Vodíková hybridní baterie

Projekt výzkumu HHB (Hydrogen Hybrid Battery) - základní očekávané vlastnosti

Zařízení podobné akumulátoru, které umožní opakovanou akumulaci energie a její poskytování ve formě vodíku.

Při nabíjení se do zařízení dodává elektrická energie a voda, v reakčních celách se vytváří elektrochemicky aktivní látka, přičemž dochází k uvolňování kyslíku.

Při vybíjení pak dochází k reakci této aktivní látky s elektrolytem, přitom je uvolňován vodík, který slouží jako nosič energie. Vývoj vodíku při vybíjení je možno plynule regulovat. Proces může být kdykoliv přerušen a opět spuštěn. Toto lze provádět, dokud není vyčerpána všechna aktivní látka. Poté lze hybridní baterii opět nabít a proces opakovat.

Od klasického akumulátoru se liší tím, že aktivní hmota je používána pouze na jedné elektrodě. Tím teoreticky dochází ke značnému zlevnění konstrukčního řešení. Navíc absencí kladné hmoty (která kvůli vystavení účinkům opakované oxidace elektrolýzou, je u většiny akumulátorů příčinou stárnutí a nakonec i totálního selhání) se teoreticky dosáhne neomezeného počtu nabíjecích cyklů.

    
Obr: Schema proceu nabíjení a vybíjení

 

Princip vodíkové hybridní baterie

Princip vodíkové baterie je založen na elektrochemické reakci vhodné látky s elektrolytem. Při oxidaci této látky dochází k uvolňování elektronů, které jsou přiváděny na katodu, na které dojde k vylučování vodíku. Základní teorii tvorby vodíku použitím redoxních reakcí popsal již J. J. Jakobsen 1970, tento mechanismus však nebyl zatím nikdy technicky tak dopracován, aby mohl být užit v praxi.

V rámci naší výzkumné činnosti jsme se zabývali nalezením vhodného kandidáta aktivní látky (pro princip POWER-TO-X) a kombinací elektrod ke složení elektrolytu. V rámci dalšího vývoje se budeme zabývat technickým řešením elektrod a celého zařízení vůbec, včetně regulace a měření.

Regulace

Přenesení vylučování vodíku na katodu (Jakobsenův princip) vidíme jako je velmi výhodný z hlediska regulace reakce. Zařazením elektronického obvodu můžeme ovládat vylučování vodíku od 0 do 100%.

Reversibilita

Použitím námi vyvinutého systému elektrod, jsme se vyhnuli nevratnému procesu stárnutí anody oxidací při nabíjení baterie. Použitím principu rozpustné pracovní elektrody dosáhneme toho, že bude umožněno provádět téměř nekonečný počet cyklů bez ztráty kapacitních schopností či výkonu, protože tato elektroda se při každém nabíjení znovu vytváří. Reakce je zajímavá tím, že při nabíjení je vylučován kyslík, a při vybíjení je vylučován vodík. Oddělením poločlánků vhodnými iontoměničovými membránami se dosáhne stoprocentní separace plynotvorného procesu. Díky tomu je možno vytvářet vodík vysoké čistoty dosahující 99,95% dokonce i zajistit určitý výstupní tlak (0,1 MPa).

Možnosti využití baterií

Ve spojení s palivovým článkem nebo s nízkoteplotním vodíkovým katalytickým kotlem, případně i přímým spalováním lze baterie využít například pro:
• CHYTRÉ STANICE PRO DOBÍJENÍ ELEKTROMOBILŮ
• LOKÁLNÍ ENERGETICKÝ ZDROJ PRO SOBĚSTAČNÉ (AKTIVNÍ) DOMY (kogenerace elektřiny a tepla pro vytápění)
• KAPACITÍ AKUMULAČNÍ ELEKTRÁRNY PRO MODERACI ENERGETICKÝCH VÝKYVŮ ROZVODNÉ SÍTĚ