Reacții chimice cu baterii de aer din aluminiu. Bateria de aluminiu aeriană utilizează apă sărată pentru încărcare. Surse combinate de curent

Sursele chimice de curent cu caracteristici stabile și ridicate sunt una dintre cele mai importante condiții pentru dezvoltarea mijloacelor de comunicare.

În prezent, nevoia de utilizatori de energie electrică pentru comunicații este acoperită în principal datorită utilizării elementelor galvanice scumpe sau a bateriilor.

Bateriile sunt surse relativ autonome, deoarece au nevoie de o taxă periodică din rețea. Încărcătoarele utilizate în acest scop au un cost ridicat și nu sunt întotdeauna în măsură să furnizeze un mod de încărcare favorabil. Astfel, bateria sonnenschein, realizată cu tehnologie de uscare și având o greutate de 0,7 kg, iar capacitatea de 5 A H este încărcată timp de 10 ore și când este încărcată, este necesar să se respecte valorile curentului de reglare, tensiunile și timpul de încărcare . Taxa este efectuată mai întâi la toke constant, apoi cu tensiune constantă. Pentru aceasta se aplică costisitoare dispozitiv de încărcare cu controlul software-ului.

Absolut autonome sunt elemente electroplate, dar ele, de regulă, au o putere redusă și container limitat. Cu privire la epuizarea energiei încorporate în ele, sunt eliminate, poluante mediu inconjurator. O alternativă la sursele uscate sunt surse reîncărcabile mecanic de metal, unele dintre caracteristicile energetice sunt prezentate în tabelul 1.

tabelul 1 - parametrii unor sisteme electrochimice

Sistem electro-chimic	Parametrii teoretici		Parametrii practic implementați
		Energie specifică, W · h / kg	Tensiune, B.	Energie specifică, W · h / kg
Aerul aluminiu
Aer-magnetic
Aer-zinc.
Nickel-metal hidrură
Nickel Cadmieva
Mangan-zinc.
Mangan-Litia.

Așa cum se poate observa din tabel, sursele de metal aerian, în comparație cu alte sisteme utilizate pe scară largă, posedă cei mai mari parametri de energie teoretică și practic pe bază de reale.

Sistemele de aer și metal au fost implementate semnificativ mai târziu, iar dezvoltarea acestora este încă mai puțin intensivă decât alte surse ale altor sisteme electrochimice. Cu toate acestea, testarea prototipurilor create de firmele domestice și străine și-au arătat competitivitatea suficientă.

Se arată că aluminiu și aliaje de zinc pot funcționa în electroliți alcalini și sare. Magneziu - numai în electroliți de sare și dizolvarea sa intensă merge atât atunci când generează curenți și pauze.

Spre deosebire de aluminiu de magneziu în electroliții de sare se dizolvă numai la generarea curentului. Electroliții alcalini sunt cei mai promițători pentru electrodul de zinc.

Surse de curent aluminiu (vit)

Pe baza aliajelor de aluminiu, sunt create surse de curent reîncărcabile mecanic cu un electrolit bazate pe o sare de bucătărie. Aceste surse sunt absolut autonome și pot fi utilizate pentru alimentarea cu energie electrică nu numai mijloace de comunicare, dar și pentru baterii de încărcare, nutriție de diverse echipamente de uz casnic: receptoare radio, televizoare, grilă de cafea, burghie electrică, lămpi, electrofei, fier de lipit, Frigidere de putere, pompe centrifuge etc. Autonomia absolută a sursei vă permite să o utilizați în domeniu, în regiuni care nu au surse centralizate de alimentare, în locuri de catastrofă și dezastre naturale.

Încărcarea este efectuată timp de câteva minute, care sunt necesare pentru umplerea electroliților și / sau a înlocuirii electrozilor de aluminiu. Pentru încărcare, sunt necesare numai sarea bucătarului, apa și alimentarea anodurilor de aluminiu. Fiind unul dintre materialele active, se utilizează oxigenul de aer, care este restabilit la catozi de carbon și fluoroplastic. Catodele sunt destul de ieftine, furnizează funcționarea sursei pentru o perioadă lungă de timp și, prin urmare, au un efect ușor asupra costului energiei generate.

Costul energiei electrice obținute în vita este determinat în principal, numai costul înlocuit periodic cu anoduri, nu include costul agentului de oxidare, materiale și procese tehnologiceAsigurarea eficienței elementelor galvanice tradiționale și, prin urmare, este de 20 de ori mai mică decât costul energiei obținute din astfel de surse autonome ca elemente de mangan alcaline-zinc.

masa 2 - parametrii surselor de curent aluminiu din aluminiu

Tipul bateriei	Blocul de baterii	Numărul de elemente		Masa electrolitului, kg	Capacitate în stocul de electroliți și · h	Masa setului de anozi, kg	Capacitate în stocul anodurilor și · h	Masa bateriei, kg
Submersibil
Umplut

Durata funcționării continue este determinată de valoarea curentului consumat, volumul electrolitului este umplut în elementul electrolitului și este de 70 - 100 A · b / l. Limita inferioară este determinată de vâscozitatea electrolitului, la care este posibilă scurgerea liberă. Limita superioară corespunde unei scăderi ale caracteristicilor elementului cu 10-15%, dar prin realizarea sa pentru a îndepărta masa de electroliți, este necesar să se utilizeze dispozitive mecanicecare pot deteriora electrodul de oxigen (aer).

