Hliníkový vzduchový článok, hliníková vzduchová batéria a spôsob prevádzky batérie. Hliníková batéria je skvelým doplnkom elektrického vozidla Chemické reakcie v hliníkovej vzduchovej batérii

Takmer tridsať rokov hľadania spôsobov, ako vylepšiť hliníkovo-iónovú batériu, sa blíži ku koncu. Prvú batériu s hliníkovou anódou, ktorá sa dokáže rýchlo nabíjať, pričom je lacná a odolná, vyvinuli vedci zo Stanfordskej univerzity.

Vedci s istotou vyhlasujú, že ich potomstvo sa môže stať bezpečnou alternatívou k lítium-iónovým batériám, ktoré sa dnes používajú všade, ako aj alkalickým batériám, ktoré sú škodlivé pre životné prostredie.

Nebude zbytočné si to pamätať lítium-iónové batérie niekedy zapáliť. Profesor chémie Hongzhi Dai si je istý, že jeho nová batéria nerozsvieti sa, aj keď cez ňu prevŕtate. Kolegovia profesora Daiya opísali nové batérie ako „ultrarýchle dobíjateľné hliníkovo-iónové batérie“.

Hliník vďaka svojej nízkej cene, požiarnej bezpečnosti a schopnosti vytvárať značnú elektrickú kapacitu už dlho priťahuje pozornosť výskumníkov, ale trvalo mnoho rokov, kým sa vytvorila komerčne životaschopná hliníkovo-iónová batéria, ktorá by dokázala produkovať dostatočné napätie aj po mnohých nabitiach. - vybíjacie cykly.

Vedci museli prekonať mnoho prekážok vrátane: rozpadu materiálu katódy, nízkeho vybíjacieho napätia článku (asi 0,55 voltu), straty kapacity a nedostatočného životného cyklu (menej ako 100 cyklov), rýchlej straty energie (z 26 na 85 percent po 100 cykloch).

Teraz majú vedci batérie na báze vysoko stabilného hliníka, v ktorom použili hliníkovú kovovú anódu spárovanú s 3D grafitovou penovou katódou. Predtým sa vyskúšalo mnoho rôznych materiálov pre katódu a riešenie v prospech grafitu sa našlo celkom náhodou. Vedci zo skupiny Hongzhi Daya identifikovali niekoľko typov grafitového materiálu, ktorý vykazuje veľmi vysoký výkon.

Vo svojich experimentálnych návrhoch tím Stanfordskej univerzity umiestnil hliníkovú anódu, grafitovú katódu a bezpečný kvapalný iónový elektrolyt zložený predovšetkým z roztokov solí do flexibilného polymérového vrecka.

Profesor Dai a jeho tím nahrali video, na ktorom ukázali, že aj keby bola škrupina prevŕtaná, ich batérie by ešte chvíľu fungovali a nevznietili by sa.

Dôležitou výhodou nových batérií je ich ultrarýchle nabíjanie. Lítium-iónové batérie smartfónov sa zvyčajne nabíjajú v priebehu niekoľkých hodín, kým prototyp Nová technológia demonštruje bezprecedentnú rýchlosť nabíjania až do jednej minúty.

Výdrž nových batérií je obzvlášť pôsobivá. Životnosť batérie je viac ako 7500 cyklov nabitia a vybitia a bez straty energie. Autori uvádzajú, že ide o prvý model hliníkovo-iónových batérií s ultrarýchlym nabíjaním a stabilitou tisícok cyklov. Typická lítium-iónová batéria vydrží iba 1000 cyklov.

Pozoruhodnou vlastnosťou hliníkovej batérie je jej flexibilita. Batéria sa dá ohnúť, čo naznačuje potenciál jej využitia v flexibilných gadgetoch. Okrem iného je hliník oveľa lacnejší ako lítium.

Ako sľubné sa javí využitie takýchto batérií na skladovanie obnoviteľnej energie, aby sa mohla rezervovať pre následné poskytovanie. elektrické siete, pretože podľa najnovších vedcov možno hliníkovú batériu nabiť desaťtisíckrát.

Na rozdiel od bežne používaných článkov AA a AAA s napätím 1,5 voltu generuje hliníkovo-iónová batéria napätie okolo 2 voltov. Toto je najvyšší výkon, aký kedy kto dosiahol s hliníkom a v budúcnosti sa zlepší, tvrdia vývojári nových batérií.

Dosiahla sa hustota akumulácie energie 40 Wh na kilogram, pričom toto číslo dosahuje 206 Wh na kilogram. Profesor Hongzhi Dai verí, že zlepšenie katódového materiálu nakoniec povedie k zvýšeniu napätia a zvýšeniu hustoty ukladania energie v hliníkovo-iónových batériách. V každom prípade sa už podarilo dosiahnuť množstvo výhod oproti lítium-iónovej technológii. Tu a lacnosť v kombinácii s bezpečnosťou a vysokorýchlostným nabíjaním a flexibilitou a dlhý termín služby.

