Tidoblet forbedring af flydende batterier betyder, at optankning af elbiler kan tage minutter

En af de største ulemper ved elektriske køretøjer - at de kræver timer og timer at oplade - kunne udslettes af en ny type flydende batteri, der er omkring ti gange mere energitætte end eksisterende modeller, ifølge professor Lee Cronin, Regius Chair of Chemistry ved University of Glasgow, Storbritannien.

Hvad er så specielt ved denne væske, eller flow, batteri?

"Et normalt elektrisk køretøj har et solidt batteri, og når den løber tør for opladning, skal du genoplade den ved at sætte den i en stikkontakt. Dette tager en halv time eller deromkring, hvis du finder en hurtigoplader på en motorvejsservicestation, eller op til 12 timer hjemme. Vores batteri, imidlertid, er lavet af en væske i stedet for et fast stof. Hvis du løber tør, man kunne i princippet pumpe den opbrugte væske ud og – som en almindelig benzin- eller dieselbil – fylde den op med væske, der er færdigladet. Og det ville tage minutter."

Hvordan virker det?

"Den del af et batteri, der indeholder ladningen, er kendt som elektrolytten, og når denne er lavet af et fast stof, er den klemt mellem to elektroder. Når du bruger batteriet, en kemisk reaktion finder sted inde i elektrolytten, og ladning går fra den ene elektrode til den anden, indtil elektrolytten er opbrugt. Så lader du batteriet op, ved at tvinge ladning i den modsatte retning gennem elektroderne, indtil systemet er genopladet.

"Et flowbatteri er anderledes. Her, fordi elektrolytten er lavet af en væske, det kan opbevares i en tank, og pumpet forbi elektroderne under drift. Fordi du har meget mere elektrolyt at trække på, et flow-batteri kan producere meget strøm – du får mere for pengene."

Så det er stadig den samme kemiske reaktion, der gør elektriciteten, men det foregår i en kontinuerlig strøm af væske i stedet for et fast stof?

"Nøjagtig. Også fordi elektrolytten er et simpelt uorganisk salt i vand, det er muligt at kontrollere ældningen. Inde i en normal, lithium batteri, det faste system nedbrydes over tid, så ladningen kæmper med at bevæge sig frem og tilbage. Det er grunden til, at lithiumbatterier kun holder i et vist antal opladnings-afladningscyklusser. I vores uorganiske væskebatteri, imidlertid, denne ældningsproces foregår ikke på samme måde, fordi det uorganiske salt er meget stabilt."

Hvorfor har ingen tænkt på at bruge flow-batterier i elbiler før?

"Flow-batterier har eksisteret i lang tid, men deres hovedproblem har været en dårlig energitæthed. Med andre ord, selvom du kunne producere en masse strøm, du havde brug for en meget stor tank med elektrolyt til at levere den – alt for stor til mobile applikationer.

"Som kemiker Jeg har været interesseret i, hvordan vi kan få flere elektroner – mere ladning – ind i et rumfang. Dette år, mine kolleger og jeg opdagede, at hvis vi lavede en elektrolyt ud af en meget høj koncentration af et metaloxid, den var i stand til at absorbere meget mere ladning, end vi havde forventet. Resultatet blev et flowbatteri med cirka ti gange større energitæthed end tidligere opnået – 225 watt-timer pr. med mulighed for op til 1, 000 watt-timer per liter. Jeg indså pludselig, at med denne energitæthed, anvendelse på køretøjer kunne være mulig."

Hvordan er ydelsen sammenlignet med de nuværende batterier i elektriske køretøjer?

"En Tesla Model 3, for eksempel, har et 70 kilowatt-timers batteri. At have samme kapacitet som det, vi ville have brug for mindst 70 liter af den bedste version af vores batteri – det er omkring samme størrelse som brændstoftanken i en benzinbil."

Hvor svært ville dette være at implementere i praksis?

"Der er ingen grund til, at et flowbatteri ikke kunne eftermonteres i et eksisterende elektrisk køretøj, forudsat at det genererer det samme output og fylder det samme. I mellemtiden alle tankstationer i verden har pumper, og er vant til at håndtere væsker, så meget af infrastrukturen er der allerede. De væsker, vi bruger, er ætsende, men det er muligt at overveje at eftermontere rør for at klare dette. Måske skulle lagertankene opgraderes, men at opgradere noget er meget billigere end at bygge helt ny infrastruktur. Den største fordel er, at vores elektrolytter er grønne - de udtømte kan genoplades, forhåbentlig ved hjælp af vedvarende elektricitet, og givet til den næste kunde."

Hvad forhindrer os i at gøre dette lige nu?

"Der er meget ingeniørarbejde, der skal laves, for at sikre, at den kan fungere sikkert og pålideligt. I øjeblikket, vi overfører vores viden fra laboratoriet til en testrig, og udvikle en prototype. Vi vil kontrollere, at vi får de energitætheder, vi forventer, og at mekanikken i pumpningen virker. Hvis jeg havde alle pengene, Jeg kunne forestille mig tre trin:Byg en prototype for at validere alle funktionerne og optimere effektiviteten, bygge en anden til brug i en stationær applikation, og til sidst satte den i en bil.

"Jeg håber, at andre mennesker nu vil adoptere denne idé, og behandle det seriøst på grund af den øgede energitæthed. Store virksomheder fra hele verden har allerede taget kontakt, og jeg skal bare finde den bedste fremgangsmåde. Jeg er universitetsprofessor, så mit job er at forstå, hvordan universet fungerer, men jeg er ikke bange for at lave noget ingeniørarbejde, hvis der er potentiale til at løse et massivt problem, hvis finansieringen til visionen var tilgængelig."