แบตเตอรี่อลูมิเนียมเป็นส่วนเสริมที่ยอดเยี่ยมสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า รถเติมน้ำมันด้วยอลูมิเนียม แหล่งพลังงานรวม

แฟน ๆ ของรถยนต์ไฟฟ้าใฝ่ฝันถึงแบตเตอรี่ที่จะให้เพื่อนสี่ล้อของพวกเขาสามารถเอาชนะมากกว่าหนึ่งและครึ่งพันกิโลเมตรด้วยการชาร์จครั้งเดียว บริษัทสตาร์ทอัพสัญชาติอิสราเอล Phinergy เชื่อว่าแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศที่พัฒนาโดยผู้เชี่ยวชาญของบริษัทจะทำหน้าที่นี้ได้ดีเยี่ยม

Aviv Sidon CEO ของ Phinergy เพิ่งประกาศความร่วมมือกับ ผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่. เงินทุนเพิ่มเติมนี้คาดว่าจะช่วยให้บริษัทสามารถผลิตแบตเตอรี่ปฏิวัติวงการได้เป็นจำนวนมากภายในปี 2560

ในวิดีโอ ( ท้ายบทความ) Elliot Gotkin นักข่าวของ Bloomberg ขับรถไปรอบ ๆ หลังพวงมาลัยของรถยนต์ขนาดเล็กที่ได้รับการดัดแปลงเป็นรถยนต์ไฟฟ้า ในเวลาเดียวกัน มีการติดตั้งแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศของ Phinergy ไว้ที่ท้ายรถของรถคันนี้

รถยนต์ไฟฟ้า Citroen C1 ที่มีแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถเดินทางได้ไม่เกิน 160 กม. ต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง แต่แบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศของ Phinergy ช่วยให้สามารถวิ่งได้อีก 1,600 กม.

ในวิดีโอ วิศวกรสามารถเห็นการเติมถังพิเศษภายในรถสาธิตด้วยน้ำกลั่น คาดเดาได้ ออนบอร์ดคอมพิวเตอร์ช่วงการเดินทางอัตโนมัติที่แสดงบนจอแสดงผล โทรศัพท์มือถือพีเนอร์จี ซีอีโอ

น้ำทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับอิเล็กโทรไลต์ที่อิออนผ่านและปล่อยพลังงานออกมาในกระบวนการ ไฟฟ้าใช้เพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้าของรถยนต์ ตามที่วิศวกรของสตาร์ทอัพกล่าวว่าถังเก็บน้ำของผู้สาธิตจำเป็นต้องเติม "ทุกสองสามร้อยกิโลเมตร"

แผ่นอะลูมิเนียมใช้เป็นขั้วบวกในแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศ และ อากาศภายนอกทำหน้าที่เป็นแคโทด ส่วนประกอบอลูมิเนียมของระบบจะถูกทำลายอย่างช้าๆ เนื่องจากโมเลกุลของโลหะรวมกับออกซิเจนและปล่อยพลังงาน

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อะตอมอะลูมิเนียมสี่อะตอม โมเลกุลออกซิเจน 3 โมเลกุล และโมเลกุลของน้ำ 6 โมเลกุลรวมกันเพื่อสร้างโมเลกุลของอลูมินาไฮเดรต 4 โมเลกุลเพื่อปลดปล่อยพลังงาน

ในอดีต แบตเตอรี่ลมอะลูมิเนียมถูกใช้เพื่อความต้องการของกองทัพเท่านั้น เนื่องจากจำเป็นต้องถอดอะลูมิเนียมออกไซด์ออกเป็นระยะและเปลี่ยนแผ่นอะลูมิเนียมแอโนด

Phinergy กล่าวว่าวัสดุแคโทดที่ได้รับการจดสิทธิบัตรช่วยให้ออกซิเจนจากอากาศภายนอกเข้าสู่เซลล์แบตเตอรี่ได้อย่างอิสระ ขณะที่ป้องกันคาร์บอนไดออกไซด์ที่อยู่ในอากาศจากการปนเปื้อนของแบตเตอรี่ นี่คือสิ่งที่ในกรณีส่วนใหญ่รบกวนการทำงานปกติของแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศสำหรับ ระยะเวลานาน. อย่างน้อยก็จนถึงตอนนี้

ผู้เชี่ยวชาญของบริษัทก็กำลังพัฒนาเช่นกัน ซึ่งสามารถชาร์จไฟได้ด้วยไฟฟ้า ในกรณีนี้ อิเล็กโทรดโลหะจะไม่แตกตัวเร็วเท่ากับในกรณีของแอนะล็อกอะลูมิเนียม-อากาศ

Sidon กล่าวว่าพลังงานจากแผ่นอะลูมิเนียมแผ่นเดียวช่วยให้รถยนต์ไฟฟ้าวิ่งได้ประมาณ 32 กิโลเมตร (ซึ่งจะทำให้เราสันนิษฐานได้ว่าการผลิตพลังงานเฉพาะต่อจานอยู่ที่ประมาณ 7kWh) จึงมีการติดตั้งเพลทดังกล่าว 50 แผ่นในเครื่องสาธิต

แบตเตอรี่ทั้งหมดตามที่ผู้จัดการระดับสูงระบุไว้นั้นมีน้ำหนักเพียง 25 กก. ด้วยเหตุนี้ความหนาแน่นของพลังงานจึงสูงกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบเดิมถึง 100 เท่าที่มีดีไซน์ทันสมัย