Zdroje chemického prúdu so stabilnými a vysokými špecifickými vlastnosťami sú jednou z najdôležitejších podmienok pre rozvoj komunikácií.

V súčasnosti je potreba odberateľov elektriny na komunikačné zariadenia krytá najmä použitím drahých galvanických článkov alebo batérií.

Batérie sú relatívne autonómne zdroje napájania, pretože je potrebné ich pravidelne nabíjať zo siete. Nabíjačky používané na tento účel majú vysoká cena a nie vždy sú schopné poskytnúť výhodný režim nabíjania. Takže batéria Sonnenschein vyrobená technológiou dryfit s hmotnosťou 0,7 kg a kapacitou 5 Ah sa nabíja 10 hodín a pri nabíjaní je potrebné dodržiavať štandardné hodnoty prúdu, napätia. a čas nabíjania. Nabíjanie sa vykonáva najskôr pri DC, potom pri konštantnom napätí. Za toto, drahé nabíjacie zariadenie so softvérovým ovládaním.

Galvanické články sú úplne autonómne, ale zvyčajne majú nízky výkon a obmedzenú kapacitu. Keď sa energia v nich uložená vyčerpá, likvidujú sa, znečisťujú životné prostredie. Alternatívou k suchým zdrojom sú vzduchovo-kovové mechanicky dobíjané zdroje, ktorých niektoré energetické charakteristiky sú uvedené v tabuľke 1.

stôl 1- Parametre niektorých elektrochemických systémov

Ako je zrejmé z tabuľky, vzduchovo-kovové zdroje majú v porovnaní s inými široko používanými systémami najvyššie teoretické a praktické energetické parametre.

Systémy vzduch-kov boli implementované oveľa neskôr a ich vývoj je stále menej intenzívny ako súčasné zdroje iných elektrochemických systémov. Testy prototypov vytvorených domácimi a zahraničnými firmami však ukázali ich dostatočnú konkurencieschopnosť.

Ukázalo sa, že zliatiny hliníka a zinku môžu pracovať v alkalických a slaných elektrolytoch. Horčík - iba v soľných elektrolytoch a k jeho intenzívnemu rozpúšťaniu dochádza tak pri súčasnej tvorbe, ako aj v prestávkach.

Na rozdiel od horčíka sa hliník rozpúšťa v soľných elektrolytoch iba vtedy, keď vzniká prúd. Pre zinkovú elektródu sú najsľubnejšie alkalické elektrolyty.

Zdroje prúdu vzduch-hliník (HAIT)

Na základe hliníkových zliatin vytvorili mechanicky dobíjateľné zdroje prúdu s elektrolytom na báze kuchynskej soli. Tieto zdroje sú absolútne autonómne a môžu byť použité na napájanie nielen komunikačných zariadení, ale aj na nabíjanie batérií, napájanie rôznych domácich zariadení: rádiá, televízory, mlynčeky na kávu, elektrické vŕtačky, lampy, elektrické sušiče vlasov, spájkovačky, chladničky s nízkym výkonom. , odstredivé čerpadlá a pod.Absolútna autonómia zdroja umožňuje jeho použitie v terénne podmienky, v regiónoch bez centralizovaného zásobovania energiou, v miestach katastrof a živelných pohrôm.

HAIT sa nabije v priebehu niekoľkých minút, čo je potrebné na naplnenie elektrolytu a/alebo výmenu hliníkových elektród. Na nabíjanie potrebujete iba kuchynskú soľ, vodu a zásobu hliníkových anód. Ako jeden z aktívnych materiálov sa používa vzdušný kyslík, ktorý je redukovaný na uhlíkových a fluoroplastových katódach. Katódy sú pomerne lacné, poskytujú zdroj na dlhú dobu, a preto majú malý vplyv na cenu vyrobenej energie.

Náklady na elektrinu prijatú v HAIT sú určené najmä nákladmi na periodicky vymieňané anódy, nezahŕňajú náklady na okysličovadlo, materiály a technologických procesov ktoré zabezpečujú výkon tradičných galvanických článkov, a preto sú 20-krát nižšie ako náklady na energiu získanú z takých autonómnych zdrojov, akými sú alkalické mangánovo-zinkové články.

tabuľka 2- Parametre vzduchovo-hliníkových prúdových zdrojov

Trvanie nepretržitej prevádzky je určené množstvom spotrebovaného prúdu, objemom elektrolytu naliateho do článku a je 70 - 100 Ah / l. Spodná hranica je určená viskozitou elektrolytu, pri ktorej je možný jeho voľný výboj. Horná hranica zodpovedá zníženiu charakteristík článku o 10-15%, avšak po jej dosiahnutí je potrebné na odstránenie hmoty elektrolytu použiť mechanické zariadenia ktoré môžu poškodiť kyslíkovú (vzduchovú) elektródu.

Viskozita elektrolytu sa zvyšuje, keď je nasýtený suspenziou hydroxidu hlinitého. (Hydroxid hlinitý sa prirodzene vyskytuje vo forme ílu alebo oxidu hlinitého, je výborným produktom na výrobu hliníka a možno ho vrátiť do výroby).

