ปฏิกิริยาเคมีของแบตเตอรี่อากาศอะลูมิเนียม แบตเตอรี่อลูมิเนียมเป็นส่วนเสริมที่ยอดเยี่ยมสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า รวมแหล่งกระแส

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 มวลของโมดูลที่มีชุดของแอโนดคือ 2 กก. การเชื่อมต่อแบบอนุกรมโมดูลได้รับการคัดเลือก HAIT จากองค์ประกอบ 12, 18 และ 24 ข้อเสียของแหล่งอากาศอลูมิเนียมรวมถึงค่อนข้างสูง ความต้านทานภายในความหนาแน่นของพลังงานต่ำ ความไม่เสถียรของแรงดันไฟฟ้าระหว่างการคายประจุ และแรงดันไฟตกเมื่อเปิดเครื่อง ข้อบกพร่องทั้งหมดเหล่านี้จะถูกปรับระดับเมื่อใช้แหล่งกระแสรวม (CPS) ซึ่งประกอบด้วย HAIT และแบตเตอรี่

รวมแหล่งกระแส

เส้นโค้งการปล่อยของแหล่งกำเนิด "น้ำท่วม" 6VAIT50 (รูปที่ 4) เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ตะกั่วแบบปิดผนึก 2SG10 ที่มีความจุ 10 Ah นั้นมีลักษณะเช่นเดียวกับในกรณีของการจ่ายไฟให้กับโหลดอื่น ๆ โดยแรงดันไฟฟ้าตกในวินาทีแรกเมื่อ โหลดเชื่อมต่อแล้ว ภายใน 10-15 นาที แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเป็นแรงดันใช้งาน ซึ่งคงที่ตลอดการคายประจุ HAIT ทั้งหมด ความลึกจุ่มถูกกำหนดโดยสถานะของพื้นผิวแอโนดอลูมิเนียมและโพลาไรซ์

รูปที่ 4- เส้นโค้งปล่อย 6VAIT50 เมื่อชาร์จ 2SG10

อย่างที่คุณทราบ กระบวนการชาร์จแบตเตอรี่จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อแรงดันไฟที่แหล่งจ่ายพลังงานสูงกว่าที่แบตเตอรี่เท่านั้น 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

ประจุของแหล่งที่พัฒนาแล้วจะดำเนินการภายในหลายนาทีโดยการเปลี่ยนอิเล็กโทรไลต์และ/หรือแอโนดทางกล 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 โดยปกติแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนของสมาร์ทโฟนจะชาร์จใหม่ภายในไม่กี่ชั่วโมง ในขณะที่ต้นแบบ เทคโนโลยีใหม่แสดงให้เห็นถึงความเร็วในการชาร์จที่ไม่เคยมีมาก่อนถึงหนึ่งนาที

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 ในที่สุดจะนำไปสู่ทั้งแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นและความหนาแน่นในการจัดเก็บพลังงานในแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-ไอออน ไม่ว่าในกรณีใด เทคโนโลยีลิเธียมไอออนก็มีข้อดีหลายประการอยู่แล้ว ที่นี่และราคาถูกรวมกับความปลอดภัยและการชาร์จความเร็วสูงและความยืดหยุ่นและ ระยะยาวบริการ

ผู้สมัครของวิทยาศาสตร์เทคนิค E. KULAKOV ผู้สมัครของวิทยาศาสตร์เทคนิค S. SEVRUK ผู้สมัครของวิทยาศาสตร์เคมี A. FARMAKOVSKAYA

โรงไฟฟ้าบนชิ้นส่วนอากาศอะลูมิเนียมใช้พื้นที่เพียงส่วนหนึ่งของท้ายรถและมีระยะทางสูงสุด 220 กิโลเมตร

หลักการทำงานขององค์ประกอบอากาศอลูมิเนียม

การทำงานของโรงไฟฟ้าในชิ้นส่วนอากาศอลูมิเนียมถูกควบคุมโดยไมโครโปรเซสเซอร์

เซลล์อิเล็กโทรไลต์เกลืออะลูมิเนียมแบบอากาศขนาดเล็กสามารถแทนที่แบตเตอรี่สี่ก้อน

วิทยาศาสตร์กับชีวิต // ภาพประกอบ

โรงไฟฟ้า EU 92VA-240 สำหรับชิ้นส่วนอากาศอลูมิเนียม

เห็นได้ชัดว่ามนุษยชาติจะไม่ยอมแพ้รถยนต์ เล็กน้อยของ: ที่จอดรถในไม่ช้าที่ดินอาจเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า - ส่วนใหญ่เกิดจากการใช้เครื่องยนต์ขนาดใหญ่ของจีน