มีแนวโน้มว่าในกรณี รูปแบบการผลิตแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าอาจมีน้ำหนักมากขึ้นอย่างเห็นได้ชัด การเพิ่มมวลจะนำไปสู่การเตรียมแบตเตอรี่ด้วยระบบปรับอากาศและ ฝาครอบป้องกันซึ่งไม่ได้สังเกตในต้นแบบ (ตัดสินโดยวิดีโอ)

ในกรณีใด ๆ การถือกำเนิดของแบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นของพลังงานที่มีลำดับความสำคัญสูงกว่าแบตเตอรี่สมัยใหม่ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน,จะเป็นข่าวดีสำหรับค่ายรถที่ลงเดิมพัน รถยนต์ไฟฟ้า— เนื่องจากช่วยขจัดปัญหาใดๆ ที่เกิดจากรถยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบันที่มีขอบเขตจำกัด

ก่อนเราเป็นอย่างมาก ต้นแบบที่น่าสนใจแต่คำถามมากมายยังไม่ได้รับคำตอบ แบตเตอรีอะลูมิเนียม-อากาศจะถูกนำไปใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าที่ผลิตขึ้นเป็นจำนวนมากอย่างไร? ขั้นตอนการเปลี่ยนแผ่นอลูมิเนียมจะยากแค่ไหน? จะต้องเปลี่ยนบ่อยแค่ไหน? (หลังจาก 1,500 กม. หลังจาก 5,000 กม. หรือน้อยกว่านั้น)

สื่อการตลาดที่มีอยู่ในขั้นตอนนี้ไม่ได้อธิบายว่าคาร์บอนฟุตพริ้นท์สะสมของแบตเตอรี่โลหะ-อากาศ (ตั้งแต่วัตถุดิบถูกดึงออกมาจนถึงแบตเตอรี่ที่ติดตั้งในรถยนต์) จะถูกนำมาเปรียบเทียบกับลิเธียมไอออนสมัยใหม่

ประเด็นนี้น่าจะสมควรได้รับการศึกษาอย่างละเอียด และ งานวิจัยต้องทำให้เสร็จก่อนการยอมรับเป็นจำนวนมาก เทคโนโลยีใหม่เนื่องจากการสกัดและแปรรูปแร่อะลูมิเนียมและการสร้างโลหะที่ใช้งานได้จึงเป็นกระบวนการที่ใช้พลังงานมาก

อย่างไรก็ตาม สถานการณ์อื่นไม่ได้ตัดออกไป แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถเพิ่มแบตเตอรี่โลหะ-อากาศได้ แต่จะใช้สำหรับการเดินทางระยะไกลเท่านั้น นี่อาจเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจมากสำหรับผู้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้า แม้ว่าแบตเตอรี่ชนิดใหม่จะมีปริมาณคาร์บอนฟุตพริ้นท์สูงกว่า

ขึ้นอยู่กับวัสดุ

แหล่งกระแสเคมีที่มีลักษณะเฉพาะที่เสถียรและสูงเป็นหนึ่งในเงื่อนไขที่สำคัญที่สุดสำหรับการพัฒนาการสื่อสาร

ปัจจุบันความต้องการของผู้ใช้ไฟฟ้าสำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกด้านการสื่อสารครอบคลุมถึงการใช้เซลล์หรือแบตเตอรี่กัลวานิกที่มีราคาแพงเป็นหลัก

แบตเตอรี่เป็นแหล่งจ่ายไฟที่ค่อนข้างอิสระ เนื่องจากต้องชาร์จจากเครือข่ายเป็นระยะ เครื่องชาร์จที่ใช้เพื่อการนี้มี ค่าใช้จ่ายสูงและไม่สามารถให้ระบบการคิดค่าธรรมเนียมที่ดีได้เสมอไป ดังนั้นแบตเตอรี่ Sonnenschein ที่ผลิตด้วยเทคโนโลยี dryfit และมีมวล 0.7 กก. และความจุ 5 Ah ถูกชาร์จเป็นเวลา 10 ชั่วโมงและเมื่อชาร์จจำเป็นต้องสังเกตค่ามาตรฐานของกระแสแรงดัน และเวลาในการชาร์จ การชาร์จจะดำเนินการครั้งแรกที่ กระแสตรงจากนั้นที่แรงดันคงที่ สำหรับสิ่งนี้ราคาแพง อุปกรณ์ชาร์จด้วยการควบคุมซอฟต์แวร์

เซลล์กัลวานิกเป็นเซลล์อิสระโดยสมบูรณ์ แต่มักจะมีพลังงานต่ำและมีความจุจำกัด เมื่อพลังงานที่สะสมในพวกมันหมดลง พวกมันจะถูกกำจัดและก่อให้เกิดมลพิษ สิ่งแวดล้อม. อีกทางเลือกหนึ่งสำหรับแหล่งที่แห้งคือแหล่งที่อัดประจุด้วยโลหะในอากาศ ซึ่งคุณลักษณะด้านพลังงานบางอย่างแสดงไว้ในตารางที่ 1

ตารางที่ 1- พารามิเตอร์ของระบบไฟฟ้าเคมีบางระบบ

ดังที่เห็นได้จากตาราง แหล่งอากาศโลหะเมื่อเปรียบเทียบกับระบบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายอื่น ๆ มีพารามิเตอร์พลังงานทางทฤษฎีและทางปฏิบัติสูงสุด

ระบบโลหะในอากาศถูกนำมาใช้ในภายหลังมาก และการพัฒนายังคงเข้มข้นน้อยกว่าแหล่งที่มาของระบบไฟฟ้าเคมีอื่นๆ ในปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม การทดสอบต้นแบบที่สร้างขึ้นโดยบริษัทในประเทศและต่างประเทศได้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการแข่งขันที่เพียงพอ