Výmena elektrolytu sa vykonáva v priebehu niekoľkých minút. S novými časťami elektrolytu môže HAIT pracovať až do vyčerpania anódového zdroja, čo pri hrúbke 3 mm predstavuje 2,5 Ah/cm 2 geometrického povrchu. Ak sú anódy rozpustené, v priebehu niekoľkých minút sa nahradia novými.

Samovybíjanie HAIT je veľmi nízke aj pri skladovaní s elektrolytom. Ale vzhľadom na to, že HAIT je možné v intervale medzi výbojmi skladovať bez elektrolytu, jeho samovybíjanie je zanedbateľné. Životnosť HAIT je obmedzená životnosťou plastu, z ktorého je vyrobený.HAIT bez elektrolytu je možné skladovať až 15 rokov.

V závislosti od požiadaviek spotrebiteľa môže byť HAIT modifikovaný, berúc do úvahy skutočnosť, že 1 prvok má napätie 1 V pri prúdovej hustote 20 mA/cm 2 a prúd odoberaný z HAIT je určený plochou elektród.

Štúdie procesov vyskytujúcich sa na elektródach a v elektrolyte, uskutočnené v MPEI(TU), umožnili vytvoriť dva typy zdrojov prúdu vzduch-hliník - zaplavené a ponorené (tabuľka 2).

Vyplnené HAIT

Vyplnené HAIT pozostávajú zo 4-6 prvkov. Prvok naplneného HAIT (obr. 1) je obdĺžniková nádoba (1), v ktorej protiľahlých stenách je inštalovaná katóda (2). Katóda pozostáva z dvoch častí elektricky spojených do jednej elektródy zbernicou (3). Medzi katódami je umiestnená anóda (4), ktorej poloha je fixovaná vodidlami (5). Dizajn prvku, patentovaný autormi /1/, umožňuje znížiť negatívny vplyv hydroxidu hlinitého vznikajúceho ako finálneho produktu v dôsledku organizácie vnútornej cirkulácie. Na tento účel je prvok v rovine kolmej na rovinu elektród rozdelený priečkami na tri časti. Prepážky slúžia aj ako vodiace lišty pre anódu (5). Elektródy sú umiestnené v strednej časti. Bublinky plynu uvoľnené počas prevádzky anódy zvyšujú suspenziu hydroxidu spolu s prúdom elektrolytu, ktorý klesá na dno v ďalších dvoch častiach článku.

Obrázok 1- Schéma prvkov

Vzduch je privádzaný ku katódam v HAIT (obr. 2) cez medzery (1) medzi prvkami (2). Koncové katódy sú chránené pred vonkajšími mechanickými vplyvmi bočnými panelmi (3). Tesnosť konštrukcie je zabezpečená použitím rýchlo odnímateľného krytu (4) s tesniacim tesnením (5) z poréznej gumy. Napnutie gumového tesnenia sa dosiahne pritlačením krytu k telu HAIT a jeho upevnením v tomto stave pomocou pružinových svoriek (na obrázku nie sú znázornené). Plyn sa uvoľňuje cez špeciálne navrhnuté porézne hydrofóbne ventily (6). Prvky (1) v batérii sú zapojené do série. Doskové anódy (9), ktorých dizajn bol vyvinutý v MPEI, majú flexibilné zberače prúdu s konektorovým prvkom na konci. Konektor, ktorého protiľahlá časť je spojená s katódovou jednotkou, umožňuje rýchle odpojenie a pripojenie anódy pri jej výmene. Keď sú všetky anódy spojené, prvky HAIT sú zapojené do série. Krajné elektródy sú k HAIT bornom (10) pripojené aj pomocou konektorov.

1 - vzduchová medzera, 2 - prvok, 3 - ochranný panel, 4 - kryt, 5 - katódová zbernica, 6 - tesnenie, 7 - ventil, 8 - katóda, 9 - anóda, 10 - bór

Obrázok 2- Vyplnené HAIT

Ponorné HAIT

Ponorný HAIT (obr. 3) je sypaný HAIT obrátený naruby. Katódy (2) sú rozmiestnené aktívnou vrstvou smerom von. Kapacita článku, do ktorého bol nalievaný elektrolyt, je rozdelená prepážkou na dve časti a slúži na samostatný prívod vzduchu ku každej katóde. Anóda (1) je inštalovaná v medzere, cez ktorú bol privádzaný vzduch ku katódam. HAIT sa aktivuje nie naliatím elektrolytu, ale ponorením do elektrolytu. Elektrolyt je predbežne naplnený a uložený medzi výbojmi v nádrži (6), ktorá je rozdelená na 6 neprepojených sekcií. Ako nádrž je použitý monoblok batérie 6ST-60TM.

