Kemijske reakcije s aluminijskim zračnim baterijama. Aluminijska baterija zraka koristi slanu vodu za punjenje. Kombinirani izvori struje

Kemijski izvori struje sa stabilnim i visokim specifičnim karakteristikama jedan su od najvažnijih uvjeta za razvoj sredstava komunikacije.

Trenutno je potreba za korisnicima električne energije za komunikacije pokrivena uglavnom zbog korištenja skupih galvanskih elemenata ili baterija.

Baterije su relativno autonomni izvori energije, budući da im je potrebna periodična naknada od mreže. Punjači koji se koriste za tu svrhu imaju visoku cijenu i nisu uvijek u mogućnosti pružiti povoljan način punjenja. Dakle, sonnerschein baterija, napravio je tehnologiju suhefitne tehnologije i ima težinu od 0,7 kg, a kapacitet 5 a · h napunjeni su 10 sati, a kada se puni punjenje, potrebno je promatrati regulatorne trenutne vrijednosti, napone i vrijeme punjenja , Naknada se prvo izvodi na stalna toke., zatim s konstantnim naponom. Za to se primjenjuju skupo uređaj za punjenje s kontrolom softvera.

Apsolutno autonomni su elektronistični elementi, ali oni, u pravilu, imaju nisku snagu i ograničen spremnik. Na iscrpljenost energije ugrađene u njih, oni su zbrinuti, zagađujući okoliš, Alternativa suhim izvorima su mehanički punjivi izvori metala, neke od karakteristika energetske karakteristike prikazane su u tablici 1.

stol 1 - Parametri nekih elektrokemijskih sustava

Elektro-kemijski sustav	Teorijski parametri		Praktički provedeni parametri
		Specifična energija, w · h / kg	Napon, B.	Specifična energija, w · h / kg
Aluminijum
Magnetski
Zračni cink
Hidrid bez metala
Nickel Cadmieva
Mangan-cink
Mangan-litia

Kao što se može vidjeti iz stola, izvori od zračnog metala, u usporedbi s drugim široko korištenim sustavima, posjeduju najveći teorijski i praktički stvarni energetski parametri.

Zračni i metalni sustavi su implementirani znatno kasnije, a njihov razvoj je još manje intenzivno intenzivniji od drugih izvora drugih elektrokemijskih sustava. Međutim, testiranje prototipova koje su stvorili domaće i strane tvrtke pokazale su njihovu dostatnu konkurentnost.

Pokazalo se da aluminij i cink legure mogu raditi u alkalnim i soli elektroliti. Magnezij - samo u solnim elektrolitima, a intenzivno otapanje ide oba prilikom stvaranja struje i pauze.

Za razliku od magnezija aluminija u soli elektroliti se otapa samo prilikom stvaranja struje. Alkalni elektroliti su najviše obećavajuća za cink elektrodu.

Izvori struje aluminija (Vit)

Na temelju aluminijskih legura, stvoreni su mehanički punjivi strujni izvori s elektrolitom na bazi kuharice. Ovi izvori su apsolutno autonomni i mogu se koristiti za napajanje ne samo sredstva komunikacije, već i za baterije za naplatu, prehranu raznih kućanskih opreme: radio prijemnici, televizori, kava mreža, električne bušilice, svjetiljke, elektrofeys, nisko- Power hladnjaci, centrifugalne crpke itd. Apsolutna autonomija izvora omogućuje vam da ga koristite u polju, u područjima koje nemaju centralizirano napajanje, u mjestima katastrofe i prirodnim katastrofama.

Naknada se provodi nekoliko minuta, što je potrebno za punjenje elektrolita i / ili zamjena aluminijskih elektroda. Za naknadu, potrebna je samo kuharica, voda i opskrba aluminijskih anoda. Kao jedan od aktivnih materijala, koristi se zračni kisik, koji je obnovljen na ugljiku i fluoroplastične katode. Katode su vrlo jeftini, pružaju rad izvora dugo i, dakle, imaju blagi učinak na trošak generirane energije.

Trošak električne energije dobivene u VIT-u određuje se uglavnom, samo trošak periodično zamijenjenih anode, ne uključuje troškove oksidacijskog sredstva, materijala i tehnološki procesiPružanje učinkovitosti tradicionalnih galvaničnih elemenata i stoga je 20 puta niža od troškova energije dobivene iz takvih autonomnih izvora kao alkalnih elemenata manganovog cinka.

tablica 2 - Parametri izvora struje aluminija

Tip baterije	Brand baterije	Broj elemenata		Masa elektrolita, kg	Kapacitet u skladištu elektrolita i · h	Masa skupa anoda, kg	Sposobnost u zalihama anoda i · h	Masa baterije, kg
Podmorni
Pun

Trajanje kontinuiranog rada određuje se vrijednosti potrošene struje, volumen elektrolita je napunjen u element elektrolita i je 70 - 100 a · b / l. Donja granica određena je viskoznošću elektrolita, na kojoj je moguć njegov slobodan odljev. Gornja granica odgovara smanjenju karakteristika elementa za 10-15%, ali svojim postignućem za uklanjanje mase elektrolita potrebno je koristiti mehanički uređajikoji može oštetiti kisik (zrak) elektrodu.

Viskoznost elektrolita povećava se kako je suspenzija aluminijskog hidroksida zasićena. (Aluminijski hidroksid se događa u prirodi u obliku gline ili aluminije, izvrstan je proizvod za proizvodnju aluminija i može se vratiti u proizvodnju).