ในขณะเดียวกัน รถยนต์ที่วิ่งไปตามถนนปล่อยก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์จำนวนหลายพันตันสู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งเป็นแบบเดียวกัน ซึ่งการอยู่ในอากาศในปริมาณที่มากกว่าหนึ่งในสิบของเปอร์เซ็นต์นั้นเป็นอันตรายต่อมนุษย์ และนอกเหนือจากคาร์บอนมอนอกไซด์ - และไนโตรเจนออกไซด์จำนวนมากและสารพิษอื่น ๆ สารก่อภูมิแพ้และสารก่อมะเร็ง - ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้น้ำมันเบนซินที่ไม่สมบูรณ์

โลกมองหาทางเลือกอื่นแทนรถยนต์ที่มีเครื่องยนต์มานานแล้ว สันดาปภายใน. และของจริงที่สุดคือรถยนต์ไฟฟ้า (ดู "วิทยาศาสตร์และชีวิต" หมายเลข 8, 9, 1978) รถยนต์ไฟฟ้าคันแรกของโลกถูกสร้างขึ้นในฝรั่งเศสและอังกฤษเมื่อต้นยุค 80 ของศตวรรษที่ผ่านมา ซึ่งเร็วกว่ารถยนต์ที่มีเครื่องยนต์สันดาปภายใน (ICE) อยู่หลายปี และรถม้าขับเคลื่อนด้วยตนเองคันแรกที่ปรากฏขึ้นเช่นในปี 1899 ในรัสเซียนั้นใช้ไฟฟ้าได้อย่างแม่นยำ

มอเตอร์ฉุดลากในรถยนต์ไฟฟ้าเหล่านี้ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ตะกั่วกรดที่มีน้ำหนักมากซึ่งมีความจุพลังงานเพียงประมาณ 20 วัตต์ต่อชั่วโมง (17.2 กิโลแคลอรี) ต่อกิโลกรัม ดังนั้นเพื่อ "ป้อน" เครื่องยนต์ที่มีความจุ 20 กิโลวัตต์ (27 พลังม้า) อย่างน้อยหนึ่งชั่วโมง จำเป็น แบตเตอรี่ตะกั่วน้ำหนัก 1 ตัน ปริมาณน้ำมันเบนซินเทียบเท่ากับพลังงานสะสมถูกครอบครองโดยถังแก๊สที่มีความจุเพียง 15 ลิตร จึงมีแต่การประดิษฐ์คิดค้น การผลิตน้ำแข็งรถยนต์เริ่มเติบโตอย่างรวดเร็ว และรถยนต์ไฟฟ้าถือเป็นสาขาที่สิ้นสุดของอุตสาหกรรมยานยนต์มานานหลายทศวรรษ และมีเพียงปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เกิดขึ้นต่อหน้ามนุษย์เท่านั้นที่บังคับให้นักออกแบบกลับมาคิดเรื่องรถยนต์ไฟฟ้า

ในตัวของมันเอง การเปลี่ยนเครื่องยนต์สันดาปภายในด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าเป็นสิ่งที่น่าดึงดูดใจ ด้วยกำลังที่เท่ากัน มอเตอร์ไฟฟ้าจึงมีน้ำหนักเบากว่าและควบคุมได้ง่ายกว่า แต่ถึงตอนนี้ กว่า 100 ปีหลังจากการปรากฏตัวครั้งแรก แบตเตอรี่รถยนต์, ความเข้มของพลังงาน (ซึ่งก็คือพลังงานที่สะสมไว้) ของแม้แต่สิ่งที่ดีที่สุดก็ยังไม่เกิน 50 วัตต์-ชั่วโมง (43 กิโลแคลอรี) ต่อกิโลกรัม และนั่นเป็นเหตุผลว่าทำไม น้ำหนักเทียบเท่าแบตเตอรี่หลายร้อยกิโลกรัมยังคงอยู่ในถังแก๊ส

