Stellen Sie sich vor, Sie fahren zu einer Tankstelle, öffnen den Tank und ziehen die Düse des Kraftstoffbehälters heraus. Aber anstelle von Gas kommt eine Mischung aus Wasser und Alkohol heraus. Anstatt den Kraftstofftank aufzufüllen, lädt das Gemisch die Batterie Ihres Elektroautos auf - und das sofort.
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Dies ist der Traum von John Cushman, einem Wissenschaftler der Purdue University, der eine sofort wiederaufladbare Batterie für Elektroautos entwickelt hat. Cushmans Methode verwendet Wasser, Ethanol (die gleiche Art von Alkohol, die Sie in alkoholischen Getränken finden würden), Salz und gelöste Metalle. Dies würde es den Besitzern von Elektroautos ermöglichen, ihre Autos schnell und einfach unter Verwendung bestehender Tankstellen aufzuladen, die in Batterieladestationen umgewandelt wurden.
„Wir haben versucht, einen umweltschonenden und wirtschaftlichen Weg zu finden, um mobile Fahrzeuge wie Pkw und Lkw sowie Golfautos mit Strom zu versorgen, und dies so, dass Sie nicht X Stunden lang dort sitzen und Ihr Auto anschließen müssen. Sagt Cushman.
Die Batterie ist ein Beispiel für eine "Durchflussbatterie", bei der zwei in Flüssigkeiten gelöste chemische Verbindungen verwendet werden, um positiv und negativ geladene Seiten zu bilden. Die Flüssigkeiten werden in eine Batteriezelle gepumpt, die die chemische Energie in elektrische Energie umwandelt. Typischerweise verwenden Durchflussbatterien Membranen, um die beiden Flüssigkeiten zu trennen. Bei der Cushman-Batterie werden jedoch Wasser und Ethanol sowie Salz verwendet, um die Trennung von Wasser und Ethanol in zwei Schichten zu erzwingen, ohne dass eine Membran erforderlich ist. Dies gibt der Batterie einen Vorteil gegenüber herkömmlichen Durchflussbatterien, sagt Cushman, da Membranen häufig das schwache Glied sind.
"Membranen neigen dazu, zusammenzubrechen, und wenn sie zusammenbrechen, kommt es zu einem Kurzschluss der Batterie", sagt er.
Diese Methode ermöglicht es, ein System mit genügend Energie pro Volumen zu bauen, um ein Auto anzutreiben.
"Ich weiß nicht, ob wir mit den Lithiumbatterien mithalten können, aber das müssen wir nicht", sagt Cushman. "Wir glauben tatsächlich, dass wir genug Kraft zur Verfügung haben, um ein leichtes Auto ziemlich schnell zu beschleunigen - aber vielleicht nicht in vier Sekunden von 0 auf 60. Wer braucht diese Art von Beschleunigung wirklich? Die meisten gasbetriebenen Autos kommen nicht in die Nähe."
Während Elektroautos immer beliebter werden, ist das Laden ein Dauerbrenner. Tesla, dessen Modell S das meistverkaufte Elektroauto in Amerika ist, stützt sich auf ein Netz von Ladestationen, an denen der Fahrer mehrere Stunden oder eine Nacht verbringen kann, oder auf Ladestationen, an denen das Auto in etwa 30 Minuten aufgeladen wird. Je nachdem, wohin Sie fahren, können diese Stationen jedoch sehr selten sein. Enorme Staaten des Mittleren Westens wie Kansas und Missouri haben zum Beispiel nur eine Handvoll. Dies bedeutet, dass eine Fernreise in einem Tesla eine sorgfältige Planung erfordert. Die Angst, die Ladung an einer Ladestation zu verlieren, ist bei Elektroautofahrern so weit verbreitet, dass sie sogar den Namen "Reichweitenangst" trägt.
Cushman stellt sich Tankstellen vor, die zu Batterietankstellen umgebaut werden, möglicherweise eine Pumpe nach der anderen, wenn die Nachfrage steigt. Stationen könnten ihre vorhandene Infrastruktur und Transportkette für die Elektrolytflüssigkeit nutzen.
„Die Mineralölunternehmen möchten nicht, dass alle Tankstellen auf der Strecke bleiben“, sagt Cushman. „Wir können unsere Elektrolyte durch die vorhandenen Rohrleitungen pumpen. Es gibt nichts Gefährliches; es ist alles biologisch abbaubar. “
Die verbrauchten Elektrolyte könnten in Lagertanks an Tankstellen abgeladen und zu einer Raffinerie transportiert werden, die idealerweise mit sauberer Sonnen- oder Windenergie betrieben wird. Dort konnte es rekonstruiert und an Tankstellen zurückgeschickt werden.
"Es ist ein Closed-Loop-System", sagt Cushman.
Cushman und sein Team, das eine Firma namens Ifbattery LLC mitbegründet hat, um die Technologie zu kommerzialisieren, befinden sich derzeit in Gesprächen mit dem Militär über die Verwendung der Batterietechnologie, um leise, verstohlene Fahrzeuge mit geringer Hitzesignatur zu betreiben, um die Aufmerksamkeit des Feindes auf sich zu ziehen. Sie sind auch bestrebt, größere Prototypen zu bauen und mit Herstellungspartnern zusammenzuarbeiten, um die Batterien schließlich auf den zivilen Markt zu bringen. Cushman glaubt, dass die Technologie in einem Jahrzehnt auf amerikanischen Straßen verbreitet sein wird, zögert jedoch, Vorhersagen zu treffen.
Obwohl es eine Vielzahl von Flow-Batterietechnologien gibt, hatten sie Schwierigkeiten, auf den Markt zu kommen, und wenn doch, hatten sie es schwer, mit den viel etablierteren Lithium-Ionen-Batterien zu konkurrieren. "Das Problem bei Flow-Batterien besteht darin, dass die meisten Fortschritte bisher im Labor erzielt wurden", schreibt Peter Maloney in Utility Dive, einem Newsletter über die Versorgungsindustrie. "Li-Ionen-Batterien hingegen haben eine lange Tradition in der Installation vor Ort, angefangen bei Computern und Smartphones über Elektrofahrzeuge bis hin zu netzgekoppelten Megawatt-Speichern."
Aber Fortschritte wie Cushmans können die Gleichung ändern. Der Preis wird ebenfalls ein Faktor sein - frühere Durchflussbatterien tendierten dazu, relativ teure Metalle wie Vanadium zu verwenden. Cushmans Batterie verwendet Wasser, Ethanol, Salz und billiges Aluminium oder Zink.
"Meine Verantwortung war die Chemie", sagt Cushman. "Es ist nur noch ein kleiner Schritt, um ein wirtschaftlich tragfähiges Produkt herzustellen."