แสดงให้เห็นว่าอลูมิเนียมและโลหะผสมสังกะสีสามารถทำงานในอิเล็กโทรไลต์อัลคาไลน์และน้ำเกลือ แมกนีเซียม - เฉพาะในเกลืออิเล็กโทรไลต์และการละลายอย่างเข้มข้นเกิดขึ้นทั้งระหว่างรุ่นปัจจุบันและในช่วงหยุดชั่วคราว

อะลูมิเนียมละลายในอิเล็กโทรไลต์เกลือต่างจากแมกนีเซียมก็ต่อเมื่อมีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น อิเล็กโทรไลต์อัลคาไลน์มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับอิเล็กโทรดสังกะสี

แหล่งกระแสลมอลูมิเนียม (HAIT)

ซึ่งเป็นรากฐาน โลหะผสมอลูมิเนียมสร้างแหล่งกระแสไฟฟ้าที่ชาร์จซ้ำได้ทางกลไกด้วยอิเล็กโทรไลต์จากเกลือทั่วไป แหล่งที่มาเหล่านี้เป็นระบบอิสระอย่างแท้จริงและสามารถใช้เพื่อให้พลังงานไม่เพียง แต่อุปกรณ์สื่อสารเท่านั้น แต่ยังใช้เพื่อชาร์จแบตเตอรี่, จ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ในครัวเรือนต่างๆ: วิทยุ, โทรทัศน์, เครื่องบดกาแฟ, สว่านไฟฟ้า, โคมไฟ, เครื่องเป่าผมไฟฟ้า, หัวแร้งบัดกรี, ตู้เย็นพลังงานต่ำ , ปั๊มหอยโข่ง ฯลฯ แหล่งกำเนิดอิสระโดยสมบูรณ์ช่วยให้สามารถใช้งานได้ใน สภาพสนามในพื้นที่ที่ไม่มีแหล่งจ่ายไฟจากส่วนกลาง ในสถานที่ที่เกิดภัยพิบัติและภัยธรรมชาติ

HAIT จะถูกชาร์จภายในไม่กี่นาที ซึ่งจำเป็นสำหรับการเติมอิเล็กโทรไลต์และ/หรือเปลี่ยนอิเล็กโทรดอะลูมิเนียม ในการชาร์จ คุณต้องใช้เกลือแกง น้ำ และอะลูมิเนียมแอโนดเท่านั้นในการชาร์จ ออกซิเจนในอากาศถูกใช้เป็นวัสดุออกฤทธิ์ชนิดหนึ่ง ซึ่งลดลงในแคโทดคาร์บอนและฟลูออโรเรซิ่น แคโทดค่อนข้างถูก มีแหล่งที่มาเป็นเวลานาน ดังนั้นจึงมีผลเพียงเล็กน้อยต่อต้นทุนของพลังงานที่สร้างขึ้น

ค่าไฟฟ้าที่ได้รับใน HAIT นั้นพิจารณาจากต้นทุนของขั้วบวกที่เปลี่ยนเป็นระยะเป็นหลักเท่านั้น ไม่รวมต้นทุนของตัวออกซิไดเซอร์ วัสดุและ กระบวนการทางเทคโนโลยีที่รับประกันประสิทธิภาพของเซลล์กัลวานิกแบบดั้งเดิม ดังนั้นจึงต่ำกว่าต้นทุนพลังงานที่ได้รับจากแหล่งอิสระเช่นเซลล์อัลคาไลน์แมงกานีส-สังกะสีถึง 20 เท่า

ตารางที่ 2- พารามิเตอร์ของแหล่งกระแสลมอลูมิเนียม

ระยะเวลาของการทำงานอย่างต่อเนื่องจะขึ้นอยู่กับปริมาณของกระแสไฟที่ใช้ ปริมาตรของอิเล็กโทรไลต์ที่เทลงในเซลล์และมีค่าเท่ากับ 70 - 100 Ah / l ขีด จำกัด ล่างถูกกำหนดโดยความหนืดของอิเล็กโทรไลต์ซึ่งสามารถปลดปล่อยได้ฟรี ขีด จำกัด บนสอดคล้องกับลักษณะเฉพาะของเซลล์ลดลง 10-15% อย่างไรก็ตามเมื่อไปถึงเพื่อขจัดมวลอิเล็กโทรไลต์จำเป็นต้องใช้ อุปกรณ์เครื่องกลซึ่งสามารถทำลายอิเล็กโทรดออกซิเจน (อากาศ)

ความหนืดของอิเล็กโทรไลต์จะเพิ่มขึ้นเมื่ออิ่มตัวด้วยการแขวนลอยของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เกิดขึ้นตามธรรมชาติในรูปของดินเหนียวหรืออลูมินา เป็นผลิตภัณฑ์ที่ยอดเยี่ยมสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมและสามารถคืนสู่การผลิตได้)

การเปลี่ยนอิเล็กโทรไลต์ทำได้ภายในไม่กี่นาที ด้วยส่วนใหม่ของอิเล็กโทรไลต์ HAIT สามารถทำงานได้จนกว่าทรัพยากรแอโนดจะหมด ซึ่งมีความหนา 3 มม. คือ 2.5 Ah/cm2 ของพื้นผิวเรขาคณิต ถ้าแอโนดละลาย จะถูกแทนที่ด้วยแอโนดใหม่ภายในไม่กี่นาที

การปลดปล่อย HAIT ในตัวเองนั้นต่ำมาก แม้จะเก็บด้วยอิเล็กโทรไลต์ แต่เนื่องจากความจริงที่ว่า HAIT สามารถเก็บไว้ได้โดยไม่ต้องใช้อิเล็กโทรไลต์ในช่วงเวลาระหว่างการคายประจุ การปลดปล่อยตัวเองจึงเล็กน้อย อายุการใช้งานของ HAIT ถูกจำกัดด้วยอายุการใช้งานของพลาสติกที่ผลิตขึ้น HAIT ที่ไม่มีอิเล็กโทรไลต์สามารถเก็บไว้ได้นานถึง 15 ปี