Zamjena elektrolita se provodi u minutama. S novim dijelovima elektrolita, dobrodošli mogu raditi do iscrpljenosti anode resursa, koji, s debljinom od 3 mm, 2,5 A · CH / cm2 geometrijske površine. Ako su anode otopljene, zamijenjene su novim za nekoliko minuta.

To je vrlo mali samo-pražnjenje, čak i kada pohranjivanje s elektrolitom. Ali B. odDa se u pauzi između pražnjenja može pohraniti bez elektrolita - njegovo samo-nesklad je zanemariv. Resurs rada je ograničen na vijek trajanja plastike, od kojih je napravljen bez elektrolita može se držati do 15 godina.

Ovisno o zahtjevima potrošača, može se mijenjati s činjenicom da 1 element ima napon od 1 V na strujnoj gustoći od 20 mA / cm2, a struja uklonjena iz vita je određena površinom elektrode.

Studije provedene u Mei (TU) procesa koji se pojavljuju na elektrodama i elektrolite, omogućili su da se stvori dvije vrste aluminijskih izvora struje - popunjavanje i potopnik (tablica 2).

Okrenuo pamet.

Poon se sastoji od 4-6 elemenata. Element policije će biti (sl. 1) je pravokutni spremnik (1), u suprotnim zidovima u kojem se ugrađuje katodi (2). Katoda se sastoji od dva dijela električno spojena na jednu gumu elektrode (3). Između katoda nalazi se anoda (4), čiji je položaj fiksiran u vodilicama (5). Dizajn elementa patentiranih autorima / 1 / dopušta smanjenju negativnog učinka aluminijskog hidroksida generiranog kao konačni proizvod, zbog organizacije unutarnje cirkulacije. U tu svrhu, element u ravnini okomito na ravninu elektroda podijeljena je podjelima u tri dijela. Particije također obavljaju ulogu vodilice anode prijenosa (5). U srednjem dijelu nalaze se elektrode. Mjehurići plina koji se oslobađaju tijekom rada podignute zajedno s strujom elektrolita, suspenzijom hidroksida, koji se spušta na dno u druga dva dijela elementa.

Slika 1 - Dijagram elementa

Opskrba zraka u katode u vit (sl. 2) provodi se kroz praznine (1) između elemenata (2). Ekstremne katode su zaštićene od vanjskih mehaničkih učinaka uz bočne ploče (3). Nepristornost strukture osigurana je pomoću brzog izmjenjivog poklopca (4) s brtvom brtve (5) od porozne gume. Napetost gumena brtva Postignuta je pritiskom na poklopac tijelu i popravite ga u ovom stanju koristeći opružne brave (nisu prikazane na slici). Resetiranje plina se provodi kroz posebno dizajnirane porozne hidrofobne ventile (6). Elementi (1) u bateriji su spojeni uzastopno. Plastični anode (9), čiji je dizajn dizajniran u MEI, ima fleksibilne trenutne razgovore s elementom priključka na kraju. Konektor, dio odziva koji je spojen na katodni blok, omogućuje vam da brzo isključite i priključite anodu prilikom zamjene. Kada su povezani sve anode, elementi su spojeni uzastopno. Ekstremne elektrode su spojene na provrte (10), također preko priključaka.

1 - zračni jaz, 2 - element, 3 - zaštitna ploča, 4 - poklopac, 5 - katodna guma, 6 - brtve, 7-ventil, 8 - katoda, 9 - anodi, 10 - rođeni

Slika 2. - rasutiću.

Uronjen vait.

Uželjive vode (sl. 3) je preplavljena zalijevanje na pogrešnom. Katode (2) su raspoređene na aktivni sloj prema van. Kapacitet elementa u kojem je elektrolit bio poplavljen je podijeljen u dvije particije i služi za odvojeni dovod zraka za svaku katodu. U jaz kroz koji je zrak donio katode, instaliran je anoda (1). Ne aktivira se bez punjenja elektrolita, već uranjanjem u elektrolit. Elektrolit je unaprijed učitan i pohranjen u pauzi između ispuštanja u spremniku (6), koji je podijeljen u 6 ne-međusobno povezanih dijelova. Kao tenk, monoblok baterije je 6T-60TM.

1 - anodi, 4 - katodna kamera, 2 - katodna, 5 - gornja ploča, 3 - moždani udar, 6 - elektrok tenk

Slika 3. - Uronjen zračni aluminijski element u ploču modula

Ovaj dizajn omogućuje brzo rastavljanje baterije, uklanjanjem modula s elektrodama i manipuliranjem prilikom punjenja i istovara elektrolita ne s baterijom, već s kapacitetom, čija je masa s elektrolitom 4,7 kg. Modul kombinira 6 elektrokemijskih elemenata. Elementi su pričvršćeni na gornjoj ploči (5) modula. Masa modula s nizom anoda 2 kg. Serijski spoj Moduli su stekli od 12, 18 i 24 elemenata. Nedostaci izvora aluminija aluminija uključuju prilično visoku unutarnju otpornost, nisku specifičnu snagu, nestabilnost napona tijekom ispuštanja i kvara napona kada uključite. Svi ovi nedostaci su izravnati pri korištenju kombiniranog strujnog izvora (WHP) koji se sastoji od nositelja i baterije.

