Batterier som äter metall eller producerar brännbar gas?

[Skytten]

Batterier speciellt till  elfordon har den nackdelen att de väger en del, är dyra, har ganska liten räckvidd, och tar mycket lång tid att ladda upp.

En del av dessa problem skulle gå att lösa med hjälp av att man bytte ut anodmetallen istället för att ladda upp batteriet igen.
Batterierna skulle således inte vara vanliga ackumulatorer, utan helt enkelt batterier där man byter ut anoden.

Det skulle i varjefall på pappret gå att göra ett batteri där anoden var en metall såsom zink eller aluminium och katoden var syret i luften, med en alkalisk elektrolyt. Ett sådant batteri skulle ha en mycket högre energitäthet än nu använda batterier.

Anoden skulle "ätas" upp och bli oxiderad, trilla ner på botten av batteriet. Man skulle kunna ha en kasset för detta så att man tog bort den "utbrända" anoden, och på någon minut skiftade till en ny.

Att med elekticitet återföra (hydr)oxiden till ren metall igen kunde göras av speciella firmor, som kunde använda tillfällig överskottsström från nätet. Det bör således vara en viss centralisering av laddningsstationerna. När det gäller aluminium finns det också ett behov av hydroxiden/oxiden i andra tillämpningar.

Det skulle kunna gå att göra batterier för kanske tolv timmars drift, innan man behöver "tanka" med rimlig vikt.

Metaller som zink och aluminium har mycket latent energi, när det gäller aluminium är tätheten mycket stor, en av orsakerna att det går åt en hel del ström för att tillverka den.
Aluminium i en alkaisk lösning reagerar häftigt exotermt och avger mycket värme plus vätegas. Man kan enkelt göra ett experiment genom att  hälla två dl vatten i en brännvinsflaska, och tillsätta ett par matskedar propplösare(soda). Om man tar ett halvt gram aluminiumfolie och slänger i, blir flaskan varm och man kan tända fyr vid flasköppningen. Med så lite aluminium blir det ingen kraftig smäll, det säger poff, när vätet brinner. Senare kan man tända en låga som brinner i flsköppningen.
Ta inte stora doser, då det kan bli så varmt att det kan expoldera, lite folie är riskfritt.
Man behöver sodan för att blottlägga metallen mot vattnet, då aluminium oxiderar med en tät hinna.

Då denna process producerar såväl en massa värme, som vätegas, är den inte helt lämpad för att producera gas till att driva en bil, även om det givetvis skulle gå.

Het ånga löser upp oxidskiktet, så då kan man tänka sig att man doserade gasen, genom att spruta överhettad ånga mot aluminium, och omedelbart sände det då splittrade vattnets väte in i en förbränningsmotor.  Detta bör fungera, men kommer man att ha nytta av värmen i motorn?  Det krävs nog för att inte den största mängden energi ska gå till spillo.

Det bör gå åt ca två liter gas/minut (i atm 760mm hg) i en lagom motor, ett kilo aluminium och två liter vatten ger drygt 110 gram (4 kWh) vätegas, men ungefär lika mycket värme. Vätegas väger ungefär 2u, så 110 gram gas är om jag räknar rätt  55  x cirka 22 liter.
Det är inte lite, men jag kanske underskatter vad en motor drar.
Tittar man på vad det kostar att återföra restprodukterna (hydroxiden) till metall, så är effektiviteten mycket mindre eller ca 30%, men kunde värmen även användas skulle det bli det dubbla.

Den el som man använder till att producera aluminium, har ofta inte transporterats med förluster, och det "gröna" i systemet hänger mycket på hur man skaffar el när man tillverkar aluminium.

Kunde man panta ölburkar som var körda till hydroxid, skulle ovanstående inte medföra merkostnad.

[torbjorn]

Men det är svårt att använda aluminium i batterier eftersom det snabbt bildas ett isolerande och kemiskt stabilt oxidskikt på aluminium. Det är just därför som man måste köra elektrolysen i ett aluminiumsmältverk vid så hög temperatur att aluminiumet är i smält form, det fungerar inte med någon elektrolyt som är användbar vid rumstemperatur.

Zink har ju använts sedan urminnes tider som minuspol i torrbatterier, och i alkaliska ackumulatorer använder man vanligtvis olika metallhydrider, kadmium eller (förr i tiden) järn.

[Skytten]

Torbjörn!

Oxidhinnan är inte det som ställer till problem. Mitt experiment med  soda visar att aluminium reagerar starkt med vatten, då det täta oxidskiktet inte längre skyddar, metallen reagerar starkt, med utveckling av såväl värme som väte.

