Vlasnici patenta RU 2561566:
Izum se odnosi na izvore energije, posebice na zračno-aluminijske izvore struje.
Poznat je kemijski izvor struje (pat. RU 2127932), u kojem se također mijenja aluminijska elektroda otvaranjem kućišta baterije i zatim ugradnjom nove elektrode.
Nedostatak poznatih metoda umetanja elektrode u bateriju je u tome što se tijekom perioda zamjene elektrode baterija mora izvaditi iz strujnog kruga.
Poznata je baterija za gorivo (prijava RU 2011127181), u kojoj se potrošne elektrode u obliku traka provlače kroz tijelo baterije kroz zapečaćene vodove i zabrtvljene vodove kako se proizvode pomoću bubnjeva za provlačenje, što osigurava uvođenje potrošnih elektroda u bateriju. bez prekidanja lanca napajanja.
Nedostatak ove poznate metode je da zabrtvljeni vodovi i zabrtvljeni vodovi ne uklanjaju vodik koji se oslobađa tijekom rada iz baterije.
Tehnički rezultat izuma je osigurati automatsko umetanje elektrode s povećanim radnim područjem potrošne elektrode u gorivu ćeliju bez prekidanja lanca opskrbe energijom, povećavajući pokazatelje energetske učinkovitosti gorive ćelije.
Ovaj tehnički rezultat je postignut činjenicom da metoda uvođenja potrošne elektrode u gorivnu ćeliju zrak-aluminij uključuje pomicanje potrošne elektrode dok se proizvodi unutar tijela gorive ćelije. Prema izumu koristi se potrošna elektroda u obliku aluminijske žice koja je namotana na spiralni utor tankostijene šipke od dielektričnog hidrofobnog materijala i čiji je jedan kraj umetnut u šupljinu tankog zazidan
šipku kroz rupu u donjem dijelu, a pomicanje potrošne elektrode vrši se uvrtanjem šipke tanke stijenke u poklopce tijela gorive ćelije, koji se nalaze s obje strane tijela i izrađeni su od hidrofobnog materijala, čime se osigurava očuvanje elektrolita unutar gorivne ćelije i uklanjanje oslobođenog vodika iz njenog tijela duž vijčanih površina hidrofobnih poklopaca.
Kretanje potrošne elektrode, namotane na tankostjenu šipku s utorom za vijak, nastaje uvrtanjem u poklopce koji su izrađeni od hidrofobnog materijala (fluoroplastika, PS, litilen), dok elektrolit ostaje unutar gorive ćelije , a vodik koji se oslobađa tijekom rada uklanja se kroz vijčane površine iz kućišta gorive ćelije.
Cilindrična generatriksa za potrošnu elektrodu izrađena je u obliku šipke tankih stijenki sa spiralnim utorom na koji je namotana elektroda od aluminijske žice. Šipka je izrađena od dielektričnog hidrofobnog materijala, što mu omogućuje da ne stupa u interakciju s elektrolitom. Šipka s elektrodom izrađenom od aluminijske žice povećava aktivnu površinu potrošne elektrode i time povećava energetska svojstva (količinu oduzete struje) gorive ćelije aluminij-zrak.
Suština izuma ilustrirana je crtežima, gdje su:
na sl. Slika 1 prikazuje izvor struje zrak-aluminij;
na sl. 2 - pogled A na sl. 1;
na sl. 3 - pogled B na SL. 1.
Gorivna ćelija zrak-aluminij sastoji se od metalnog kućišta 1 s rupama 2 za prolaz zraka do trofazne granice, plinske difuzijske katode 3, elektrolita 4, 2 hidrofobna poklopca 5 koji se nalaze s obje strane metalnog kućišta 1. , elektroda u obliku šipke tanke stijenke 6, aluminijske žice 7 namotane na utor za vijak.
Kako se aluminijska žica 7 troši, dolazi do korozije i pasivizacije površine elektrode, što dovodi do smanjenja količine odvedene struje i slabljenja elektrokemijskog procesa. Za aktiviranje procesa potrebno je u hidrofobne kapice 5 uvrnuti šipku tanke stijenke s utorom za vijak u koji je namotana potrošna aluminijska žica. Kroz vijčane površine hidrofobnih kapica 5 oslobađa se vodik, dok elektrolit ostaje unutar metalnog tijela 1 gorive ćelije.
Ova metoda vam omogućuje automatizaciju procesa zamjene anode (potrošne elektrode) u zračno-aluminijskom izvoru struje (AAIT) bez prekidanja kruga napajanja, kao i uklanjanja vodika koji se oslobađa tijekom rada.
Metoda za uvođenje potrošne elektrode u gorivnu ćeliju zrak-aluminij, uključujući pomicanje potrošne elektrode kako se proizvodi unutar tijela gorive ćelije, naznačena time što se potrošna elektroda koristi u obliku aluminijske žice, koja je namotan na vijčani utor tankostijene šipke od dielektričnog hidrofobnog materijala i jedan kraj koji je umetnut u šupljinu tankostijene šipke kroz rupu u donjem dijelu, a kretanje potrošne elektrode se provodi uvrtanjem šipke tankih stijenki u poklopce kućišta gorive ćelije, koji se nalaze s obje strane kućišta i izrađeni su od hidrofobnog materijala, čime se osigurava očuvanje elektrolita unutar gorive ćelije i uklanjanje iz kućišta oslobođenog vodika uzduž navojna površina hidrofobnih kapica.
