Kraftkilde: Ved å spise aluminium og drikke vann har Open Water Power skapt en kraftkilde som kan gi undervannsfarkoster ti ganger lenger rekkevidde enn de som bruker litiumbatterier i dag. (Bilde: OWP)

Undervanns kraftkilde

En kraftkilde basert på aluminium og vann tidobler rekkevidden til undervannsdroner

Ved å oksidere aluminium slipper man unna ladeproblemet til litiumionebatterier.

Aluminium kan bli drivkraften for UUV-er - unpiloted underwater vehicles, selvstendige undervannsdroner som undersøker installasjoner på havbunnen eller leter etter sunkne gjenstander.

Ved kontrollert korrosjon i en slags brenselcelle aktivert av vann, kan de få en rekkevidde som er ti ganger lenger enn om de var utstyrt med litiumionebatterier som i dag.

Trenger rekkevidde

Det er ikke bare rekkeviddeargumentet som taler for slike kraftkilder. Det er sikkerhet også. Ofte må undervannsdroner fraktes med fly og det er restriksjoner på å ta med store kompakte litiumionebatterier.

En aluminiumsdrevet kraftcelle derimot er helt ufarlig. Den vil ikke generere kraft før den får tilgang til vann og da kan den og dronene flys hvor som helst.

Begge argumenter taler sterkt for slike kraftceller når UUV-er skal brukes til å søke etter sunkne fly eller båter. De må flys inn raskt operere lengst mulig under vann.

Rekkevidde: I dag rekker ikke vanlige 21 fot langt UUV-er langt ( i rødt) når de sendes på oppdrag i den meksikanske gulf og skal tilbake igjen. Utstyrt med den nye aluminium/vann kraftcellen vil de kunne dekke hele området hvor det er oljeutvinning og rørledninger.
Rekkevidde: I dag rekker ikke vanlige 21 fot langt UUV-er langt ( i rødt) når de sendes på oppdrag i den meksikanske gulf og skal tilbake igjen. Utstyrt med den nye aluminium/vann kraftcellen vil de kunne dekke hele området hvor det er oljeutvinning og rørledninger. Foto: OWP

En drone med litiumionebatterier får sterkt redusert brukstid på havbunnen fordi den må opp å lade batteriene. Da trekker selve opp- og nedstigningen mye av kraftreserven og det blir mindre igjen til selve leteroperasjonen.

Slike aluminium-vann kraftceller kan også gi kraft til ulike sensorer, enten de er plassert på havbunnen eller på overflaten. Det eneste kravet er tilgangen på vann.

Drikker vann

Reaksjonsdiagram
Reaksjonsdiagram Foto: OWP

Kraftcellen er utviklet av selskapet OWP - Open Water Power som har sprunget ut av forskningsmiljøer på MIT - Massachusetts Institute of Technology.

MIT har jobbet i årtier med kraftkilder basert på aluminium-luft og aluminium-vann. Problemet med begge systemene er at de ikke er ladbare. De forbruker metallet ved å korrodere det og genererer strøm i prosessen.

Men aluminium inneholder potensielt veldig mye energi som kan tappes ut som strøm med den rette teknologien. Det er det Open Water Power nå sier de har løst.

– Dette ser ut til å være en snedig teknologisk løsning som kan fungere godt i undervannsanvendelser. De baserer seg på sjøvann og sender restprodukter som hydrogen og aluminiumhydroksid ut i sjøen igjen. Det å fjerne restproduktet fra anoden gjør at cellen krymper i stedet for å vokse. Det at de kan bruke energitett aluminium og sirkulere vann fra omgivelsene er hemmeligheten som gjør at de kan generere så mye strøm. Jeg regner med at prosessen vil være temmelig treg så vi snakker neppe om mange ampere, men det trengs sjelden i slike undervannsfarkoster, sier avdelingsleder og batteriekspert ved IFE, Martin Kirkengen.

Vannelektrolytt med noe ekstra

Vannet fungerer som en elektrolytt sammen med et stoff som er mildt alkalisk. Det spiller ingen rolle om det er salt sjøvann eller ferskvann.

Vannblandingen virker som en ioneleder, men det transporterer også bort reaksjonsprodukter og varme. Ved å endre komposisjonen av elektrolytten kan kraftcellen modifiseres for strømbehov og levetid.

Energitetthet: Ulike kjemier har ulik energitetthet. Noen Alle varierer i krafttetthet og energitetthet etter hvor mye effekt som tappes. Størst tetthet oppnås ved lavt strømtrekk.
Energitetthet: Ulike kjemier har ulik energitetthet. Noen Alle varierer i krafttetthet og energitetthet etter hvor mye effekt som tappes. Størst tetthet oppnås ved lavt strømtrekk. Foto: OWP
Godt egnet: Aluminium er godt egnet til å hente ut energi når det reagerer med vann. Men om det hadde reagert med oksygen ville det generert mye mer energi.
Godt egnet: Aluminium er godt egnet til å hente ut energi når det reagerer med vann. Men om det hadde reagert med oksygen ville det generert mye mer energi. Foto: OWP

Katoden i kraftcellen er basert på en kjent industriell prosess hvor vann splittes til hydroksidioner og hydrogen. Hydroksidionene transporteres gjennom elektrolytten til anoden hvor de reagerer med aluminium til aluminiumhydroksid som skilles ut i vannet. Hydrogenet slippes også ut i vannet.

Det å skille ut aluminiumhydroksiden som produseres er valgfritt. I et tilfelle hvor kraftcellen kan stå på havbunnen for drive en installasjon er det mulig å  ta vare på restproduktet og resirkulere det når cellen tas opp.

Det hadde kanskje vært fristende å tenke seg at hydrogengassen kunne brukes til å lage mer strøm i en brenselcelle, men det ville kreve tilgang på oksygen og det ville gjort systemet mye mer komplisert.

Lav virkningsgrad

Ifølge det OPW selv oppgir, produserer den elektrokjemiske prosessen to watt varme for hver watt den produserer. Det betyr at den er ekstremt lite strømeffektiv i forhold til andre batteriteknologier, men den redder seg inn fordi «drivstoffet» er så energitett.

Massebalanse og kraft utbytte. SCCM betyr standard kubikk centimeter.
Massebalanse og kraft utbytte. SCCM betyr standard kubikk centimeter. Foto: OWP

Anoden består av aluminium legert med små mengder ikke giftige metaller, slik som gallium. De bidrar til å aktiviser aluminiumet slik at det reagerer med sjøvannet samtidig som det ikke korroderer unødvendig ved lave strømstyrker.

Galliumet bidrar til at aluminiumet mye lettere gir fra seg elektroner som det ellers nødig gjør. Den lave reaktiviteten bidrar til sikkerhet og stabilitet. Selv om systemet skulle punkteres vil det ikke reagere voldsomt slik som et litiumionebatteri.

Kommentarer (6)

Kommentarer (6)