Viscozitatea electrolitului crește, deoarece suspensia de hidroxid de aluminiu este saturată. (Hidroxidul de aluminiu apare în natură sub formă de argilă sau alumină, este un produs excelent pentru producerea de aluminiu și poate fi returnată la producție).

Înlocuirea electrolitului este efectuată în câteva minute. Cu porțiuni noi de electroliți, bun venit poate funcționa până când epuizarea resurselor anodei, care, cu o grosime de 3 mm, este de 2,5 A · CH / cm2 a suprafeței geometrice. Dacă anodurile au fost dizolvate, ele sunt înlocuite cu cele noi pentru câteva minute.

Este foarte mic auto-descărcare, chiar și atunci când depozitați cu un electrolit. Dar B. de lacă în pauza dintre descărcarea poate fi stocată fără electroliți - auto-discordia lui este neglijabilă. Resursa de lucru este limitată la durata de viață a materialelor plastice, din care se face fără ca electrolitul să poată fi menținut până la 15 ani.

În funcție de cerințele consumatorului, acesta poate fi modificat cu faptul că 1 element are o tensiune de 1 V la o densitate curentă de 20 mA / cm2, iar curentul îndepărtat din vita este determinat de zona electrodului.

Studiile efectuate în MEI (tu) ale proceselor care apar pe electrozii și în electrolit, au făcut posibilă crearea a două tipuri de surse de aer-aluminiu de curent - umplere și submersibile (Tabelul 2).

Flipped wit.

Pounele sunt constând din 4-6 elemente. Elementul plăcilor va fi (figura 1) este un rezervor dreptunghiular (1), în pereții opuși din care este instalat catodul (2). Catodul constă din două părți conectate electric la o anvelopă electrod (3). Între catozi există un anod (4), poziția căreia este fixată de ghiduri (5). Designul elementului brevetat de autor / 1 / permite reducerea efectului negativ al hidroxidului de aluminiu generat ca produs final, datorită organizării circulației interne. În acest scop, elementul din plan perpendicular pe planul electrozilor este împărțit la partiții în trei secțiuni. Partițiile efectuează, de asemenea, rolul anodului de ghid al transferului (5). În secțiunea de mijloc există electrozi. Buburile de gaz eliberate în timpul funcționării sunt ridicate împreună cu fluxul de electroliți, suspensia hidroxidului, care este coborâtă în partea de jos în celelalte două secțiuni ale elementului.

Imaginea 1. - Diagrama elementelor

Aerul alimentar la catozi în Vit (fig.2) se efectuează prin golurile (1) între elementele (2). Catoamele extreme sunt protejate de efectele mecanice externe de către panourile laterale (3). Impasabilitatea structurii este asigurată prin utilizarea unui capac detașabil rapid (4) cu o garnitură de etanșare (5) de cauciuc poros. Tensiune garnitură de cauciuc Se realizează prin apăsarea capacului corpului și fixați-o în această stare utilizând încuietori de arc (care nu sunt afișate în figură). Resetarea gazului se efectuează prin supape hidrofobe poroase proiectate special (6). Elementele (1) din baterie sunt conectate secvențial. Anode de plastic (9), designul căruia este proiectat în Mei, au un curent flexibil conversat cu un element al conectorului la capăt. Conectorul, partea de răspuns a cărei este conectată la blocul catodic, vă permite să deconectați rapid și să atașați un anod atunci când îl înlocuiți. Când sunt conectate toate anodurile, elementele sunt conectate secvențial. Electrozii extreme sunt conectați la găuri (10), de asemenea prin conectori.

1 - Gap de aer, 2 - element, 3 - Panou de protecție, 4 - capac, 5 - anvelope catodice, 6 - Garnitură, 7-Valve, 8 - Cathod, 9 - Anod, 10 - născut

Figura 2. - vrac vait.

Scufundat vait.

Apele imersibile (fig.3) sunt o copleșire udată pe cea greșită. Catodele (2) sunt implementate la stratul activ spre exterior. Capacitatea elementului în care a fost inundată electrolitul este împărțită în două partiții și servește pentru alimentarea cu aer separată fiecărui catod. În decalajul prin care a fost furnizat aerul la catozi, a fost instalat un anod (1). Nu este activat de nici o umplere de electroliți, ci de imersie în electroliți. Electrolitul este preîncărcat și stocat într-o pauză între evacuările din rezervor (6), care este împărțită în 6 secțiuni non-interconectate. Ca rezervor, monoblocul bateriei este 6T-60TM.

1 - Cameră de anod, 4 - Cathodic, 2 - Cathod, 5 - Panou top, 3 Stroke, 6 - Rezervor electro

Figura 3. - Element de aer aluminiu imersat în panoul modulului

Acest design vă permite să dezasamblați rapid bateria, scoaterea modulului cu electrozi și manipulați la umplerea și descărcarea electrolitului nu cu bateria, dar cu o capacitate, din care cu un electrolit este de 4,7 kg. Modulul combină 6 elemente electrochimice. Elementele sunt atașate pe panoul superior (5) al modulului. Masa modulului cu un set de anozi de 2 kg. Compusul serial Modulele au fost obținute de la 12, 18 și 24 de elemente. Dezavantajele sursei de aluminiu aer-aluminiu includ rezistență internă destul de ridicată, o putere specifică scăzută, instabilitate de tensiune în timpul descărcării și defecțiunii de tensiune când este pornit. Toate aceste dezavantaje sunt modificate atunci când se utilizează o sursă de curent combinată (WHP) constând dintr-o manieră și o baterie.