หากเราคำนึงถึงความจำเป็นในการชาร์จแบตเตอรี่เป็นเวลาหลายชั่วโมง จำนวนรอบการชาร์จ-คายประจุที่จำกัด และเป็นผลให้ค่อนข้าง ในระยะสั้นการบริการ ตลอดจนปัญหาการทิ้งแบตเตอรี่ที่ใช้แล้ว เราต้องยอมรับว่ารถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่ยังไม่เหมาะสมกับบทบาทของการขนส่งมวลชน

อย่างไรก็ตาม ถึงเวลาที่จะบอกว่ามอเตอร์ไฟฟ้าสามารถรับพลังงานจากแหล่งกระแสเคมีอีกประเภทหนึ่งได้ นั่นคือ เซลล์กัลวานิก ที่มีชื่อเสียงที่สุดของพวกเขา (แบตเตอรี่ที่เรียกว่า) ทำงานในเครื่องรับแบบพกพาและเครื่องบันทึกเสียงในนาฬิกาและไฟฉาย การทำงานของแบตเตอรี่ดังกล่าว เช่นเดียวกับแหล่งกระแสเคมีอื่นๆ ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยารีดอกซ์อย่างใดอย่างหนึ่ง และตามที่ทราบจากหลักสูตรเคมีของโรงเรียนนั้นมาพร้อมกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากอะตอมของสารหนึ่ง (ตัวรีดิวซ์) ไปยังอะตอมของอีกตัวหนึ่ง (ตัวออกซิไดซ์) การถ่ายโอนอิเล็กตรอนดังกล่าวสามารถทำได้ผ่านวงจรภายนอก เช่น ผ่านหลอดไฟ ไมโครเซอร์กิต หรือมอเตอร์ และทำให้อิเล็กตรอนทำงาน

ด้วยเหตุนี้ปฏิกิริยารีดอกซ์จึงเกิดขึ้นในสองขั้นตอน - มันถูกแบ่งออกเป็นสองปฏิกิริยาครึ่งที่เกิดขึ้นพร้อมกัน แต่ใน ที่ต่างๆ. ที่ขั้วบวกตัวรีดิวซ์จะปล่อยอิเลคตรอนนั่นคือมันถูกออกซิไดซ์และที่แคโทดตัวออกซิไดเซอร์จะรับอิเล็กตรอนเหล่านี้นั่นคือมันจะลดลง อิเล็กตรอนเองที่ไหลจากแคโทดไปยังแอโนดผ่านวงจรภายนอกเพียงแค่ทำ งานที่มีประโยชน์. แน่นอนว่ากระบวนการนี้ไม่สิ้นสุด เนื่องจากทั้งตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ค่อยๆ ถูกบริโภคจนกลายเป็นสารใหม่ และด้วยเหตุนี้จึงต้องทิ้งแหล่งปัจจุบัน จริงอยู่ เป็นไปได้ที่จะเอาผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในนั้นออกจากแหล่งกำเนิดอย่างต่อเนื่องหรือเป็นครั้งคราว และในทางกลับกัน ให้ป้อนรีเอเจนต์ใหม่เข้าไปมากขึ้นเรื่อยๆ ในกรณีนี้พวกเขาเล่นบทบาทของเชื้อเพลิงและนั่นคือสาเหตุที่องค์ประกอบดังกล่าวเรียกว่าเชื้อเพลิง (ดู "วิทยาศาสตร์และชีวิต" ฉบับที่ 9, 1990)

ประสิทธิภาพของแหล่งจ่ายกระแสดังกล่าวถูกกำหนดโดยหลักจากการเลือกตัวทำปฏิกิริยาและโหมดการทำงานของมันให้ดีเพียงใด ไม่มีปัญหาเฉพาะกับการเลือกตัวออกซิไดซ์ เนื่องจากอากาศรอบตัวเราประกอบด้วยออกซิเจนที่ดีเยี่ยมมากกว่า 20% สำหรับตัวรีดิวซ์ (นั่นคือเชื้อเพลิง) สถานการณ์ที่ค่อนข้างซับซ้อน: คุณต้องพกติดตัวไปด้วย ดังนั้นเมื่อเลือกมัน ก่อนอื่นต้องดำเนินการจากสิ่งที่เรียกว่าตัวบ่งชี้มวลพลังงาน - พลังงานที่มีประโยชน์ที่ปล่อยออกมาในระหว่างการออกซิเดชันของหน่วยมวล