1 - anóda, 4 - katódová komora, 2 - katóda, 5 - horný panel, 3 - lyžina, 6 - nádrž na elektrolyt

Obrázok 3- Ponorný vzduchovo-hliníkový prvok v paneli modulu

Táto konštrukcia umožňuje rýchlu demontáž batérie, vybratie modulu s elektródami a manipuláciu pri plnení a vyprázdňovaní elektrolytu nie s batériou, ale s nádobou, ktorej hmotnosť s elektrolytom je 4,7 kg. Modul kombinuje 6 elektrochemických prvkov. Prvky sú pripevnené k hornému panelu (5) modulu. Hmotnosť modulu so sadou anód je 2 kg. HAIT z 12, 18 a 24 prvkov sa získal sériovým zapojením modulov. Medzi nevýhody vzduchovo-hliníkového zdroja patrí pomerne vysoká vnútorný odpor, nízka hustota výkonu, nestabilita napätia počas vybíjania a pokles napätia pri zapnutí. Všetky tieto nedostatky sú pri používaní vyrovnané kombinovaný zdroj prúd (KIT), pozostávajúci z HAIT a batérie.

Kombinované zdroje prúdu

Vybíjacia krivka „zatopeného“ zdroja 6VAIT50 (obr. 4) pri nabíjaní uzavretého oloveného akumulátora 2SG10 s kapacitou 10 Ah sa vyznačuje, podobne ako v prípade napájania iných záťaží, poklesom napätia v prvých sekundách, kedy záťaž je pripojená. V priebehu 10-15 minút napätie stúpne na pracovné napätie, ktoré zostáva konštantné počas celého výboja HAIT. Hĺbka ponoru je určená stavom povrchu hliníkovej anódy a jej polarizáciou.

Obrázok 4- Krivka vybíjania 6VAIT50 pri nabíjaní 2SG10

Ako viete, proces nabíjania batérie prebieha iba vtedy, keď je napätie na zdroji, ktorý dáva energiu, vyššie ako na batérii. Zlyhanie počiatočného napätia HAIT vedie k tomu, že sa batéria pri HAIT začne vybíjať a následne na elektródach HAIT začnú vytekať. reverzné procesy, čo môže viesť k pasivácii anód.

Aby sa zabránilo nežiaducim procesom, je v obvode medzi HAIT a batériou inštalovaná dióda. V tomto prípade je vybíjacie napätie HAIT počas nabíjania batérie určené nielen napätím batérie, ale aj úbytkom napätia na dióde:

U VAIT \u003d U ACC + ΔU DIOD (1)

Zavedenie diódy do obvodu vedie k zvýšeniu napätia na HAIT aj na batérii. Vplyv prítomnosti diódy v obvode je znázornený na obr. 5, ktorý znázorňuje zmenu rozdielu napätia medzi HAIT a batériou pri striedavom nabíjaní batérie s diódou v obvode a bez nej.

V procese nabíjania batérie pri absencii diódy má rozdiel napätia tendenciu klesať, t.j. zníženie účinnosti HAIT, zatiaľ čo v prítomnosti diódy má rozdiel a následne aj účinnosť procesu tendenciu narastať.

Obrázok 5- Rozdiel napätia 6VAIT125 a 2SG10 pri nabíjaní s diódou a bez nej

Obrázok 6- Zmena vybíjacích prúdov 6VAIT125 a 3NKGK11, keď je spotrebič napájaný

Obrázok 7- Zmena mernej energie KIT (VAIT - olovená batéria) so zvýšením podielu špičkového zaťaženia

Komunikačné zariadenia sa vyznačujú spotrebou energie v režime premenlivého, vrátane špičkového zaťaženia. Takýto vzor spotreby sme modelovali pri napájaní spotrebiča so základným zaťažením 0,75 A a špičkovým zaťažením 1,8 A zo KITu pozostávajúceho z 6VAIT125 a 3NKGK11. Charakter zmeny prúdov generovaných (spotrebovaných) komponentmi KIT je znázornený na obr. 6.

Z obrázku je vidieť, že v základnom režime poskytuje HAIT dostatočný prúd na napájanie základnej záťaže a nabíjanie batérie. V prípade špičkového zaťaženia je odber zabezpečený prúdom generovaným HAIT a batériou.

Naša teoretická analýza ukázala, že merná energia KIT je kompromisom medzi mernou energiou HAIT a batérie a zvyšuje sa s poklesom podielu špičkovej energie (obr. 7). Špecifický výkon KIT je vyšší ako merný výkon HAIT a zvyšuje sa so zvyšovaním podielu špičkového zaťaženia.

závery

Boli vytvorené nové zdroje energie na elektrochemickom systéme „vzduch-hliník“ s roztokom kuchynskej soli ako elektrolytom, s energetickou kapacitou cca 250 Ah a mernou energiou nad 300 Wh/kg.

Nabitie vyvinutých zdrojov sa uskutoční v priebehu niekoľkých minút mechanická výmena elektrolyt a/alebo anódy. Samovybíjanie zdrojov je zanedbateľné a preto ich pred aktiváciou možno skladovať 15 rokov. Boli vyvinuté varianty zdrojov, ktoré sa líšia spôsobom aktivácie.