Surse combinate de curent

Curba de descărcare a sursei "flexibile" de 6VIt50 (fig.4) la încărcarea unei baterii de plumb sigilate, 2 WG10 cu o capacitate de 10 A · H este caracterizată ca sursa de alimentare a altor sarcini, o defecțiune de tensiune în primele secunde când sarcina este conectată. În decurs de 10-15 minute, tensiunea crește lucrătorului, care rămâne constantă pe parcursul întregii descărcări. Adâncimea defecțiunii este determinată de starea suprafeței anodului de aluminiu și a polarizării acestuia.

Figura 4. - curba de descărcare 6vit50 când încărcați 2rse10

După cum se știe, procesul de încărcare a bateriei apare numai atunci când tensiunea la sursa care dă energie este mai mare decât pe baterie. Eșecul tensiunii inițiale va duce la faptul că acumulatorul începe să deschidă și, prin urmare, procesele inverse sunt pornite pe electrozii, ceea ce poate duce la pasivarea anoziilor.

Pentru a preveni procesele nedorite într-un lanț între vita și bateria, este instalată o diodă. În acest caz, tensiunea de descărcare este utilizată la încărcarea bateriei este determinată nu numai de tensiunea bateriei, ci și scăderea tensiunii pe diodă:

U wate \u003d u acc + diodă ΔU (1)

Introducerea într-un lanț de diodă duce la o creștere a tensiunii atât la VIT cât și pe baterie. Efectul diodei din circuit ilustrează fig. 5, care prezintă o schimbare a diferenței de tensiuni și baterie când încărcați bateria alternativ cu o diodă în lanț și fără ea.

În procesul de încărcare a bateriei în absența unei diode, diferența de tensiune tinde să scadă, adică Reducerea eficienței muncii, în timp ce în prezența unei diode diferența și, în consecință, eficiența procesului tinde să crească.

Figura 5. - Diferența de tensiune 6VAD125 și 2 SG10 când se încarcă cu o diodă și fără ea

Figura 6. - Schimbați curentul de descărcare 6VAD125 și 300kk11 în timpul alimentării cu energie a consumatorului

Figura 7. - schimbarea energiei specifice a kitului (baterie de plumb vit) cu o creștere a proporției încărcării de vârf

Mijloacele de comunicare se caracterizează prin consumul de energie în modul variabil, inclusiv vârfurile, sarcinile. O astfel de natură a consumului a fost modelată de noi atunci când consumatorul a alimentat cu o încărcătură de bază de 0,75 A și vârful 1.8 și de la o balenă constând din 6vit125 și 3kngk11. Natura schimbării curenților componentelor generate (consumate) ale balenelor este prezentată în fig. 6.

Din figura se vede că în modul de bază, curentul generează o generație curentă suficientă pentru a alimenta sarcina de bază și încărcarea bateriei. În cazul încărcării de vârf, consumul este asigurat printr-un curent generat de către și bateria.

Am petrecut analiza teoretică a arătat că energia specifică a balenei este un compromis între energia specifică a vitatului și a bateriei și crește cu o scădere a proporției energiei de vârf (figura 7). Puterea specifică a balenei este mai mare decât puterea specifică și crește cu creșterea proporției încărcării de vârf.

Concluzii

Noi surse de curent bazate pe sistemul electrochimic "Air-aluminiu" cu o soluție de sare de masă ca electrolit, intensitatea energetică de aproximativ 250 A · H și cu o energie specifică de peste 300 W · h / kg.

Încărcarea surselor dezvoltate se efectuează în câteva minute prin înlocuirea mecanică a electrolitului și / sau a anodului. Sursa de descărcare a sursei este neglijabilă și, prin urmare, ele pot fi stocate timp de 15 ani înainte de activare. Surse dezvoltate, caracterizate prin metoda de activare.

Lucrarea de surse de aluminiu în timpul încărcării bateriei și în sursa combinată este investigată. Se arată că energia specifică și puterea specifică a WHC sunt valori de compromis și depind de proporția de încărcare maximă.

VIT și balena pe baza lor sunt absolut autonome și pot fi utilizate pentru alimentarea cu energie nu numai mijloace de comunicare, ci și nutriția diferitelor echipamente de uz casnic: electromashes, lămpi, frigidere cu putere redusă etc. Autonomia absolută a sursei vă permite să Utilizați-l în condiții de teren din regiuni care nu au surse de alimentare centralizate, în locuri de catastrofă și dezastre naturale.

BIBLIOGRAFIE

1. Brevetul RF nr. 2118014. Element de aer metalic. / Dyachkov 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.// Abr. Al doilea simptie. Pe noul matern. Pentru celulele de combustibil și sistemele moderne de baterii. 6-10 iulie. 1997. Montreal. Canada. V 97-7.
3. Korovin N.V., Klemenov B.v. Buletinul Mei (în imprimare).

Lucrarea a fost realizată în cadrul programului "Cercetarea științifică a școlii superioare privind direcțiile prioritare ale științei și tehnologiei"

Fanii de vehicule electrice au visat mult timp bateriile care vor permite prietenilor lor cu patru roți să depășească mai mult de o jumătate de mii de kilometri pe o singură încărcare. Gestionarea pornirii israeliene Phinergy consideră că bateria din aluminiu-aer dezvoltată de specialiști se va descurca perfect cu această sarcină.

CEO Phinergy, Aviv Sidon, a anunțat cealaltă zi începerea parteneriatelor cu un automobil mare. Este de așteptat ca finanțarea suplimentară să permită companiei să stabilească productie in masa Bateriile revoluționare pentru anul 2017.