ไฮโดรเจนมีคุณสมบัติที่ดีที่สุดในแง่นี้ รองลงมาคือโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธ ตามด้วยอะลูมิเนียม แต่ก๊าซไฮโดรเจนติดไฟและระเบิดได้ และภายใต้แรงดันสูงก็สามารถซึมผ่านโลหะได้ สามารถทำให้เป็นของเหลวได้ก็ต่อเมื่อ อุณหภูมิต่ำและการจัดเก็บก็ลำบาก โลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธยังติดไฟได้ นอกจากนี้ ยังสามารถออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วในอากาศและละลายในน้ำ

อลูมิเนียมไม่มีข้อเสียเหล่านี้ ปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์หนาแน่นเสมอสำหรับกิจกรรมทางเคมีทั้งหมดนั้นแทบจะไม่ออกซิไดซ์ในอากาศ อะลูมิเนียมมีราคาถูกและปลอดสารพิษ และการเก็บรักษาก็ไม่สร้างปัญหาใดๆ งานในการนำมันเข้าสู่แหล่งปัจจุบันก็ค่อนข้างละลายได้เช่นกัน: แผ่นขั้วบวกทำจากโลหะเชื้อเพลิงซึ่งจะถูกแทนที่เป็นระยะเมื่อละลาย

และสุดท้ายอิเล็กโทรไลต์ ในองค์ประกอบนี้ อาจเป็นสารละลายที่เป็นน้ำ เช่น กรด ด่าง หรือน้ำเกลือ เนื่องจากอะลูมิเนียมทำปฏิกิริยากับทั้งกรดและด่าง และเมื่อฟิล์มออกไซด์แตกก็จะละลายในน้ำ แต่ควรใช้อัลคาไลน์อิเล็กโทรไลต์: ง่ายกว่าที่จะทำปฏิกิริยาครึ่งหลัง - ลดออกซิเจน ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดก็จะลดลงเช่นกัน แต่เมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินั่มราคาแพงเท่านั้น ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง เราสามารถใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ถูกกว่ามาก - โคบอลต์หรือนิกเกิลออกไซด์หรือถ่านกัมมันต์ซึ่งถูกนำเข้าสู่แคโทดที่มีรูพรุนโดยตรง สำหรับเกลืออิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรไลต์นั้นมีค่าการนำไฟฟ้าที่ต่ำกว่า และแหล่งกระแสไฟฟ้าที่ผลิตบนพื้นฐานของอิเล็กโทรไลต์นั้นใช้พลังงานน้อยกว่าประมาณ 1.5 เท่า ดังนั้นจึงแนะนำให้ใช้อัลคาไลน์อิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่รถยนต์อันทรงพลัง

อย่างไรก็ตาม มันก็มีข้อเสียเช่นกัน ซึ่งหลักๆ ก็คือการกัดกร่อนของแอโนด ควบคู่ไปกับปฏิกิริยาหลักที่สร้างกระแสและละลายอะลูมิเนียม แปลงเป็นโซเดียมอะลูมิเนตพร้อมวิวัฒนาการของไฮโดรเจนพร้อมกัน จริงอยู่ ปฏิกิริยาข้างเคียงนี้เกิดขึ้นด้วยความเร็วที่จับต้องได้มากหรือน้อยก็ต่อเมื่อไม่มีโหลดจากภายนอก ซึ่งเป็นเหตุให้แหล่งกระแสลมอะลูมิเนียมไม่สามารถชาร์จได้เป็นเวลานานในโหมดสแตนด์บาย ต่างจากแบตเตอรี่และแบตเตอรี่ จะต้องระบายสารละลายอัลคาไลในกรณีนี้ออก แต่ในทางกลับกัน ด้วยกระแสโหลดปกติ ปฏิกิริยาข้างเคียงแทบจะมองไม่เห็นและมีค่าสัมประสิทธิ์ ประโยชน์ใช้สอยอลูมิเนียมถึง 98% อิเล็กโทรไลต์อัลคาไลน์เองจะไม่กลายเป็นของเสีย: หลังจากกรองผลึกอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จากนั้น อิเล็กโทรไลต์นี้สามารถเทลงในเซลล์ได้อีกครั้ง