Slični patenti:
Predmetni izum odnosi se na električni generator gorive ćelije posebno dizajniran kao pomoćni uređaj u odsutnosti mrežnog napajanja.
Predmetni izum odnosi se na generator plina za pretvorbu goriva u plin osiromašen kisikom i/ili plin bogat vodikom, koji se može koristiti u bilo kojem procesu koji zahtijeva plin osiromašen kisikom i/ili plin bogat vodikom, po mogućnosti za proizvodnju zaštitnog plina ili smanjenje plina za pokretanje, isključivanje ili hitno isključivanje gorivne ćelije s čvrstim oksidom (SOFC) ili ćelije za elektrolizu s čvrstim oksidom (SOEC).
Izum se odnosi na tehnologiju gorivih ćelija, točnije na montažni modul krutih oksidnih baterija gorivih ćelija. Tehnički rezultat je osigurati kompaktnost, jednostavnost prijelaza baterije/sustava i poboljšane performanse sustava.
Izum se odnosi na elektrane s čvrstim polimernim gorivnim ćelijama (FC), u kojima se električna energija proizvodi el kemijska reakcija plinoviti vodik s ugljikovim dioksidom i elektrokemijska reakcija ugljikovog monoksida s kisikom u zraku.
Predlaže se sustav gorive ćelije (100), uključujući gorivnu ćeliju (1) za proizvodnju energije izvođenjem elektrokemijske reakcije između oksidacijskog plina koji se dovodi u oksidacijsku elektrodu (34) i gorivnog plina koji se dovodi u gorivnu elektrodu (67) ; sustav za opskrbu gorivim plinom (HS) za dovod gorivog plina do elektrode za gorivo (67); i kontroler (40) za podešavanje sustava za opskrbu gorivim plinom (HS) za dovod gorivog plina u elektrodu za gorivo (67), pri čemu regulator (40) vrši promjenu tlaka kada je izlazna strana elektrode za gorivo (67) zatvoren, pri čemu kontroler (40) periodički mijenja tlak plina goriva na elektrodi goriva (67) na temelju profila prve promjene tlaka kako bi izvršio promjenu tlaka pri prvom zamahu tlaka (PR1).
Izum se odnosi na metodu za proizvodnju metalnog čeličnog separatora za gorive ćelije koji ima otpornost na koroziju i kontaktnu otpornost ne samo u početnoj fazi, već i nakon što je dugo bio izložen visokoj temperaturi i/ili visokoj vlažnosti u gorivnoj ćeliji. razdoblje.
Izum se odnosi na čvrste oksidne gorive ćelije sa sposobnošću podvrgavanja unutarnjem reformiranju. Goriva ćelija s čvrstim oksidom obično uključuje katodu, elektrolit, anodu i sloj katalizatora u kontaktu s anodom.
Predmetni izum odnosi se na keramičku membranu vodljivu za alkalne katione, čiji je barem dio površine obložen slojem organskog kationskog vodljivog polielektrolita koji je netopljiv i kemijski stabilan u vodi pri bazičnom pH.
Izum se odnosi na kemijske izvore struje s plinodifuznom zračnom katodom, metalnom anodom i vodenim otopinama elektrolita. Metalno-zračni izvor struje sadrži kućište ispunjeno elektrolitom, unutar njega metalnu anodu i plinsko-difuzijske zračne katode smještene s obje strane metalne anode. U ovom slučaju plinsko-difuzijske zračne katode imaju središnje poprečne zavoje i odvojene su od metalne anode poroznim separatorima propusnim za elektrolit, izrađenim od materijala s visokim omskim otporom. Metalna anoda ima oblik pravokutnog paralelopipeda spojenog s klinom, a klinom se oslanja na spomenute porozne separatore. Predloženi izvor struje metal-zrak ima povećani specifični kapacitet, stabilne karakteristike i produženi vijek trajanja, jer omogućuje povećanje omjera mase otapajućeg dijela metalne anode prema volumenu elektrolita, a time i , specifični energetski intenzitet i vrijeme rada izvora struje bez zamjene metalne anode. 10 ilustr., 2 pr.
Izum se odnosi na izvore energije, odnosno na metode za zamjenu potrošne elektrode u zračno-aluminijskoj gorivnoj ćeliji bez prekidanja lanca opskrbe energijom. Potrošna elektroda se koristi u obliku aluminijske žice koja se namotava na utor za navoj tankostijene šipke od dielektričnog hidrofobnog materijala. Jedan kraj žice umetnut je u šupljinu šipke tankih stijenki kroz rupu u donjem dijelu. Potrošna elektroda se pomiče uvrtanjem šipke tanke stijenke u poklopce kućišta gorivne ćelije, koji se nalaze s obje strane kućišta i izrađeni su od hidrofobnog materijala, čime se osigurava očuvanje elektrolita unutar gorivne ćelije i uklanjanje oslobođenog vodika. od svog tijela duž vijčane površine hidrofobnih poklopaca. UČINAK: Poboljšana energetska svojstva gorive ćelije. 3 ilustr.