Pe video ( la sfârșitul articolului) Reporterul agenției de știri Bloomberg, Elliot Gotkin, călătorește în jurul roții de trenuri mici, care a fost transformată într-un vehicul electric. În același timp, în trunchiul acestei mașini, a fost instalată bateria din aluminiu Phinergy.

Vehiculul electric Citroen C1 cu o baterie litiu-ion poate trece la mai mult de 160 km pe o singură încărcare, dar Bateria Aluminiu-Air Phinergy îi permite să depășească încă 1600 de kilometri.

Videoclipul arată că inginerii umple rezervoarele speciale în interiorul vehiculului demonstrativ cu apă distilată. Prognoza computer de bord Intervalul de funcționare al Auto este afișat pe afișaj. telefon mobil Director General Phinergy.

Apa servește drept bază pentru electroliți prin care prevede ioni prin evidențierea energiei. Electricitatea este alimentată cu motoare electrice auto. Potrivit inginerilor pornirii, aprovizionarea cu apă în rezervoarele mașinii demonstrației trebuie completată "la fiecare câteva sute de kilometri".

Plăcile de aluminiu sunt utilizate ca un anod în bateriile de aer din aluminiu, iar aerul exterior provoacă catodul. Componenta de aluminiu a sistemului distruge încet, deoarece moleculele de metal sunt conectate la oxigen și să excrete energia.

Mai precis: patru atomi de aluminiu, trei molecule de oxigen și șase molecule de apă sunt combinate pentru a crea patru molecule de oxid de aluminiu hidratat cu eliberare de energie.

Din punct de vedere istoric, bateriile din aluminiu au fost folosite numai pentru nevoile armatei. Necesitatea de a îndepărta periodic oxidul de aluminiu și de a înlocui plăcile anodelor din aluminiu.

Reprezentanții phinerilor spun că materialul catod brevetat permite oxigenului din aerul exterior pentru a intra liber în celula bateriei, în timp ce acest material nu permite dioxidul de carbon, care este, de asemenea, conținut în aer, poluează bateria. Este în majoritatea cazurilor care au împiedicat funcționarea normală a bateriilor de aer din aluminiu pentru o perioadă lungă de timp. Cel puțin până acum.

De asemenea, specialiștii companiei se dezvoltă care pot fi reîncărcate de energie electrică. ÎN acest caz Electrozii metalici nu sunt distruși atât de rapid ca în cazul analogilor de aluminiu-aer.

Sidon spune că energia unei plăci de aluminiu ajută vehiculul electric să depășească aproximativ 32 de kilometri (acest lucru ne permite să presupunem că generarea specifică a energiei electrice de pe placă este de aproximativ 7 kW * H). Deci, în mașina demo a instalat 50 de plăci.

Întreaga baterie, ca notă de manager de top, cântărește doar 25 kg. Din aceasta rezultă că densitatea sa de energie este mai mare de 100 de ori mai mare decât cea a obișnuită bateriile litiu-ion Probă modernă.

Este probabil ca, în cazul unui model serial al unui vehicul electric, bateria poate fi semnificativ mai severă. Acesta va avea loc echipamentul bateriei cu un sistem de aer condiționat termic și o carcasă de protecție, care în prototip nu a fost observată (judecând de către rolă).

În orice caz, apariția unei baterii cu o densitate de energie, care este o ordine de mărime mai mare decât cea a modernă bateriile litiu-ionVa fi o veste excelentă pentru producătorii de automobile care au făcut un pariu pe mașini electrice - deoarece elimină, în esență, orice problemă cauzată de o distanță limitată de cursul electrocarbărilor moderni.

Avem un prototip foarte interesant în fața noastră, dar multe întrebări rămân fără răspuns. Cum vor fi acționate bateriile din aluminiu în vehicule electrice seriale? Cât de dificilă va începe procedura de înlocuire a plăcilor de aluminiu? Cât de des le vor schimba? (după 1500 km? După 5000 km? sau mai puțin des?).

La dispoziție în această etapă materiale de marketing Nu este descris ceea ce va fi traseul total de carbon al bateriilor metalice-aer (de la producerea de materii prime înainte de a instala bateria în mașină) în comparație cu analogii moderni de litiu-ion.

Acest moment merită probabil un studiu detaliat. ȘI muncă de cercetare trebuie să fie finalizată înainte de începerea implementării în masă tehnologie nouăDe la extracția și prelucrarea minereurilor de aluminiu și crearea unui metal adecvat este un proces foarte intensiv de energie.

Cu toate acestea, un alt scenariu de eveniment nu este exclus. Bateriile metalice suplimentare pot fi adăugate la litiu-ion, dar vor fi utilizate numai în cazul călătoriei la distanță. Această opțiune poate fi destul de atractivă pentru producătorii de vehicule electrice, chiar dacă bateriile de tip noi vor avea o amprentă de carbon mai mare.

Bazat pe

Candidatul științelor tehnice E. Kulakov, candidat la științe tehnice S. Sevrook, candidat la științele chimice A. Pharmaxskaya.

Instalarea energiei pe elementele aer-aluminiu este doar o parte a trunchiului auto și oferă o gamă de rulare la 220 kilometri.

Principiul funcționării elementului aer-aluminiu.

Funcționarea centralei electrice pe elementele de aluminiu este controlată de un microposector.

Un element de aluminiu de dimensiuni mici pe electrolitul de sare poate înlocui patru baterii.

