Aluminum-Air Battery Tech: Pina-papagana ang mga EV gamit ang Basurang Aluminum

Lateral na Pag-iisip para Lutasin ang mga Limitasyon ng EV

EV ay sumiklab sa merkado ng sasakyan, kung saan ang mga bansa tulad ng China at Norway ay nagtataglay na ng malakas na pagpasok sa merkado. Sa parehong panahon, ang pag-aampon ng EV ay patuloy na nahuhuli sa maraming bansa dahil sa ilang pangunahing limitasyon:

• Mababang saklaw para sa mas murang modelo ng EV.
• Mabagal na bilis ng pag-charge, na kapag pinagsama sa regular na pag-charge dahil sa mababang saklaw ay maaaring magpahirap sa mahabang biyahe.
• Pag-aalala tungkol sa kakayahan ng mga power grid na harapin ang pagdagdag ng milyun-milyong bagong EV.

Ang unang 2 problema, saklaw at bilis ng pag-charge, ay sinusubukang lutasin ng industriya gamit ang mga bagong kimika ng baterya, pati na rin ang mas mabilis at mas siksik na network ng mga istasyon ng pag-charge. Ngunit ito ay nananatiling mahirap lutasin. Detalye namin ang lahat ng posibleng landas para sa mga bagong baterya sa aming artikulo “Ang Hinaharap ng Imbakan ng Enerhiya – Teknolohiya ng Utility-Scale na mga Baterya”.

Ang mga isyu sa grid ay pinalalala ng pag-iba-iba ng paglikha ng renewable na enerhiya. Ang biglaang pag-charge ng mga EV sa gabi kapag nakauwi na ang mga tao mula sa trabaho at pag-commute ay hindi kanais-nais kapag ang solar power ay wala na.

Ngunit isang bagong konsepto ang maaaring lutasin ang lahat ng problemang ito nang sabay-sabay. Paano kung sa halip na pumili sa pagitan ng ICE (Internal Combustion Engine) at likidong fossil fuel o EV at mga baterya, maaari nating “i-refuel” ang mga EV gamit ang ganap na nare-recycle na fuel?

Ang Potensyal ng Enerhiya ng Aluminyo

Ang aluminyo ay isang napakakaraniwang elemento sa Daigdig. Sa katunayan, ito ang pinaka-karaniwang metal sa Daigdig, mas lagpas pa sa bakal, at bumubuo ng 8% ng crust ng Daigdig. Ito rin ay isang metal na nangangailangan ng maraming kuryente para sa produksyon, mula sa hilaw na bauxite ore hanggang alumina at pagkatapos ay metal na aluminyo. Dahil dito, minsan tinatawag ang aluminyo bilang “frozen electricity”.

Sa ilalim ng kanyang ordinaryo at kalmadong anyo, ang aluminyo ay maaaring maging napaka-reaktibo sa tamang mga pangyayari at nagamit na sa mga paputok; ang pulbos ng aluminyo ay nagpatakbo pa nga ng solid rocket boosters ng space shuttle. Sa katunayan, ang aluminyo ay 2.5x mas enerhetikong masigla kaysa diesel o gasolina.  Pumasok ang mga bateryang Aluminyo-Hangin.

Ang mga bateryang Aluminyo-Hangin ay nag-iimbak at gumagawa ng kuryente sa pamamagitan ng oxidation at reduction ng aluminyo. Ginagawa nitong mag-react ang metal na aluminyo sa hangin at nag-aalok ng isa sa pinakamataas na energy density ng lahat ng teknolohiya ng baterya na kasalukuyang magagamit. Maaari itong walong beses na mas magaan at apat na beses na mas maliit kaysa Lithium-Ion.

Ang mga bateryang Aluminyo-Hangin ay hindi dapat ihalo sa Aluminyo-Ion na mga baterya, na katulad ng Lithium-Ion, ngunit gumagamit ng ibang metal.

Pinagmulan: Energy Post

Mga Kalamangan ng Aluminyo-Hangin

Dahil ang cathode ay simpleng oxygen mula sa ambient na hangin, walang pangangailangan para sa metal na cathode, na ginagawang mas magaan ang baterya kumpara sa mga kakompetensya nito.

Isa pang kalamangan ay ito ay essentially isang “electric engine” na kumukonsumo ng aluminyo imbes na langis at hindi nawawalan ng boltahe kapag nagdi-discharge tulad ng mga sistemang baterya.

