อะลูมิเนียม - ตัวสะสมอากาศ แบตเตอรี่อลูมิเนียมแอร์ใช้น้ำเกลือสำหรับชาร์จแหล่งพลังงานรวม

เม็ดสีฟูจิโชว์นวัตกรรมแบตเตอรี่ลม-อลูมิเนียม ที่สามารถชาร์จได้ด้วยน้ำเกลือ แบตเตอรี่มีการปรับเปลี่ยนโครงสร้างที่ให้มากกว่า ระยะยาวซึ่งขณะนี้มีอายุไม่ต่ำกว่า 14 วัน

วัสดุเซรามิกและคาร์บอนถูกนำมาใช้เป็นชั้นในของแบตเตอรี่อากาศ-อลูมิเนียม ผลกระทบของการกัดกร่อนของแอโนดและการสะสมของสิ่งเจือปนจากต่างประเทศถูกระงับ ส่งผลให้มากกว่า เวลานานการดำเนินการ.

แบตเตอรี่ลมอะลูมิเนียมที่มีแรงดันใช้งาน 0.7 - 0.8 V ซึ่งให้กระแสไฟ 400 - 800 mA ต่อเซลล์ มีระดับพลังงานตามทฤษฎีต่อหน่วยปริมาตรประมาณ 8100 Wh / kg นี่เป็นอันดับที่สองสำหรับ แบตเตอรี่ หลากหลายชนิด. ระดับพลังงานตามทฤษฎีต่อหน่วยปริมาตรในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคือ 120–200 Wh/kg ซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศในทางทฤษฎีสามารถเกินตัวบ่งชี้ของลิเธียมไอออนมากกว่า 40 เท่าในทางทฤษฎี

แม้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบชาร์จไฟเชิงพาณิชย์ได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันใน โทรศัพท์มือถือ, แล็ปท็อปและอื่นๆ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ความหนาแน่นของพลังงานยังไม่เพียงพอสำหรับใช้ในยานยนต์ไฟฟ้าในระดับอุตสาหกรรม จนถึงปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาเทคโนโลยีของแบตเตอรี่อากาศโลหะที่มีความจุพลังงานสูงสุด นักวิจัยศึกษาแบตเตอรี่โลหะ-อากาศจากลิเธียม เหล็ก อะลูมิเนียม แมกนีเซียม และสังกะสี ในบรรดาโลหะ อลูมิเนียมเป็นที่สนใจในฐานะแอโนดเนื่องจากมีความจุจำเพาะสูงและศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานสูง นอกจากนี้ อลูมิเนียมยังมีราคาถูกและเป็นโลหะรีไซเคิลมากที่สุดในโลก

แบตเตอรี่ชนิดที่เป็นนวัตกรรมใหม่ควรหลีกเลี่ยงอุปสรรคหลักในการนำโซลูชันดังกล่าวไปใช้ในเชิงพาณิชย์ กล่าวคือ ระดับสูงการกัดกร่อนของอะลูมิเนียมระหว่างปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี นอกจากนี้ วัสดุด้านข้าง Al2O3 และ Al(OH)3 จะสะสมอยู่บนอิเล็กโทรด ซึ่งทำให้ปฏิกิริยาแย่ลง

เม็ดสีฟูจิระบุว่าแบตเตอรี่อากาศอะลูมิเนียมชนิดใหม่สามารถผลิตและใช้งานภายใต้สภาวะแวดล้อมปกติได้ เนื่องจากเซลล์มีความเสถียร ไม่เหมือนกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่สามารถจุดไฟและระเบิดได้ วัสดุทั้งหมดที่ใช้ประกอบโครงสร้างแบตเตอรี่ (อิเล็กโทรด อิเล็กโทรไลต์) มีความปลอดภัยและราคาถูกในการผลิต

อ่าน:

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 ความตึงของปะเก็นยางทำได้โดยการกดที่ครอบกับตัว 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 และควบคุมในระหว่างการเติมและขนถ่ายอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่ได้ใช้งานกับแบตเตอรี่ แต่ด้วยภาชนะซึ่งมีมวลอิเล็กโทรไลต์อยู่ที่ 4.7 กก. โมดูลนี้รวม 6 องค์ประกอบไฟฟ้าเคมี องค์ประกอบถูกแนบมากับแผงด้านบน (5) ของโมดูล มวลของโมดูลที่มีชุดของแอโนดคือ 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"

บริษัท Renault ของฝรั่งเศสเสนอให้ใช้แบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศจาก Phinergy ในรถยนต์ไฟฟ้าในอนาคต ลองมาดูมุมมองของพวกเขากัน

เรโนลต์ได้ตัดสินใจเดิมพันแบตเตอรี่ชนิดใหม่ที่สามารถเพิ่มระยะการขับขี่ในการชาร์จครั้งเดียวได้ถึงเจ็ดเท่า ในขณะที่ยังคงขนาดและน้ำหนักของแบตเตอรี่ในปัจจุบัน เซลล์อะลูมิเนียม-อากาศ (Al-air) มีความหนาแน่นของพลังงานอย่างมหัศจรรย์ (8000 W / kg เทียบกับ 1,000 W / kg สำหรับแบตเตอรี่แบบเดิม) ซึ่งสร้างขึ้นระหว่างปฏิกิริยาออกซิเดชันของอะลูมิเนียมในอากาศ แบตเตอรี่ดังกล่าวประกอบด้วยแคโทดบวกและขั้วบวกลบที่ทำจากอลูมิเนียม และระหว่างอิเล็กโทรดจะมีอิเล็กโทรไลต์แบบน้ำเป็นของเหลว

ผู้พัฒนาบริษัท แบตเตอรี่ Phinergyระบุว่ามีความก้าวหน้าอย่างมากในการพัฒนาแบตเตอรี่ดังกล่าว ข้อเสนอของพวกเขาคือการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำจากเงิน ซึ่งทำให้สามารถใช้ออกซิเจนที่มีอยู่ในอากาศธรรมดาได้อย่างมีประสิทธิภาพ ออกซิเจนนี้ผสมกับอิเล็กโทรไลต์เหลวและด้วยเหตุนี้จึงปล่อยพลังงานไฟฟ้าที่มีอยู่ใน แอโนดอลูมิเนียม. ความแตกต่างหลัก ๆ คือ "แคโทดอากาศ" ซึ่งทำหน้าที่เหมือนเมมเบรนในแจ็คเก็ตฤดูหนาวของคุณ - มีเพียง O2 เท่านั้นที่ผ่านไป ไม่ใช่คาร์บอนไดออกไซด์

แตกต่างจากแบตเตอรี่ทั่วไปอย่างไร? หลังมีเซลล์ปิดสนิท ในขณะที่องค์ประกอบอัลแอร์ต้องการ องค์ประกอบภายนอก, "เริ่มต้น" ปฏิกิริยา ข้อดีที่สำคัญคือแบตเตอรี่ Al-air ทำหน้าที่เหมือนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล ซึ่งจะผลิตพลังงานเมื่อคุณเปิดเครื่องเท่านั้น และเมื่อคุณ "ปิดอากาศ" ให้กับแบตเตอรี่ดังกล่าว ประจุทั้งหมดของแบตเตอรี่จะยังคงอยู่กับที่และไม่หายไปเมื่อเวลาผ่านไป เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ทั่วไป

แบตเตอรี่อัลแอร์ใช้อิเล็กโทรดอะลูมิเนียมระหว่างการทำงาน แต่สามารถเปลี่ยนได้ เช่น คาร์ทริดจ์ในเครื่องพิมพ์ ต้องทำการชาร์จทุกๆ 400 กม. ซึ่งจะประกอบด้วยการเพิ่มอิเล็กโทรไลต์ใหม่ ซึ่งง่ายกว่าการรอให้แบตเตอรี่ชาร์จปกติมาก