Kombinirani izvori struje

Krivulja pražnjenja od "lakog" izvora 6viti50 (sl. 4) Pri punjenju zatvorene baterije olova, 2 WG10 s kapacitetom od 10 A · h karakterizira kao napajanje drugih opterećenja, kvar napona u prvim sekundama u prvim sekundama kada je opterećenje spojeno. U roku od 10 do 15 minuta napon se povećava na radniku, koji ostaje konstantan tijekom cijelog iscjedka. Dubina kvara određena je stanjem površine aluminijskog anode i njegove polarizacije.

Slika 4. - Krivulja ispuštanja 6viti50 kada punjenje 2RSE10

Kao što je poznato, proces napunjenosti baterije se javlja samo kada napon na izvoru koji daje energiju je viša nego na bateriji. Neuspjeh početnog napona dovest će do činjenice da se baterija počinje ispuštati i, dakle, inverzni procesi se pokreću na elektrodama, što može dovesti do pasivacije anoda.

Da biste spriječili neželjene procese u lancu između vitalne i baterije, instaliran je dioda. U tom slučaju, napon pražnjenja koristi se tijekom punjenja baterije određuje ne samo naponom akumulatora, već i pad napona na diodi:

U wate \u003d u acc + Δu dioda (1)

Uvod u lanac diode dovodi do povećanja napona i na Vit i na bateriji. Učinak diode u krug ilustrira sl. 5, koji predstavlja promjenu u razlici u naponima i bateriju pri punjenju baterije naizmjenično s diodom u lancu i bez nje.

U procesu punjenja bateriju u odsutnosti diode, naponska razlika teži smanjenju, tj. Smanjenje učinkovitosti rada, dok je u prisutnosti diode razlike i, posljedično, učinkovitost procesa nastoji povećati.

Slika 5. - Razlika napona 6VAT125 i 2 SG10 pri punjenju s diodom i bez njega

Slika 6. - Promjena struje ispuštanja 6VAT125 i 300KK11 tijekom napajanja potrošača

Slika 7. - mijenjanje specifične energije kompleta (vit - olovna baterija) s povećanjem udjela vršnog opterećenja

Način komunikacije karakteriziraju potrošnja energije u varijabilnom načinu rada, uključujući vrhunac, opterećenja. Takva je priroda potrošnje po uzoru na nas kada je potrošač bio napajanje s osnovnim opterećenjem od 0,75 a i vrha 1.8 i od kita koji se sastoji od 6viti125 i 3KNGK11. Priroda promjene u strujama generiranih (konzumiranih) komponenti kita prikazana je na Sl. 6.

Iz slike se vidi da je u osnovnom načinu rada, struja stvara trenutnu generaciju dovoljnu za napajanje osnovnog opterećenja i napunjenosti baterije. U slučaju vršnog opterećenja, potrošnja se osigurava strujom generira i baterija.

Proveli smo teorijsku analizu pokazala da je specifična energija kitova kompromis između specifične energije vitalne i baterije i povećava se s smanjenjem udjela vršne energije (Sl. 7). Specifična moć kita je viša od specifične snage i povećava se s povećanjem udjela vršnog opterećenja.

zaključci

Novi strujni izvori temeljeni na elektrokemijskom sustavu "Air-aluminij" s otopinom stolne soli kao elektrolita, energetskog intenziteta od oko 250 A · h i sa specifičnom energijom više od 300 W / kg.

Naknada razvijenih izvora provodi se u roku od nekoliko minuta mehaničkom zamjenom elektrolita i / ili anode. Izvor samoprocjene je zanemariv i stoga se mogu pohraniti 15 godina prije aktivacije. Razvijeni izvori, karakterizirani metodom aktivacije.

Istražuje se rad zračnih aluminija tijekom naboja baterije i kombiniranog izvora. Pokazalo se da specifična energija i specifična snaga WHC-a su kompromitirane vrijednosti i ovise o udjelu vršnog opterećenja.

Vit i kit na temelju njih su apsolutno autonomni i mogu se koristiti za napajanje ne samo sredstvo za komunikaciju, već i prehranu raznih kućanskih opreme: elektromashe, svjetiljke, hladnjaci s niskom energijom itd. Apsolutna autonomija izvora omogućuje vam da Koristite ga u terenskim uvjetima u regijama koje nemaju centralizirano napajanje, u mjestima katastrofe i prirodnim katastrofama.

BIBLIOGRAFIJA

1. RF patent br. 2118014. Element metalnog zraka. / DYAHKOV E.V., Klemenov B.V., korovin N.V., // MPK 6 H 01 m 12/06. 2/38. Prog. 06/17/97 Publ. 20.08.98
2. Korovin N.V., Kleimenov B.V., Voligova i.a. & Voligov i.a.///prm. Drugi simp. Na novom materu. Za gorivne ćelije i suvremene baterije. 6. do 10. srpnja. 1997. Montreal. Kanada. V 97-7.
3. Korovin N.V., Klemenov B.V. Mei bilten (u tisku).

Rad je proveden u okviru programa "Znanstveno istraživanje više škole o prioritetnim smjerovima znanosti i tehnologije"

Ljubitelji električnih vozila dugo su sanjali o baterijama koje će omogućiti njihovim prijateljima na četiri kotača da prevladaju više od jedne i pol tisuće kilometara na jednoj punici. Uprava izraelskog pokretanja Phinergy vjeruje da će aluminijske zračne baterije razvijene od strane stručnjaka savršeno će se nositi s ovim zadatkom.