Bola študovaná prevádzka vzduchovo-hliníkových zdrojov počas nabíjania batérie a ako súčasť kombinovaného zdroja. Ukazuje sa, že špecifická energia a špecifický výkon KIT sú kompromisné hodnoty a závisia od podielu špičkového zaťaženia.

HAIT a KIT na nich založené sú absolútne autonómne a možno ich použiť na napájanie nielen komunikačných zariadení, ale aj na napájanie rôznych domácich zariadení: elektrické stroje, svietidlá, chladničky s nízkym výkonom atď. Absolútna autonómia zdroja umožňuje jeho použitie v teréne, v regiónoch, ktoré nemajú centralizované zásobovanie energiou, v miestach katastrof a živelných pohrôm.

BIBLIOGRAFIA

1. Patent Ruskej federácie č. 2118014. Prvok kov-vzduch. / Dyachkov E.V., Kleimenov B.V., Korovin N.V., / / ​​​​IPC 6 N 01 M 12/06. 2/38. prog. 06/17/97 zverejnené. 20. 8. 2098
2. Korovin N.V., Kleimenov B.V., Voligová I.A. & Voligov I.A.// Abstr. Druhý Symp. na New Mater. pre palivové články a moderné batériové systémy. 6. – 10. júla. 1997 Montreal. Kanada. v 97-7.
3. Korovin N.V., Kleimenov B.V. Vestník MPEI (v tlači).

Práca bola realizovaná v rámci programu "Vedecký výskum vysokého školstva v prioritných oblastiach vedy a techniky"

Majitelia patentu RU 2561566:

Vynález sa týka energetických zdrojov, najmä vzduchovo-hliníkových prúdových zdrojov.

Známy zdroj chemického prúdu (pat. RU 2127932), v ktorom sa výmena hliníkovej elektródy tiež uskutočňuje otvorením puzdra batérie a následnou inštaláciou novej elektródy.

Nevýhodou známych spôsobov vkladania elektródy do batérie je, že batéria musí byť na dobu výmeny elektródy odstránená z napájacieho obvodu.

Známa je palivová batéria (aplikácia RU 2011127181), v ktorej sú spotrebné elektródy vo forme pások preťahované cez puzdro batérie cez tlakové tesnenia a tlakové tesnenia, ako sú vyrábané pomocou stálych bubnov, čo zabezpečuje vstup spotrebných elektród do batérie. bez prerušenia napájacieho obvodu.

Nevýhodou známeho spôsobu je, že tlakové tesnenia a tlakové tesnenia neodstraňujú vodík uvoľnený počas prevádzky z batérie.

Technický výsledok vynálezy - poskytujúce automatické vkladanie elektródy so zväčšenou pracovnou plochou spotrebnej elektródy do palivového článku bez prerušenia napájacieho obvodu, čím sa zvyšuje energetická výkonnosť palivového článku.

Uvedený technický výsledok je dosiahnutý tým, že spôsob zavádzania spotrebnej elektródy do vzduchovo-hliníkového palivového článku zahŕňa pohyb spotrebnej elektródy tak, ako je vyvinutá vo vnútri krytu palivového článku. Podľa vynálezu je použitá tavná elektróda vo forme hliníkového drôtu, ktorý je navinutý na špirálovej drážke tenkostennej tyče z dielektrického hydrofóbneho materiálu a ktorej jeden koniec je vložený do dutiny tenkého - murovaný

tyč cez otvor v jej spodnej časti a spotrebná elektróda sa posúva zaskrutkovaním tenkostennej tyče do krytov krytu palivového článku, umiestnených na oboch stranách krytu a vyrobených z hydrofóbneho materiálu, čím sa zabezpečí, že elektrolyt je uložený vo vnútri palivového článku a vyvíjajúci sa vodík sa odstraňuje z jeho krytu pozdĺž skrutkových povrchov hydrofóbnych krytov.

K pohybu spotrebnej elektródy navinutej na tenkostennej tyči so špirálovou drážkou dochádza v dôsledku jej zaskrutkovania do krytov, ktoré sú vyrobené z hydrofóbneho materiálu (fluoroplast, ps, polyetylén), pričom elektrolyt zostáva vo vnútri palivového článku. a vodík uvoľnený počas prevádzky sa odstraňuje pozdĺž špirálového povrchu telesa palivového článku.

Valcová tvoriaca čiara pre tavnú elektródu je vyrobená vo forme tenkostennej tyče so špirálovou drážkou, na ktorej je navinutá elektróda z hliníkového drôtu. Tyč je vyrobená z dielektrického hydrofóbneho materiálu, ktorý neumožňuje interakciu s elektrolytom. Tyč s elektródou z hliníkového drôtu zväčšuje aktívnu plochu spotrebnej elektródy a tým zlepšuje energetické charakteristiky (veľkosť odoberaného prúdu) vzduchovo-hliníkového palivového článku.

Podstata vynálezu je znázornená na výkresoch, kde:

na obr. 1 zdroj prúdu vzduch-hliník;

na obr. 2 - pohľad A na obr. jeden;

na obr. 3 je pohľad B na obr. jeden.