Lägger du 2 hg aluminium i  fem liter sodalösning, självantänder det, och faktiskt smäller.
Detta i rumstempertaur i omgivningen, men FAN 1000 grader i reaktionen.

[torbjorn]

Visserligen, men energiutbytet blir ju ganska dåligt om man ska använda vätgasen i en förbränningsmotor som har i bästa fall 30 % verkningsgrad. Det finns också en hel del andra nackdelar med att använda vätgas för drift av förbränningsmotorer - bl a stora kväveoxidutsläpp pga den höga förbränningshastigheten, och att det samlas mycket mer vatten i smörjoljan än vid kolvätebaserade bränslen i och med att avgaser och vevhusgaser består till största delen av vattenånga.

[Skytten]

Jag tror nog inte att vatten i avgaserna är svåra problem. Biogas ger t.ex ganska mycket vatten i avgaserna, och det finns bilar som går på väte.  Det som kan göra det mindre bra är att hälften av energin blir värme, och kan man inte ta vara på den, är verkningsgraden låg.
Ekonomin beror även på vad alternativen kostar. Ottomotorns verkningsgrad är ungefär lika på alla tänkbara bränslen.

Bättre utbyte skulle en bränslecell kunna ge, men då får den för det första bli avsevärt billigare.  Om man dessutom kan göra ett metall/luft batteri istället, behöver man inte gå över gasen för att få ström till elmotorn. Ett batteri med metall/luft skulle kunna ge elbilen en helt annan räckvidd, och kan man byta anoden på nån minut, blir inte laddningen ett tidsproblem.
Metall/luft batterier finns för hörapparater, men större sådana har jag inte sett på marknaden än.  Det har dykt upp några olika patent de sista åren.  Energitätheten torde vara större än i alla andra batterier.  Kommer jag på hur en luftkatod enkelt kan göras ska jag försöka bygga ett batteri.

Det lönar sig att transportera bauxit över hela Jorden till Island, då de kan framställa mycket el till lågt pris. Ett system där man kunde återställa metallhydroxiden till metall igen är billigare än att tillverka ny aluminium från bauxit.
Beroende på primärkällan när metallen framställs, kan växthusgaserna minskas radikalt.

[torbjorn]

Ett användningsområde för lite större zink/luft-batterier är elstängselapparater. Sedan åtminstone 20 år har det funnits några olika typer, typiskt 9 V 45 Ah, stort som ett mjölkpaket, väger några hundra gram.

Men det finns några nackdelar med zink/luft-batterier:
-De har hög inre resistans så de passar bäst för så små strömuttag att batteriet räcker storleksordning flera veckor.
-De tycker inte om strömstötar eller pulserande strömuttag, fungerar bäst vid konstant ström. Detta har varit ett problem med stängselapparater för drift från zink/luft-batterier och har gjort att konstruktörerna har fått tänka till extra för att få god batterilivslängd.
-De utvecklar ammoniak vid urladdningen. När det rör sig om så små batterier som för hörapparater eller elstängsel så spelar det väl ingen större roll, men det kan nog bli ett stort miljöproblem om var och varannan bil skulle drivas med sådana batterier.

[Skytten]

Jag har plockat itu ett stängselbatteri av märket Varta, och det var inte byggt på ett speciellt fiffigt sätt.  En porös kolkärna i mitten som var flera cm tjock, elektrolyten i gelé och zink i skalet. Batteriet var inte laddningsbart, och man kunde inte lätt ladda med att byta ut katoden. Sex celler gav 8 volt som mest, men oftast gick det bara att få ut ca 4 volt, jag mätte aldrig strömstyrkan.  500 kr kostade det nöjet.

Ska elbilen ha en framtid, måste ju man utveckla batterier, som ökar räckvidden, går att ladda snabbt. De måste också gå att göra av relativt billliga material, som finns tillgängligt på många platser.

Metall-luftbatterier även om de inte nu är vanliga, är ju om man kan få till säkra batterier, det absolut billigaste och energitätaste som man kan tillverka i batteriväg.

Litiumbatterier finns och den metallen är tekniskt sett hyfsat bra, men dyr och finns inte överallt, och kan därmed skapa geopolitiska problem om elbilen ska bygga på det.

Zinkbatterier (för fordon)har jag sett man utvecklar i Israel och även i Halmstad, ingen massprodukt dock ännu, det finns såväl laddningsbara som inte laddningsbara.