CEO Phinergy, Aviv Sidon, neki dan najavio je početak partnerstva s velikim proizvođačima automobila. Očekuje se da će dodatno financiranje omogućiti da tvrtka uspostavi masovna proizvodnja Revolucionarne baterije za 2017. godinu.

Na videozapisu ( na kraju članka) Novinar Vijesti Bloomberg, Elliot Gotkin, putuje oko kotača malih vlakova, koji je pretvoren u električno vozilo. U isto vrijeme, u prtljažniku ovog automobila, instalirana je aluminijska baterija phinergy.

Citroen C1 Električno vozilo s litij-ionskom baterijom može proći ne više od 160 km na jednom punjenju, ali aluminij-zrak baterija Phinergy omogućuje da prevlada dodatnih 1600 kilometara.

Video prikazuje da inženjeri ispunjavaju posebne spremnike unutar demonstracijskog vozila s destiliranom vodom. Prognoza na računalu na brodu Raspon rada Auto se prikazuje na zaslonu. mobitel Generalni direktor Phinergy.

Voda služi kao osnova za elektrolit kroz koje ioni prolaze isticanjem energije. Struja se pokreće automobilskim elektromotorima. Prema inženjerima pokretanja, opskrba vodom u spremnicima demonstracijskog automobila mora se nadopuniti "svakih nekoliko stotina kilometara".

Aluminijske ploče se koriste kao anoda u aluminijskim zračnim baterijama, a vanjski zrak strši katodu. Aluminijska komponenta sustava polako uništava, budući da su metalne molekule povezane s energijom kisika i izlučivanja.

Točnije: četiri atoma aluminija, tri molekule kisika i šest molekula vode se kombiniraju kako bi se stvorile četiri hidratizirane molekule aluminijskih oksida s otpuštanjem energije.

Povijesno gledano, aluminijske baterije su korištene samo za potrebe vojske. Potreba za povremeno uklanjanje aluminijevog oksida i zamijeniti aluminijske ploče anode.

Phinergy predstavnici kažu da patentirani katodni materijal omogućuje kisik iz vanjskog zraka da slobodno uđe u ćeliju baterije, dok ovaj materijal ne dopušta ugljični dioksid, koji je također sadržan u zraku, zagađuje bateriju. U većini slučajeva je u većini slučajeva spriječio normalan rad aluminijskih akumulija na duže vrijeme. Barem do sada.

Stručnjaci tvrtke također se mogu puniti električnom energijom. U ovaj slučaj Metalne elektrode se ne uništavaju tako brzo kao u slučaju aluminijskih zraka analoga.

Sidon kaže da energija jedne aluminijske ploče pomaže električnom vozilu da se prevlada oko 32 kilometra (to nam omogućuje da pretpostavimo da je specifična proizvodnja električne energije na ploči oko 7 kW * h). Tako u demo stroju instalira 50 takvih ploča.

Cijela baterija, kao što je glavni menadžer bilježi, teži samo 25 kg. Iz toga slijedi da je njegova gustoća energije više od 100 puta veća od one uobičajenog litij-ionske baterije Moderan uzorak.

Vjerojatno je da je u slučaju serijskog modela električnog vozila, baterija može biti znatno ozbiljnija. Oprema baterije će se odvijati s termalnim sustavom klimatizacije i zaštitno kućište, koji u prototipu nije uočen (sudeći po valjku).

U svakom slučaju, izgled baterije s gustoćom energije, koji je redoslijed veličine više od modernog litij-ionske baterijeBit će izvrsna vijest za proizvođače automobila koji su napravili okladu na električne strojeve - jer je u biti eliminira bilo kakve probleme uzrokovane ograničenom udaljenosti tijekom modernih elektrokara.

Imamo vrlo zanimljiv prototip prije nas, ali mnoga pitanja ostaju bez odgovora. Kako će aluminijske zračne baterije raditi u serijskim električnim vozilima? Koliko će teška procedura za zamjenu aluminijskih ploča? Koliko će ih često promijeniti? (Nakon 1500 km? Nakon 5000 km? ili rjeđe?).

U ovoj fazi marketinški materijali To se ne opisuje ono što će biti ukupni ugljični trag metalne baterije (od proizvodnje sirovina prije instaliranja baterije u automobilu) u usporedbi s modernim litij-ionskim analozima.

Ovaj trenutak vjerojatno zaslužuje detaljnu studiju. I istraživački rad mora biti dovršen prije početka provedbe mase nova tehnologijaBudući da je ekstrakcija i prerada aluminija i stvaranje prikladnog metala vrlo energetski intenzivan proces.

Ipak, drugi scenarij događaj nije isključen. Dodatne metalne baterije mogu se dodati u litij-ion, ali će se koristiti samo u slučaju putovanja na velike udaljenosti. Ova opcija može biti vrlo atraktivna za proizvođače električnih vozila, čak i ako nova baterija tipa će imati veći ugljični otisak.

Na temelju

Kandidat tehničkih znanosti E. Kulakov, kandidat tehničkih znanosti S. Sevrook, kandidat kemijskih znanosti A. Pharmakovskaya.

Energetska instalacija na zračnim aluminijskim elementima je samo dio auto debla i pruža niz njegove trčanja do 220 kilometara.

Načelo rada zračnog aluminijskog elementa.

Rad elektrane na elementima aluminijskih elemenata kontrolira se mikrotosokom.

