Baterai mengalir: tolong tuangkan elektron untuk saya!
Ilmuwan dari Fraunhofer Institute di Jerman sedang melakukan pengembangan serius di bidang baterai listrik, alternatif dari baterai klasik. Dengan teknologi aliran redoks, proses penyimpanan listrik benar-benar berbeda ...
Baterai, yang diisi dengan cairan sebagai bahan bakar, dituangkan ke dalam mobil dengan mesin bensin atau diesel. Ini mungkin terdengar utopis, tetapi bagi Jens Noack dari Institut Fraunhofer di Pfinztal, Jerman, ini sebenarnya kehidupan sehari-hari. Sejak 2007, tim pengembangan di mana dia terlibat telah mengembangkan bentuk baterai isi ulang yang eksotis ini secara penuh. Sebenarnya, gagasan tentang aliran-melalui atau yang disebut aliran-melalui baterai redoks tidaklah sulit, dan paten pertama di bidang ini dimulai pada tahun 1949. Masing-masing dari dua ruang sel, dipisahkan oleh sebuah membran (mirip dengan sel bahan bakar), dihubungkan ke reservoir yang berisi elektrolit tertentu. Karena kecenderungan zat untuk bereaksi secara kimia satu sama lain, proton berpindah dari satu elektrolit ke elektrolit lainnya melalui membran, dan elektron diarahkan melalui konsumen arus yang terhubung ke dua bagian, sebagai akibatnya arus listrik mengalir. Setelah waktu tertentu, dua tangki dikosongkan dan diisi dengan elektrolit baru, dan tangki bekas “didaur ulang” di stasiun pengisian.
Meskipun semua ini terlihat bagus, sayangnya masih banyak kendala dalam penggunaan praktis aki jenis ini di mobil. Kepadatan energi baterai redoks elektrolit vanadium hanya berkisar 30 Wh per kilogram, yang kira-kira sama dengan baterai asam timbal. Untuk menyimpan jumlah energi yang sama dengan baterai lithium-ion modern 16 kWh, pada tingkat teknologi redoks saat ini, baterai membutuhkan 500 liter elektrolit. Ditambah semua periferal, tentunya yang volumenya juga lumayan besar - sangkar yang diperlukan untuk menyediakan daya satu kilowatt, seperti kotak bir.
Parameter seperti itu tidak cocok untuk mobil, mengingat baterai lithium-ion menyimpan energi empat kali lebih banyak per kilogram. Namun Jens Noack optimistis, karena perkembangan di bidang ini baru dimulai dan prospeknya menjanjikan. Di laboratorium, baterai yang disebut vanadium polisulfida bromida mencapai kepadatan energi 70 Wh per kilogram dan ukurannya sebanding dengan baterai nikel metal hidrida yang saat ini digunakan di Toyota Prius.
Ini mengurangi setengah volume tangki yang dibutuhkan. Berkat sistem pengisian yang relatif sederhana dan murah (dua pompa memompa elektrolit baru, dua menyedot elektrolit bekas), sistem dapat diisi dalam sepuluh menit untuk memberikan jarak 100 km. Bahkan sistem pengisian cepat seperti yang digunakan di Tesla Roadster bertahan enam kali lebih lama.
Dalam hal ini, tidak mengherankan jika banyak perusahaan otomotif beralih ke penelitian Institut, dan negara bagian Baden-Württemberg mengalokasikan 1,5 juta euro untuk pengembangan. Namun, masih butuh waktu untuk mencapai fase teknologi otomotif. “Jenis baterai ini dapat bekerja sangat baik dengan sistem tenaga stasioner, dan kami sudah membuat stasiun percobaan untuk Bundeswehr. Namun, di bidang kendaraan listrik, teknologi ini akan cocok diterapkan dalam waktu sekitar sepuluh tahun,” kata Noak.
Bahan eksotis tidak diperlukan untuk produksi baterai redoks aliran-melalui. Tidak diperlukan katalis mahal seperti platina yang digunakan dalam sel bahan bakar atau polimer seperti baterai lithium ion. Biaya tinggi sistem laboratorium, yang mencapai 2000 euro per kilowatt daya, semata-mata disebabkan oleh fakta bahwa sistem tersebut adalah satu-satunya dan dibuat dengan tangan.
Sementara itu, spesialis institut berencana membangun ladang angin sendiri, di mana proses pengisian, yaitu pembuangan elektrolit, akan dilakukan. Dengan aliran redoks, proses ini lebih efisien daripada mengelektrolisis air menjadi hidrogen dan oksigen dan menggunakannya dalam sel bahan bakar - baterai instan menyediakan 75 persen listrik yang digunakan untuk pengisian daya.
Kita dapat membayangkan stasiun pengisian yang, bersama dengan pengisian konvensional untuk kendaraan listrik, berfungsi sebagai penyangga terhadap beban puncak sistem tenaga. Saat ini, misalnya, banyak turbin angin di Jerman bagian utara harus dimatikan meskipun ada angin, jika tidak, jaringan akan membebani.
Sejauh menyangkut keamanan, tidak ada bahaya. “Saat Anda mencampur dua elektrolit, terjadi korsleting kimiawi yang melepaskan panas dan suhu naik hingga 80 derajat, tetapi tidak ada lagi yang terjadi. Tentu saja, beberapa cairan tidak aman, begitu pula bensin dan solar. Terlepas dari potensi baterai redoks aliran-melalui, para peneliti di Institut Fraunhofer juga bekerja keras mengembangkan teknologi lithium-ion ...
teks: Alexander Bloch
Baterai aliran redoks
Baterai aliran redoks sebenarnya adalah persilangan antara baterai konvensional dan sel bahan bakar. Listrik mengalir karena interaksi antara dua elektrolit - satu terhubung ke kutub positif sel dan yang lainnya ke kutub negatif. Dalam hal ini, yang satu memberikan ion bermuatan positif (oksidasi), dan yang lainnya menerimanya (reduksi), maka nama perangkat tersebut. Ketika tingkat kejenuhan tertentu tercapai, reaksi berhenti dan pengisian terdiri dari penggantian elektrolit dengan yang baru. Pekerja dipulihkan menggunakan proses terbalik.
