แผลบนร่องเกลียว
เนื่องจากลวดอลูมิเนียม 7 ถูกใช้ไป การกัดกร่อนและการเกิดทู่ของพื้นผิวอิเล็กโทรดจะเกิดขึ้น ซึ่งทำให้ขนาดของกระแสไฟที่ถูกขับออกและการลดทอนของกระบวนการไฟฟ้าเคมีลดลง ในการเปิดใช้งานกระบวนการ จำเป็นต้องขันสกรูแกนที่มีผนังบางที่มีร่องเกลียวซึ่งลวดอลูมิเนียมที่บริโภคได้ถูกพันเข้าไปในแคปที่ไม่ชอบน้ำ 5. ไฮโดรเจนจะถูกปล่อยผ่านพื้นผิวเกลียวของแคปที่ไม่ชอบน้ำ 5 ในขณะที่อิเล็กโทรไลต์ยังคงอยู่ ภายในตัวเรือนโลหะ 1 ของเซลล์เชื้อเพลิง
วิธีนี้ทำให้กระบวนการเปลี่ยนขั้วบวก (อิเล็กโทรดสิ้นเปลือง) เป็นอัตโนมัติในแหล่งกระแสลมอะลูมิเนียม (HAPS) ได้โดยไม่ขัดจังหวะวงจรจ่ายไฟ รวมทั้งกำจัดไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาระหว่างการทำงาน
วิธีการนำอิเล็กโทรดแบบใช้สิ้นเปลืองเข้าไปในเซลล์เชื้อเพลิงแบบอากาศ-อลูมิเนียม ซึ่งรวมถึงการย้ายอิเล็กโทรดสิ้นเปลืองเมื่อสึกเข้าไปในตัวเซลล์เชื้อเพลิง โดยมีลักษณะเฉพาะคืออิเล็กโทรดแบบใช้สิ้นเปลืองนั้นถูกใช้ในรูปของลวดอลูมิเนียมซึ่งเป็นแผล บนร่องเกลียวของแกนผนังบางที่ทำจากวัสดุอิเล็กทริกไม่ชอบน้ำและปลายด้านหนึ่งซึ่งสอดเข้าไปในโพรงของแกนที่มีผนังบางผ่านรูในส่วนล่างของมัน และการเคลื่อนที่ของอิเล็กโทรดสิ้นเปลืองจะดำเนินการโดยการขันสกรู แท่งผนังบางเข้าไปในฝาปิดของตัวเรือนเซลล์เชื้อเพลิงซึ่งอยู่ทั้งสองด้านของตัวเรือนและทำจากวัสดุที่ไม่ชอบน้ำ เพื่อให้มั่นใจว่าอิเล็กโทรไลต์จะถูกเก็บไว้ภายในเซลล์เชื้อเพลิงและนำไฮโดรเจนที่หลบหนีออกจากตัวเรือนตามพื้นผิวเกลียวของ ฝาไม่ชอบน้ำ
สิทธิบัตรที่คล้ายกัน:
การประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับเครื่องกำเนิดพลังงานเซลล์เชื้อเพลิงที่ออกแบบมาเป็นพิเศษให้เป็นอุปกรณ์สแตนด์บายในกรณีที่ไม่มีแหล่งจ่ายไฟหลัก
การประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับเครื่องกำเนิดก๊าซสำหรับเปลี่ยนเชื้อเพลิงเป็นก๊าซที่ขาดออกซิเจนและ/หรือก๊าซที่อุดมด้วยไฮโดรเจน ซึ่งสามารถนำมาใช้ในกระบวนการใดๆ ที่ต้องใช้ก๊าซออกซิเจนและ/หรือก๊าซที่อุดมด้วยไฮโดรเจน อย่างพึงประสงค์ เพื่อสร้างก๊าซชีลด์หรือก๊าซรีดิวซ์สำหรับการเริ่มต้น การปิด หรือการปิดฉุกเฉินของเซลล์เชื้อเพลิงโซลิดออกไซด์ (SOFC) หรือเซลล์อิเล็กโทรลิซิสโซลิดออกไซด์ (SOEC)