มีข้อเสียเปรียบอีกประการหนึ่งในการใช้อัลคาไลน์อิเล็กโทรไลต์ในแหล่งกระแสลมอะลูมิเนียม: มีการใช้น้ำค่อนข้างมากระหว่างการทำงาน สิ่งนี้จะเพิ่มความเข้มข้นของอัลคาไลในอิเล็กโทรไลต์และอาจค่อยๆ เปลี่ยนลักษณะทางไฟฟ้าของเซลล์ อย่างไรก็ตาม มีความเข้มข้นหลายระดับซึ่งลักษณะเหล่านี้แทบไม่เปลี่ยนแปลง และถ้าคุณทำงาน มันก็เพียงพอแล้วที่จะเติมน้ำลงในอิเล็กโทรไลต์เป็นครั้งคราว ของเสียในความหมายปกติของคำนั้นไม่ได้เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของแหล่งกระแสลมอะลูมิเนียม ท้ายที่สุด อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่ได้จากการสลายตัวของโซเดียมอะลูมิเนตเป็นเพียงดินเหนียวสีขาว กล่าวคือ ผลิตภัณฑ์นี้ไม่เพียงแต่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมเท่านั้น แต่ยังมีค่ามากในฐานะวัตถุดิบสำหรับอุตสาหกรรมต่างๆ

ยกตัวอย่างเช่น อะลูมิเนียมนั้นมักจะถูกผลิตขึ้น ขั้นแรกโดยการให้ความร้อนเพื่อให้ได้อลูมินา จากนั้นจึงนำอะลูมิเนียมที่หลอมเหลวนี้ไปหลอมด้วยไฟฟ้า ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะจัดวงจรการประหยัดทรัพยากรแบบปิดสำหรับการทำงานของแหล่งกระแสลมอะลูมิเนียม

แต่อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ก็มีมูลค่าทางการค้าที่เป็นอิสระเช่นกัน: มันเป็นสิ่งจำเป็นในการผลิตพลาสติกและสายเคเบิล, เคลือบเงา, สี, แว่นตา, สารตกตะกอนสำหรับการทำน้ำให้บริสุทธิ์, กระดาษ, พรมสังเคราะห์และเสื่อน้ำมัน มันถูกใช้ในวิศวกรรมวิทยุและอุตสาหกรรมยา ในการผลิตตัวดูดซับและตัวเร่งปฏิกิริยาทุกชนิด ในการผลิตเครื่องสำอางและแม้แต่เครื่องประดับ แท้จริงแล้ว อัญมณีเทียมจำนวนมาก - ทับทิม แซฟไฟร์ อเล็กซานไดรต์ - ทำขึ้นจากอะลูมิเนียมออกไซด์ (คอรันดัม) โดยมีสิ่งเจือปนเล็กน้อยของโครเมียม ไททาเนียม หรือเบริลเลียมตามลำดับ

ต้นทุนของแหล่งจ่ายกระแสลมอะลูมิเนียม "เสีย" นั้นค่อนข้างพอๆ กับต้นทุนของอะลูมิเนียมดั้งเดิม และมวลของพวกมันนั้นมากกว่ามวลของอะลูมิเนียมดั้งเดิมถึงสามเท่า

เหตุใดถึงแม้จะมีข้อดีทั้งหมดที่ระบุไว้ของแหล่งจ่ายออกซิเจนอลูมิเนียมในปัจจุบัน แต่ก็ไม่ได้พัฒนาอย่างจริงจังมาเป็นเวลานาน - จนถึงปลายยุค 70? เพียงเพราะพวกเขาไม่ต้องการเทคโนโลยี และด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของผู้บริโภคที่ใช้พลังงานอย่างอิสระ เช่น การบินและอวกาศ ยุทโธปกรณ์ทางทหาร และ การขนส่งทางบก, สถานการณ์มีการเปลี่ยนแปลง.

การพัฒนาองค์ประกอบแอโนด-อิเล็กโทรไลต์ที่เหมาะสมที่สุดพร้อมคุณสมบัติด้านพลังงานสูงที่อัตราการกัดกร่อนต่ำได้เริ่มต้นขึ้น เลือกแคโทดอากาศราคาไม่แพงพร้อมกิจกรรมทางเคมีไฟฟ้าสูงสุดและอายุการใช้งานที่ยาวนาน โหมดที่เหมาะสมถูกคำนวณทั้งสำหรับการทำงานระยะยาวและสำหรับระยะเวลาการทำงานสั้น