Știință și viață // ilustrare

Instalarea energiei UE 92V-240 pe elementele aeriene-allicinia.

Umanitatea, aparent, nu va renunța la mașini. Puțin de: parcare Terenurile pot crește în curând cu aproximativ două ori - în principal datorită motorizării în masă a Chinei.

Între timp, mașinile care transportă drumurile emit mii de tone de monoxid de carbon în atmosferă - chiar prezența căreia în aer în suma, cu zece procente mai mari, pentru o persoană este mortal. Și în plus față de monoxidul de carbon, multe tone de oxizi de azot și alte otrăvuri, alergeni și cancerigeni sunt produse de ardere incomplete de benzină.

În întreaga lume a căutat mult timp alternative la mașină cu motorul combustie interna. Și cel mai real este considerat un vehicul electric (vezi "Știința și viața" nr. 8, 9, 1978). Primele vehicule electrice din lume au fost create în Franța și în Anglia la începutul anilor '80 ai secolului trecut, adică cu câțiva ani mai devreme decât mașinile cu motoare cu combustie internă (DVS). Și care a apărut, de exemplu, în 1899 în Rusia, primul echipaj de auto-mișcare a fost electric.

Motorul electric de tracțiune din astfel de mașini electrice a primit mese din bateriile exorbitante ale bateriilor de plumb cu intensitatea energetică de numai aproximativ 20 de ore (17.2 kilocaloria) pe kilogram. Deci, pentru a "hrăni" motorul cu o capacitate de 20 de kilowați (27 putere de cai) cel puțin o oră necesară baterie de plumb Cântărind o tonă. Cantitatea de benzină ocupă echivalentul acesteia asupra energiei de stocare, ia un rezervor de gaz cu o capacitate de numai 15 litri. Acesta este motivul pentru care numai în conformitate cu invenția FCS, producția de autoturisme a început să crească rapid, iar mașinile electrice au fost considerate o ramură de capăt a industriei automobilelor în decenii. Și numai problemele ecologice care apar înaintea omenirii au făcut designerii înapoi la ideea unui vehicul electric.

Prin ea însăși, înlocuirea motorului electric a motorului este, desigur, tentația: la aceeași putere a energiei electrice și greutatea este mai ușoară, iar în control este mai ușoară. Dar chiar acum, după mai mult de 100 de ani de la prima apariție baterii auto, intensitatea energetică (adică energia stocată) chiar și cei mai buni dintre ei nu depășește 50 de ore (43 kilocaloriști) pe kilogram. Și, prin urmare, sute de kilograme de baterii rămân echivalentul în greutate al rezervorului de gaz.

Dacă luați în considerare necesitatea multor ore de încărcare a bateriei, numărul limitat de cicluri-deversare și, ca rezultat, relativ termen scurt Servicii, precum și probleme legate de eliminarea bateriilor servite, este necesar să se recunoască faptul că autovehiculul electric al bateriei nu este potrivit pentru transportul în masă.

A venit, totuși, momentul spun că motorul electric poate primi energie și de la un alt fel de surse chimice de elemente galvanice curente. Cele mai renumite dintre ele (așa-numitele baterii) lucrează în receptoare portabile și înregistratoare de voce, în ore și la felinarele de buzunar. Baza unei astfel de baterii, precum și orice altă sursă chimică de curent, este una sau altă reacție redox. Și așa cum este cunoscut din cursul școlii de chimie, este însoțit de transmiterea electronilor de atomi ai unei substanțe (agent de reducere) la atomii altui (oxidant). O astfel de transmisie a electronilor poate fi efectuată printr-un lanț extern, de exemplu, printr-un bec, un cip sau un motor și, prin urmare, face ca electronii să lucreze.

În acest scop, reacția redox este efectuată în două recepții - au împărțit-o, astfel încât să spunem, în două semi-resurse care curg în același timp, dar în locuri diferite. Pe anod, agentul de reducere dă electronilor săi, adică este oxidat, iar la catod, oxidantul ia pe acești electroni, adică, restaurat. Electronii înșiși, care curg de la catod la anod prin lanțul exterior, fac doar o lucrare utilă. Acest proces, desigur, este infinit, deoarece agentul de oxidare și agentul de reducere este treptat petrecut prin formarea de substanțe noi. Și, ca rezultat, sursa actuală trebuie să fie aruncată. Cu toate acestea, este posibil, în mod continuu sau din când în când pentru a obține produsele de reacție din sursă și, în loc de noi și noi reactivi din ea. În acest caz, aceștia îndeplinesc rolul combustibilului și, tocmai, deoarece astfel de elemente sunt numite combustibil (vezi "Știința și viața" nr. 9, 1990).

Eficacitatea unei astfel de surse de curent este determinată în primul rând, precum și reactivii înșiși și sunt selectați propriul mod. Odată cu alegerea agentului de oxidare, nu există probleme speciale, deoarece aerul din jurul nostru constă în mai mult de 20% din oxidantul excelent - oxigen. În ceea ce privește agentul de reducere (care este, combustibil), atunci este mai complicat cu el: trebuie să-l ducă cu el. Și, prin urmare, când este ales, în primul rând, este necesar să se procedeze de la așa-numitul indicator de energie în masă - energia utilă alocată în timpul oxidării unității de masă.

Cele mai bune proprietăți în acest sens sunt hidrogen, urmate de unele metale alcaline și alcaline ale pământului și apoi aluminiu. Dar hidrogenul gazos este foc și exploziv și sub presiune ridicată este capabilă să scurgă prin metale. Este posibil să o răsturnați numai cu foarte mult temperaturi scăzute, dar pentru a stoca este destul de dificil. Metalele alcaline și alcaline ale pământului sunt, de asemenea, foc și, în plus, ele sunt rapid oxidate în aer și dizolvate în apă.

