EnglishVloeistof met mangaandeeltjes geeft flowbatterij in het lab ruim vijf keer zoveel capaciteit
Chinese onderzoekers voegden vast mangaandioxide toe aan de vloeistof van een flowbatterij. Per liter paste er in labtests ruim vijf keer zoveel lading in als in eerdere mangaanvloeistoffen, ook bij een veel hogere stroom. Grotere proeven zijn de volgende stap.
Chinese onderzoekers hebben in het lab een flowbatterij op basis van mangaan getest die per liter vloeistof ruim vijf keer zoveel lading opslaat als eerder gemelde mangaanvloeistoffen. De capaciteit kwam uit op 156,2 ampère-uur per liter, 409 procent meer. Ampère-uur is een maat voor de hoeveelheid elektrische lading. Het werk van een team van Shanghai University en het Qinghai Institute of Salt Lakes, onderdeel van de Chinese Academie van Wetenschappen, verscheen in het vakblad Nano-Micro Letters.
Waarom mangaan, en waar het vastliep
Een flowbatterij bewaart energie niet in vaste platen, maar in vloeistof in tanks. Die vloeistof wordt langs een cel gepompt, waar hij lading opneemt of afgeeft. Wie meer wil opslaan, neemt grotere tanks. Daarom zijn zulke batterijen interessant om zonne- en windstroom te bewaren.
Mangaan is goedkoop, milieuvriendelijk en ruim beschikbaar. Het probleem is hoeveel ervan in de vloeistof past. In een gewone vloeistof van mangaansulfaat in zwavelzuur lost hooguit ongeveer 1 mol per liter op. Mol is een vaste maat voor een aantal deeltjes. Het zwavelzuur bevat namelijk zelf al veel sulfaat, en dat houdt het oplossen van meer mangaansulfaat tegen. Minder mangaan in een liter betekent minder lading in een liter.
Vaste deeltjes als extra voorraad
Het team voegde daarom vast mangaandioxide toe aan de vloeistof. Zo ontstaat een dik mengsel met zwevende deeltjes, een zogeheten slurry. Bij het ontladen verandert dat vaste mangaandioxide in opgelost mangaan. Het extra mangaan komt dus uit de vaste voorraad, en niet uit mangaansulfaat dat eerst moet oplossen. Met een mengsel van 4 mol mangaandioxide per liter steeg het opgeloste mangaan tot 3,76 mol per liter, bijna vier keer de gewone grens.
Vaste deeltjes hebben wel een nadeel: ze reageren traag. Eerdere batterijen van dit type werkten daardoor bij hooguit 1 milliampère per vierkante centimeter elektrode, een lage stroom. In de nieuwe batterij verandert dat bij de tweede laadbeurt. Het vaste mangaandioxide dat dan ontstaat, gaat weer in oplossing. Daarna loopt de batterij op een reactie tussen twee vormen van opgelost mangaan, en niet meer op de vaste deeltjes.
Dat geeft een hogere spanning bij het ontladen en maakt stabiel werken bij 30 milliampère mogelijk, dertig keer zoveel als eerder werd gemeld. Bij die stroom bleef de capaciteit van het mengsel met 4 mol boven 151 ampère-uur per liter, en kwam ruim 71 procent van de energie terug.
De volgende stappen
Een proef van honderd keer laden en ontladen deden de onderzoekers met een dunner mengsel van 1 mol per liter. Daarbij kwam ongeveer 99 procent van de lading weer terug, en 76 procent van de energie.
Er zijn nog twee punten om aan te werken: mangaan dat naar de andere kant van de batterij lekt, en deeltjes die zich ophopen. Allebei kosten ze capaciteit, en de onderzoekers willen dat verder terugdringen. De cijfers zijn vergelijkingen met eerder gemelde vloeistoffen en batterijen van dit type. Voor gebruik op grote schaal zijn nu proeven nodig met veel meer laadbeurten en met complete systemen.
Wat betekent dit voor de weg naar de singulariteit?
Een wereld die steeds meer op zon en wind draait, heeft goedkope manieren nodig om stroom te bewaren voor momenten zonder zon of wind. Mangaan is daarvoor een aantrekkelijk materiaal, omdat het veel voorkomt. Dit onderzoek pakt twee knelpunten tegelijk aan: er past meer lading in een liter, en de batterij kan een hogere stroom aan. Het is een labresultaat, en juist daarom een mooie eerste stap. Lukt het om dit ook in grote installaties vast te houden, dan komt opslag van hernieuwbare stroom op de schaal van het hele elektriciteitsnet een stuk dichterbij.