สาร: การประดิษฐ์เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิง และโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับการประกอบกองเซลล์เชื้อเพลิงโซลิดออกไซด์ ผลกระทบ: ทำให้มั่นใจได้ถึงความกะทัดรัด ความง่ายในการเปลี่ยนแบตเตอรี่/ระบบ และการปรับปรุงคุณลักษณะของระบบ
การประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับโรงไฟฟ้าที่มีเซลล์เชื้อเพลิงโพลีเมอร์ที่เป็นของแข็ง (FC) ซึ่งไฟฟ้าเกิดจากปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีของก๊าซไฮโดรเจนกับคาร์บอนไดออกไซด์ และปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าของคาร์บอนมอนอกไซด์กับออกซิเจนในบรรยากาศ
ระบบเซลล์เชื้อเพลิง (100) มีให้ รวมถึงเซลล์เชื้อเพลิง (1) สำหรับสร้างพลังงานโดยทำปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าระหว่างก๊าซออกซิไดเซอร์ที่จ่ายให้กับอิเล็กโทรดออกซิไดเซอร์ (34) และก๊าซเชื้อเพลิงที่จ่ายให้กับอิเล็กโทรดเชื้อเพลิง (67) ระบบจ่ายก๊าซเชื้อเพลิง (HS) สำหรับการจ่ายก๊าซเชื้อเพลิงไปยังขั้วไฟฟ้าเชื้อเพลิง (67) และตัวควบคุม (40) สำหรับปรับระบบจ่ายก๊าซเชื้อเพลิง (HS) เพื่อจ่ายก๊าซเชื้อเพลิงไปยังขั้วไฟฟ้าเชื้อเพลิง (67) ตัวควบคุม (40) ทำหน้าที่เปลี่ยนแรงดันเมื่อปิดช่องจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงด้านข้าง (67) ตัวควบคุม (40 ) จะเปลี่ยนแรงดันก๊าซเชื้อเพลิงที่ขั้วไฟฟ้าเชื้อเพลิง (67) เป็นระยะๆ ตามโปรไฟล์การเปลี่ยนแปลงแรงดันครั้งแรกเพื่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแรงดันที่สวิงแรงดันครั้งแรก (WP1)
การประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับวิธีการผลิตเครื่องแยกเหล็กโลหะสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงซึ่งมีความต้านทานการกัดกร่อนและความต้านทานการสัมผัส ไม่เพียงแต่ในระยะเริ่มต้นเท่านั้น แต่ยังรวมถึงหลังจากอิทธิพลของสภาวะ อุณหภูมิสูงและ/หรือความชื้นสูงในเซลล์เชื้อเพลิงระหว่าง ระยะเวลานานเวลา.
การประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับเซลล์เชื้อเพลิงโซลิดออกไซด์ที่มีความสามารถในการปฏิรูปภายใน เซลล์เชื้อเพลิงโซลิดออกไซด์โดยทั่วไปประกอบด้วยแคโทด อิเล็กโทรไลต์ แอโนด และชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาที่สัมผัสกับแอโนด
การประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับอัลคาไลไอออนนำเมมเบรนเซรามิกที่มีอย่างน้อยส่วนหนึ่งของพื้นผิวเคลือบด้วยชั้นของไอออนบวกอินทรีย์ที่นำพอลิอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่ละลายน้ำและมีความคงตัวทางเคมีในน้ำที่ pH พื้นฐาน
การประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับแหล่งกระแสเคมีที่มีแคโทดอากาศแบบกระจายแก๊ส แอโนดของโลหะ และสารละลายอิเล็กโทรไลต์ในน้ำ สาร: แหล่งกระแสลมของโลหะประกอบด้วยร่างกายที่เต็มไปด้วยอิเล็กโทรไลต์ มีขั้วบวกของโลหะอยู่ภายใน แคโทดอากาศแบบกระจายก๊าซซึ่งอยู่ทั้งสองด้านของขั้วบวกของโลหะ ในเวลาเดียวกัน แคโทดอากาศแบบกระจายแก๊สมีส่วนโค้งตามขวางตรงกลางและแยกออกจากขั้วบวกของโลหะโดยใช้ตัวแยกรูพรุนแบบอิเล็กโทรไลต์ที่ซึมผ่านได้ซึ่งทำจากวัสดุที่มีความต้านทานโอห์มมิกสูง ขั้วบวกโลหะมีรูปร่างเป็นสี่เหลี่ยมด้านขนาน คอนจูเกตด้วยลิ่ม และลิ่มวางอยู่บนตัวคั่นที่มีรูพรุนดังกล่าว แหล่งจ่ายกระแสลมโลหะที่เสนอมีความจุจำเพาะเพิ่มขึ้น ลักษณะเฉพาะที่เสถียร และอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น เนื่องจากช่วยเพิ่มอัตราส่วนของมวลของส่วนที่ละลายของแอโนดโลหะต่อปริมาตรอิเล็กโทรไลต์ และทำให้เฉพาะ ความเข้มของพลังงานและเวลาทำงานของแหล่งจ่ายกระแสไฟโดยไม่ต้องเปลี่ยนขั้วบวกของโลหะ 10 ป่วย 2 pr.
สาร: การประดิษฐ์เกี่ยวข้องกับแหล่งพลังงาน กล่าวคือ วิธีการเปลี่ยนอิเล็กโทรดสิ้นเปลืองในเซลล์เชื้อเพลิงอากาศ-อลูมิเนียมโดยไม่รบกวนวงจรจ่ายไฟ อิเล็กโทรดสิ้นเปลืองถูกใช้ในรูปแบบของลวดอลูมิเนียม ซึ่งพันบนร่องเกลียวของแท่งผนังบางที่ทำจากวัสดุอิเล็กทริกไม่ชอบน้ำ ปลายด้านหนึ่งของเส้นลวดถูกสอดเข้าไปในโพรงของแท่งที่มีผนังบางผ่านรูที่ส่วนล่าง อิเล็กโทรดสิ้นเปลืองจะถูกเคลื่อนย้ายโดยการขันเกลียวแท่งที่มีผนังบางเข้ากับฝาครอบของตัวเรือนเซลล์เชื้อเพลิงซึ่งอยู่ทั้งสองด้านของตัวเรือนและทำจากวัสดุที่ไม่ชอบน้ำ เพื่อให้มั่นใจว่าจะคงสภาพของอิเล็กโทรไลต์ภายในเซลล์เชื้อเพลิงและกำจัดวิวัฒนาการ ไฮโดรเจนจากตัวเรือนไปตามพื้นผิวเกลียวของฝาครอบที่ไม่ชอบน้ำ ผลกระทบ: เพิ่มประสิทธิภาพพลังงานของเซลล์เชื้อเพลิง 3 ป่วย
เกือบสามสิบปีของการค้นหาวิธีปรับปรุงแบตเตอรี่อะลูมิเนียมไอออนใกล้จะสิ้นสุดแล้ว แบตเตอรี่ก้อนแรกที่มีขั้วบวกอะลูมิเนียมที่สามารถชาร์จได้อย่างรวดเร็วในขณะที่มีราคาถูกและทนทาน ได้รับการพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด
นักวิจัยประกาศอย่างมั่นใจว่าลูกหลานของพวกเขาอาจเป็นทางเลือกที่ปลอดภัยสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้กันทั่วไปในปัจจุบัน รวมทั้งแบตเตอรี่อัลคาไลน์ซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม
ไม่จำเป็นที่ต้องจำว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนบางครั้งติดไฟ ศาสตราจารย์วิชาเคมี Hongzhi Dai มั่นใจว่าของเขา แบตเตอรี่ใหม่จะไม่สว่างขึ้นแม้ว่าคุณจะเจาะทะลุก็ตาม เพื่อนร่วมงานของศาสตราจารย์ไดยะอธิบายว่าแบตเตอรี่ใหม่นี้เป็น "แบตเตอรี่อลูมิเนียมไอออนแบบชาร์จไฟได้เร็วเป็นพิเศษ"
เนื่องจากต้นทุนต่ำ ความปลอดภัยจากอัคคีภัย และความสามารถในการสร้างความจุไฟฟ้าที่สำคัญ อลูมิเนียมจึงดึงดูดความสนใจของนักวิจัยมาเป็นเวลานาน แต่ต้องใช้เวลาหลายปีในการสร้างแบตเตอรี่อลูมิเนียมไอออนที่ใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์ ซึ่งสามารถผลิตแรงดันไฟฟ้าที่เพียงพอแม้หลังจากการชาร์จหลายครั้ง - รอบการคายประจุ
นักวิทยาศาสตร์ต้องเอาชนะอุปสรรคมากมาย รวมถึง: การสลายตัวของวัสดุแคโทด แรงดันปล่อยเซลล์ต่ำ (ประมาณ 0.55 โวลต์) การสูญเสียความจุและวงจรชีวิตไม่เพียงพอ (น้อยกว่า 100 รอบ) การสูญเสียพลังงานอย่างรวดเร็ว (จาก 26 ถึง 85 เปอร์เซ็นต์หลังจาก 100 รอบ)
ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์มี แบตเตอรี่ใช้อะลูมิเนียมที่มีความเสถียรสูง ซึ่งใช้ขั้วบวกโลหะอะลูมิเนียมที่จับคู่กับแคโทดโฟมกราไฟท์ 3 มิติ ก่อนหน้านี้ ได้มีการทดลองวัสดุต่างๆ มากมายสำหรับแคโทด และการแก้ปัญหาแทนกราไฟต์ก็พบได้โดยบังเอิญ นักวิทยาศาสตร์จากกลุ่ม Hongzhi Daya ได้ระบุวัสดุกราไฟท์หลายประเภทที่มีประสิทธิภาพสูง
ในการออกแบบทดลอง ทีมงานของมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดได้วางอะลูมิเนียมแอโนด แคโทดกราไฟท์ และอิเล็กโทรไลต์อิออนเหลวที่ปลอดภัยซึ่งประกอบด้วยสารละลายเกลือเป็นหลักในถุงโพลีเมอร์ที่ยืดหยุ่นได้
ศาสตราจารย์ไดและทีมของเขาบันทึกวิดีโอที่พวกเขาแสดงให้เห็นว่าถึงแม้เปลือกจะถูกเจาะทะลุ แบตเตอรีของพวกเขาก็ยังทำงานต่อไปได้ระยะหนึ่งและจะไม่เกิดไฟไหม้
ข้อได้เปรียบที่สำคัญของแบตเตอรี่ใหม่คือการชาร์จที่รวดเร็วเป็นพิเศษ โดยปกติแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนของสมาร์ทโฟนจะชาร์จใหม่ภายในไม่กี่ชั่วโมง ในขณะที่ต้นแบบ เทคโนโลยีใหม่แสดงให้เห็นถึงความเร็วในการชาร์จที่ไม่เคยมีมาก่อนถึงหนึ่งนาที
ความทนทานของแบตเตอรี่ใหม่นั้นน่าประทับใจเป็นพิเศษ อายุการใช้งานแบตเตอรี่มีมากกว่า 7500 รอบการชาร์จและการคายประจุ และไม่สูญเสียพลังงาน ผู้เขียนรายงานว่านี่เป็นรุ่นแรกของแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-ไอออน ที่ชาร์จเร็วเป็นพิเศษ และมีเสถียรภาพหลายพันรอบ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปมีอายุการใช้งานเพียง 1,000 รอบเท่านั้น
