Alumiini-Ilma Akku Teknologia: Voimaa Sähkökäyttöisille Ajoneuvoille Romu Alumiinista

Puolittaisen ajattelun avulla ratkaisemaan sähköajoneuvojen rajoitukset

Sähköajoneuvot ovat vallanneet autemarkkinat, ja maat kuten Kiina ja Norja ovat jo vahvassa markkinapaikassa. Samalla sähköajoneuvojen omaksuminen on jäänyt monissa maissa jälkeen johtuen muutamasta avainrajoituksesta:

• Matala etäisyys edullisemmille sähköajoneuvomalleille.
• Hidas latausnopeus, joka yhdistettynä säännölliseen lataukseen matalan etäisyyden vuoksi voi tehdä pitkänmatkan matkustamisesta vaikeaa.
• Wattverkkojen kyvyn huolenaiheuttaminen miljoonien uusien sähköajoneuvojen lisäämisestä.

Ensimmäiset kaksi ongelmaa, etäisyys ja latausnopeus, ovat jotain, jota teollisuus yrittää ratkaista uusilla paristokemioiden avulla, sekä nopeamman ja tiheämmän latausasemaverkoston avulla. Mutta tämä on edelleen haasteellista. Käsittelemme kaikkia uusien paristojen mahdollisia keinoja artikkelissamme “Tulevaisuuden Energian Varastointi – Laajamittaiset Paristoteknologiat“.

Sähköverkko-ongelmat ovat yhdistetty uusiutuvan energiantuotannon epäjatkuvuuteen. Sähköajoneuvojen lataus illalla, kun ihmiset palaavat työstä ja liikenteestä, ei ole tervetullutta, kun aurinkoenergiaa ei ole enää kuvassa.

Mutta uusi käsite voisi ratkaista kaikki nämä ongelmat kerran. Mitä jos emme valitsisi sisäpolttomoottoria ja nestemäistä fossiilista polttoainetta tai sähköajoneuvoa ja paristoa, vaan “tankkaus” sähköajoneuvoja täysin kierrätettävällä polttoaineella?

Alumiinin Energia-Potentiaali

Alumiini on erittäin yleinen alkuaine Maapallolla. Se on itseasiassa yleisin metalli Maapallolla, raudan edellä, ja muodostaa 8 % Maan kuoresta. Se on myös metalli, joka vaatii paljon sähköä tuotannossa, raaka-boksiittimalmista alumiinioksideksi ja sitten alumiiniksi. Tämä on johtanut siihen, että alumiinia on joskus kutsuttu jopa “jäätyneeksi sähköksi”.

Alumiinin tavallisen ja rauhallisen ulkonäön alla, alumiini voi olla erittäin reaktiivinen metalli oikeissa olosuhteissa ja on käytetty ilotulitteissa; alumiinijauhe voitiin jopa ohjata kiinteiden rakettimoottorien avaruussukkulaan. Itse asiassa, alumiini on 2,5 kertaa energiatiheämmäksi kuin diesel tai bensiini. Tässä tulee Alumiini-Ilma Paristot.

Alumiini-Ilma Paristot varastoivat ja tuottavat sähköä alumiinin hapettumisen ja pelkistymisen kautta. Se saa alumiinimetallin reagoimaan ilman kanssa ja tarjoaa yhden korkeimmista energiatiheyksistä kaikista nykyisistä paristoteknologioista. Se voi olla kahdeksan kertaa kevyempi ja neljä kertaa pienempi kuin Litium-Ioni.

Alumiini-Ilma Paristot eivät ole samat kuin Alumiini-Ioni Paristot, jotka ovat samanlaisia kuin Litium-Ioni, mutta käyttävät eri metalleja.

Lähde: Energy Post

Alumiini-Ilma Etuja

Koska anodi on vain happi ilmasta, ei ole tarpeen metalliselle anodille, mikä tekee paristosta paljon kevyemmän kilpailijoitaan.

Toinen etu on, että se on itse asiassa “sähkömoottori”, joka kuluttaa alumiinia öljyn sijasta eikä menetä jännitettä purkautuessaan kuten paristojärjestelmät.