Mali element zraka-aluminijski element na elektrolitu soli može zamijeniti četiri baterije.

Znanost i život // ilustracija

Energetska instalacija EU 92V-240 na elementima zraka-aliminia.

Čovječanstvo, očito, neće odustati od automobila. Malo: parkiralište Zemlje se uskoro može povećati za oko dva puta - uglavnom zbog masovne motorizacije Kine.

U međuvremenu, automobili koji nose ceste emitiraju tisuće tona ugljičnog monoksida u atmosferu - samo prisutnost u zraku u iznosu, veća desetak posto kapitala, za osobu je smrtno. Osim ugljičnog monoksida, mnoge tone dušikovih oksida i drugih otrova, alergeni i karcinogeni su nepotpuni proizvodi izgaranja benzina.

Diljem svijeta odavno je tražio alternative automobilu s motorom unutarnje izgaranje, I najpralniji se smatra električnim vozilom (vidi "Znanost i život" br. 8, 9, 1978). Prva svjetska električna vozila nastali su u Francuskoj i Engleskoj na samom početku 80-ih godina prošlog stoljeća, to jest, nekoliko godina ranije od automobila s motorima s unutarnjim izgaranjem (DVS). I to se pojavilo, na primjer, 1899. u Rusiji, prva samo-morska posada bila je električna.

Transakcijski električni motor u takvim električnim automobilima dobio je obroke od pretjerano teških baterija olova baterija s energetskim intenzitetom od samo 20 Watt-sati (17,2 kilokaloria) po kilogramu. Dakle, kako bi "hranili" motor s kapacitetom od 20 kilovata (27 snaga konja) barem za jedan sat olovna baterija Težine 1 tone. Količina benzina zauzima ekvivalent nje o energiji za skladištenje, uzima spremnik za plin kapaciteta samo 15 litara. Zato samo u skladu s izumom FCS-a, proizvodnja automobila počela je brzo rasti, a električni automobili se smatraju mrtvom kraju grane automobilske industrije do desetljećima. I samo ekološki problemi koji proizlaze prije nego što je čovječanstvo napravio dizajnere natrag na ideju električnog vozila.

Samo po sebi zamjena elektromotora motora je, naravno, iskušenja: na istoj snazi \u200b\u200belektrične energije električne energije i težinu je lakše, a kontroli je lakše. Ali čak i sada, nakon više od 100 godina nakon prvog izgleda auto baterije, Intenzitet energije (tj. Pohranjena energija) čak i najbolje od njih ne prelazi 50 Watts-sati (43 kilokaloria) po kilogramu. I stoga stotine kilograma baterija ostaju ekvivalent težine spremnika za plin.

Ako uzmete u obzir potrebu za višesatnom punjenjem baterije, ograničen broj ciklusa punjenja i, kao rezultat toga, relativno kratki vijek trajanja, kao i probleme s raspolaganjem služenim baterijama, onda morate to prepoznati Aktar električni automobil nije prikladan za masovni prijevoz.

Došlo je, međutim, u trenutku reći da električni motor može dobiti energiju i iz druge vrste kemijskih izvora tekućih - galvanskih elemenata. Najpoznatiji od njih (takozvane baterije) rade u prijenosnim prijemnicima i glasovnim snimačima, u satima i džepnim svjetiljkama. Osnova takve baterije, kao i bilo koji drugi kemijski izvor struje, jedna je ili druga redoks reakcija. A, kao što je poznato iz školskog tečaja kemije, prati se prijenosom elektrona iz atoma jedne tvari (redukcijsko sredstvo) na atome drugog (oksidant). Takav prijenos elektrona može se provesti kroz vanjski lanac, na primjer, kroz žarulju, čip ili motor, a time i da elektroni rade.

U tu svrhu, REDOX reakcija se provodi u dva prijeme - podijelili su ga, tako da govore, u dva polu-resursa koja teče u isto vrijeme, ali na različitim mjestima. Na anodi, redukcijsko sredstvo daje svojim elektronima, to jest, oksidira se i na katodi, oksidant uzima ove elektrone, to jest, obnovljena. Smirene elektrone, teče iz katode do anode kroz vanjski lanac, samo napravite korisno djelo. Ovaj proces, naravno, je beskonačan, od oksidacijskog sredstva, a reducirajući agens se postupno potroši stvaranjem novih tvari. I kao rezultat toga, trenutni izvor mora biti odbačen. Moguće je, međutim, kontinuirano ili s vremena na vrijeme da se dobije reakcijske proizvode iz izvora, a umjesto novih i novih reagensa u njemu. U tom slučaju, oni obavljaju ulogu goriva, i upravo zato što se takvi elementi nazivaju gorivom (vidi "Znanost i život" br. 9, 1990).

Učinkovitost takvog izvora struje određena je prvenstveno, kao i sami reagensi i njihov vlastiti način. Uz izbor oksidirajućeg agenta ne postoje posebni problemi, budući da se zrak oko nas sastoji od više od 20% od izvrsnog oksidatora - kisika. Što se tiče redukcijskog sredstva (to jest, gorivo), onda je kompliciraniji s njim: mora ga nositi s njim. I stoga, kada je izabran, prije svega, potrebno je nastaviti s takozvanim pokazateljem energije - korisna energija dodijeljena tijekom oksidacije masovne jedinice.