Ang limitasyon ay kinokonsumo nito ang aluminyo at hindi maaaring i-recharge sa pamamagitan lamang ng pag-plug ng baterya. Kaya, ito ay mas katulad ng prinsipyo ng karaniwang AA na baterya kaysa sa lithium-ion na baterya. Dahil dito, nangangailangan ito ng sistema para sa pagpapalit ng baterya, na tumatagal ng humigit-kumulang 90 segundo, imbes na liquid fuel refueling o 10-15 minutong electric recharge.

Isang alternatibo rin ay ang paggamit ng halo ng mga bateryang Aluminyo-Hangin + rechargeable na mga baterya, na nagpapahintulot ng flexible na paggamit ng direktang recharge o aluminyo-powered na pagmamaneho depende sa pangangailangan, katulad ng hybrid na sasakyan, ngunit walang fossil fuel.

Mga Pros ng Imprastruktura

Isang malakas na elemento pabor sa mga bateryang Aluminyo-Hangin ay ang pagkakaroon na ng isang maayos, epektibo, at nasukat na industriya para sa pag-recycle ng aluminyo—isang bagay na lubhang kulang pa sa mga Lithium-Ion na baterya.

Ibig sabihin din nito na para sa pagkuha ng pangunahing materyal, ang industriya ng bateryang Aluminyo-Hangin ay maaaring kumuha ng materyal mula sa scrap aluminyo na nailigtas mula sa mga lumang gusali, makina, o eroplano at sabay na lumikha ng enerhiya. Sa kabuuan, ang sistema ay hindi nangangailangan ng kritikal/poluting/mahal na mga mapagkukunan tulad ng lithium, nickel, cobalt, o rare earth minerals.

Tulad ng nabanggit sa itaas, ang pagpapalit ng baterya ay nangangahulugang walang pressure sa power grid para sa agarang pag-recharge kapag dumarating ang mga EV sa recharging/fuel station. Sa halip, ang regeneration ng aluminyo at pag-recharge ng mga baterya ay maaaring gawin gamit ang renewable energy kapag ito ay sobra.

Sa huli, hindi lamang maaaring i-regenerate ang metal na aluminyo gamit ang green power kapag maginhawa, kundi maaari rin itong madaling itago nang hindi nagkakaproblema sa gastos, dahil ito ay isang matatag at non‑toxic na solid metal na hindi gaanong nag‑oxidize. Kaya, maaaring i-imbak ang enerhiya sa pamamagitan ng mga stockpile ng aluminyo sa mahabang panahon, sa mas napakababang gastos sa imbakan kumpara sa mga baterya, ammonia, o hydrogen.

Ang bulk transportation ng aluminyo ay hindi rin nangangailangan ng tiyak na imprastruktura tulad ng hydrogen at maaaring gawin ng ordinaryong mga trak o tren.

Aluminyo Cost- Pinagmulan: RiAlAiR

Mga Cons ng Aluminyo-Hangin na Baterya

Isang limitasyon ng mga bateryang Aluminyo-Hangin ay ang pangangailangan para sa isang siksik na network ng mga istasyon ng pagpapalit ng baterya. Dahil sa problema ng kakulangan ng standardisasyon ng mga EV at ang gastos ng pagtatayo ng sapat na network, madalas nabibigo ang ideya ng battery swapping. Mas maliit pa ang tsansa nitong magtagumpay para sa tradisyonal na konsepto ng baterya, dahil ang industriya ng EV ay lumilipat patungo sa “structural batteries” na integrated sa frame ng sasakyan.

May ilang kumpanya (tingnan sa ibaba) na nagtatrabaho sa battery swap para sa mga bateryang Aluminyo-Hangin upang magawa ito nang mano‑mano, na lubos na nagbabawas ng teknolohikal na komplikasyon at pangangailangan para sa mamahaling istasyon ng pagpapalit, gamit ang mas simpleng delivery automates, katulad ng sa mga propane bottle, na sapat na para magawa ang trabaho. Sa anumang kaso, kakailanganin ng isang imprastruktura para sa pagkolekta at muling pagbuo/pag-recharge ng mga nagamit na baterya.

Sa pangkalahatan, ang konsepto ay hindi bago at unang naisip noong 1960s. Noon, ang toxicity ng electrolyte ay humadlang sa pag‑unlad ng teknolohiyang ito. Maaaring maging makabuluhan din ang iba pang teknikal na isyu, karamihan ay may kaugnayan sa air cathode:

“Ang mabagal na kahusayan ng oxygen reduction reaction ay hadlang sa aplikasyon nito. Ang iba pang problema ay kinabibilangan ng CO2 reaction sa alkaline electrolyte na nagpo‑produce ng carbonate precipitates, water evaporation sa bukas na hangin [electrolyte dry‑out] at electrolyte penetration sa mga pores ng air cathode.” – Pinagmulan: Automotive Logistics

Mga Kumpanya ng Aluminyo-Hangin

1. Aluma Power

Ang Aluma Power ay isang kumpanyang Canadian na matatagpuan sa lupain ng Aamjiwnaang First Nation.