Rajoitus on, että tämä kuluttaa alumiinia eikä sitä voida ladata yksinkertaisesti liittämällä se paristoon. Niinpä se on enemmän samanlainen kuin yleinen AA-paristo kuin litium-ioni paristo. Tämä vaatii järjestelmän pariston vaihtamiseksi, joka kestää noin 90 sekuntia, sen sijaan, että se olisi nestemäisen polttoaineen tankkaus tai 10-15 minuutin sähköinen lataus.

Vaihtoehtona voidaan käyttää myös Alumiini-Ilma paristojen ja lataettavien paristojen yhdistelmää, jolloin voidaan käyttää joko suoraa latausta tai alumiinivoimaa ajon mukaan, samoin kuin hybridiajoneuvossa, mutta ilman fossiilista polttoainetta.

Infrastruktuuri Etuja

Vahva tekijä Alumiini-Ilma paristojen puolesta on, että on jo olemassa hyvin perustettu, tehokas ja laajennettu teollisuus alumiinin kierrättämiseksi — jotain, mitä Litium-Ioni paristoilta vielä puuttuu.

Se tarkoittaa myös, että perusmateriaalin hankkimiseksi Alumiini-Ilma paristoteollisuus voisi hankkia materiaalinsa vanhoista rakennuksista, koneista tai lentokoneista ja tuottaa samalla energiaa.

Kuten mainittiin aiemmin, pariston vaihto tarkoittaa, että ei ole painetta sähköverkkoon latausta varten, kun sähköajoneuvot tulevat lataus/asemaan. Sen sijaan alumiinin uudelleenmuodostus ja paristojen lataus voidaan tehdä uusiutuvalla energialla, kun sitä on ylijäämää.

Lopulta, alumiinimetalli voidaan myös säilyttää helposti ja edullisesti, koska se on stabiili ja myrkytön kiinteä metalli, joka ei hapetu paljon. Niinpä energia voidaan varastoida alumiinivarastoina pitkäksi aikaa, paljon edullisemmin kuin paristoilla, ammoniakilla tai vedyllä.

Alumiinin bulkkuljetus ei myöskään vaadi erityistä infrastruktuuria kuten vety, ja sitä voidaan kuljettaa tavallisilla kuorma-autoilla tai junilla.

Alumiinin Kustannus – Lähde: RiAlAiR

Alumiini-Ilma Paristojen Haitat

Alumiini-Ilma paristojen rajoitus on tarve tiheään verkkoon paristonvaihtoasemia. Tiheyden puute ja rakennuskustannukset ovat usein epäonnistuneita ideoita. Tämä on vielä vähemmän todennäköistä perinteisille paristokäsitteille, koska sähköajoneuvoteollisuus on siirtymässä “runko-paristoihin”, jotka on integroitu ajoneuvorunkoon

Jotkut yritykset (ks. alla) työskentelevät paristonvaihdon kehittämiseksi alumiini-ilma paristoille, jotta se voidaan tehdä käsin, mikä vähentäisi teknologisen monimutkaisuuden ja kalliiden paristonvaihtoasemien tarvetta, ja yksinkertaisilla toimitusautomaateilla, kuten propaanipulloille, riittäisi tehtävän suorittamiseen. Joka tapauksessa, käytettyjen paristojen keräämis- ja uudelleenrakennus/jälleenlatausjärjestelmä on asennettava.

Yleisesti ottaen, käsite ei ole uusi, ja se keksittiin ensimmäisen kerran 1960-luvulla. Silloin myrkyllisyys elektrolyytissä esti teknologian edistymisen. Muita teknisiä ongelmia voi olla merkittäviä, pääasiassa ilmakatodin suhteen:

“Hapen pelkistymisreaktion hitaus on este sen soveltamiselle. Muita ongelmia ovat CO2-reaktio alkalisen elektrolyytin kanssa, josta muodostuu karbonaattiprecipitaatteja, veden haihtuminen avoimeen ilmaan [elektrolyytin kuivuminen] ja elektrolyytin tunkeutuminen ilmakatodin huokosiin.” – Lähde: Automotive Logistics

Alumiini-Ilma Yritykset

1. Aluma Power

Aluma Power on kanadalainen yritys sijaitsee Aamjiwnaang First Nation -maalla.