Aluminul nu are nici unul din aceste dezavantaje. Întotdeauna acoperit cu un film dens de oxid, nu este aproape oxidat în aer cu toată activitatea sa chimică. Aluminiu este relativ ieftin și non-toxic, stocarea sa nu creează probleme. Este destul de solvabil și sarcina de introducere a acestuia în sursa de curent este complet solvabilă: plăcile anodice sunt fabricate din combustibil metalic, care periodic - așa cum sunt dizolvate - înlocuite.

Și în cele din urmă, electrolitul. Poate fi orice soluție apoasă în acest element: acid, alcalină sau soluție salină, deoarece aluminiu reacționează cu acizi și cu alcalii și când filmul de oxid este deranjat, acesta este dizolvat în apă. Dar este de preferat să se utilizeze un electrolit alcalin: este mai simplu pentru a doua jumătate de reacție - reducerea oxigenului. În mediul acid este, de asemenea, restaurat, dar numai în prezența unui catalizator de platină scump. În mediul alcalin, puteți face un catalizator mult mai ieftin - cobalt sau oxid de nichel sau carbon activ, care sunt introduse direct în catodul poros. În ceea ce privește electrolitul de sare, acesta are o conductivitate electrică mai mică, iar sursa actuală bazată pe ea este de aproximativ 1,5 ori mai redusă intensitate la energie. Prin urmare, în baterii puternice, este recomandabil să se aplice electrolit alcalin.

Cu toate acestea, el are, de asemenea, deficiențe, dintre care este coroziunea anodului. Se duce în paralel cu principala reacție toxuală și dizolvă aluminiu, transformându-l în aluminatul de sodiu cu eliberarea simultană a hidrogenului. Adevărat, cu o viteză mică tangibilă, această reacție laterală este numai în absența sarcinii externe, este tocmai pentru că sursele de curent aluminiu nu pot fi - spre deosebire de bateriile și bateriile - pentru o perioadă lungă de timp încărcată în modul de așteptare. Soluția alcalină în acest caz se încadrează din ele. Dar, pe curentul normal al încărcăturii, reacția laterală este aproape imperceptibilă și coeficientă utilizare utilă Aluminiu atinge 98%. Electrolitul alcalin al deșeurilor nu este devenire: Filmarea cristalelor de hidroxid de aluminiu, acest electrolit poate fi turnat din nou în element.

Există în utilizarea electrolitului Alcaline într-o sursă de curent aluminiu aer-aluminiu și un alt dezavantaj: o mulțime de apă este consumată în timpul funcționării sale. Acest lucru mărește concentrația de alcaline în electrolit și ar putea schimba treptat caracteristicile electrice ale elementului. Cu toate acestea, există un astfel de interval de concentrații în care aceste caracteristici nu sunt practic schimbate și, dacă este suficient, este suficient să adăugați apă pentru electroliți din când în când. Deșeuri în sensul obișnuit al cuvântului atunci când operează o sursă de curent aluminiu de aer-aluminiu nu este formată. La urma urmei, hidroxidul de hidroxid de aluminiu obținut prin descompunere este pur și simplu lut alb, adică produsul nu este doar absolut curat ecologic, dar, de asemenea, foarte valoros ca materii prime pentru multe industrii.

Din aceasta, aceasta este, de exemplu, produsă de aluminiu, prima încălzire pentru a obține alumină și apoi expunând topirea acestei electrolize de alumină. Prin urmare, este posibil să se organizeze un ciclu închis de economisire a resurselor de funcționare a surselor de curent aluminiu.

Dar hidroxidul de aluminiu are atât valoare comercială independentă: este necesară în producerea de materiale plastice și cabluri, lacuri, vopsele, ochelari, coagulante pentru apă, hârtie, covoare sintetice și linoleumuri. Se utilizează în industria radiotehnică și farmaceutică, în producția de toate tipurile de adsorbanți și catalizatori, la fabricarea produselor cosmetice și chiar bijuterii. La urma urmei, foarte multe pietre prețioase artificiale - rubine, safire, alexandriții sunt efectuate pe baza oxidului de aluminiu (Corundum) cu impurități minore de crom, titan sau beriliu, respectiv.

Costul "deșeurilor" sursei de aluminiu aer-aluminiu este complet proporțional cu costul aluminiului de pornire, iar masa lor este de trei ori masa aluminiului inițial.

De ce, în ciuda tuturor avantajelor enumerate ale surselor curente de oxigen-aluminiu, ele sunt atât de lungi - până la sfârșitul anilor '70 - nu au fost proiectate serios? Doar pentru că nu au fost revendicate de tehnologie. Și numai cu dezvoltarea rapidă a unor astfel de consumatori autonomi intensivi de energie ca aviație și cosmonautică, echipament militar și transport la sol, situația sa schimbat.

Dezvoltarea compozițiilor de anoduri optime - un electrolit cu caracteristici mari de energie la viteze scăzute de coroziune a început, au fost selectate avioane ieftine cu activitate electrochimică maximă și o durată de viață mare, au fost calculate moduri optime operație lungăȘi pentru o perioadă scurtă de timp.