คุณลักษณะเด่นของแบตเตอรี่อะลูมิเนียมคือความยืดหยุ่น แบตเตอรี่สามารถงอได้ ซึ่งบ่งบอกถึงศักยภาพในการใช้งานในอุปกรณ์ที่ยืดหยุ่นได้ เหนือสิ่งอื่นใด อลูมิเนียมมีราคาถูกกว่าลิเธียมมาก
ดูเหมือนว่าจะใช้แบตเตอรี่ดังกล่าวเพื่อเก็บพลังงานหมุนเวียนเพื่อสำรองไว้สำหรับการจัดหาในภายหลัง เครือข่ายไฟฟ้าเพราะตามข้อมูลล่าสุดของนักวิทยาศาสตร์ แบตเตอรี่อลูมิเนียมสามารถชาร์จได้หลายหมื่นครั้ง
ตรงกันข้ามกับเซลล์ AA และ AAA ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่มีแรงดันไฟฟ้า 1.5 โวลต์ แบตเตอรี่อะลูมิเนียมไอออนจะสร้างแรงดันไฟฟ้าได้ประมาณ 2 โวลต์ นักพัฒนาแบตเตอรี่รายใหม่กล่าวว่านี่เป็นประสิทธิภาพสูงสุดที่ทุกคนเคยใช้มาและจะพัฒนาขึ้นในอนาคต
บรรลุความหนาแน่นของการจัดเก็บพลังงานที่ 40 Wh ต่อกิโลกรัม ในขณะที่ตัวเลขนี้สูงถึง 206 Wh ต่อกิโลกรัม อย่างไรก็ตาม การปรับปรุงวัสดุแคโทด ศาสตราจารย์ Hongzhi Dai เชื่อว่า ในที่สุดจะนำไปสู่ทั้งแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นและความหนาแน่นในการจัดเก็บพลังงานในแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-ไอออน ไม่ว่าในกรณีใด เทคโนโลยีลิเธียมไอออนก็มีข้อดีหลายประการอยู่แล้ว ที่นี่และราคาถูกรวมกับความปลอดภัยและการชาร์จความเร็วสูงและความยืดหยุ่นและ ระยะยาวบริการ
แฟน ๆ ของรถยนต์ไฟฟ้าใฝ่ฝันถึงแบตเตอรี่ที่จะให้เพื่อนสี่ล้อของพวกเขาสามารถเอาชนะมากกว่าหนึ่งและครึ่งพันกิโลเมตรด้วยการชาร์จครั้งเดียว บริษัทสตาร์ทอัพสัญชาติอิสราเอล Phinergy เชื่อว่าแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศที่พัฒนาโดยผู้เชี่ยวชาญของบริษัทจะทำหน้าที่นี้ได้ดีเยี่ยม
Aviv Sidon CEO ของ Phinergy เพิ่งประกาศความร่วมมือกับ ผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่. คาดว่าเงินทุนเพิ่มเติมจะช่วยให้บริษัทสามารถจัดตั้ง การผลิตจำนวนมากปฏิวัติแบตเตอรี่ภายในปี 2560
ในวิดีโอ ( ท้ายบทความ) Elliot Gotkin นักข่าวของ Bloomberg ขับรถไปรอบ ๆ หลังพวงมาลัยของรถยนต์ขนาดเล็กที่ได้รับการดัดแปลงเป็นรถยนต์ไฟฟ้า ในเวลาเดียวกัน มีการติดตั้งแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศของ Phinergy ไว้ที่ท้ายรถของรถคันนี้
รถยนต์ไฟฟ้า Citroen C1 ที่มีแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถเดินทางได้ไม่เกิน 160 กม. ต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง แต่แบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศของ Phinergy ช่วยให้สามารถวิ่งได้อีก 1,600 กม.