Phinergy, izraelski startup, demonstrirao je aluminijsko-zračnu bateriju koja može napajati električno vozilo do 1.000 milja (1.609 km). Za razliku od drugih metal-zrak baterija o kojima smo pisali u prošlosti, Phinergy aluminij-zrak baterija troši aluminij kao gorivo, čime se daje povećanje energije koje konkurira plinu ili dizelu. Phinergy kaže da je potpisao ugovor s globalnim proizvođačem automobila za " masovna proizvodnja"baterije u 2017.
Metal-zrak baterije to nikako nisu nova ideja. Cink-zrak baterije naširoko se koriste u slušnim aparatima i potencijalno mogu pomoći kod gubitka sluha. IBM je zauzet radom na litij-zračnoj bateriji koja je, poput Phinergyja, usmjerena na dugoročnu opskrbu. Posljednjih mjeseci postalo je jasno da natrij-zračne baterije također imaju pravo na život. U sva tri slučaja, zrak je sama komponenta koja čini baterije tako poželjnim. U obična baterija, kemijska reakcija isključivo unutarnje prirode, zbog čega su obično vrlo gusti i teški. Kod baterija metal-zrak energija se dobiva oksidacijom metala (litij, cink, aluminij) kisikom koji je oko nas, a ne zarobljen u bateriji. Rezultat je lakša i jednostavnija baterija.
Phinergyjeva aluminij-zračna baterija nova je iz dva razloga: Prvo, tvrtka je očito pronašla način da spriječi ugljični dioksid da nagriza aluminij. Drugo, baterija se zapravo hrani aluminijem kao gorivom, polako pretvarajući obični aluminij u aluminijev dioksid. Phinergyjev prototip aluminij-zračne baterije sastoji se od najmanje 50 aluminijskih ploča od kojih svaka daje energiju za 20 milja vožnje. Nakon 1000 milja, pločice se moraju mehanički ponovno napuniti - eufemizam za jednostavno fizičko uklanjanje pločica iz baterije. Aluminijske zračne baterije potrebno je dopuniti vodom svakih 200 milja kako bi se obnovila razina elektrolita.
Ovisno o vašem gledištu, mehaničko punjenje je i divno i užasno. S jedne strane, automobilu dajete još 1000 milja života, grubo rečeno, promjenom baterije; s druge strane, kupuj nova baterija za svakih tisuću kilometara, blago rečeno, ne baš ekonomično. U idealnom slučaju, to će se najvjerojatnije svesti na pitanje cijene baterije. S obzirom na trenutno tržište, kilogram aluminija košta 2 dolara, a set od 50 tanjura košta 25 kg. Jednostavnim izračunom dolazimo do toga da će “punjenje” automobila koštati 50 dolara. 50 USD za putovanje od 1000 milja nije loše u usporedbi s 4 USD za galon goriva koji će trajati 90 milja. Aluminijev dioksid može se ponovno reciklirati u aluminij, no to nije jeftin proces.
Tvrtka je prva u svijetu proizvela aluminijsko-zračnu bateriju pogodnu za korištenje u automobilu. Al-Air baterija od 100 kg sadrži dovoljno energije da osigura domet od 3000 km za kompakt putnički automobil. Phinergy je demonstrirao tehnologiju s Citroenom C1 i pojednostavljenom verzijom baterije (50 x 500 g ploča, u kutiji napunjenoj vodom). Automobil je prešao 1800 km s jednim punjenjem, zaustavljajući se samo radi dopune rezervi vode - potrošnog elektrolita ( video).
Aluminij neće zamijeniti litij-ionske baterije(ne puni se iz zidne utičnice), ali ih savršeno nadopunjuje. Uostalom, 95% putovanja koje automobil napravi su kratke udaljenosti, gdje su standardne baterije dovoljne. Dodatna baterija osigurava rezervu u slučaju da se baterija isprazni ili ako morate putovati daleko.
Baterija aluminij-zrak stvara struju kroz kemijsku reakciju metala s kisikom iz okolnog zraka. Aluminijska ploča – anoda. Ćelija je s obje strane obložena poroznim materijalom koji sadrži srebrni katalizator koji filtrira CO 2 . Metalni elementi polagano se razgrađuju do Al(OH) 3 .
Kemijska formula reakcije izgleda ovako:
4 Al + 3 O 2 + 6 H 2 O = 4 Al(OH) 3 + 2,71 V
Ovo nije neki senzacionalni novi proizvod, već dobro poznata tehnologija. Odavno se koristi u vojsci, jer takvi elementi daju iznimno visoku gustoću energije. Ali ranije inženjeri nisu mogli riješiti problem filtracije CO 2 i popratne karbonizacije. Tvrtka Phinergy tvrdi da je riješila problem i već 2017. godine moći će se proizvoditi aluminijske baterije za električna vozila (i ne samo za njih).