Schemele instalațiilor de energie care conțin, pe lângă acestea, de fapt, surse de curent și un număr de sisteme auxiliare - alimentare cu aer, apă, circulație a electroliților, termostat etc. Fiecare dintre ele este destul de complexă și pentru funcționarea normală a centralelor electrice În general, a fost necesar un sistem de control al microprocesorului, care stabilește algoritmii de lucru și interacționează toate celelalte sisteme. Un exemplu de construire a uneia dintre instalațiile moderne de aluminiu este prezentată în figura (p. 63.): este marcată de linii groase de lichide (conducte) și relații subțiri (semnale ale senzorilor și comenzilor de control.

În ultimii ani, Institutul de Aviație de Stat din Moscova (Universitatea Tehnică Tom) - MAI, împreună cu complexul științific și de producție al surselor actuale "Energie alternativă" - IT "Alten" a fost creată o întreagă gamă funcțională de plante energetice bazate pe aer-aluminiu elemente. Inclusiv - setarea experimentală 92V-240 pentru vehiculul electric. Intensitatea sa energetică și, ca rezultat, kilometrajul mașinii electrice fără reîncărcare sa dovedit a fi de mai multe ori mai mare decât atunci când se utilizează baterii - atât tradiționale (nichel-cadmiu) cât și recent dezvoltate (sulfur-sodiu). Unele caracteristici specifice ale vehiculului electric de pe această centrală electrică sunt prezentate în fila Culoare adiacentă în comparație cu caracteristicile mașinii și a vehiculului electric de pe baterii. Comparație Aceasta, totuși, necesită explicații. Faptul este că numai masa combustibilului (benzină) este luată în considerare pentru mașină, iar pentru ambele mașini electrice - masa surselor curente în ansamblu. În acest sens, trebuie remarcat faptul că motorul electric are o greutate semnificativ mai mică decât benzina, nu necesită transmisie și economisește energie de mai multe ori. Dacă luați în considerare toate acestea, se pare că câștigarea reală a mașinii curente va fi de 2-3 ori mai mică, dar încă destul de mare.

Există o instalare de 92VA-240 și altele - pur și simplu operațional. Reîncărcați bateriile de aluminiu de aer, nu necesită o priză electrică, dar se reduce la Înlocuirea mecanică Anodele de aluminiu de evacuare sunt noi, care nu durează mai mult de 15 minute. Este chiar mai ușoară și mai rapidă Există o înlocuire a electrolitului pentru a îndepărta precipitatul de hidroxid de aluminiu din acesta. Pe stația de "umplere", electrolitul de evacuare este supus regenerării și sunt utilizate pentru re-realimentarea lei electrice și hidroxidul de aluminiu separat de acesta este direcționat către reciclare.

În plus față de centrala electromotoare pe elemente de aluminiu, aceiași specialiști au creat o serie de centrale mici (vezi "Știința și viața" nr. 3, 1997). Fiecare dintre aceste instalații poate fi reîncărcată mecanic de cel puțin 100 de ori, iar numărul este determinat în principal de resursa catodului de aer poros. Iar termenul de valabilitate al acestor setări într-o stare inexactă nu este limitat deloc, deoarece nu există o pierdere de capacitate în timpul depozitării - nu există nici o auto-discordie.

În surse mici de aluminiu, curentul poate fi utilizat pentru a pregăti un electrolit nu numai alcaline, ci și sarea obișnuită de masă: procesele din ambele electroli se curg la fel. Adevărat, intensitatea energetică a surselor de sare este de 1,5 ori mai mică decât alcalina, dar utilizatorul pe care îl provoacă mult mai puțin hassle. Electrolitul din ele este complet sigur și puteți chiar să aveți încredere în copil cu ea.

Sursele de curent aluminiu de curent pentru furnizarea de aparate de uz casnic cu putere redusă sunt deja produse, iar prețul este destul de accesibil. În ceea ce privește instalația de putere auto de 92VA-240, ea există încă numai în părți cu experiență. O probă experimentală cu o putere nominală de 6 kW (la o tensiune de 110 V) și o capacitate de 240 de ore costă aproximativ 120 mii de ruble în 1998 prețurile. Conform calculelor preliminare, acest cost după redarea producției de masă va scădea cel puțin 90 de mii de ruble, ceea ce va permite producerea unui vehicul electric cu un preț nu mult mai mult decât o mașină cu un motor cu combustie internă. În ceea ce privește costul funcționării vehiculului electric, acum este destul de comparabil cu costul de operare a mașinii.

Cazul rămâne pentru mic - pentru a produce o evaluare mai profundă și a unor teste extinse, apoi cu rezultate pozitive pentru a începe operarea procesului.

Compania franceză Renault oferă să utilizeze bateriile din aluminiu de la Phinergy în viitoarele vehicule electrice. Să aruncăm o privire la perspectivele lor.

Renault a decis să facă un pariu pe un nou tip de baterie, care poate permite creșterea gamei de funcționare de la o încărcare de șapte ori. Când conservă dimensiunile și greutatea bateriilor de astăzi. Elementele de aluminiu-aer (al-aer) au o densitate fenomenală de energie (8000 W / kg, față de 1000 W / kg în bateriile tradiționale), producând-o atunci când reacția de oxidare din aluminiu în aer. Această baterie conține un catod pozitiv și un anod negativ din aluminiu și între electrozii conține un electrolit lichid pe bază de apă.

Dezvoltatorul bateriei companiei Phinergy a declarat că a ajuns la progrese mari în dezvoltarea unor astfel de baterii. Propunerea lor este de a folosi un catalizator din argint, care vă permite să utilizați eficient oxigenul conținut în aerul convențional. Acest oxigen este amestecat cu un electrolit lichid și, astfel, eliberează energie electricacare este conținut într-un anod aluminiu. Nuanța principală este air catod.", Care acționează ca o membrană în jacheta de iarnă - trece doar O2, și nu dioxid de carbon.