ขึ้นอยู่กับความต้องการของผู้บริโภค HAIT สามารถแก้ไขได้โดยคำนึงถึงความจริงที่ว่า 1 องค์ประกอบมีแรงดันไฟฟ้า 1 V ที่ความหนาแน่นกระแส 20 mA / cm 2 และกระแสที่นำมาจาก HAIT ถูกกำหนดโดยพื้นที่ ของอิเล็กโทรด

การศึกษากระบวนการที่เกิดขึ้นที่อิเล็กโทรดและในอิเล็กโทรไลต์ ดำเนินการที่ MPEI(TU) ทำให้สามารถสร้างแหล่งกระแสอากาศอะลูมิเนียมสองประเภท - น้ำท่วมและจุ่ม (ตารางที่ 2)

เติม HAIT

HAIT ที่เติมประกอบด้วย 4-6 องค์ประกอบ องค์ประกอบของ HAIT ที่เติม (รูปที่ 1) เป็นภาชนะสี่เหลี่ยม (1) ในผนังด้านตรงข้ามที่มีการติดตั้งแคโทด (2) แคโทดประกอบด้วยสองส่วนที่เชื่อมต่อด้วยไฟฟ้าเป็นอิเล็กโทรดเดียวด้วยบัส (3) ขั้วบวก (4) อยู่ระหว่างแคโทด ซึ่งตำแหน่งนั้นถูกยึดโดยไกด์ (5) การออกแบบองค์ประกอบที่ได้รับการจดสิทธิบัตรโดยผู้เขียน/1/ ช่วยลดผลกระทบด้านลบของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่เกิดขึ้นเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย เนื่องจากการจัดระเบียบของการไหลเวียนภายใน เพื่อจุดประสงค์นี้ องค์ประกอบในระนาบตั้งฉากกับระนาบของอิเล็กโทรดจะถูกแบ่งโดยพาร์ติชั่นออกเป็นสามส่วน พาร์ติชั่นยังทำหน้าที่เป็นรางนำสำหรับแอโนด (5) อิเล็กโทรดตั้งอยู่ตรงกลาง ฟองแก๊สที่ปล่อยออกมาระหว่างการทำงานของแอโนดจะเพิ่มสารแขวนลอยของไฮดรอกไซด์พร้อมกับการไหลของอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งจะจมลงสู่ด้านล่างในอีกสองส่วนของเซลล์

รูปที่ 1- แบบแผนองค์ประกอบ

อากาศถูกส่งไปยังแคโทดใน HAIT (รูปที่ 2) ผ่านช่องว่าง (1) ระหว่างองค์ประกอบ (2) แคโทดปลายได้รับการปกป้องจากอิทธิพลทางกลภายนอกโดยแผงด้านข้าง (3) มั่นใจได้ถึงความรัดกุมของโครงสร้างโดยใช้ฝาครอบที่ถอดออกได้อย่างรวดเร็ว (4) พร้อมปะเก็นซีล (5) ที่ทำจากยางที่มีรูพรุน ความตึงของปะเก็นยางทำได้โดยการกดฝาครอบกับตัว HAIT แล้วยึดในสถานะนี้โดยใช้แคลมป์สปริง (ไม่แสดงในรูป) ก๊าซถูกปล่อยออกมาผ่านวาล์วที่ไม่ชอบน้ำที่มีรูพรุนที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ (6) องค์ประกอบ (1) ในแบตเตอรี่เชื่อมต่อแบบอนุกรม เพลทแอโนด (9) ซึ่งได้รับการออกแบบที่ MPEI มีตัวสะสมกระแสไฟที่ยืดหยุ่นพร้อมองค์ประกอบตัวเชื่อมต่อที่ส่วนท้าย คอนเนคเตอร์ ซึ่งเป็นส่วนการผสมพันธุ์ที่เชื่อมต่อกับยูนิตแคโทด ช่วยให้คุณถอดและต่อแอโนดได้อย่างรวดเร็วเมื่อทำการเปลี่ยน เมื่อเชื่อมต่อแอโนดทั้งหมด องค์ประกอบ HAIT จะเชื่อมต่อเป็นอนุกรม อิเล็กโทรดสุดขั้วนั้นเชื่อมต่อกับ HAIT ที่เกิด (10) ด้วยตัวเชื่อมต่อ

1 - ช่องว่างอากาศ, 2 - องค์ประกอบ, 3 - แผงป้องกัน, 4 - ฝาครอบ, 5 - บัสแคโทด, 6 - ปะเก็น, 7 - วาล์ว, 8 - แคโทด, 9 - แอโนด, 10 - โบรอน

รูปที่ 2- เติม HAIT

HAIT ใต้น้ำ

HAIT ใต้น้ำ (รูปที่ 3) เป็น HAIT ที่เทกลับด้าน แคโทด (2) ถูกปรับใช้โดยเลเยอร์ที่ใช้งานออกไปด้านนอก ความจุของเซลล์ซึ่งเทอิเล็กโทรไลต์ถูกแบ่งออกเป็นสองส่วนโดยพาร์ติชั่นและทำหน้าที่จ่ายอากาศแยกไปยังแคโทดแต่ละอัน มีการติดตั้งขั้วบวก (1) ในช่องว่างที่อากาศถูกส่งไปยังแคโทด HAIT เปิดใช้งานไม่ได้โดยการเทอิเล็กโทรไลต์ แต่โดยการแช่ในอิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรไลต์จะถูกเติมในเบื้องต้นและเก็บไว้ระหว่างการปล่อยประจุในถัง (6) ซึ่งแบ่งออกเป็น 6 ส่วนที่ไม่เชื่อมต่อกัน โมโนบล็อกแบตเตอรี่ 6ST-60TM ใช้เป็นแท็งก์