Aluma Power näkee täyden syklin hyötysuhteen 43 % ja 700 %:n hyötysuhteen, kun alumiinia käytetään ensin muihin sovelluksiin, kuten auton rungon, rakennusten, lentokoneiden, vihreiden talojen, veneiden jne. rakentamiseen, ennen kuin se kierrätetään polttoaineeksi.

Lähde: Aluma

Aluma Powerin ainutlaatuinen lähestymistapa on keskittyä mekaaniseen menetelmään Alumiini-Ilma paristojen rajoitusten, kuten anodin korroosion ja kuluman, vähentämiseksi, pyörittämällä anodia. Tämä suunnittelu voi käyttää mitä tahansa romu-alumiinia, mukaan lukien sulatettuja moottorilohkoja tai limsuja. Se on dokumentoitu Yhdysvaltain patentissa US10978758B2.

Polttoainekierto voidaan vaihtaa muutamassa minuutissa ja kestää jopa 130 tuntia kulutusta.

Lähde: Aluma

Yritys väittää, että sen levyjärjestelmä mahdollistaa 70 %:n vähemmän pääomakustannuksia kuin kilpailijat ja alempia työkustannuksia “varastointipalveluun”.

2. Métalectrique SAS & MAL Tutkimus- ja Kehitys

Métalectrique Ranskassa ja sen tytäryhtiö Iso-Britanniassa MAL kehittävät Alumiini-Ilma paristoja. Yrityksen avainomistus on omistautunut sähkökemikaalille, joka väitetysti vähentää anodin korroosion ja huokosten tukkeutumisen ongelmia.

Yrityksen verkkosivu on melko tyhjä, ja siinä on lähinnä joitakin uutisartikkeleita ja tulevan tuotteen julkaisun ilmoitus vuonna 2024. Tämä voi olla hieman huolestuttavaa, ottaen huomioon aiemman ilmoituksen julkaisusta neljännessä vuosineljänneksessä 2021.

Yritys näyttää keskittyvän kolmeen eri tuotekäsitteeseen:

• 300 mailin matkan pidentäminen sähköajoneuvoille, mistä on keskustelu kahden suuren autoteollisuusyrityksen kanssa.
• 1 500 mailin matkan sähköajoneuvoparisto. MAL on allekirjoittanut usean miljoonan punnan arvoisen sopimuksen Austin Electricin kanssa massatuotantoon paristoja Iso-Britanniassa.
• 3 500 punnan muunnossarjat muuttavat tavalliset polttoainemoottorit hybrideiksi.

MAL väittää, että sen paristojen valmistus maksaa vain 36 dollaria/kWh, kun taas Litium-Ioni paristot maksavat noin 180 dollaria/kWh. Kun pariston poisto lasketaan, se laskisi ajo-kustannukset 0,08 puntaan/maili, kun taas Litium-Ionin kustannus on 0,50 puntaa/maili.

Teknologiaa voidaan soveltaa myös lentokoneisiin, puolustusparistoihin ja kaukaisiin voimavarastoihin.

3. RiAlAiR

Yritys on keskittynyt tuottamaan Alumiini-Ilma paristoja vene- ja kalastusteollisuudelle. Yritys tarjoaa tilauspalvelun paristoilleen, mikä vähentää alkukustannuksia ja auttaa vähentämään saastuttamista ja korkeita polttoainekustannuksia.

Ammattimaisen veneen, kuten kalastusveneiden ja taksiveneiden, käyttäminen tarkoittaa, että taloudellinen väite halvemman polttoaineen puolesta voi olla vakuuttava, eikä liiketoimintatapaus tarvitse nojata vihreän energian väitteisiin, vaan yksinkertaisesti lisääntyneeseen kannattavuuteen.

Sähköajoneuvon siirtyminen fossiiliseen polttoaineeseen myös mahdollistaa energian toimittamisen aurinkopaneeleilla tai tuuliturbiineilla itse veneessä, mikä lisää edelleen polttoaineen taloutta ja veneen autonomiaa.

Lähde: RiAlAiR

Lopulta, sähköinen voimansiirto on tehokkaampaa veneen propulsioon, jossa 92 %:ssa energiasta muunnetaan työksi, verrattuna vain 35 %:iin polttoainemoottoreilla (ero tulee lämmitys- ja mekaanisista hävikistä sisäpolttomoottoreissa).