Litij-ionske baterije Teslin model S teži oko 1000 kg i pruža domet od 500 km (in idealni uvjeti, u stvarnosti 180-480 km). Recimo, smanjite li ih na 900 kg i dodate aluminijsku bateriju, težina auta se neće promijeniti. Domet baterije će se smanjiti za 10-20%, ali najveća kilometraža bez punjenja će se povećati na 3180-3480 km! Možete stići iz Moskve u Pariz, i još će nešto ostati.
Na neki način ovo je slično konceptu hibridni automobil, ali ne zahtijeva skup i glomazan motor s unutarnjim izgaranjem.
Nedostatak tehnologije je očit - zračno-aluminijsku bateriju morat ćete promijeniti u servisnom centru. Vjerojatno jednom godišnje ili više. No, radi se o sasvim običnom postupku. Tesla Motors je prošle godine pokazao kako se baterije Modela S mogu promijeniti u 90 sekundi ( amaterski video).
Ostali nedostaci su potrošnja energije u proizvodnji i vjerojatno visoka cijena. Proizvodnja i prerada aluminijske baterije zahtijeva puno energije. Odnosno, s ekološkog stajališta, njihova uporaba samo povećava ukupnu potrošnju energije u cijelom gospodarstvu. Ali potrošnja je optimalnije raspoređena - seli se iz velikih gradova u udaljena područja s jeftinom energijom, gdje se nalaze hidroelektrane i metalurška postrojenja.
Također nije poznato koliko će takve baterije koštati. Iako je aluminij sam po sebi jeftin metal, katoda sadrži skupo srebro. Phinergy ne želi točno reći kako proizvodi svoj patentirani katalizator. Možda je ovo složen tehnički proces.
No, unatoč svim svojim nedostacima, aluminijsko-zračna baterija i dalje se čini kao vrlo zgodan dodatak električnom automobilu. Barem kao privremeno rješenje za naredne godine (desetljeća?) dok ne nestane problem kapaciteta baterije.
Phinergy, u međuvremenu, eksperimentira s "punjivim"
Fuji pigment pokazao je inovativnu vrstu aluminij-zračne baterije koja se može puniti slanom vodom. Baterija ima modificiranu strukturu koja pruža više dugoročno operacije, što je sada minimalno 14 dana.
Keramički i karbonski materijali uvedeni su u strukturu aluminijsko-zračne baterije kao unutarnji sloj. Učinci korozije anode i nakupljanje nusproizvoda bili su potisnuti. Kao rezultat, postignuta su duža vremena rada.
Zrak-aluminijska baterija s radnim naponom od 0,7 - 0,8 V, koja proizvodi 400 - 800 mA struje po ćeliji, ima teoretsku razinu energije po jedinici volumena od oko 8100 Wh/kg. Ovo je drugi maksimalni pokazatelj za baterije različite vrste. Teoretska razina energije po jedinici volumena u litij-ionskim baterijama iznosi 120–200 Wh/kg. To znači da aluminij-zračne baterije teoretski mogu imati više od 40 puta veći kapacitet od svojih litij-ionskih analoga.
Iako se komercijalne punjive litij-ionske baterije danas naširoko koriste u Mobiteli, prijenosna računala i drugo elektronički uređaji, njihova je gustoća energije još uvijek nedostatna za upotrebu u električnim vozilima na industrijskoj razini. Do danas su znanstvenici razvili tehnologiju zrak-metalnih baterija s maksimalnim energetskim kapacitetom. Istraživači su proučavali metal-zrak baterije na bazi litija, željeza, aluminija, magnezija i cinka. Među metalima, aluminij je zanimljiv kao anoda zbog svog visokog specifičnog kapaciteta i visokog standardnog elektrodnog potencijala. Osim toga, aluminij je jeftin i metal koji se najviše reciklira na svijetu.
Inovativni tip baterije mora prevladati glavnu prepreku komercijalizaciji takvih rješenja, a to je visoka razina korozije aluminija tijekom elektrokemijskih reakcija. Osim toga, nusprodukti Al2O3 i Al(OH)3 nakupljaju se na elektrodama, pogoršavajući tijek reakcija.
Fuji pigment izjavio je da se može proizvesti novi tip aluminij-zračne baterije i koristiti u normalnim uvjetima okoliš, budući da su ćelije otporne, za razliku od litij-ionskih baterija koje se mogu zapaliti i eksplodirati. Svi materijali koji se koriste za sastavljanje strukture baterije (elektroda, elektrolit) su sigurni i jeftini za proizvodnju.