Vzduchovo-hliníkový palivový článok pozostáva z kovového puzdra 1 s otvormi 2 na prechod vzduchu na trojfázové rozhranie, plynovej difúznej katódy 3, elektrolytu 4, 2 hydrofóbnych krytov 5 umiestnených na oboch stranách kovového puzdra 1, elektróda vo forme tenkostennej tyče 6, hliníkový drôt 7 navinutý na špirálovej drážke.

Pri spotrebe hliníkového drôtu 7 dochádza ku korózii a pasivácii povrchu elektródy, čo vedie k zníženiu veľkosti odvádzaného prúdu a k útlmu elektrochemického procesu. Na aktiváciu procesu je potrebné naskrutkovať tenkostennú tyč so špirálovou drážkou, v ktorej je navinutý spotrebný hliníkový drôt, do hydrofóbnych uzáverov 5. Cez špirálové povrchy hydrofóbnych uzáverov 5 sa uvoľňuje vodík, pričom elektrolyt zostáva vnútri kovového krytu 1 palivového článku.

Táto metóda umožňuje automatizovať proces výmeny anódy (spotrebnej elektródy) v zdroji prúdu vzduch-hliník (HAPS) bez prerušenia napájacieho obvodu, ako aj odstraňovania vodíka uvoľneného počas prevádzky.

1. Spôsob zavádzania spotrebnej elektródy do vzduchovo-hliníkového palivového článku, ktorý zahŕňa pohyb spotrebnej elektródy pri jej opotrebovaní vo vnútri telesa palivového článku, vyznačujúci sa tým, že spotrebná elektróda sa používa vo forme hliníkového drôtu, ktorý je navinutý. na špirálovej drážke tenkostennej tyče vyrobenej z dielektrického hydrofóbneho materiálu a jeden koniec, ktorý je vložený do dutiny tenkostennej tyče otvorom v jej spodnej časti a pohyb spotrebnej elektródy sa uskutočňuje skrutkovaním tenkostenná tyč do uzáverov puzdra palivového článku umiestnená na oboch stranách puzdra a vyrobená z hydrofóbneho materiálu, zaisťuje, že elektrolyt je uložený vo vnútri palivového článku a odstraňuje z neho puzdra unikajúceho vodíka pozdĺž špirálového povrchu hydrofóbne viečka.

Podobné patenty:

Predložený vynález sa týka generátora energie s palivovými článkami špeciálne navrhnutého ako záložné zariadenie pri absencii sieťového napájania.

Predložený vynález sa týka plynového generátora na premenu paliva na plyn ochudobnený o kyslík a/alebo plyn bohatý na vodík, ktorý môže byť použitý v akomkoľvek procese vyžadujúcom plyn ochudobnený o kyslík a/alebo plyn bohatý na vodík, výhodne používaný na generovanie ochranného plynu alebo redukčného plynu na spustenie, odstavenie alebo núdzové odstavenie palivového článku s pevným oxidom (SOFC) alebo elektrolyzačného článku s pevným oxidom (SOEC).

PODSTATA: Vynález sa týka technológie palivových článkov a konkrétnejšie zostavy sústavy palivových článkov s pevným oxidom. EFEKT: zabezpečenie kompaktnosti, jednoduchosť prechodu batérie/systému a zlepšenie charakteristík systému.

Vynález sa týka elektrární s palivovými článkami z tuhého polyméru (FC), v ktorých sa elektrina vyrába elektrochemickou reakciou plynného vodíka s oxidom uhličitým a elektrochemickou reakciou oxidu uhoľnatého so vzdušným kyslíkom.

Poskytuje sa systém (100) palivových článkov, ktorý obsahuje palivový článok (1) na generovanie energie vykonávaním elektrochemickej reakcie medzi oxidačným plynom privádzaným do elektródy (34) oxidačného činidla a palivovým plynom privádzaným do palivovej elektródy (67); systém prívodu palivového plynu (HS) na privádzanie palivového plynu k palivovej elektróde (67); a ovládač (40) na nastavenie systému prívodu palivového plynu (HS) na dodávanie palivového plynu do palivovej elektródy (67), pričom ovládač (40) vykonáva zmenu tlaku, keď je bočný výstup palivovej elektródy (67) uzavretý, regulátor (40) periodicky mení tlak palivového plynu na palivovej elektróde (67) na základe prvého profilu tlakovej zmeny, aby spôsobil zmenu tlaku pri prvom kolísaní tlaku (WP1).

Spôsob výroby separátora z kovovej ocele pre palivové články Oblasť techniky Vynález sa týka spôsobu výroby separátora z kovovej ocele pre palivové články, ktorý má odolnosť proti korózii a kontaktnú odolnosť nielen v počiatočnom štádiu, ale aj po vplyve podmienok. vysoká teplota a/alebo vysoká vlhkosť v palivovom článku počas dlhé obdobiečas.

Vynález sa týka palivových článkov s pevným oxidom so schopnosťou vnútorného reformovania. Palivový článok s pevným oxidom typicky obsahuje katódu, elektrolyt, anódu a vrstvu katalyzátora v kontakte s anódou.

