Elektrorevolucija: prihajajo osemkrat močnejše baterije, ki vzdržijo 2400 kilometrov in se zamenjajo v 90 sekundah

Razvoj na področju električnih baterij v zadnjem času doživlja velik napredek. Predvsem zaradi avtomobilske industrije, ki nujno potrebuje baterije z večjo kapaciteto, ki se bodo napolnile hitreje.

Prav čas, ki je potreben, da se baterije znova napolnijo, je ena od večjih preprek, ki zavira hitrejši razmah električnih avtomobilov.

Istočasno pa je prevoz z njimi zaradi ekoloških, okoljevarstvenih in povsem ekonomskih razlogov postal dobesedno nujen.

New battery design could mean EVs charge in only 10 minutes https://t.co/wMkrIWL91o

— Paul J. Dauenhauer (@pauldauenhauer) November 3, 2019

Prvi nov korak v tej smeri so naredili raziskovalci na ameriški državni univerzi Penn.

Uspeli so ugotoviti, kako bi bilo mogoče sedanje litij-ionske baterije napolniti v manj kot 10-tih minutah.

Rešitev je preprosta – baterijo je potrebno za okoli 10 minut segreti na 60 stopinj Celzija, ne da bi se poškodovala plast litija na anodi. In to s pomočjo poceni folije iz niklja, instalirane v baterije.

Asymmetric Temperature Modulation for Extreme Fast Charging of Lithium-Ion Batterieshttps://t.co/AuI5J7d32i

New battery design could mean EVs charge in only 10 minuteshttps://t.co/xUnmhNrrdh pic.twitter.com/n9FfZMeFJc

— Christopher Ackerman (@cackerman1) November 3, 2019

S to rešitvijo so baterije tudi po 2500 ciklih polnjenja in praznjenja obdržale 91,7 odstotkov kapacitete. To bi bilo dovolj za okoli 1,8 milijona prevoženih kilometrov.

Za primerjavo: najboljše baterije v avtomobilih Tesla danes omogočajo 1500 ciklov (kar je dovolj za preko 500 kilometrov dosega ob vsakem ciklu).

Ob tem znanstveniki iščejo tudi nove anode in katode.

V časniku Angewandte Chemie, so ameriški in kitajski znanstveniki poročali o novi katodi, narejeni iz organskih polimerov, ki bi jih lahko uporabili v novih natrij-ionskih baterijah.

Morda najbolj revolucionarna rešitev pa prihaja iz Velike Britanije, kjer je trdoglavi Trevor Jackson iz Tavistocka, znanstvenik, ki je nekoč delal na britanskih jedrskih podmornicah odkril popolnoma nov način uporabe aluminij-zračnih baterij.

In nato vztrajal, kljub številnim oviram na svoji poti, kot opisuje TechCrunch.

Z eksperimenti z baterijami se je ukvarjal že na krovu britanskih jedrskih podmornic, ki so plule tudi pod arktičnim pokrovom. Tam je vzdrževal jedrske reaktorje in druge sisteme. Nato je delal kot inženir v šestih tovarnah Rolls-Roycea ter za korporacijo BASF in se nato še enkrat znova vrnil na morje.

Toda plovba 70 metrov pod morsko gladino v podmornicah vrste Polaris, ki so opremljene s 16 balističnimi jedrskimi raketami je bila dolgočasna.

Pred dvajsetimi leti se je odločil, da se svojega projekta loti bolj resno. Fascinirale so ga predvsem aluminij-zračne baterije.

High-energy-density polymeric cathode for fast-charge sodium- and multivalent-ion batteries https://t.co/9DEMhj5bL1

— News Bot (@neewsbot) November 4, 2019

Aluminij-zračne baterije so zanimive zaradi izjemne kapacitete, ki jih imajo. Energije imajo povsem dovolj, da v celoti nadomestijo vse potrebe današnjih bencinskih in dizelskih motorjev. Ob tem uporabljajo aluminij, ki je najbolj razširjena kovina na Zemlji.

Njegova baterija za gorivo uporablja prav ta material, v procesu proizvajanja elektrike pa nastaja aluminijev hidroksid.

Aluminij je nato mogoče znova enostavno ponovno reciklirati in uporabiti.

Edina težava je bila, da elektroliti, ki so omogočali, da se elektroni premikajo od anode do katode v doslej znanih baterijah niso bili zelo uporabni.

Med delovanjem baterije je v njih nastajal nekakšen »gel«, ki je nato preprečeval dostop zraka do celic in s tem je čez čas tudi onemogočil delovanje baterije.

Toda inženir se ni predal.