ในวิดีโอ วิศวกรสามารถเห็นการเติมถังพิเศษภายในรถสาธิตด้วยน้ำกลั่น คาดเดาได้ ออนบอร์ดคอมพิวเตอร์ช่วงการเดินทางอัตโนมัติที่แสดงบนจอแสดงผล โทรศัพท์มือถือพีเนอร์จี ซีอีโอ
น้ำทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับอิเล็กโทรไลต์ที่อิออนผ่านและปล่อยพลังงานออกมาในกระบวนการ ไฟฟ้าใช้เพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้าของรถยนต์ ตามที่วิศวกรของสตาร์ทอัพกล่าวว่าถังเก็บน้ำของผู้สาธิตจำเป็นต้องเติม "ทุกสองสามร้อยกิโลเมตร"
แผ่นอะลูมิเนียมใช้เป็นขั้วบวกในแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศ และ อากาศภายนอกทำหน้าที่เป็นแคโทด ส่วนประกอบอลูมิเนียมของระบบจะถูกทำลายอย่างช้าๆ เนื่องจากโมเลกุลของโลหะรวมกับออกซิเจนและปล่อยพลังงาน
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อะตอมอะลูมิเนียมสี่อะตอม โมเลกุลออกซิเจน 3 โมเลกุล และโมเลกุลของน้ำ 6 โมเลกุลรวมกันเพื่อสร้างโมเลกุลของอลูมินาไฮเดรต 4 โมเลกุลเพื่อปลดปล่อยพลังงาน
ในอดีต แบตเตอรี่ลมอะลูมิเนียมถูกใช้เพื่อความต้องการของกองทัพเท่านั้น เนื่องจากจำเป็นต้องถอดอะลูมิเนียมออกไซด์ออกเป็นระยะและเปลี่ยนแผ่นอะลูมิเนียมแอโนด
Phinergy กล่าวว่าวัสดุแคโทดที่ได้รับการจดสิทธิบัตรช่วยให้ออกซิเจนจากอากาศภายนอกเข้าสู่เซลล์แบตเตอรี่ได้อย่างอิสระ ขณะที่ป้องกันคาร์บอนไดออกไซด์ที่อยู่ในอากาศจากการปนเปื้อนของแบตเตอรี่ นี่คือสิ่งที่รบกวนการทำงานปกติโดยส่วนใหญ่ แบตเตอรี่ลมอลูมิเนียมในระยะเวลาอันยาวนาน อย่างน้อยก็จนถึงตอนนี้
ผู้เชี่ยวชาญของบริษัทก็กำลังพัฒนาเช่นกัน ซึ่งสามารถชาร์จไฟได้ด้วยไฟฟ้า ในกรณีนี้ อิเล็กโทรดโลหะจะไม่แตกตัวเร็วเท่ากับในกรณีของแอนะล็อกอะลูมิเนียม-อากาศ
Sidon กล่าวว่าพลังงานจากแผ่นอะลูมิเนียมแผ่นเดียวช่วยให้รถยนต์ไฟฟ้าวิ่งได้ประมาณ 32 กิโลเมตร (ซึ่งจะทำให้เราสันนิษฐานได้ว่าการผลิตพลังงานเฉพาะต่อจานอยู่ที่ประมาณ 7kWh) จึงมีการติดตั้งเพลทดังกล่าว 50 แผ่นในเครื่องสาธิต
แบตเตอรี่ทั้งหมดตามที่ผู้จัดการระดับสูงระบุไว้นั้นมีน้ำหนักเพียง 25 กก. ตามมาด้วยความหนาแน่นของพลังงานที่สูงกว่าพลังงานทั่วไปถึง 100 เท่า แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนตัวอย่างที่ทันสมัย
มีแนวโน้มว่าในกรณี รูปแบบการผลิตแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าอาจมีน้ำหนักมากขึ้นอย่างเห็นได้ชัด การเพิ่มมวลจะนำไปสู่การเตรียมแบตเตอรี่ด้วยระบบปรับอากาศและ ฝาครอบป้องกันซึ่งไม่ได้สังเกตในต้นแบบ (ตัดสินโดยวิดีโอ)