1 - แอโนด, 4 - ห้องแคโทด, 2 - แคโทด, 5 - แผงด้านบน, 3 - ลื่นไถล, 6 - ถังอิเล็กโทรไลต์

รูปที่ 3- องค์ประกอบอากาศอลูมิเนียมใต้น้ำในแผงโมดูล

การออกแบบนี้ทำให้คุณสามารถถอดแยกชิ้นส่วนแบตเตอรี่ได้อย่างรวดเร็ว ถอดโมดูลด้วยอิเล็กโทรด และจัดการในระหว่างการเติมและขนถ่ายอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่ได้ใช้งานกับแบตเตอรี่ แต่ด้วยภาชนะซึ่งมีมวลอิเล็กโทรไลต์อยู่ที่ 4.7 กก. โมดูลนี้รวม 6 องค์ประกอบไฟฟ้าเคมี องค์ประกอบถูกแนบมากับแผงด้านบน (5) ของโมดูล มวลของโมดูลที่มีชุดแอโนดคือ 2 กก. การเชื่อมต่อแบบอนุกรมโมดูลได้รับการคัดเลือก HAIT จากองค์ประกอบ 12, 18 และ 24 ข้อเสียของแหล่งอากาศอลูมิเนียมรวมถึงค่อนข้างสูง ความต้านทานภายในความหนาแน่นของพลังงานต่ำ ความไม่เสถียรของแรงดันไฟฟ้าระหว่างการคายประจุ และแรงดันไฟตกเมื่อเปิดเครื่อง ข้อบกพร่องทั้งหมดเหล่านี้จะถูกปรับระดับเมื่อใช้แหล่งกระแสรวม (CPS) ซึ่งประกอบด้วย HAIT และแบตเตอรี่

รวมแหล่งกระแส

เส้นโค้งการปลดปล่อยของแหล่งกำเนิด "น้ำท่วม" 6VAIT50 (รูปที่ 4) เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ตะกั่วแบบปิดผนึก 2SG10 ที่มีความจุ 10 Ah นั้นมีลักษณะเฉพาะเช่นเดียวกับในกรณีของการจ่ายไฟให้กับโหลดอื่น ๆ โดยแรงดันไฟตกในวินาทีแรกเมื่อ โหลดเชื่อมต่อแล้ว ภายใน 10-15 นาที แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเป็นแรงดันใช้งาน ซึ่งคงที่ตลอดการคายประจุ HAIT ทั้งหมด ความลึกของการจุ่มถูกกำหนดโดยสถานะของพื้นผิวแอโนดอะลูมิเนียมและโพลาไรซ์

รูปที่ 4- เส้นโค้งปล่อย 6VAIT50 เมื่อชาร์จ 2SG10

อย่างที่คุณทราบ ขั้นตอนการชาร์จแบตเตอรี่จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อแรงดันไฟที่แหล่งจ่ายพลังงานสูงกว่าที่แบตเตอรี่เท่านั้น ความล้มเหลวของแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นของ HAIT นำไปสู่ความจริงที่ว่าแบตเตอรี่เริ่มคายประจุที่ HAIT และด้วยเหตุนี้บนขั้วไฟฟ้าของ HAIT เริ่มรั่ว กระบวนการย้อนกลับซึ่งสามารถนำไปสู่การทู่ของแอโนด

เพื่อป้องกันกระบวนการที่ไม่ต้องการ มีการติดตั้งไดโอดในวงจรระหว่าง HAIT กับแบตเตอรี่ ในกรณีนี้ แรงดันไฟฟ้าของ HAIT ในระหว่างการชาร์จแบตเตอรี่นั้นไม่ได้พิจารณาจากแรงดันแบตเตอรี่เท่านั้น แต่ยังพิจารณาจากแรงดันตกคร่อมไดโอดด้วย:

U VAIT \u003d U ACC + ΔU DIOD (1)

การนำไดโอดเข้าไปในวงจรทำให้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นทั้งที่ HAIT และที่แบตเตอรี่ อิทธิพลของการมีอยู่ของไดโอดในวงจรแสดงในรูปที่ 5 ซึ่งแสดงการเปลี่ยนแปลงความต่างศักย์ระหว่าง HAIT กับแบตเตอรี่เมื่อชาร์จแบตเตอรี่สลับกันโดยมีและไม่มีไดโอดในวงจร

ในกระบวนการชาร์จแบตเตอรี่ในกรณีที่ไม่มีไดโอด ความต่างศักย์ไฟฟ้ามีแนวโน้มลดลง กล่าวคือ ลดประสิทธิภาพของ HAIT ในขณะที่มีไดโอด ความแตกต่าง และดังนั้น ประสิทธิภาพของกระบวนการจึงมีแนวโน้มเพิ่มขึ้น

รูปที่ 5- ความต่างของแรงดันไฟฟ้า 6VAIT125 และ 2SG10 เมื่อชาร์จแบบมีและไม่มีไดโอด

รูปที่ 6- การเปลี่ยนแปลงในการปล่อยกระแสไฟของ 6VAIT125 และ 3NKGK11 เมื่อผู้บริโภคได้รับพลังงาน

รูปที่ 7- การเปลี่ยนแปลงพลังงานจำเพาะของ KIT (VAIT - แบตเตอรีตะกั่ว) ด้วยการเพิ่มส่วนแบ่งของโหลดสูงสุด

สิ่งอำนวยความสะดวกด้านการสื่อสารมีลักษณะการใช้พลังงานในโหมดตัวแปรรวมถึงยอดโหลด เราจำลองรูปแบบการบริโภคดังกล่าวเมื่อให้พลังงานแก่ผู้บริโภคด้วยโหลดพื้นฐาน 0.75 A และโหลดสูงสุด 1.8 A จาก KIT ที่ประกอบด้วย 6VAIT125 และ 3NKGK11 ลักษณะของการเปลี่ยนแปลงของกระแสที่สร้างขึ้น (บริโภค) โดยส่วนประกอบของ KIT แสดงในรูปที่ 6.