Pročitajte također:
Upotreba: metal-zrak baterije kao autonomni punjivi izvor struje male veličine. Bit izuma: zračno-metalna galvanska ćelija u obliku kutije, uključujući spremnik elektrolita s rupom za punjenje u gornjem dijelu, poklopac, potrošnu metalnu anodu ravnog oblika smještenu u spremnik elektrolita, katodu za difuziju plina smještenu na određenoj udaljenosti od radne površine anode i slobodno isprana od vanjskog plina, na primjer zraka, komora za skupljanje plina. U gornjem dijelu spremnika elektrolita oko otvora za punjenje nalazi se kontinuirana stožasta izbočina koja djeluje kao labirintska brtva, u središnjem dijelu bočnih stijenki spremnika elektrolita iu njegovom donjem dijelu nalaze se dva granična izbočenja, u donji dio spremnika elektrolita V nalazi se komora za skupljanje mulja V broj omjer volumena V : V sl = 5-15, debljina anode je unutar 1-3 mm i iznosi 0,05-0,50 međukatodnog razmaka, volumen posude elektrolita određuje se izrazima: V = V el + V an; V el = q el QnK 1; V an =q eh +q jezgra QnK 2, V an - volumen anode, cm 3;
n - broj ciklusa;
K 2 = (1,97-1,49) - koeficijent dizajna,
a odnos duljine a, širine b i visine c je: 1 : 0,38 : 2,7; 1:0,35:3,1; 1:0,33:3,9. Zračno-metalna baterija sadrži kućište, poklopac s sklopkom i najmanje jednu zračno-metalnu galvansku ćeliju predložene izvedbe. Način rada zračno-metalne galvanske ćelije i baterije temeljene na njoj uključuje pražnjenje, zamjenu anoda i elektrolita svježima te pranje elemenata. Prije uporabe anode se prethodno obrade u vodenoj otopini natrijevog hidroksida koncentracije (2-5) mol/l uz dodatak natrijevog metastanata trihidrata koncentracije (0,01-0,10) mol/l. 3 sp. spisi, 5 ilustr., 2 tab.
Izum se odnosi na elektrokemiju, odnosi se na metodu rada metal-zrak baterija i može se koristiti pri korištenju metal-zrak baterija kao autonomnog malog punjivog izvora struje. Poznat je npr. galvanski članak tipa zrak-metal. Ćelija uglavnom sadrži spremnik elektrolita, poklopac i potrošnu metalnu elektrodu ravnog oblika smještenu u spremnik elektrolita. Na određenoj udaljenosti od radne površine elektrode nalazi se plinska difuzijska katoda, koja se slobodno ispire izvana plinom, posebno zrakom. Kako bi se poboljšala cirkulacija elektrolita i time povećala učinkovitost elektrokemijske pretvorbe energije, vodik generiran tijekom elektrokemijske reakcije nakuplja se u spremniku elektrolita, a rezultirajući tlak koristi se za pomicanje elektrolita. U ovom slučaju, spremnik elektrolita sadrži komoru za skupljanje plina, tlak plina u kojem može utjecati na elektrolit. Sustavom cijevi istisnuti elektrolit prelazi iz gornjeg dijela spremnika elektrolita u donji dio (Europski patent N 0071015 A2 od 22.06.82. - prototip). Nedostatak poznatog galvanskog članka tipa zrak-metal je niska specifična električna energetska svojstva zbog pretežak, uzrokovano kompliciranjem dizajna. Poznata je primarna zrak-metalna baterija koja sadrži kućište, poklopac s prekidačem i najmanje jedan zrak-metalni galvanski član (US patent N 4626482, H 01 M 12/6, 1986. - prototip). Nedostatak poznate primarne metal-zrak baterije je njena niska specifična električna energetska karakteristika. Poznata je metoda rada zračno-metalne galvanske ćelije i baterije koja se temelji na njoj pražnjenjem, zamjenom anoda i elektrolita svježim i pranjem elementa (AS SSSR, 621041, H 01 M 10/42, H 01 M 12/08). Nedostatak ove poznate metode je dugi vremenski period za bateriju da dostigne navedeni način rada (10-20) min. Svrha izuma je povećanje specifičnih električnih energetskih karakteristika zraka-metalnih elemenata i baterija temeljenih na njima, povećanje stabilnosti karakteristika tijekom vremena, a također i smanjenje vremena za postizanje načina rada na (1-3) minute. Ovaj cilj se postiže činjenicom da u poznatom zračno-metalnom galvanskom članku kutijastog tipa, uključujući spremnik elektrolita s rupom za punjenje u gornjem dijelu, poklopac, potrošnu metalnu anodu ravnog oblika smještenu u spremnik elektrolita, katoda za difuziju plina smještena na određenoj udaljenosti od anode radne površine i komora za sakupljanje plina slobodno izvana oprana plinom, na primjer zrakom, u gornjem dijelu oko otvora za punjenje nalazi se kontinuirana stožasta izbočina koja djeluje kao labirintska brtva , u srednjem dijelu bočnih stijenki spremnika elektrolita iu njegovom donjem dijelu nalaze se dvije granične izbočine, u donjem dijelu spremnika elektrolita (V) formirana je komora za sakupljanje mulja (V sl) s omjerom volumena V: V sl = 5 - 15, debljina anode unutar (1-3) mm je 0,05-0,50 od vrijednosti međukatodnog razmaka, volumenski kapacitet elektrolita određen je izrazom:
V = V el + V an;
V el = q el Qnk 1;
V an (q eh + q jezgra) Qnk 2 ;
gdje je V volumen spremnika elektrolita, cm 3;
V el - volumen elektrolita, cm 3;
V an - volumen anode, cm 3;
q el - specifična potrošnja vode iz elektrolita, cm 3 /Ah;
q eh - specifična potrošnja aluminija za elektrokemijsku reakciju, cm 3 /Ah;
Q - kapacitet elementa za jedan ciklus, Ah;
n - broj ciklusa;
k 1 = (0,44-1,45) - faktor dizajna;
a:b:c = 1:0,38:2,7;
a:b:c = 1:0,35:3,1;
a:b:c = 1:0,33:3,9. U poznatoj primarnoj zračno-metalnoj bateriji koja sadrži kućište, poklopac s prekidačem, jednu ili više zračno-metalnih galvanskih ćelija, predloženi element se koristi kao takav element; V poznata metoda rad zračno-metalne ćelije i baterije temeljene na njoj pražnjenjem, zamjenom anoda i elektrolita svježim, pranjem elementa, anode se prethodno obrađuju u vodenoj otopini natrijevog hidroksida koncentracije (2-5 ) mol/l uz dodatak natrijevog metastanata trihidrata koncentracije (0,01-0,10) mol/l. Zajednička značajka je prisutnost u zračno-metalnoj galvanskoj ćeliji tipa kutije spremnika elektrolita s rupom za punjenje u gornjem dijelu, poklopca, potrošne metalne anode ravnog oblika smještene u spremniku elektrolita, katode za difuziju plina koja se nalazi na nekoj udaljenosti s radne površine anode i slobodno isprana izvana plinom, na primjer, zrakom, komora za skupljanje plina, prisutnost kućišta u bateriji, poklopac s prekidačem, jedan ili više elemenata, rad baterije pomoću pražnjenje, zamjena anoda i elektrolita svježima te pranje elementa. Posebnost je da se u gornjem dijelu spremnika elektrolita oko otvora za punjenje nalazi kontinuirana stožasta izbočina koja djeluje kao labirintska brtva, u srednjem dijelu bočnih stijenki spremnika elektrolita iu njegovom donjem dijelu nalaze se dva granične izbočine, u donjem dijelu spremnika elektrolita (V) formirana je komora za skupljanje mulja (V sl) s omjerom volumena V: V sl = 5 - 15, debljina anode u rasponu (1 - 3) mm je 0,05-0,50 međukatodnog razmaka, volumen elektrolitske komore određen je izrazom:
V = V el + V an;
V el = q el Qnk 1;
V an =(q eh +q jezgra)Qnk 2 ;
gdje je V volumen spremnika elektrolita, cm 3;
V el - volumen elektrolita, cm 3;
V an - volumen anode, cm 3;
q el - specifična potrošnja vode iz elektrolita, cm 3 /Ah;
q eh - specifična potrošnja aluminija za elektrokemijsku reakciju, cm 3 /Ah;
q jezgra - specifična potrošnja aluminija za koroziju, cm 3 /Ah;
Q - kapacitet elementa za jedan ciklus, Ah;
n - broj ciklusa;
k 1 = (0,44-1,45) - faktor dizajna;
k 2 = (1,97-1,49) - faktor dizajna;
a omjer duljine (a), širine (b) i visine (c) je:
a:b:c = 1:0,38:2,7;
a:b:c = 1:0,35:3,1;
a:b:c = 1:0,33:3,9. U bateriji se predloženi element koristi kao zrak-metalni galvanski član; Prilikom rada zračno-metalne galvanske ćelije i baterije koja se temelji na njoj, anode se prethodno obrađuju u vodenoj otopini natrijevog hidroksida koncentracije (2-5) mol/l uz dodatak natrijevog metastanat trihidrata koncentracije od (0,01-0,10) mol/l. Zahtjevani skup i odnos razlikovnih obilježja nisu pronađeni u poznatim izvorima patentne i znanstveno-tehničke literature. Dakle, predloženi tehničko rješenje posjeduje novost i inventivnu razinu. Izum je industrijski primjenjiv jer može se koristiti kao ekološki prihvatljiv autonomni izvor energije u sklopu sljedećih sustava:
- prijenosni prijenosni magnetofon tipa "player" s funkcijama snimanja i reprodukcije putem vanjskog ozvučenje;
- prijenosni televizijski prijamnik na tekućim kristalima;
- prijenosna svjetiljka;
- električni ventilator;
- dječje video igre na tekućim kristalima;
- dječji radio-upravljani električni automobili;
- prijenosni radio;
- Punjač za baterije;