Predložený vynález sa týka keramickej membrány vodivej pre alkalické katióny, ktorá má aspoň časť svojho povrchu potiahnutú vrstvou organického polyelektrolytu vodivého katiónu, ktorý je nerozpustný a chemicky stabilný vo vode pri zásaditom pH.

Vynález sa týka chemické zdroje prúd s plynovo-difúznou vzduchovou katódou, kovovou anódou a vodnými roztokmi elektrolytov. LÁTKA: zdroj prúdu kov-vzduch obsahuje teleso naplnené elektrolytom, v ňom umiestnenú kovovú anódu, plynovo-difúzne vzduchové katódy umiestnené na oboch stranách kovovej anódy. Plynovo-difúzne vzduchové katódy majú zároveň stredové priečne ohyby a sú oddelené od kovovej anódy poréznymi separátormi priepustnými pre elektrolyt z materiálu s vysokým ohmickým odporom. Kovová anóda má tvar pravouhlého rovnobežnostena, spojeného s klinom, pričom klin spočíva na uvedených poréznych separátoroch. Navrhovaný zdroj prúdu kov-vzduch má zvýšenú špecifickú kapacitu, stabilné vlastnosti a predĺženú životnosť, pretože umožňuje zvýšiť pomer hmotnosti rozpúšťacej časti kovovej anódy k objemu elektrolytu a tým aj špecifickú energetická náročnosť a doba prevádzky zdroja prúdu bez výmeny kovovej anódy. 10 chorých, 2 pr.

Vynález sa týka zdrojov energie, konkrétne spôsobov výmeny spotrebnej elektródy v palivovom článku vzduch-hliník bez prerušenia napájacieho obvodu. Používa sa spotrebná elektróda vo forme hliníkového drôtu, ktorý je navinutý na špirálovej drážke tenkostennej tyče z dielektrického hydrofóbneho materiálu. Jeden koniec drôtu je vložený do dutiny tenkostennej tyče cez otvor v jej spodnej časti. Spotrebná elektróda sa posúva zaskrutkovaním tenkostennej tyče do krytov puzdra palivového článku, umiestnených na oboch stranách puzdra a vyrobených z hydrofóbneho materiálu, čím sa zabezpečí uchovanie elektrolytu vo vnútri palivového článku a odstránenie vyvíjajúceho sa vodík z jeho puzdra pozdĺž špirálového povrchu hydrofóbnych krytov. EFEKT: zvýšený energetický výkon palivového článku. 3 chorý.

Francúzska spoločnosť Renault navrhuje používať hliníkovo-vzduchové batérie od Phinergy v budúcich elektromobiloch. Poďme sa pozrieť na ich perspektívy.

Renault sa rozhodol staviť na nový typ batérie, ktorá by mohla zvýšiť dojazd na jedno nabitie sedemnásobne. Pri zachovaní veľkosti a hmotnosti dnešných batérií. Hliníkovo-vzduchové (Al-vzduchové) články majú fenomenálnu hustotu energie (8000 W/kg oproti 1000 W/kg pri tradičných batériách), ktorá sa vytvára počas oxidačnej reakcie hliníka vo vzduchu. Takáto batéria obsahuje kladnú katódu a zápornú anódu vyrobenú z hliníka a medzi elektródami je tekutý elektrolyt na vodnej báze.

Vývojár spoločnosti Batérie Phinergy uviedla, že urobila veľký pokrok vo vývoji takýchto batérií. Ich návrhom je použiť katalyzátor vyrobený zo striebra, ktorý umožňuje efektívne využiť kyslík obsiahnutý v bežnom vzduchu. Tento kyslík sa mieša s tekutým elektrolytom a tým sa uvoľňuje elektrická energia obsiahnuté v hliníkovej anóde. Hlavnou nuansou je „vzduchová katóda“, ktorá pôsobí ako membrána vo vašej zimnej bunde – prechádza cez ňu iba O2, nie oxid uhličitý.

Aký je rozdiel od tradičných batérií? Posledné majú úplne uzavreté bunky, zatiaľ čo prvky Al-vzduch potrebujú vonkajší prvok, "spustenie" reakcie. Nezanedbateľným plusom je fakt, že Al-air batéria funguje ako dieselagregát – energiu vyrába len vtedy, keď ju zapnete. A keď takejto batérii „uzatvoríte vzduch“, jej celý náboj zostane na svojom mieste a časom nezmizne, ako pri bežných batériách.

Al-vzduchové batérie používajú počas prevádzky hliníkovú elektródu, ale dá sa urobiť vymeniteľnou, ako kazeta v tlačiarni. Nabíjanie je potrebné vykonať každých 400 km, bude spočívať v doplnení nového elektrolytu, čo je oveľa jednoduchšie ako čakať na nabitie bežnej batérie.