จะเห็นได้จากรูปที่ในโหมดฐาน HAIT ให้กระแสไฟเพียงพอสำหรับจ่ายไฟให้กับโหลดพื้นฐานและชาร์จแบตเตอรี่ ในกรณีของโหลดสูงสุด การบริโภคจะมาจากกระแสที่สร้างโดย HAIT และแบตเตอรี่

การวิเคราะห์เชิงทฤษฎีของเราแสดงให้เห็นว่าพลังงานจำเพาะของ KIT เป็นการประนีประนอมระหว่างพลังงานจำเพาะของ HAIT กับแบตเตอรี่ และเพิ่มขึ้นตามส่วนแบ่งของพลังงานสูงสุดที่ลดลง (รูปที่ 7) กำลังไฟฟ้าจำเพาะของ KIT สูงกว่ากำลังไฟฟ้าจำเพาะของ HAIT และเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของภาระสูงสุดที่เพิ่มขึ้น

ข้อสรุป

แหล่งพลังงานใหม่ที่ใช้ระบบเคมีไฟฟ้า "อากาศ-อลูมิเนียม" ที่มีสารละลายเกลือทั่วไปเป็นอิเล็กโทรไลต์ โดยมีความจุพลังงานประมาณ 250 Ah และพลังงานจำเพาะมากกว่า 300 Wh/kg ได้ถูกสร้างขึ้น

ค่าใช้จ่ายของแหล่งที่พัฒนาแล้วจะดำเนินการภายในไม่กี่นาทีโดย การเปลี่ยนทางกลอิเล็กโทรไลต์และ/หรือแอโนด การปลดปล่อยตัวเองของแหล่งที่มานั้นไม่สำคัญ ดังนั้นก่อนเปิดใช้งานจะสามารถเก็บไว้ได้ 15 ปี แหล่งที่มาต่างๆ ได้รับการพัฒนาซึ่งแตกต่างกันไปตามวิธีการเปิดใช้งาน

มีการศึกษาการทำงานของแหล่งอากาศอะลูมิเนียมในระหว่างการชาร์จแบตเตอรี่และเป็นส่วนหนึ่งของแหล่งรวม แสดงให้เห็นว่าพลังงานจำเพาะและกำลังจำเพาะของ KIT เป็นค่าประนีประนอมและขึ้นอยู่กับส่วนแบ่งของโหลดสูงสุด

HAIT และ KIT ที่อิงจากสิ่งเหล่านี้นั้นเป็นแบบอิสระอย่างแท้จริงและสามารถใช้เพื่อให้พลังงานไม่เพียง แต่อุปกรณ์สื่อสารเท่านั้น แต่ยังให้พลังงานแก่อุปกรณ์ในครัวเรือนต่าง ๆ : เครื่องจักรไฟฟ้า, หลอดไฟ, ตู้เย็นที่ใช้พลังงานต่ำ ฯลฯ อิสระที่แท้จริงของแหล่งที่มาช่วยให้สามารถใช้งานได้ ในภาคสนาม ในภูมิภาคที่ไม่มีแหล่งจ่ายไฟจากส่วนกลาง ในสถานที่ที่เกิดภัยพิบัติและภัยธรรมชาติ

บรรณานุกรม

1. สิทธิบัตรสหพันธรัฐรัสเซียหมายเลข 2118014 ธาตุโลหะและอากาศ / Dyachkov E.V. , Kleimenov B.V. , Korovin N.V. , / / ​​​​IPC 6 N 01 M 12/06 2/38. โปรแกรม 06/17/97 พับบ. 08/20/98
2. Korovin N.V. , Kleimenov B.V. , Voligova I.A. & Voligov I.A.// ย่อ อาการที่สอง บนเมเตอร์ใหม่ สำหรับเซลล์เชื้อเพลิงและระบบแบตเตอรี่สมัยใหม่ 6-10 กรกฎาคม 1997 มอนทรีออล แคนาดา. วี 97-7
3. Korovin N.V. , Kleimenov B.V. Vestnik MPEI (ในการกด)

งานนี้ดำเนินการภายใต้กรอบของโครงการ "การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ของการศึกษาระดับอุดมศึกษาในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่สำคัญ"

เกือบสามสิบปีของการค้นหาวิธีปรับปรุงแบตเตอรี่อะลูมิเนียมไอออนใกล้จะสิ้นสุดแล้ว แบตเตอรี่ก้อนแรกที่มีขั้วบวกอะลูมิเนียมที่สามารถชาร์จได้อย่างรวดเร็วในขณะที่มีราคาถูกและทนทาน ได้รับการพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด

นักวิจัยประกาศอย่างมั่นใจว่าลูกหลานของพวกเขาอาจเป็นทางเลือกที่ปลอดภัยสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้กันทั่วไปในปัจจุบัน รวมทั้งแบตเตอรี่อัลคาไลน์ซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม

ไม่จำเป็นที่ต้องจำว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนบางครั้งติดไฟ ศาสตราจารย์ด้านเคมี Hongzhi Dai มั่นใจว่าแบตเตอรี่ใหม่ของเขาจะไม่เกิดไฟไหม้แม้ว่าจะเจาะทะลุก็ตาม เพื่อนร่วมงานของศาสตราจารย์ไดยะอธิบายว่าแบตเตอรี่ใหม่นี้เป็น "แบตเตอรี่อลูมิเนียมไอออนแบบชาร์จไฟได้เร็วเป็นพิเศษ"

เนื่องจากต้นทุนต่ำ ความปลอดภัยจากอัคคีภัย และความสามารถในการสร้างความจุไฟฟ้าที่สำคัญ อลูมิเนียมจึงดึงดูดความสนใจของนักวิจัยมาเป็นเวลานาน แต่ต้องใช้เวลาหลายปีในการสร้างแบตเตอรี่อลูมิเนียมไอออนที่ใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์ ซึ่งสามารถผลิตแรงดันไฟฟ้าที่เพียงพอแม้หลังจากการชาร์จหลายครั้ง - รอบการคายประจุ

นักวิทยาศาสตร์ต้องเอาชนะอุปสรรคมากมาย รวมถึง: การสลายตัวของวัสดุแคโทด แรงดันปล่อยเซลล์ต่ำ (ประมาณ 0.55 โวลต์) การสูญเสียความจุและวงจรชีวิตไม่เพียงพอ (น้อยกว่า 100 รอบ) การสูญเสียพลังงานอย่างรวดเร็ว (จาก 26 ถึง 85 เปอร์เซ็นต์หลังจาก 100 รอบ)

ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์มี แบตเตอรี่ใช้อะลูมิเนียมที่มีความเสถียรสูง ซึ่งใช้ขั้วบวกโลหะอะลูมิเนียมที่จับคู่กับแคโทดโฟมกราไฟท์ 3 มิติ ก่อนหน้านี้ ได้มีการทดลองวัสดุต่างๆ มากมายสำหรับแคโทด และการแก้ปัญหาแทนกราไฟต์ก็พบได้โดยบังเอิญ นักวิทยาศาสตร์จากกลุ่ม Hongzhi Daya ได้ระบุวัสดุกราไฟท์หลายประเภทที่มีประสิทธิภาพสูง

ในตัวอย่างทดลอง ทีมงานของมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดวาง แอโนดอลูมิเนียมแคโทดกราไฟต์ และอิเล็กโทรไลต์ไอออนิกเหลวที่ปลอดภัย ซึ่งประกอบด้วยสารละลายเกลือเป็นส่วนใหญ่ ในบรรจุภัณฑ์โพลีเมอร์ที่ยืดหยุ่นได้

ศาสตราจารย์ไดและทีมของเขาบันทึกวิดีโอที่พวกเขาแสดงให้เห็นว่าถึงแม้เปลือกจะถูกเจาะทะลุ แบตเตอรีของพวกเขาก็ยังทำงานต่อไปได้ระยะหนึ่งและจะไม่เกิดไฟไหม้

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของแบตเตอรี่ใหม่คือการชาร์จที่รวดเร็วเป็นพิเศษ โดยปกติ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในสมาร์ทโฟนจะชาร์จใหม่ภายในไม่กี่ชั่วโมง ในขณะที่ต้นแบบของเทคโนโลยีใหม่นี้แสดงให้เห็นถึงความเร็วในการชาร์จที่ไม่เคยมีมาก่อนถึงหนึ่งนาที

ความทนทานของแบตเตอรี่ใหม่นั้นน่าประทับใจเป็นพิเศษ อายุการใช้งานแบตเตอรี่มีมากกว่า 7500 รอบการชาร์จและการคายประจุ และไม่สูญเสียพลังงาน ผู้เขียนรายงานว่านี่เป็นรุ่นแรกของแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-ไอออน ที่ชาร์จเร็วเป็นพิเศษ และมีเสถียรภาพหลายพันรอบ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปมีอายุการใช้งานเพียง 1,000 รอบเท่านั้น

คุณลักษณะเด่นของแบตเตอรี่อะลูมิเนียมคือความยืดหยุ่น แบตเตอรี่สามารถงอได้ ซึ่งบ่งบอกถึงศักยภาพในการใช้งานในอุปกรณ์ที่ยืดหยุ่นได้ เหนือสิ่งอื่นใด อลูมิเนียมมีราคาถูกกว่าลิเธียมมาก

ดูเหมือนว่าจะใช้แบตเตอรี่ดังกล่าวเพื่อเก็บพลังงานหมุนเวียนเพื่อสำรองไว้สำหรับการจัดหาในภายหลัง เครือข่ายไฟฟ้าเพราะตามที่นักวิทยาศาสตร์ล่าสุด แบตเตอรี่อลูมิเนียมสามารถชาร์จได้หลายหมื่นครั้ง

ตรงกันข้ามกับเซลล์ AA และ AAA ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่มีแรงดันไฟฟ้า 1.5 โวลต์ แบตเตอรี่อะลูมิเนียมไอออนจะสร้างแรงดันไฟฟ้าได้ประมาณ 2 โวลต์ นักพัฒนาแบตเตอรี่รายใหม่กล่าวว่านี่เป็นประสิทธิภาพสูงสุดที่ทุกคนเคยใช้มาและจะพัฒนาขึ้นในอนาคต