- prijenosni mjerni uređaj. Predloženi izvor struje pruža visoke specifične karakteristike električne energije, održavajući ih stabilnima tijekom cijelog radnog vijeka, a također omogućuje smanjenje vremena za postizanje projektnog načina rada s 10 - 20 na 1-3 minute. Stanje pokazatelja omogućuje nam izvođenje zaključka o izvedivosti korištenja dobivenih geometrijskih odnosa u dizajnu zračno-aluminijskih baterija. Izum je ilustriran crtežom, gdje je na Sl. 1 prikazuje zračno-aluminijski element - tip br. 1, na Sl. 2 - zračno-aluminijski element - tip br. 2, na sl. 3 - zračno-aluminijski element - tip br. 3. Na Sl. 4 prikazuje kapacitet elektrolita aluminijsko-zračne ćelije, a Sl. 5 - baterija na bazi zračno-aluminijskih ćelija. Zračno-aluminijska galvanska ćelija sastoji se od spremnika elektrolita 1, koji ima prozore 3 na vanjskim bočnim stijenkama 2, otvor za punjenje 5 u gornjem dijelu 4, okružen kontinuiranom stožastom izbočinom 6, koja djeluje kao labirintska brtva, s iznutra spremnika elektrolita 1, na srednjem dijelu bočnih stijenki 2 iu njegovom donjem dijelu, napravljene su dvije granične izbočine 7; u donjem dijelu spremnika elektrolita 1 formirana je komora 8 za sakupljanje mulja koji se nakuplja tijekom rada . U spremniku elektrolita 1 plinske difuzijske katode 9 hermetički su umetnute u prozore 3 okvira 10. Nepropusnost spremnika elektrolita 1 postiže se upotrebom brtvila koje je neutralno u odnosu na vodenu otopinu elektrolita. Električna veza katoda 9 s potrošačem kada se koristi zračno-aluminijski element i izvan baterije i kao njezin dio provodi se pomoću katodnog kolektora struje 11, koji pokriva spremnik elektrolita 1 s dvije vodoravne stezaljke 12, koje su električno spojena s dvije okomite stezaljke 13. U spremnik elektrolita 1 kroz otvor za punjenje 5 umetnuta je ravna metalna anoda 14 s pravokutnom izbočinom 15 namijenjena za prikupljanje struje. Ravnina izbočine 15 također služi za brtvljenje duž linije "anoda 14 - poklopac 16". Otvor za punjenje 5 zatvoren je i zapečaćen poklopcem 16 koji sadrži jedan otvor 17 za prolazak anode 14 kroz njega i jedan ili više otvora 18 za uklanjanje vodika iz spremnika elektrolita 1 tijekom rada zračno-aluminijske ćelije kroz poklopac 16, koja je također hidrofobna membrana. Prisutnost stožaste izbočine 6 u gornjem dijelu spremnika elektrolita 4 duž perimetra oko otvora za punjenje 5 omogućuje poboljšanje svojstava brtvljenja poklopca 16. Geometrijski odnosi dizajna koji omogućuju poboljšanje specifični parametri električne energije su sljedeći:
Hl/(H2+H3+H4) = 1,05-1,20
H3/H2=H3/H4= 5-15
H5/H1 = 1,1-1,5
H6/H3=1-1,1
L2/LI = 1-1,1
L3/LI= 1,1-1,5
L5/L6= 0,05-0,50
2xL4/L6= 0,95-0,75
Baterija na bazi zračno-aluminijskih ćelija sastoji se od kućišta 19 s unutarnjim vertikalnim utorima 20 za držanje zračno-aluminijskih elemenata i prozora 21 za organiziranje vanjskog slobodnog protoka zraka unutar baterije, brave 22 za pričvršćivanje poklopca s prekidačem 23 na kućište 19, jedan ili više spremnika elektrolitskih ćelija 1 s instaliranim katodnim kolektorima struje 11, s anodama 14 umetnutim u njih i poklopcima 16 postavljenim na vrhu, dvostranom pločom za provođenje struje 24 koja sadrži, na strani okrenutoj prema zračno-aluminijskim elementima, vodljive staze 25 za električnu komunikaciju od katoda 9 do spremnika elektrolita 1 kroz katodne kolektore struje 11 do dvostrane ploče 24 koja nosi struju, nekoliko pravokutnih rupa 26 za prolazak izbočine 15 metalne anode 14 u svrhu električna komunikacija između metalne anode 14 i anodnog kolektora struje 27, nekoliko rupa proizvoljnog oblika 28 za odvod vodika iz spremnika elektrolita 1 u atmosferu kroz poklopac 23, nekoliko konektora 29 koji se nalaze na gornjoj strani dvostruke struje -strana ploča 24, premoštena električno vodljivim kratkospojnikom 30 za potrošača za odabir radnog napona i komunikacije s električno vodljivim stazama 25 i 31 na obje strane, nekoliko konektora 32 smještenih na gornjoj strani dvostrane ploče koja nosi struju 24, koji služi za spajanje potrošača, kao i poklopac 23 koji pokriva bateriju odozgo i sadrži nekoliko rupa 33 za konektore 32, nekoliko rupa 34 za konektore 29, jednu ili više