Phinergy už vytvoril elektrický Citroen C1, ktorý je vybavený 25 kg batériou s kapacitou 100 kWh. Poskytuje výkonovú rezervu 960 km. S 50 kW motorom (asi 67 Konská sila), auto vyvinie rýchlosť 130 km / h, zrýchli na stovky za 14 sekúnd. Podobná batéria je tiež testovaná na Renault Zoe, no jeho kapacita je 22 kWh, maximálna rýchlosť auta je 135 km/h, 13,5 sekundy až „stovky“, no výkonová rezerva len 210 km.

Nové batérie sú ľahšie, o polovicu lacnejšie ako lítium-iónové batérie a v budúcnosti aj jednoduchšie na obsluhu ako súčasné. A zatiaľ je ich jediným problémom hliníková elektróda, ktorá je náročná na výrobu a výmenu. Hneď ako sa tento problém vyrieši, môžeme pokojne očakávať ešte väčšiu vlnu obľuby elektromobilov!

• , 20. januára 2015

Ako prvá na svete vyrobila vzduchovo-hliníkovú batériu vhodnú na použitie v aute. 100 kg Al-Air batéria obsahuje dostatok energie na dojazd 3 000 km v kompaktnom osobný automobil. Spoločnosť Phinergy uskutočnila ukážku technológie s Citroenom C1 a zjednodušenou verziou batérie (50 x 500 g taniere v puzdre naplnenom vodou). Auto prešlo 1800 km na jedno nabitie, zastavilo sa len kvôli doplneniu zásob vody – spotrebného elektrolytu ( video).

Hliník nenahradí lítium-iónové batérie (nenabíja sa zo zásuvky), ale je to skvelý doplnok. Veď 95 % jázd auto absolvuje na krátke vzdialenosti, kde je dostatok štandardných batérií. Prídavná batéria poskytuje zálohu v prípade vybitia batérie alebo ak potrebujete cestovať ďaleko.

Hliníková vzduchová batéria generuje prúd chemickou reakciou kovu s kyslíkom z okolitého vzduchu. Hliníková doska - anóda. Bunka je na oboch stranách potiahnutá poréznym materiálom so strieborným katalyzátorom, ktorý filtruje CO 2 . kovové prvky pomaly degradujú na Al(OH)3.

Chemický vzorec reakcie vyzerá takto:

4 Al + 3 O 2 + 6 H 2 O \u003d 4 Al (OH) 3 + 2,71 V

Nejde o žiadnu senzáciu, ale o známu technológiu. Už dlho ho používa armáda, pretože takéto prvky poskytujú mimoriadne vysokú hustotu energie. Predtým však inžinieri nedokázali vyriešiť problém s filtráciou CO 2 a súvisiacou karbonizáciou. Phinergy tvrdí, že problém vyriešili a už v roku 2017 je možné vyrábať hliníkové batérie pre elektromobily (a nielen pre ne).

Li-ion Batérie Tesla Model S váži okolo 1000 kg a poskytuje dojazd 500 km (za ideálnych podmienok 180-480 km). Povedzme, že ak ich znížite na 900 kg a pridáte hliníkovú batériu, hmotnosť auta sa nezmení. Dojazd batérie sa zníži o 10-20%, ale maximálny počet najazdených kilometrov bez nabíjania sa zvýši až na 3180-3480 km! Môžete jazdiť z Moskvy do Paríža a niečo iné zostane.

Svojím spôsobom je to podobné konceptu hybridné auto, ale nevyžaduje drahý a objemný spaľovací motor.

Nevýhoda technológie je zrejmá - bude potrebné vymeniť hliníkovo-vzduchovú batériu servisné stredisko. Pravdepodobne raz za rok alebo viac. Ide však o celkom rutinný postup. Tesla Motory minulý rok ukázali ako Model batérií S zmena za 90 sekúnd ( amatérske video).

Ďalšími nevýhodami sú energetická náročnosť výroby a prípadne vysoká cena. Výroba a recyklácia hliníkových batérií vyžaduje veľa energie. To znamená, že z environmentálneho hľadiska ich používanie len zvyšuje celkovú spotrebu elektriny v celej ekonomike. No na druhej strane je spotreba optimálnejšie rozložená – z veľkých miest odchádza do odľahlých oblastí s lacnou energiou, kde sú vodné elektrárne a hutnícke závody.

Nie je tiež známe, koľko budú takéto batérie stáť. Hoci samotný hliník je lacný kov, katóda obsahuje drahé striebro. Phinergy presne nezverejňuje, ako sa patentovaný katalyzátor vyrába. Možno je to zložitý proces.

Ale napriek všetkým nedostatkom sa hliníkovo-vzduchová batéria stále javí ako veľmi pohodlný doplnok k elektromobilu. Aspoň ako dočasné riešenie na najbližšie roky (desaťročia?), kým nezmizne problém s kapacitou batérie.

Phinergy medzitým experimentuje s „dobíjacím“

Domov » Oprava generátora » Hliníkový vzduchový článok, hliníková vzduchová batéria a spôsob prevádzky batérie. Hliníková batéria je skvelým doplnkom elektrického vozidla Chemické reakcie v hliníkovej vzduchovej batérii