บรรลุความหนาแน่นของการจัดเก็บพลังงานที่ 40 Wh ต่อกิโลกรัม ในขณะที่ตัวเลขนี้สูงถึง 206 Wh ต่อกิโลกรัม อย่างไรก็ตาม การปรับปรุงวัสดุแคโทด ศาสตราจารย์ Hongzhi Dai เชื่อว่า ในที่สุดจะนำไปสู่ทั้งการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าและการเพิ่มความหนาแน่นในการจัดเก็บพลังงานในแบตเตอรี่อลูมิเนียมไอออน ไม่ว่าในกรณีใด เทคโนโลยีลิเธียมไอออนก็มีข้อดีหลายประการอยู่แล้ว ที่นี่และราคาถูกรวมกับความปลอดภัยและการชาร์จความเร็วสูงและความยืดหยุ่นและ ระยะยาวบริการ

Phinergy บริษัทสตาร์ทอัพสัญชาติอิสราเอล ได้สาธิตแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศ ที่สามารถขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้าได้ไกลถึง 1,000 ไมล์ (1,609 กม.) ต่างจากแบตเตอรี่โลหะ-อากาศอื่นๆ ที่เราเคยเขียนถึงในอดีต แบตเตอรี่อากาศแบบอะลูมิเนียมของ Phinergy นั้นใช้อะลูมิเนียมเป็นเชื้อเพลิง ดังนั้นจึงให้พลังงานที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับก๊าซหรือดีเซล Phinergy กล่าวว่าได้ลงนามในสัญญากับผู้ผลิตรถยนต์ระดับโลกสำหรับ " การผลิตจำนวนมากแบตเตอรี่ในปี 2560

แบตเตอรี่อากาศโลหะไม่ได้หมายความว่า ความคิดใหม่. แบตเตอรี่ซิงค์แอร์ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องช่วยฟังและมีศักยภาพที่จะช่วยได้ IBM กำลังยุ่งอยู่กับการทำงานกับแบตเตอรี่ลิเธียมอากาศที่มุ่งเป้าไปที่การจัดหาในระยะยาว เช่นเดียวกับ Phinergy ที่ เดือนที่ผ่านมาปรากฎว่าแบตเตอรี่โซเดียมแอร์มีสิทธิ์ในการดำรงชีวิตเช่นกัน ในทั้งสามกรณี อากาศเป็นส่วนประกอบที่ทำให้แบตเตอรี่เป็นที่ต้องการอย่างมาก ในแบตเตอรี่ทั่วไป ปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้นภายในอย่างหมดจด ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้แบตเตอรี่มีแนวโน้มที่จะหนาแน่นและหนักมาก ในแบตเตอรี่โลหะ-อากาศ พลังงานได้มาจากการออกซิไดซ์โลหะ (ลิเธียม สังกะสี อลูมิเนียม) กับออกซิเจนที่อยู่รอบตัวเรา และไม่มีอยู่ในแบตเตอรี่ ผลลัพธ์ที่ได้คือแบตเตอรี่ที่เบาและเรียบง่ายขึ้น

แบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศของ Phinergy นั้นใหม่ด้วยเหตุผลสองประการ: ประการแรก เห็นได้ชัดว่าบริษัทพบวิธีป้องกันคาร์บอนไดออกไซด์จากอะลูมิเนียมที่สึกกร่อน ประการที่สอง แบตเตอรี่ใช้พลังงานจากอะลูมิเนียมเป็นเชื้อเพลิง โดยจะเปลี่ยนอะลูมิเนียมธรรมดาให้เป็นอะลูมิเนียมไดออกไซด์อย่างช้าๆ ต้นแบบอลูมิเนียม-อากาศ แบตเตอรี่ Phinergyประกอบด้วยแผ่นอะลูมิเนียมอย่างน้อย 50 แผ่น โดยแต่ละแผ่นให้พลังงานในการขับขี่ 20 ไมล์ หลังจาก 1,000 ไมล์ เพลตจะต้องได้รับการชาร์จด้วยกลไก - คำสละสลวยสำหรับความเรียบง่าย การกำจัดทางกายภาพแผ่นแบตเตอรี่ แบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศต้องเติมน้ำทุกๆ 200 ไมล์เพื่อคืนระดับอิเล็กโทรไลต์

การชาร์จเชิงกลนั้นยอดเยี่ยมและแย่มากทั้งนี้ขึ้นอยู่กับมุมมองของคุณ ในอีกด้านหนึ่ง คุณทำให้รถมีชีวิตอีก 1,000 ไมล์ พูดคร่าวๆ โดยเปลี่ยนแบตเตอรี่ ในทางกลับกัน ซื้อ แบตเตอรี่ใหม่ทุก ๆ พันไมล์ พูดง่ายๆ ไม่ประหยัดมาก ตามหลักการแล้ว ทั้งหมดนี้น่าจะขึ้นอยู่กับราคาแบตเตอรี่ พิจารณา ตลาดวันนี้อลูมิเนียม 1 กิโลกรัมราคา 2 เหรียญและชุดจาน 50 ชิ้นราคา 25 กิโลกรัม จากการคำนวณอย่างง่าย เราได้รับว่า "การเติมเงิน" ของเครื่องจะมีราคา 50 เหรียญ 50 ดอลลาร์สำหรับการขี่ 1,000 ไมล์นั้นค่อนข้างดีเมื่อเทียบกับน้ำมัน 4 ดอลลาร์ต่อแกลลอนสำหรับ 90 ไมล์ อะลูมิเนียมไดออกไซด์สามารถนำกลับมาใช้ใหม่เป็นอะลูมิเนียมได้ อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ไม่ใช่กระบวนการราคาถูก

บ้าน » แร็ค » แบตเตอรี่อลูมิเนียมเป็นส่วนเสริมที่ยอดเยี่ยมสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า รถเติมน้ำมันด้วยอลูมิเนียม แหล่งพลังงานรวม