Pris och prestandamässigt, skulle ett batteri med aluminium och luft om man fick fram ett sådant, vara mycket energitätt, ca 50% mer än ett Zink-Luft batteri.

De flesta som har börjat med batterier av metall-luft har satsat på zink, antagligen för att det är lättare att bemästra.

Luftkatoden tycks vara det som är det svåraste. Den måste ju ha en hydrofob sida mot elektrolyten, en förbannat stor yta mot luften, och kanske även dyra metaller som silver för katalytisk hjälp.
Drar man full gas, kan det behövas många liter luft som måste reagera per minut, dock mycket mindre än i en bensinmotor.

Dessa batterier har också den fördelen att det skulle gå att byta ut metalloxiden mot metall mycket snabbare än att ladda dem. 50 mils räckvid skulle vara inom räckhåll.

Jag tror nog att vi får se metalluftbatterier för bilar inom inte allför lång tid.

När det gäller hörapparaternas zinkluft-batterier, så är de numera inte speciellt miljöfarliga, inte mer än sådant som cigarett-tändare och kulspetspennor, då man numera inte använder kvicksilver i dem, och man brukar inte kasta dem. Ta itu ett, de är ganska enkla, man tar bort en tejp så att luften kommer in genom två små hål innan de börjar fungera, och så är det en torr??? elektrolyt som omgärdas av zink, med troligen ett teflon eller någon sorts plast mellan elektrolyten och luften.

[sub rosa]

Ni verkar långt mer insatta i batterieras mysterium än vad jag någonsin kan önska mig.

Men jag har förståt så lång som att ett av problemen med elbilen är laddtiden.
I min enfald  ser jag framför mig, en futuristisk vision, där vi tankar elbilen inte olikt hur vi idag tankar bensin, E85 eller diesel. Tankstationen tömmer bilens batteritank på ett rektivt gel och ersätter den med nytt. Den gammla gelen återanvänds och omvandlas lokalt i tankstationen, med vind och solenergi . Obemannade och driftsäkra.

Det är klart att företeelsen "halv tank" försvinner då?

[esten]

Vad hände med de försök som gjordes i slutet av 80 , början av nittiotalet , där man när batteriet var slut kortslöt och sedan vände polerna och lät batteriet jobba felvänt för att förlänga batteriets livslängd ?

[Misse]

Vad hände med de försök som gjordes i slutet av 80 , början av nittiotalet , där man när batteriet var slut kortslöt och sedan vände polerna och lät batteriet jobba felvänt för att förlänga batteriets livslängd ?

   Vet inte.
Däremot har jag själv gjort så några ggr, ladda det felvänt väldigt långsamt.
 Är osäker på om det blev någon större skillnad. De brukade funka ett tag till, tills det blev nån köldknäpp eller så som krävde lite mera kapacitet. Det klarade de inte.

[torbjorn]

Vad hände med de försök som gjordes i slutet av 80 , början av nittiotalet , där man när batteriet var slut kortslöt och sedan vände polerna och lät batteriet jobba felvänt för att förlänga batteriets livslängd ?

Många provade några gånger och insåg sedan att det mest var humbug. Möjligen kunde man få ett skrotfärdigt bilbatteri att fungera så pass bra att man kunde skicka med det när man sålde en tusenkronorsbil, men knappast mer. Man fick knappast valuta för den tid och elenergi man gjorde av med på att försöka rädda batteriet.

När det gäller vanliga bilbatterier - och det har jag nog skrivit i någon annan tråd tidigare - så brukar de vara så förstörda genom sulfatering, spruckna plattor, avlagringar på botten av cellerna som ligger och kortsluter osv, när bilägaren tycker att batteriet börjar vara trött, att det då inte är någon mening att försöka rekonditionera batteriet. Det skulle man istället ha gjort några år tidigare. Ett blybatteri som har börjat tappa kapacitet pga sulfatering kan man ofta rädda genom att ladda ur det med låg ström till t ex 10,8 V och sedan ladda det mycket långsamt - ett 60 Ah batteri kanske man ska ladda med bara 1 A. Det är nyttigt med s k vilopausladdning - koppla in batteriladdaren via en timer som ställs in på att sluta och bryta strömmen varje kvart. Förvisso tar det en vecka att få batteriet fulladdat på det sättet, och kanske ett dygn att ladda ur det igen och mäta kapaciteten, men det finns inga genvägar. Och, som sagt, det där ska man göra innan man börjar uppleva att batteriet fungerar dåligt i bilen!

[drzero]

Bmw byggde en bil på början av 80talt som "Gick" på aluminium men jag tror inte aluminiumen gick att återskapa.