แบบแผนของโรงไฟฟ้ายังได้รับการพัฒนาซึ่งประกอบด้วยระบบเสริมจำนวนหนึ่ง - จัดหาอากาศ, น้ำ, การไหลเวียนของอิเล็กโทรไลต์และการทำให้บริสุทธิ์, การควบคุมความร้อน ฯลฯ แต่ละคนค่อนข้างซับซ้อนในตัวเองและสำหรับ การทำงานปกติของโรงไฟฟ้าโดยรวมที่ใช้ ระบบไมโครโปรเซสเซอร์การควบคุม ซึ่งกำหนดอัลกอริธึมการทำงานและการโต้ตอบสำหรับระบบอื่นๆ ทั้งหมด ตัวอย่างของการก่อสร้างหนึ่งในการติดตั้งแอร์อะลูมิเนียมสมัยใหม่แสดงในรูป (หน้า 63): เส้นหนาระบุการไหลของของไหล (ท่อ) และเส้นบาง ๆ ระบุการเชื่อมโยงข้อมูล (สัญญาณของเซ็นเซอร์และคำสั่งควบคุม

ที่ ปีที่แล้วสถาบันการบินแห่งรัฐมอสโก (Technical University) - MAI ร่วมกับศูนย์วิจัยและผลิตแหล่งปัจจุบัน " พลังงานทดแทน"- NPK IT "Alten" สร้างโรงไฟฟ้าที่ใช้งานได้ทั้งหมดโดยอิงจากองค์ประกอบอากาศอลูมิเนียม รวมถึงหน่วยทดลอง 92VA-240 สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า ความเข้มของพลังงานและเป็นผลให้ระยะทางของรถยนต์ไฟฟ้าไม่มี การชาร์จใหม่นั้นสูงกว่าการใช้แบตเตอรี่หลายเท่า ทั้งแบบดั้งเดิม (นิกเกิล-แคดเมียม) และที่พัฒนาขึ้นใหม่ (โซเดียม ซัลเฟอร์) ลักษณะเฉพาะบางประการของรถยนต์ไฟฟ้าที่โรงไฟฟ้านี้จะแสดงบนแถบสีที่อยู่ติดกันเมื่อเปรียบเทียบกับ ลักษณะของรถยนต์และรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่ อย่างไรก็ตาม การเปรียบเทียบนี้จำเป็นต้องมี ความจริงก็คือสำหรับรถยนต์นั้น จะพิจารณาเฉพาะมวลของเชื้อเพลิง (น้ำมันเบนซิน) และสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าทั้งสองคัน - มวลของแหล่งกระแสไฟฟ้าเป็น ทั้งหมด ในเรื่องนี้ควรสังเกตว่ามอเตอร์ไฟฟ้ามีน้ำหนักที่ต่ำกว่ามากซึ่งใช้พลังงานอย่างประหยัดกว่าหลายเท่า หากเราพิจารณาทั้งหมดนี้ปรากฎว่าของจริง w รถปัจจุบันจะเล็กกว่า 2-3 เท่า แต่ก็ยังใหญ่พอ

การติดตั้ง 92VA-240 ยังมีข้อดีอื่นๆ - ใช้งานได้จริง - การชาร์จแบตเตอรี่อากาศแบบอะลูมิเนียมไม่จำเป็นต้องใช้เต้ารับไฟฟ้าเลย แต่จะเดือดลงไปที่ การเปลี่ยนทางกลของอะลูมิเนียมแอโนดที่ใช้แล้วกับอันใหม่ ซึ่งใช้เวลาไม่เกิน 15 นาที ง่ายกว่าและเร็วกว่าคือการเปลี่ยนอิเล็กโทรไลต์เพื่อขจัดคราบอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ออกจากอิเล็กโทรไลต์ ที่สถานี "เติม" อิเล็กโทรไลต์ที่ใช้แล้วจะถูกสร้างใหม่และใช้เพื่อเติมรถยนต์ไฟฟ้า และอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่แยกออกจากอิเล็กโทรดจะถูกส่งไปแปรรูป

นอกจากโรงไฟฟ้าเคลื่อนที่ไฟฟ้าที่ใช้เซลล์อากาศอะลูมิเนียมแล้ว ผู้เชี่ยวชาญคนเดียวกันยังได้สร้างโรงไฟฟ้าขนาดเล็กจำนวนหนึ่ง (ดู "วิทยาศาสตร์และชีวิต" ครั้งที่ 3, 1997) การติดตั้งเหล่านี้แต่ละครั้งสามารถชาร์จด้วยกลไกอย่างน้อย 100 ครั้ง และตัวเลขนี้พิจารณาจากอายุการใช้งานของแคโทดอากาศที่มีรูพรุนเป็นหลัก และอายุการเก็บรักษาของการติดตั้งเหล่านี้ในสภาวะที่ไม่ได้บรรจุไม่ได้ถูกจำกัดเลย เนื่องจากไม่มีการสูญเสียความจุระหว่างการจัดเก็บ - ไม่มีการคายประจุเอง