Inilalarawan ng Aluma Power ang isang full cycle efficiency na 43% at 700% efficiency kapag ang aluminyo ay unang ginagamit para sa iba pang aplikasyon tulad ng paggawa ng frame ng mga kotse, gusali, eroplano, greenhouse, bangka, atbp., bago i-recycle bilang fuel.

Pinagmulan: Aluma

Ang natatanging lapit ng Aluma Power ay mag‑focus sa isang mekanikal na paraan upang mapagaan ang mga limitasyon ng mga bateryang Aluminyo-Hangin, tulad ng anode corrosion at wear, sa pamamagitan ng pag‑ikot ng anode. Ang disenyo na ito ay maaaring gumamit ng anumang scrap aluminyo, kabilang ang natunaw na engine blocks o soda cans. Ito ay dokumentado sa US Patent US10978758B2.

Ang fuel disk ay maaaring palitan sa loob ng ilang minuto at tumatagal ng hanggang 130 oras ng konsumo.

Pinagmulan: Aluma

Ang kumpanya ay nagsasabing ang kanilang disk system ay nagbibigay ng 70% mas kaunting capital costs kumpara sa mga incumbent at mas mababang labor costs para sa “storage as a service”.

2. Métalectrique SAS & MAL Research & Development

Ang Métalectrique sa France at ang subsidiary nito sa UK na MAL ay nagde-develop ng mga bateryang Aluminyo-Hangin. Ang pangunahing IP ng kumpanya ay isang proprietary electrolyte chemistry na sinasabing nagbabawas ng mga problema ng anode corrosion at pore blockage.

Ang website ng kumpanya ay medyo simple, karamihan ay mga link sa news article at ang anunsyo ng isang future product release sa 2024. Maaaring ito ay medyo nakaka‑alarma, lalo na’t isang nakaraang anunsyo para sa paglulunsad sa Q4 2021.

Ang kumpanya ay tila nakatuon sa 3 iba’t‑ibang konsepto ng produkto:

• Isang 300‑milyang range extender para sa mga EV, na nasa pag-uusap sa 2 napakalaking kumpanya ng sasakyan.
• Isang 1,500‑milyang saklaw na baterya para sa EV. Ang MAL ay nakapirma ng multi‑million‑pound na kasunduan sa Austin Electric para sa mass‑producing ng mga bateryang ito sa UK.
• £3,500 na mga kit sa conversion na nagiging hybrid ang mga regular na sasakyan na gumagamit ng gasolina.

Ang MAL ay nagsasabing ang paggawa ng kanilang baterya ay nagkakahalaga lamang ng $36/kWh kumpara sa halos $180/kWh para sa Lithium‑Ion na baterya. Kapag isinama ang amortization ng baterya, magdadala ito ng gastos sa pagmamaneho na £0.08/mile, imbes na £0.50/mile para sa Lithium‑Ion.

Ang teknolohiya ay maaari ring ilapat sa mga eroplano, defense batteries, at remote power sa mga isla.

3. RiAlAiR

Ang kumpanya ay nakatuon sa paggawa ng mga bateryang Aluminyo-Hangin para sa industriya ng bangka at pangingisda. Nag-aalok ang kumpanya ng subscription service para sa kanilang mga baterya, na nagbabawas ng upfront costs at tumutulong na bawasan ang polusyon at mataas na gastos sa fuel.

Ang pagtutok sa mga propesyonal na gumagamit ng bangka tulad ng mga fishing boat at taxi boat ay nangangahulugang ang ekonomikong argumento ng mas murang fuel ay madaling mapansin, at ang business case ay hindi kailangang umasa sa mga argumento ng green energy, kundi sa pagtaas ng profitability.

Ang paglipat mula sa fossil fuel patungo sa isang electric‑powered na bangka ay nagbubukas din ng posibilidad na dagdagan ang suplay ng enerhiya gamit ang solar panels o wind turbines mismo sa bangka, na lalong nagpapataas ng fuel economy at autonomy ng bangka.

Pinagmulan: RiAlAiR

Sa huli, ang electric power train ay mas epektibo para sa propulsion ng bangka, na may 92% ng enerhiya na na‑convert sa thrust, imbes na 35% lamang para sa mga fuel‑powered na bangka (ang pagkakaiba ay nagmumula sa thermal at mechanical losses sa ICE engines).