»Sposodil sem si laboratorij in potem znova delal kot raziskovalni inženir: razmišljal sem, preizkušal, spreminjal, dokler nisem našel odgovorov. Bila sta potrebna eden ali dva prebliska, da bi opazil veliko razliko v enem testu,« je dejal Jackson.

Tako je že leta 2001 odkril svoj revolucionarni elektrolit. Ne samo, da je gel v njem skoraj povsem izginil, sam elektrolit je bil okolju prijazen. Tako zelo, da ga je znanstvenik celo popil, da bi investitorjem dokazal, kako nenevaren je.

Mislil je, da mora svoj izum samo še predstaviti vladi, potem pa bodo baterije že kmalu v proizvodnji. Toda vsa državna telesa so ga zavrnila. Financirali so le projekte litij-ionskih baterij. Za to je bil kriv tudi »litij-ionski lobi«, kot je prepričan danes.

Svoj laboratorij je razočaran preselil v Francijo.

Neathttps://t.co/WEx5SKcDBL

—  (@Cruel_Coppinger) October 20, 2019

Leta 2007 pa je Politehnika v francoskem Nantesu potrdila vse prednosti njegovih baterij. To pa pomeni uporabo navadnega in ne zelo čistega aluminija, visoko napetost, skoraj neobstoječe onesnaževanje okolja in veliko moč.

Šele tedaj so se institucije v Veliki Britaniji zganile in mu zagotovile pomoč, če se vrne v Veliko Britanijo.

Verjetno tudi zato, ker so podobne projekte financirale tudi druge vlade. Izraelska vlada je na primer podprla podjetje Phinergy, ki prav tako izdeluje aluminij-zračne baterije. Rusko podjetje RUSAL pa je odkrilo proces izdelovanja aluminijskih baterij brez emisij ogljikovega dioksida.

Nato je s svojim podjetjem MAL (Metalectrique) skupaj s podjetjem Lotus Engineering pomagal pri konstrukciji novih baterij za avtomobile Nissan Leaf in indijske »G-Wiz« avtomoble podjetja Mahindra Reva.

Na koncu je iznašel tehnologijo aluminij-zračnih baterij, ki se lahko v samo 90 sekundah zamenjajo vsakih 2400 kilometrov.

Baterije – pravilneje bi jih bilo imenovati gorivne celice - je mogoče nato enostavno reciklirati, cena vožnje je manj kot 5 centov na kilometer, baterije pa bi stale okoli 60 funtov za kilovatno uro.

Namesto da bi avtomobile polnili – celo danes je na najhitrejših polnilnicah električne avtomobile potrebno polniti od pol ure pa do več ur – bi lahko baterije kupovali na črpalkah in v samopostrežnicah, vozniki pa bi vožnjo lahko nadaljevali že v minuti in pol.

Zdi se neverjetno, toda to bo morda že kmalu resničnost.

Trevorju Jacksonu je namreč na koncu vendarle uspel veliki met: pravkar je podpisal več milijonov funtov vredno pogodbo, s katero bo podjetje Austin Electric, ki ima pravico tudi do uporabe loga podjetja Austin, pričelo proizvajati električne baterije. Po oceni direktorja Dannya Corcorana je nova tehnologija prelomna in »spreminja pravila igre.«  

»Lahko pomaga pri začetku nove tehnološke revolucije. Prednosti pred navadnimi električnimi baterijami so izjemne,« trdi direktor podjetja Austin Electric.

Za to, da doslej še nihče ni slišal za Jacksonov izum pa naj bi bil po njegovem kriv – zelo močen avtomobilski lobi.

Podobno kot je avtomobilska industrija – kot je to razkrito že v kultnem filmu »Kdo je ubil električni avto?« – ustavljala napredek električnih avtomobilov že pred desetletji, sedaj onemogočajo razmah novih baterij, saj so ogromno denarja že doslej vložili v zastarele litij-ionske baterije.

Kot priča sam Jackson, so predstavniki avtomobilskih podjetij kar dve leti lobirali pri zunanjem ministrstvu Velike Britanije, da bi mu preprečili nastopanje na večjih konferencah.

Toda to jim ni uspelo. Njegov izum je potrjen s strani dveh francoskih univerz, dobil pa je tudi 108.000 funtov vredno donacijo razvojnega centra Advanced Propulsion Centre.

David Rose: Ex-Navy officer turned inventor signs a multi-million deal to produce his electric car battery that will take drivers 1,500 miles without needing to charge https://t.co/JuQXf7MBti via @MailOnline pic.twitter.com/QnfvYAbu8K

— Climate Realists (@ClimateRealists) October 20, 2019

Da bi demonstriral svoj izum, je novinarjem Daily Maila Jackson pokazal, kako to deluje v navadni pločevinski Coca-cole.