ในกรณีใด ๆ การถือกำเนิดของแบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นของพลังงานที่มีลำดับความสำคัญสูงกว่าแบตเตอรี่สมัยใหม่ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน,จะเป็นข่าวดีสำหรับค่ายรถที่ลงเดิมพัน รถยนต์ไฟฟ้า— เนื่องจากช่วยขจัดปัญหาใดๆ ที่เกิดจากรถยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบันที่มีขอบเขตจำกัด
ก่อนเราเป็นอย่างมาก ต้นแบบที่น่าสนใจแต่คำถามมากมายยังไม่ได้รับคำตอบ แบตเตอรีอะลูมิเนียม-อากาศจะถูกนำไปใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าที่ผลิตขึ้นเป็นจำนวนมากอย่างไร? ขั้นตอนการเปลี่ยนแผ่นอลูมิเนียมจะยากแค่ไหน? จะต้องเปลี่ยนบ่อยแค่ไหน? (หลังจาก 1,500 กม. หลังจาก 5,000 กม. หรือน้อยกว่านั้น)
สื่อการตลาดที่มีอยู่ในขั้นตอนนี้ไม่ได้อธิบายว่าคาร์บอนฟุตพริ้นท์สะสมของแบตเตอรี่โลหะ-อากาศ (ตั้งแต่วัตถุดิบถูกดึงออกมาจนถึงแบตเตอรี่ที่ติดตั้งในรถยนต์) จะถูกนำมาเปรียบเทียบกับลิเธียมไอออนสมัยใหม่
ประเด็นนี้น่าจะสมควรได้รับการศึกษาอย่างละเอียด และ งานวิจัยจะต้องเสร็จสิ้นก่อนที่จะมีการนำเทคโนโลยีใหม่มาใช้เป็นจำนวนมาก เนื่องจากการสกัดและการแปรรูปแร่อะลูมิเนียมและการสร้างโลหะที่ใช้งานได้นั้นเป็นกระบวนการที่ใช้พลังงานมาก
อย่างไรก็ตาม สถานการณ์อื่นไม่ได้ตัดออกไป แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถเพิ่มแบตเตอรี่โลหะ-อากาศได้ แต่จะใช้สำหรับการเดินทางระยะไกลเท่านั้น นี่อาจเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจมากสำหรับผู้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้า แม้ว่าแบตเตอรี่ชนิดใหม่จะมีปริมาณคาร์บอนฟุตพริ้นท์สูงกว่า
ขึ้นอยู่กับวัสดุ
ภาษาฝรั่งเศส เรโนลต์เสนอให้ใช้แบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศจากบริษัท Phinergy ในรถยนต์ไฟฟ้าในอนาคต ลองมาดูมุมมองของพวกเขากัน
เรโนลต์ได้ตัดสินใจเดิมพันแบตเตอรี่ชนิดใหม่ที่สามารถเพิ่มระยะการขับขี่ในการชาร์จครั้งเดียวได้ถึงเจ็ดเท่า ในขณะที่ยังคงขนาดและน้ำหนักของแบตเตอรี่ในปัจจุบัน เซลล์อะลูมิเนียม-อากาศ (Al-air) มีความหนาแน่นของพลังงานอย่างมหัศจรรย์ (8000 W / kg เทียบกับ 1,000 W / kg สำหรับแบตเตอรี่แบบเดิม) ซึ่งสร้างขึ้นระหว่างปฏิกิริยาออกซิเดชันของอะลูมิเนียมในอากาศ แบตเตอรี่ดังกล่าวประกอบด้วยแคโทดบวกและขั้วบวกลบที่ทำจากอลูมิเนียม และระหว่างอิเล็กโทรดจะมีอิเล็กโทรไลต์แบบน้ำเป็นของเหลว