Sa kasalukuyan, milyun‑milyong fishing boat ang kumokonsumo ng 50 bilyong litro ng fuel bawat taon, na bumubuo ng 1.2% ng global fuel consumption, karamihan ay may tonnage na mababa sa 20 tonelada at haba na mas mababa sa 12 metro, karamihan ay matatagpuan sa Asya. Mayroon ding 15 milyong recreational na bangka na may potensyal na ma‑convert sa mas greener na electric propulsion.

Pinagmulan: RiAlAiR

Habang ang electric propulsion ay hindi naging popular para sa propulsion ng bangka, ang limitasyon ay palaging ang energy density ng mga baterya. Ito ay isang bagay na maaaring lutasin ng mga modernong disenyo ng Aluminyo-Hangin, na posibleng lumikha ng isang niche ngunit kumikitang merkado para sa mga bateryang ito.

4. Phinergy (PNRG.TA)

Ang Phinergy ay ang tanging kumpanya na kasangkot sa teknolohiyang Aluminyo-Hangin na aming natagpuan na nakalista rin sa publiko. Ang Israeli na kumpanya ay nagde-develop ng parehong aluminyo at zinc‑based na mga baterya. Target nito ang merkado ng power backups, mobility/EVs, at energy storage. Tinitingnan din nito ang potensyal para sa marine energy, gamit ang container‑ized na mga baterya.

Kamakailan lamang nilagdaan ng kumpanya ang isang kasunduan upang mag‑provide ng 300 power backup systems sa Indian telecom company na Indus Power, pati na rin isang matagumpay na pagsubok kasama ang Cellnex, isa pang telecom company. Sinusubukan din nito ang kanilang sistema sa isang nangungunang cloud data center company.

Ipinakita din nila ang isang prototype na electric Tata passenger vehicle noong Enero 2023. Ang India ay nasa sentro ng estratehiya ng pag‑export ng kumpanya, na may isang kasunduan para sa pagbuo ng ecosystem kasama ang Hindalco Industries Limited (HINDALCO.BO ), isa sa pinakamalaking manufacturer ng aluminyo sa India.

5. Log9

Ang Indian na kumpanyang ito ay ang unang indigenous na Lithiuim‑Ion battery cell manufacturer, na gumagawa rin ng sarili nitong battery management system. Ang kumpanya ay gumagawa ng mga baterya, graphene ultracapacitors, at Aluminium‑Fuel‑Cells (AFC).

Iniulat noong 2020 na ang kumpanya ay may team na 45 katao na nagtatrabaho sa mga bateryang Aluminyo-Hangin ayon sa ulat. Tinalakay din nila ang isang prototype para sa last‑mile delivery vehicle na kayang mag‑perform ng 3,000 km sa isang “charge” noong 2021.

Mas kamakailan, ang kumpanya ay tila nakatuon sa fast charging Lithium‑Ion na mga baterya, kaya hindi malinaw kung natutupad ang kanilang mga layunin para sa Aluminyo-Hangin, ngunit ang teknolohiya ay patuloy na tampok sa homepage ng kanilang website.

Konklusyon

Ang mga bateryang Aluminyo-Hangin, o marahil mas tamang tawagin na aluminyo fuel cells, ay isang napaka‑interesanteng alternatibo sa tradisyonal na paglapit sa EV at teknolohiya ng baterya.  Sa pamamagitan ng pagbibigay ng isang metal na solid fuel, maaari nitong lampasan ang karamihan sa mga hadlang sa pag‑adopt ng EV, pati na rin lutasin ang problema ng pamamahala sa intermittence ng renewable energy sa pamamagitan ng “pag‑imbak” nito sa recycled na solid na aluminyo.

Sa ngayon, ang teknolohiya ay nasa kanyang pagkabata pa, na walang isa sa mga pinakamalaking korporasyon o kumpanya ng baterya ang tila nagtatrabaho dito.  Bahagi ito dahil ang konsepto ay radikal na lumilihis mula sa karaniwang kaisipan sa industriya ng EV at mangangailangan ng ganap na ibang skill set at proseso ng paggawa.

Isa pa ito dahil ang teknolohiya ay madalas na hindi napapaloob sa mga green policies at subsidies, na hindi tumutugma sa mga pangangailangan para sa hydrogen fuel‑cell technology o sa mga rechargeable baterya/EV policies. Mukhang ito ay pinaka‑tinanggap sa India, kung saan ang bansa ay sabik na makahabol sa China sa teknolohiya ng baterya at green energy.