rupa 35 za odvod vodika, dva uzdužna utora 36 za brave 22, naljepnica 37 s kratkim uputama za rukovanje. Princip rada i način rada zračno-metalne galvanske ćelije i baterije koja se temelji na njoj, na primjer baterija 3 VA-24, su sljedeći. Električna energija u bateriji nastaje elektrokemijskom reakcijom oksidacije aluminija na anodi i redukcije kisika na katodi. Kao elektrolit se koriste vodene otopine natrijevog hidroksida (NaOH), ili natrijevog klorida (NaCI), ili mješavina ovih otopina s inhibicijskim dodacima: Na 2 SnO 3 3H 2 O - u alkalni elektrolit i NaHCO3 - u fiziološkoj otopini. Tijekom reakcije, uz potrošnju aluminija, troši se kisik iz zraka i voda iz elektrolita, stoga se tijekom rada baterije, budući da se troše tijekom procesa pražnjenja, anoda i elektrolit povremeno mijenjaju svježima. Produkti reakcije su aluminijev hidroksid Al(OH) 3 i toplina. Baterija radi u temperaturnom rasponu od -10 o C do +60 o C bez dodatnog zagrijavanja pri pokretanju s temperatura ispod nule. Jedan od negativnih čimbenika aluminijsko-zračne baterije je korozija anode. To dovodi do smanjenja električne učinkovitosti baterije i oslobađanja male količine vodika. Utjecaj korozije se u većoj mjeri očituje na startnim karakteristikama, zbog čega je vrijeme za postizanje navedenog režima (10-20) minuta. Predložena obrada anoda, u kojoj je njihova površina presvučena kositrom, omogućuje smanjenje gustoće struje korozije i značajno poboljšava način rada aluminijsko-zračne baterije, što rezultira povećanjem električne karakteristike a vrijeme ulaska u način rada smanjeno je na (1-3) minute. Anoda se premazuje prije nego se baterija pusti u rad. Anoda se prvo odmasti, a zatim obradi u vodenoj otopini natrijevog hidroksida koncentracije (2-5) mol/l uz dodatak natrijevog metastanata trihidrata koncentracije (0,01-0,10) mol/l na sobnoj temperaturi tijekom 5-60 minuta. Rezultati ispitivanja predložene aluminij-zračne baterije i prototipa prikazani su u tablici. 1 i 2. Kao što se može vidjeti iz tablica, predložena aluminijsko-zračna baterija daje visoke specifične i vremenski stabilne karakteristike električne energije uz kratko vrijeme pokretanja.
Zahtjev
1. Zračno-metalna galvanska ćelija tipa kutije, uključujući spremnik elektrolita s rupom za punjenje u gornjem dijelu, potrošnu metalnu anodu ravnog oblika smještenu u spremnik elektrolita, katodu za difuziju plina koja se nalazi na određenoj udaljenosti od radne površine anode i slobodno isprana izvana plinom, na primjer zrakom, komora za skupljanje plina, naznačena time što se u gornjem dijelu spremnika elektrolita oko otvora za punjenje nalazi kontinuirana stožasta izbočina koja djeluje kao labirintska brtva, u središnji dio bočnih stijenki spremnika elektrolita iu njegovom donjem dijelu nalaze se dva granična izbočenja, u donjem dijelu spremnika elektrolita V formirana je komora V shl za skupljanje mulja s omjerom volumena V: V shl = 5 - 15, debljina anode u rasponu od 1 - 3 mm je 0,05 - 0,50 veličine međukatodnog razmaka, volumen spremnika elektrolita određen je izrazom:
V = V el + V an;
V el = q el Q n k 1;
V an = (q eh + q jezgra) Q n k 2 ;
gdje je V volumen spremnika elektrolita, cm 3;
V el - volumen elektrolita, cm 3;
V an - volumen anode, cm 3;
q el - specifična potrošnja vode iz elektrolita, cm 3 /Ah;
q eh - specifična potrošnja aluminija za elektrokemijsku reakciju cm 3 /Ah;
q jezgra - specifična potrošnja aluminija za koroziju, cm 3 /Ah;
Q - kapacitet elementa za jedan ciklus, Ah;
n - broj ciklusa;
K 1 = (0,44 - 1,45) - faktor dizajna;
K 2 = (1,97 - 1,49) - faktor dizajna;
a omjer duljine a, širine b i visine c je 1:0,38:2,7; 1:0,35:3,1; 1:0,33:3,9. 2. Primarna baterija metal-zrak koja sadrži kućište, poklopac i najmanje jednu galvansku ćeliju zrak-metal, naznačena time što je element prema zahtjevu 1 uzet kao takav element. 3. Metoda rada zračno-metalne galvanske ćelije i baterije temeljene na njoj pražnjenjem, zamjenom anoda i elektrolita svježim, pranjem elementa, naznačena time što su anode prethodno obrađene u vodenoj otopini natrijevog hidroksida. koncentracije (2 - 5) mol/l uz dodatak trihidrata natrijevog metastanata koncentracije (0,01 - 0,10) mol/l.