Tällä hetkellä miljoonat kalastusveneet kuluttavat 50 miljardia litraa polttoainetta vuodessa, mikä on 1,2 %:ssa maailmanlaajuisesta polttoaineen kulutuksesta, ja suurin osa niistä on alle 20 tonnin ja alle 12 metrin pituisia, pääasiassa sijaitsee Aasiassa. On myös 15 miljoonaa huviveneitä, joilla on potentiaalia siirtyä vihreämmän sähköisen propulsiivisen järjestelmän käyttöön.

Lähde: RiAlAiR

Vaikka sähköinen propulsio on ollut epäonnistunut veneiden propulsiossa, rajoitus on aina ollut paristojen energiatiheys. Tämä on jotain, mitä modernit Alumiini-Ilma suunnitelmat voivat ratkaista, mahdollisesti luomalla niukka mutta kannattava markkina näille paristoille.

4. Phinergy (PNRG.TA)

Phinergy on ainoa yritys, jonka olemme löytäneet, joka on mukana Alumiini-Ilma teknologiassa ja joka on myös julkisesti noteerattu. Israelilainen yritys kehittää sekä alumiini- että sinkkipohjaisia paristoja. Se on kohdistamassa markkinaa virtalähteiden, liikkuvuuden/EV ja energian varastointiin. Se tutkii myös merenkulun energian mahdollisuuksia, konttien paristojen avulla.

Yritys on allekirjoittanut sopimuksen toimittaa 300 virtalähdettä Intian telekommunikaatioyhtiö Indus Powerille, sekä onnistuneen testin toisen telekommunikaatioyhtiön Cellnexin kanssa. Se on myös testaamassa järjestelmäänsä johtavan pilvi-tietokeskuksella.

Se esitteli prototyyppisen sähköisen Tata-henkilöauton tammikuussa 2023. Intia on yrityksen viennin strategian keskipisteenä, ja se on allekirjoittanut sopimuksen ekosysteemin rakentamiseksi Hindalco Industries Limitedin kanssa, yhden Intian suurimman alumiinin valmistajan kanssa.

5. Log9

Tämä intialainen yritys on ensimmäinen kotimainen Litium-Ioni paristosolun valmistaja, joka myös tuottaa oman paristojen hallintajärjestelmänsä. Yritys tuottaa paristoja, grafeeni-ultrakondensaattoreita ja Alumiini-Polttoainesoluja (AFC).

Yrityksestä raportoitiin vuonna 2020, että siellä oli 45 hengen tiimi, joka työskenteli Alumiini-Ilma paristojen parissa. Se myös keskusteli prototyypistä viime mailin toimitusajoneuvolle, joka voi suorittaa 3 000 km yhdellä “latauksella” vuonna 2021.

Viimeaikaisemmin yritys on keskittynyt nopeasti latautuviin Litium-Ioni paristoihin, joten ei ole selvää, onnistuvatko heidän tavoitteensa Alumiini-Ilma paristoissa, mutta teknologia on edelleen esillä heidän verkkosivunsa etusivulla.

Johtopäätös

Alumiini-Ilma paristot, tai ehkä alumiinipolttoainesolut olisivat parempi termi, ovat erittäin mielenkiintoinen vaihtoehto perinteiselle lähestymistavalle sähköajoneuvoille ja paristoteknologialle. Tarjoamalla metallisen kiinteän polttoaineen, se voisi ohittaa useimmat esteet sähköajoneuvojen omaksumiselle, sekä ratkaista uusiutuvan energian epäjatkuvuuden ongelman “tallentamalla” sitä kierrätetyssä kiinteässä alumiinissa.

Toistaiseksi teknologia on edelleen vasta alkuvaiheessa, eikä suurimmat konsernit tai paristoyritykset näytä työskentelevän siinä. Tämä johtuu osittain siitä, että käsite poikkeaa radikaalisti sähköajoneuvoteollisuuden perinteisestä viisaudesta ja vaatisi täysin erilaisen taito- ja valmistusprosessin.

Se johtuu myös siitä, että teknologia ei mahdu vihreän politiikan ja tuen vaatimuksiin, eikä se vastaa hydrogen- tai lataettavien paristojen/EV-politiikkaa. Se näyttää olevan tervetulluin Intiassa, joka on innokas saavuttamaan Kiinan kanssa saman tasoinen paristoteknologia ja vihreä energia.