ในแหล่งกระแสลมอะลูมิเนียมที่มีกำลังไฟฟ้าขนาดเล็ก ไม่เพียงแต่อัลคาไลเท่านั้น แต่ยังสามารถใช้เกลือแกงธรรมดาในการเตรียมอิเล็กโทรไลต์ได้ด้วย: กระบวนการในอิเล็กโทรไลต์ทั้งสองดำเนินไปในทำนองเดียวกัน จริงอยู่ที่ความเข้มของพลังงานของแหล่งเกลือนั้นน้อยกว่าแหล่งอัลคาไลน์ 1.5 เท่า แต่ก็สร้างปัญหาให้กับผู้ใช้น้อยกว่ามาก อิเล็กโทรไลต์ในนั้นปลอดภัยอย่างสมบูรณ์และแม้แต่เด็กก็สามารถเชื่อถือได้ในการทำงานด้วย

แหล่งกระแสลมอะลูมิเนียมสำหรับการจ่ายไฟให้กับเครื่องใช้ในครัวเรือนที่ใช้พลังงานต่ำมีการผลิตเป็นจำนวนมากและราคาก็ไม่แพงมาก สำหรับโรงไฟฟ้ายานยนต์รุ่น 92VA-240 นั้นยังคงมีอยู่ในชุดนำร่องเท่านั้น หนึ่งในตัวอย่างทดลองที่มีกำลังไฟ 6 กิโลวัตต์ (ที่แรงดันไฟฟ้า 110 V) และความจุ 240 แอมแปร์-ชั่วโมง ราคาประมาณ 120,000 รูเบิลในปี 2541 ตามการคำนวณเบื้องต้น หลังจากการเปิดตัวของการผลิตจำนวนมาก ค่าใช้จ่ายนี้จะลดลงอย่างน้อย 90,000 รูเบิล ซึ่งจะทำให้สามารถผลิตรถยนต์ไฟฟ้าได้ในราคาที่ไม่สูงกว่ารถยนต์ที่มีเครื่องยนต์สันดาปภายในมากนัก สำหรับค่าใช้จ่ายในการดำเนินการรถยนต์ไฟฟ้านั้น ตอนนี้ก็ค่อนข้างจะเทียบได้กับค่าใช้จ่ายในการดำเนินการรถยนต์

สิ่งเดียวที่ต้องทำคือทำการประเมินที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นและทดสอบเพิ่มเติม จากนั้นจึงเริ่มดำเนินการทดลองด้วยผลลัพธ์ที่เป็นบวก

Phinergy สตาร์ทอัพสัญชาติอิสราเอล 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 เห็นได้ชัดว่าบริษัทพบวิธีป้องกันก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอะลูมิเนียมที่สึกกร่อน ประการที่สอง แบตเตอรี่ใช้พลังงานจากอะลูมิเนียมเป็นเชื้อเพลิง โดยจะเปลี่ยนอะลูมิเนียมธรรมดาให้เป็นอะลูมิเนียมไดออกไซด์อย่างช้าๆ ต้นแบบอลูมิเนียม-อากาศ แบตเตอรี่ Phinergyประกอบด้วยแผ่นอะลูมิเนียมอย่างน้อย 50 แผ่น โดยแต่ละแผ่นให้พลังงานในการขับขี่ 20 ไมล์ หลังจาก 1,000 ไมล์ เพลตจะต้องได้รับการชาร์จด้วยกลไก - คำสละสลวยสำหรับความเรียบง่าย การกำจัดทางกายภาพแผ่นแบตเตอรี่ แบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศต้องเติมน้ำทุกๆ 200 ไมล์เพื่อฟื้นฟูระดับอิเล็กโทรไลต์

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 » พวงมาลัย » ปฏิกิริยาเคมีของแบตเตอรี่อากาศอะลูมิเนียม แบตเตอรี่อลูมิเนียมเป็นส่วนเสริมที่ยอดเยี่ยมสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า รวมแหล่งกระแส