Phinergy ได้สร้าง Citroen C1 ไฟฟ้าซึ่งติดตั้งแบตเตอรี่ 25 กก. ที่มีความจุ 100 kWh สำรองพลังงานได้ 960 กม. ด้วยมอเตอร์ขนาด 50 กิโลวัตต์ (ประมาณ 67 พลังม้า) รถพัฒนาความเร็ว 130 กม. / ชม. เร่งเป็นร้อยใน 14 วินาที แบตเตอรี่ที่คล้ายกันได้รับการทดสอบด้วย เรโนลต์ Zoeแต่ความจุของมันคือ 22 kWh ความเร็วสูงสุดของรถคือ 135 กม. / ชม. 13.5 วินาทีถึง "ร้อย" แต่สำรองพลังงานเพียง 210 กม.

แบตเตอรี่ใหม่มีน้ำหนักเบากว่า ราคาถูกกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเพียงครึ่งเดียว และใช้งานได้ง่ายกว่าแบตเตอรี่ปัจจุบันในอนาคต และจนถึงตอนนี้ ปัญหาเดียวของพวกเขาคือขั้วไฟฟ้าอะลูมิเนียม ซึ่งผลิตและเปลี่ยนได้ยาก ทันทีที่ปัญหานี้ได้รับการแก้ไข เราสามารถคาดหวังกระแสความนิยมของรถยนต์ไฟฟ้าได้อย่างปลอดภัยยิ่งขึ้นไปอีก!

• , 20 ม.ค. 2015

เธอเป็นรายแรกของโลกที่ผลิตแบตเตอรี่อากาศ-อลูมิเนียมที่เหมาะสำหรับใช้ในรถยนต์ แบตเตอรี่ Al-Air 100 กก. มีพลังงานเพียงพอสำหรับการเดินทาง 3,000 กม. ในขนาดกะทัดรัด รถโดยสาร. Phinergy ได้สาธิตเทคโนโลยีนี้ด้วย Citroen C1 และแบตเตอรี่รุ่นที่เรียบง่าย (จาน 50 x 500g ในกล่องที่เต็มไปด้วยน้ำ) รถเดินทาง 1800 กม. ต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง หยุดเพียงเพื่อเติมแหล่งน้ำ - อิเล็กโทรไลต์สิ้นเปลือง ( วีดีโอ).

อลูมิเนียมไม่สามารถแทนที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้ (ไม่ชาร์จจากเต้ารับบนผนัง) แต่เป็นส่วนเสริมที่ยอดเยี่ยม ท้ายที่สุดแล้ว 95% ของการเดินทางของรถในระยะทางสั้นๆ ซึ่งมีแบตเตอรี่มาตรฐานเพียงพอ แบตเตอรี่สำรองช่วยสำรองในกรณีที่แบตเตอรี่หมดหรือหากคุณต้องการเดินทางไกล

แบตเตอรี่ลมอะลูมิเนียมสร้างกระแสโดยทำปฏิกิริยาทางเคมีกับโลหะกับออกซิเจนจากอากาศโดยรอบ แผ่นอลูมิเนียม-แอโนด เซลล์เคลือบทั้งสองด้านด้วยวัสดุที่มีรูพรุนด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาสีเงินที่กรอง CO 2 องค์ประกอบโลหะค่อยๆ ลดลงเป็น Al(OH) 3

สูตรทางเคมีสำหรับปฏิกิริยามีลักษณะดังนี้:

4 อัล + 3 O 2 + 6 H 2 O \u003d 4 อัล (OH) 3 + 2.71 V

นี่ไม่ใช่สิ่งแปลกใหม่ที่น่าตื่นเต้น แต่เป็นเทคโนโลยีที่รู้จักกันดี มีการใช้โดยกองทัพมานานแล้ว เนื่องจากองค์ประกอบดังกล่าวให้ความหนาแน่นของพลังงานสูงเป็นพิเศษ แต่ก่อนหน้านี้ วิศวกรไม่สามารถแก้ปัญหาด้วยการกรอง CO 2 และคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกี่ยวข้องได้ Phinergy อ้างว่าได้แก้ปัญหานี้แล้ว และในปี 2560 สามารถผลิตแบตเตอรี่อลูมิเนียมสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าได้ (และไม่ใช่แค่สำหรับพวกเขาเท่านั้น)