ผู้พัฒนาบริษัท แบตเตอรี่ Phinergyระบุว่ามีความก้าวหน้าอย่างมากในการพัฒนาแบตเตอรี่ดังกล่าว ข้อเสนอของพวกเขาคือการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำจากเงิน ซึ่งทำให้สามารถใช้ออกซิเจนที่มีอยู่ในอากาศธรรมดาได้อย่างมีประสิทธิภาพ ออกซิเจนนี้ผสมกับอิเล็กโทรไลต์เหลว และด้วยเหตุนี้จึงปล่อย พลังงานไฟฟ้าซึ่งมีอยู่ใน แอโนดอลูมิเนียม. ความแตกต่างหลัก ๆ คือ "แคโทดอากาศ" ซึ่งทำหน้าที่เหมือนเมมเบรนในแจ็คเก็ตฤดูหนาวของคุณ - มีเพียง O2 เท่านั้นที่ผ่านไป ไม่ใช่คาร์บอนไดออกไซด์
แตกต่างจากแบตเตอรี่ทั่วไปอย่างไร? หลังมีเซลล์ปิดสนิท ในขณะที่องค์ประกอบอัลแอร์ต้องการ องค์ประกอบภายนอก, "เริ่มต้น" ปฏิกิริยา ข้อดีที่สำคัญคือแบตเตอรี่ Al-air ทำหน้าที่เหมือนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล ซึ่งจะผลิตพลังงานเมื่อคุณเปิดเครื่องเท่านั้น และเมื่อคุณ "ปิดอากาศ" ให้กับแบตเตอรี่ดังกล่าว ประจุทั้งหมดของแบตเตอรี่จะยังคงอยู่กับที่และไม่หายไปเมื่อเวลาผ่านไป เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ทั่วไป
แบตเตอรี่อัลแอร์ใช้อิเล็กโทรดอะลูมิเนียมระหว่างการทำงาน แต่สามารถเปลี่ยนได้ เช่น คาร์ทริดจ์ในเครื่องพิมพ์ ต้องทำการชาร์จทุกๆ 400 กม. ซึ่งจะประกอบด้วยการเพิ่มอิเล็กโทรไลต์ใหม่ ซึ่งง่ายกว่าการรอให้แบตเตอรี่ชาร์จปกติมาก
Phinergy ได้สร้าง Citroen C1 ไฟฟ้าซึ่งติดตั้งแบตเตอรี่ 25 กก. ที่มีความจุ 100 kWh สำรองพลังงานได้ 960 กม. ด้วยมอเตอร์ขนาด 50 กิโลวัตต์ (ประมาณ 67 พลังม้า) รถพัฒนาความเร็ว 130 กม. / ชม. เร่งเป็นร้อยใน 14 วินาที มีการทดสอบแบตเตอรี่ที่คล้ายกันใน Renault Zoe แต่ความจุของมันคือ 22 kWh ความเร็วสูงสุดของรถคือ 135 กม. / ชม. 13.5 วินาทีถึง "ร้อย" แต่สำรองพลังงานเพียง 210 กม.
แบตเตอรี่ใหม่มีน้ำหนักเบากว่า ราคาถูกกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเพียงครึ่งเดียว และใช้งานได้ง่ายกว่าแบตเตอรี่ปัจจุบันในอนาคต และจนถึงตอนนี้ ปัญหาเดียวของพวกเขาคือขั้วไฟฟ้าอะลูมิเนียม ซึ่งผลิตและเปลี่ยนได้ยาก ทันทีที่ปัญหานี้ได้รับการแก้ไข เราสามารถคาดหวังกระแสความนิยมของรถยนต์ไฟฟ้าได้อย่างปลอดภัยยิ่งขึ้นไปอีก!
- , 20 ม.ค. 2015