Care este diferența dintre bateriile tradiționale? În ultimele celule complet închise, în timp ce elementele Al-Air au nevoie de un element extern, reacția "declanșatoare". Un avantaj important este faptul că acumulatorul Al-Air acționează ca un generator diesel - produce energie numai atunci când l-ați pornit. Și când ați "blocat aerul" o astfel de baterie, toate încărcările sale rămâne în poziție și nu dispare în timp, cum ar fi bateriile convenționale.

În timpul funcționării bateriei al-aer, se utilizează un electrod de aluminiu, dar poate fi înlocuit ca cartuș în imprimantă. Încărcarea trebuie efectuată la fiecare 400 km, va fi de a completa noul electrolit, care este mult mai ușor decât așteptarea până când este încărcată bateria obișnuită.

Compania Phinergy a creat deja un electric Citroen C1, care este echipat cu o baterie de 25 kg cu o capacitate de 100 kWh. Oferă un accident vascular cerebral de 960 km. Cu o capacitate de 50 kW (aproximativ 67 de cai putere), mașina dezvoltă o viteză de 130 km / h, accelerează la sute în 14 secunde. O baterie similară este, de asemenea, testată pe Renault Zoe, dar capacitatea sa este de 22 kWh, viteza maximă a mașinii este de 135 km / h, 13,5 secunde la "sute", dar numai 210 km de rândul loviturii.

Bateriile noi sunt mai ușoare, de două ori mai ieftine decât litiul-ionic și în perspectivă este mai ușor de operat, mai degrabă decât modern. Și până acum, singura lor problemă este un electrod de aluminiu, care este compus din producție și înlocuire. De îndată ce această problemă decide - vă puteți aștepta în siguranță și valuri mai mari de popularitate a vehiculelor electrice!

• , 20 ianuarie 2015

Bateriile sunt dispozitive care transcriu energie chimică în energie electrică. Acestea au 2 electrozi, există o reacție chimică între ele, pe care electroni sunt utilizați sau produse. Electrozii sunt conectați cu o soluție cu o soluție numită electrolit, cu care ionii se pot mișca prin efectuarea unui circuit electric. Electronii sunt formați pe anod și pot trece prin lanțul exterior pe catod, aceasta este mișcarea electronilor electrici care pot fi utilizați pentru a efectua dispozitivele simple.
În cazul nostru baterie Poate fi format cu două reacții: (1) Reacții cu aluminiu, care generează electroni pe un electrod și (2) Reacții de oxigen, care utilizează electroni pe un alt electrod. Pentru a ajuta electronii din baterie, obțineți acces la oxigen în aer, puteți face un al doilea material electrod care poate efectua energie electrică, dar nu este activ, de exemplu, cărbune, care constă în principal din carbon. Cărbune activată este foarte poroasă și acest lucru duce uneori la o suprafață mare, care este furnizată la atmosferă. Un gram de carbon activ poate fi mai pătrat decât un câmp de fotbal întreg.
În această experiență puteți construi baterieCare utilizează aceste două reacții și cel mai uimitor lucru pe care aceste baterii pot hrăni un mic motor sau un bec. Pentru a face acest lucru, veți avea nevoie de: folie de aluminiu, foarfece, carbon activat, linguri metalice, prosoape de hârtie, sare, ceașcă mică, apă, 2 fire electrice cu cleme la capete și un mic dispozitiv electric, cum ar fi un motor sau un LED. Tăiați bucata de dimensiune a foliei din aluminiu, care va fi aproximativ 15x15cm., Pregătiți o soluție saturată, un amestec de sare într-o ceașcă mică cu apă până când sarea nu se va dizolva, pliați prosopul de hârtie la un sfert și se hrănește cu saramură. Puneți acest prosop pe folie, adăugați o lingură de carbon activ în partea de sus a unui prosop de hârtie, turnați saramura la cărbune pentru ao umezi. Asigurați-vă că cărbunele este umed peste tot. Pentru a nu atinge apa direct, trebuie să topiți 3 straturi ca în sandwich. Pregătiți dispozitivele electrice pentru utilizare, un capăt al firului electric este atașat la descărcare, iar celălalt capăt al firului este conectat la folia de aluminiu. Apăsați strâns cel de-al doilea cablu la o grămadă de cărbune și vedeți ce se întâmplă dacă bateria funcționează bine, este probabil că veți avea nevoie de un alt element pentru a porni dispozitivul. Încercați să măriți zona de contact între firul și cărbunele, plierea bateriei și stoarcerea. Dacă utilizați motorul, îl puteți ajuta, de asemenea, să înceapă răcirea arborelui cu degetele.
Prima baterie electrică modernă a fost făcută dintr-un număr de celule electrochimice și se numește stâlp Volt. Repetați primul și al treilea pas pentru a construi o suplimentare element de aluminiu-aerConectarea 2 sau 3 element de aluminiu Veți obține o baterie mai puternică între ele. Utilizați multimetrul pentru a măsura tensiunea și curentul obținut de la bateria dvs.
Cum de a schimba bateria astfel încât să devină mai multă tensiune sau mai mare - calculați puterea de ieșire de la bateria dvs. cu ajutorul tensiunii și curentului său. Încercați să conectați alte dispozitive la bateria dvs.