Najbolja svojstva u tom pogledu su vodik, nakon čega slijede neki alkalni i alkalni zemaljski metali, a zatim aluminij. Ali plinoviti vodik je vatra i eksplozivna, a pod visokim tlakom je sposoban proći kroz metale. Moguće je ručati samo na vrlo niskim temperaturama, ali za pohranu je vrlo teška. Alkalinski i alkalni zemaljski metali su također vatra i, štoviše, brzo se oksidiraju u zraku i otopljeni u vodi.

Aluminij nema nikoga od ovih nedostataka. Uvijek prekriven gustom film oksida, gotovo se ne oksidira u zraku sa svojom kemijskom aktivnošću. Aluminij je relativno jeftin i netoksičan, njegovo skladište ne stvara nikakve probleme. To je prilično rješivo i zadatak njegovog uvođenja u sadašnji izvor je potpuno rješiv: anodne ploče su izrađene od metalnog goriva, koje povremeno - kao što su otopljene - zamijenjene.

I konačno, elektrolit. Može biti bilo koje vodene otopine u ovom elementu: kiselina, alkalna ili fiziološka otopina, budući da aluminij reagira s kiselinama, a s alkalijama, i kada je oksidni film poremećen, otopljen je u vodi. Ali poželjno je koristiti alkalni elektrolikt: jednostavnije je za drugu poluegluku - smanjenje kisika. U kiselom mediju je također obnovljena, ali samo u prisutnosti skupog katalizatora platine. U alkalnom okruženju možete napraviti mnogo jeftiniji katalizator - kobalt ili nikal oksid ili aktivni ugljen, koji se unose izravno u poroznu katodu. Što se tiče soli elektrolita, ima manju električnu vodljivost, a strujni izvor na temelju njega je približno 1,5 puta manje energetskog intenziteta. Stoga, u moćnim automobilskim baterijama, preporučljivo je nanositi alkalnu elektrolit.

On, međutim, također ima nedostatke, od kojih je glavni korozija anode. Ona se paralelno s glavnom tokualnom reakcijom i otapa aluminij, pretvarajući ga u natrijev aluminat s istovremenim otpuštanjem vodika. Istina, s malo opipljive brzine, ova sporedna reakcija je samo u odsutnosti vanjskog opterećenja, upravo zato što izvori aluminija aluminija ne mogu biti - za razliku od baterija i baterija - dugo se naplaćuje u stanju čekanja. Alkalno rješenje u ovom slučaju ispada iz njih. Ali na normalnoj struji opterećenja, bočna reakcija je gotovo neprimjetna i koeficijent korisna uporaba Aluminij doseže 98%. Alkalni elektrolikt otpada ne postaje: snimanje kristala aluminijskih hidroksida, ovaj elektrolit može se ponovno izliti u element.

U upotrebi alkalijskog elektrolita u zračnom aluminijskom struju i drugom nedostatku: prilično se potrošilo mnogo vode. To povećava koncentraciju alkalija u elektrolit i može postupno promijeniti električne karakteristike elementa. Postoji, međutim, takav interval koncentracija u kojima se te karakteristike praktično ne mijenjaju, a ako je u njemu dovoljno, dovoljno je dodati vodu u elektrolit s vremena na vrijeme. Otpad u uobičajenom smislu riječi prilikom rada s zračnim aluminijskim izvorom struje nije formiran. Uostalom, aluminijski hidroksid hidroksid dobiven razgradnjom je jednostavno bijela glina, to jest, proizvod nije samo apsolutno čist ekološki prihvatljiv, već i vrlo vrijedan kao sirovina za mnoge industrije.

Iz nje je, na primjer, obično proizvodi aluminij, prvo grijanje za dobivanje aluminijevog, a zatim izlažu talinu ove aluminijske elektrolize. Stoga je moguće organizirati zatvoreni ciklus uštede resursa izvora aluminija aluminija.

Ali aluminijski hidroksid posjeduje i neovisnu komercijalnu vrijednost: potrebno je u proizvodnji plastike i kabela, lakova, boja, naočala, koagulanti za vodu, papir, sintetičke tepihe i linoleuma. Koristi se u radiotehničkoj i farmaceutskoj industriji, u proizvodnji svih vrsta adsorbenata i katalizatora, u proizvodnji kozmetike, pa čak i nakita. Uostalom, vrlo mnogo umjetnih dragocjenih kamenja - rubinima, safira, alexandriti se izvode na temelju aluminijskog oksida (corundum) s manjim nečistoćama od kroma, titana ili berilija.

Trošak "otpada" izvora aluminija je potpuno razmjeran troškovima početnog aluminija, a masa je tri puta više od mase početnog aluminija.

Zašto, unatoč svim navedenim prednostima struje kisika aluminija, oni su tako dugi - do samog kraja 70-ih - nisu bili ozbiljno dizajnirani? Samo zato što nisu tvrdili tehnologija. I samo s brzim razvojem takvih energetski intenzivnih autonomnih potrošača kao zrakoplovstva i kozmonautika, vojne opreme i mljeveni prijevoz, situacija se promijenila.

Razvoj optimalnih anodnih pripravaka - elektrolit s visokim energetskim karakteristikama na niskim brzinama korozije započeo je, jeftini aircatoni s maksimalnom elektrokemijskom aktivnošću i velikim servisnim vijekom su izračunati, optimalni načini su izračunati za dugačak radI na kratko.