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน รุ่นเทสลา S มีน้ำหนักประมาณ 1,000 กก. และมีระยะทาง 500 กม. (ในสภาวะที่เหมาะสมในความเป็นจริง 180-480 กม.) สมมติว่าถ้าคุณลดเหลือ 900 กก. และเพิ่มแบตเตอรี่อลูมิเนียม มวลของรถจะไม่เปลี่ยนแปลง ช่วงของแบตเตอรี่จะลดลง 10-20% แต่ ไมล์สะสมสูงสุดโดยไม่ต้องชาร์จจะเพิ่มขึ้นถึง 3180-3480 กม.! คุณสามารถขับรถจากมอสโกไปปารีสและสิ่งอื่นจะยังคงอยู่

ในทางที่คล้ายกับแนวคิด รถไฮบริดแต่ไม่ต้องการเครื่องยนต์สันดาปภายในที่มีราคาแพงและเทอะทะ

ข้อเสียของเทคโนโลยีนั้นชัดเจน - แบตเตอรี่อลูมิเนียม - อากาศจะต้องเปลี่ยนใน ศูนย์บริการ. อาจจะปีละครั้งหรือมากกว่านั้น อย่างไรก็ตาม นี่เป็นขั้นตอนที่ค่อนข้างเป็นกิจวัตร เทสลามอเตอร์ปีที่แล้วแสดงให้เห็นว่า รุ่นแบตเตอรี่ S เปลี่ยนใน 90 วินาที ( วิดีโอมือสมัครเล่น).

ข้อเสียอื่น ๆ คือการใช้พลังงานในการผลิตและอาจมีราคาสูง การผลิตและรีไซเคิลแบตเตอรี่อะลูมิเนียมต้องใช้พลังงานเป็นจำนวนมาก นั่นคือจากมุมมองด้านสิ่งแวดล้อมการใช้งานจะเพิ่มปริมาณการใช้ไฟฟ้าโดยรวมในระบบเศรษฐกิจทั้งหมดเท่านั้น แต่ในทางกลับกัน การบริโภคมีการกระจายอย่างเหมาะสมที่สุด โดยปล่อยให้เมืองใหญ่เป็นพื้นที่ห่างไกลที่มีพลังงานราคาถูก ซึ่งมีโรงไฟฟ้าพลังน้ำและโรงงานโลหะวิทยา

ยังไม่ทราบว่าแบตเตอรี่ดังกล่าวจะมีราคาเท่าใด แม้ว่าตัวอลูมิเนียมเองจะเป็นโลหะราคาถูก แต่แคโทดก็มีเงินราคาแพง Phinergy ไม่ได้เปิดเผยอย่างชัดเจนถึงวิธีการสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาที่ได้รับการจดสิทธิบัตร บางทีนี่อาจเป็นกระบวนการที่ซับซ้อน

แต่สำหรับข้อบกพร่องทั้งหมด แบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศยังคงดูเหมือนเป็นอุปกรณ์เสริมที่สะดวกมากสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า อย่างน้อยก็เป็นวิธีแก้ปัญหาชั่วคราวสำหรับปีต่อ ๆ ไป (ทศวรรษ?) จนกว่าปัญหาความจุของแบตเตอรี่จะหายไป

ในขณะเดียวกัน Phinergy กำลังทดลองกับ "แบบชาร์จไฟได้"

บ้าน » การแพร่เชื้อ » อะลูมิเนียม - ตัวสะสมอากาศ แบตเตอรี่อลูมิเนียมแอร์ใช้น้ำเกลือสำหรับชาร์จแหล่งพลังงานรวม