Najprej jo je izpraznil, v njo nalil elektrolit in žičke priključil na majhen propeler. »Energija v tej pločevinki bo ta propeler sedaj poganjala kakšen mesec dni,« je dejal začudenim novinarjem.

Sedaj se uspešni znanstvenik ukvarja s tremi projekti.

Najprej bodo izdelali baterije za azijske »tuk-tuke« oziroma kolesarske taksije, ki jih bosta prvič uporabila princ in princesa Cambridga v Pakistanu, nato sledijo električna kolesa, ki bodo cenejša in z večjim dometom kot konkurenčna, nato pa naj bi podjetje pričelo proizvajati komplete za konverzijo bencinskih in dizelskih avtomobilov v hibride, tako da bodo aluminij-zračne celice poganjale zadnja kolesa.

Voznik bo lahko izbiral, ali želi avto voziti na fosilna goriva ali baterije. Stroški predelave naj bi bili okoli 3500 funtov in bodo na voljo naslednje leto. Prav to naj bi bil prvi korak pri razvoju novega avtomobila, gnanega z aluminij-zračnimi baterijami.

Prehod ne bo enostaven, kajti industrija je že vložila zelo veliko sredstev v litij-ionske baterije. Vendar imajo tudi številne pomanjkljivosti.

Litij je redkejša kovina, ki se težje pridobiva, te baterije pa vsebujejo še druge strupene snovi, na primer kobalt. Litij-ionske baterije lahko tudi zagorijo, pogasiti pa jih je mogoče samo z ogromnimi količinami vode. Recikliranje te vrste baterij pa je zelo drago – petkrat dražje od izdelave baterije »na novo.«

Aluminij pa je v nasprotju s tem zelo razširjen, se zlahka reciklira, pridobiva pa se lahko tudi s pomočjo elektrike, ki se pridobiva iz obnovljivih virov energije. Ob tem so litij ionske baterije težke, kar povečuje težo avtomobilov, aluminijaste pa lahke. Po ocenah Jacksona bi lahko bili stroški prevoženega kilometra le okoli 2,5 centov na kilometer.

Aluminijaste baterije ob tem proizvedejo osemkrat več energije (glede na težo) kot litij-ionske.

Avtomobili Tesla imajo sedaj na primer domet okoli 370 milj oziroma skoraj 600 kilometrov. Toda z novimi aluminijsko-zračnimi baterijami bi imeli z enim polnjenjem domet 4345 kilometrov. Ob tem bi te baterije zavzele še manj prostora.

Če bi imeli avtomobili Tesla Jacksonove baterije enake velikosti kot jih imajo sedaj, bi še vedno lahko vozili brez zastoja 2414 kilometrov in ne samo sedanjih (še vedno impresivnih) 600 kilometrov.

Torej štirikrat več!

Povprečna britanska družina pa letno naredi okoli 12.700 kilometrov. Kar pomeni, da bi njihov avtomobil moral zamenjati baterije le pet–šestkrat na leto – kar bi skupaj družino časovno stalo manj kot deset minut.

Iste baterije bi lahko poganjale tudi druga vozila in celo letala. »Pogovarjamo se z dvema proizvajalcema letal. Baterije ne bi bile primerne za reaktivne motorje. Vendar bi delovale v propelerskih letalih in bi bile primerne za potniška in tovorna letala na krajših poletih,« trdi Jackson.

Morda bi bile odlične tudi za Pipistrelova letala?

Ob tem je prav prejšnji teden milijarder James Dyson ob že izdelanih prototipih svojih avtomobilov vrgel puško v koruzo in odpovedal svoje načrte, ker se, kljub porabljenim milijonom, ekonomsko ne bi izšli.

»Problem je v tem, ker je uporabljal litij-ionske baterije. Če bi njegovi avtomobili uporabljali aluminij-zračne gorivne celice, potem bi bili rezultati lahko čisto drugačni,« opozarja Jackson.

»Vsi vedo, da bo naš največji problem, če bomo želeli doseči ničelne izpuste ogljikovega dioksida do leta 2050, kot si to želi vlada, problem transporta. Tega ne bomo mogli rešiti z litij-ionskimi baterijami. Če nič drugega, to ni uporabno za tovornjake, ki porabijo ogromne količine dizelskega goriva,« trdi Johnson.

Tesla sicer razvija svoje tovornjake, toda na cestah jih res še vedno ni.

Danny Corcorane pa zagotavlja, da bodo ljudje lahko kmalu, če bodo res želeli nekaj narediti za okolje, to tudi naredili – z aluminijsko-zračnimi gorivnimi celicami.

Kako avtomobile že danes 1000 kilometrov poganjajo aluminij in voda pa si lahko ogledate v videu spodaj.