Sheme energetskih instalacija koje sadrže, osim izvora struje i brojne pomoćne sustave - dovod zraka, vode, cirkulacije elektrolita i čišćenja, termostata itd. Svaki od njih je prilično složen i za normalno funkcioniranje elektrana Općenito je bio potreban mikroprocesorski sustav upravljanja, koji postavlja radne algoritme i interakciju svih ostalih sustava. Primjer izgradnje jedne od modernih aluminijskih instalacija prikazana je na slici (str. 63.): Označeno je debelim linijama tekućine (cjevovoda) i tanko-informativnim odnosima (signali senzora i kontrolnih naredbi.

U posljednjih nekoliko godina, Institut za zrakoplovstvo u Moskvi (Tehničko sveučilište Tom) - MAI zajedno sa znanstvenim i proizvodnim kompleksom trenutnih izvora "Alternativna energija" - to je "Alten" stvoren je cijeli funkcionalni raspon energetskih postrojenja na temelju zraka aluminija elementi. Uključujući - eksperimentalna postavka 92V-240 za električno vozilo. Njegov energetski intenzitet i, kao rezultat toga, kilometraža električnog automobila bez napunjenosti bio je nekoliko puta veći nego kada se koristi baterije - i tradicionalne (nikla-kadmium) i novo razvijeni (sumpor-natrij). Neke specifične karakteristike električnog vozila na ovoj elektrani prikazane su na susjednoj kartici boja u usporedbi s karakteristikama automobila i električnom vozilom na baterijama. Usporedba to, međutim, zahtijeva objašnjenje. Činjenica je da se samo masa goriva (benzin) uzima u obzir za automobil, a za električne automobile - masu trenutnih izvora u cjelini. U tom smislu treba napomenuti da električni motor ima značajno manju težinu od benzina, ne zahtijeva prijenos i nekoliko puta štedi energiju. Ako sve to razmotre, ispostavilo se da će stvarno dobivanje trenutnog automobila biti 2-3 puta manji, ali još uvijek prilično velik.

Postoji 92VA-240 instalacija, a drugi - čisto operativne - prednosti. Napunite aluminijske baterije ne zahtijevaju električnu utičnicu, ali se svodi mehanička zamjena Ispušni aluminijski anode su novi, koji traje ne više od 15 minuta. Još je lakše i brže zamjena elektrolita za uklanjanje talog aluminijskog hidroksida iz njega. Na stanici "punjenja" ispušni elektrolit je podvrgnut regeneraciji i koristi se za ponovno gorivo električni LEI, a aluminijski hidroksid odvojen od njega je usmjeren na recikliranje.

Osim elektromotorne elektrane na aluminijskim elementima, isti stručnjaci su stvorili brojne male elektrane (vidi "Znanost i život" br. 3, 1997). Svaka od tih instalacija može se mehanički puniti najmanje 100 puta, a broj se određuje uglavnom resursom porozne zračne katode. I rok trajanja tih postavki u netočnom stanju uopće nije ograničen, jer ne postoji gubitak kapaciteta tijekom skladištenja - ne postoji samo-nesklad.

U malim zrak-aluminijskim izvorima, struja se može koristiti za pripravu elektrolita ne samo alkalne, već i uobičajene stolne soli: procesi u oba elektrolišta također teče. Istina, energetski intenzitet soli je 1,5 puta manje od alkalnog, ali korisnik oni uzrokuju mnogo manje gnjavaže. Elektrolit u njima je potpuno siguran, a čak možete vjerovati djetetu s njom.

Proizvedeni su zračni aluminijski izvori struje za napajanje kućanskih aparata s niskom energijom, a cijena je prilično pristupačna. Što se tiče instalacije automobilske snage 92VA-240, još uvijek postoji samo u iskusnim strankama. Jedan eksperimentalni uzorak s nazivnom snagom od 6 kW (na naponu od 110 V) i kapacitet od 240 ampera košta oko 120 tisuća rubalja u cijenama iz 1998. godine. Prema preliminarnim izračunima, ovaj trošak nakon izlaska iz masovne proizvodnje smanjit će najmanje 90 tisuća rubalja, što će omogućiti da se proizvode električno vozilo s cijenom ne mnogo više od automobila s motorom s unutarnjim izgaranjem. Što se tiče troškova rada električnog vozila, sada je vrlo usporediv s troškovima rada automobila.

Slučaj ostaje za male - za proizvodnju dublje procjene i proširenih testova, a zatim s pozitivnim rezultatima za početak probnog rada.

Francuska tvrtka Renault nudi korištenje aluminijskih zraka baterija iz phinergy u budućim električnim vozilima. Pogledajmo njihove perspektive.

Renault je odlučio napraviti okladu na novu vrstu baterije, koja može omogućiti povećanje raspona trčanja od jednog punjenja sedam puta. Pri očuvanju dimenzija i težine današnjih baterija. Aluminijski zračni elementi imaju fenomenalnu gustoću energije (8000 W / kg, protiv 1000 W / kg u tradicionalnim baterijama), proizvodeći ga kada reakcija aluminijske oksidacije u zraku. Ova baterija sadrži pozitivnu katodu i negativnu anodu od aluminija, a između elektroda sadrži tekući elektrolit na bazi vode.

Investitor baterije tvrtke Phinergy je naveo da je postigao veliki napredak u razvoju takvih baterija. Njihov prijedlog je koristiti katalizator od srebra, koji omogućuje učinkovito korištenje kisika koji se nalazi u konvencionalnom zraku. Ovaj kisik se pomiješa s tekućim elektrolitom, i tako oslobađa električnu energiju, koja se nalazi u aluminijskom anodu. Glavna nijanca je zračna katoda", Koji djeluje kao membrana u vašoj zimskoj jakni - prolazi samo O2, a ne ugljični dioksid.

Koja je razlika od tradicionalnih baterija? U posljednjim potpuno zatvorenim stanicama, dok su elementi al-zraka trebaju vanjski element, "pokrećući" reakciju. Važna prednost je činjenica da baterija al-zraka djeluje kao dizelski generator - stvara energiju samo kada ste ga uključili. A kada ste "blokirali zrak" kao što je baterija, sva njegova naknada ostaje na mjestu i ne nestaje tijekom vremena, kao što su konvencionalne baterije.

Tijekom rada al-zračne baterije koristi se aluminijska elektroda, ali se može zamijeniti kao spremnik u pisaču. Punjenje treba učiniti svakih 400 km, bit će nadopuniti novi elektrolit, što je mnogo lakše nego čekati dok se ne napuni uobičajena baterija.

Tvrtka Phinergy već je stvorila električnu CITroen C1, koja je opremljena baterijom od 25 kg kapacitetom od 100 kWh. To daje moždani udar od 960 km. S kapacitetom od 50 kW (oko 67 konjskih snaga), stroj razvija brzinu od 130 km / h, ubrzava na stotine u 14 sekundi. Slična baterija također je testirana na Renault Zoe, ali je njegov kapacitet 22 kWh, maksimalna brzina automobila je 135 km / h, 13,5 sekundi do "stotina", ali samo 210 km od udarca.

Nove baterije su lakše, dva puta jeftinije od litij-ionskog i u perspektivi je lakše raditi, a ne moderno. I do sada, njihov jedini problem je aluminijska elektroda, koja se sastoji od proizvodnje i zamjene. Čim se taj problem odluči - možete sigurno očekivati \u200b\u200bjoš veće valove popularnosti električnih vozila!

• , 20. siječnja 2015

Baterije su uređaji koji prepisuju kemijsku energiju u električnu energiju. Imaju 2 elektroda, između njih se koristi kemijska reakcija, koje se elektroni koriste ili proizvode. Elektrode su povezane s otopinom s otopinom nazvanom elektrolitom, s kojim se ioni mogu kretati izvođenjem električnog kruga. Elektroni se formiraju na anodi i mogu proći kroz vanjski lanac na katodi, to je pokret električnih elektrona koji se mogu koristiti za izvođenje jednostavnih uređaja.
U našem slučaju baterija Može se formirati s dvije reakcije: (1) reakcije s aluminijem, koje generiraju elektrone po jednoj elektrodi i (2) Reakcije kisika, koje koristi elektrone na drugoj elektrodi. Kako bi pomogli elektroni u bateriji, dobiti pristup kisiku u zraku, možete napraviti drugi materijal za elektrode koji može provesti električnu energiju, ali nije aktivan, na primjer, ugljen, koji se sastoji uglavnom od ugljika. Aktivirani ugljen je vrlo porozan i to ponekad dovodi do velikog površine, koji se opskrbljuje atmosferi. Jedan gram aktiviranog ugljika može biti više kvadratni od cijelog nogometnog polja.
U ovom iskustvu možete izgraditi baterijakoji koristi ove dvije reakcije i najnevjerojatnije što ove baterije mogu nahraniti malu motornu ili žarulju. Da biste to učinili, trebat će vam: aluminijska folija, škare, aktivirani ugljik, metalne žlice, papirnati ručnici, sol, mala šalica, voda, 2 električne žice s isječcima na krajevima i malom električnom uređaju, kao što je motor ili LED. Izrežite komad veličine aluminijske folije, koja će biti otprilike 15x15cm.Pripremite zasićenu otopinu, mješavinu soli u maloj šalici s vodom dok se sol više ne otopi, preklopite papirnati ručnik na četvrtinu i hranite ga slanom otopinom. Stavite ovaj ručnik na foliju, dodajte žlicu aktiviranog ugljena na vrh papirnatog ručnika, ulijte slanu vodu u ugljen da ga navlažite. Budite sigurni da je ugljen posvuda vlažan. Da ne bi dotaknuli vodu izravno, morate topiti 3 sloja kao u sendviču. Pripremite električne uređaje za uporabu, jedan kraj električne žice je priključen na preuzimanje, a drugi kraj žice je spojen na aluminijsku foliju. Čvrsto pritisnite drugu žicu na hrpu ugljena i pogledajte što se događa ako baterija radi dobro, vjerojatno će vam trebati još jednu stavku za uključivanje uređaja. Pokušajte povećati područje kontakta između žice i ugljena, sklopivši bateriju i stiskanje. Ako koristite motor, također mu možete pomoći da počne hlađenje osovine s prstima.
Prva moderna električna baterija izrađena je od brojnih elektrokemijskih stanica i naziva se voltni stup. Ponovite prvi i treći korak za izgradnju dodatnih element za aluminijskiSpajanje 2 ili 3 element aluminija Vi ćete dobiti snažnije baterije jedni s drugima. Koristite multimetar za mjerenje napona i struje dobivene iz baterije.
Kako promijeniti bateriju tako da postane više napona ili veće struje - izračunajte izlaznu snagu iz baterije pomoću napona i struje. Pokušajte povezati druge uređaje na bateriju.