Власники патенту RU 2561566:
Винахід відноситься до джерел енергії, зокрема повітряно-алюмінієвих джерел струму.
Відоме хімічне джерело струму (Пат. RU 2127932), в якому заміна алюмінієвого електрода здійснюється також шляхом розкриття корпусу батареї з наступною установкою нового електрода.
Недоліком відомих способів введення електрода батарею є те, що на період заміни електрода батарею необхідно виводити з ланцюга енергозабезпечення.
Відома паливна батарея (заявка RU 2011127181), в якому витрачаються електроди у вигляді стрічок протягуються крізь корпус батареї через гермовводи і гермовиводи в міру їх вироблення за допомогою протяжних барабанів, що забезпечує введення витрачаються електродів в батарею без переривання ланцюга енергообеспечення.
Недоліком відомого способу є те, що гермовводи і гермовиводи не виводять з батареї водень, що виділився під час роботи.
Технічний результат винаходу - забезпечення автоматичного введення електрода зі збільшеною робочою площею електрода, що витрачається в паливному елементі без переривання ланцюга енергозабезпечення, підвищення енергетичних показників роботи паливного елемента.
Зазначений технічний результат досягається тим, що спосіб введення витрачається електрода повітряно-алюмінієвий паливний елемент, включає переміщення витрачається електрода в міру його вироблення всередину корпусу паливного елемента. Згідно винаходу використовують витрачається електрод у вигляді алюмінієвого дроту, яку намотують на гвинтову канавку тонкостінного стрижня з діелектричного гідрофобного матеріалу і один кінець якого вводять внутрішньо порожнини тонкостінного.
стрижня через отвір у його нижній частині, а переміщення витрачається електрода здійснюють шляхом вкручування тонкостінного стрижня в кришки корпусу паливного елемента, розташовані з двох сторін корпусу і виготовлені з гідрофобного матеріалу, із забезпеченням збереження електроліту всередині паливного елемента і видалення з його корпусу водню, що виділяється поверхні гідрофобних кришок.
Переміщення витрачається електрода, намотаного на тонкостінний стрижень з гвинтовою канавкою, відбувається в результаті вкручування його в кришки, які виготовлені з гідрофобного матеріалу (фторопласт, пс, ліетилен), при цьому електроліт залишається всередині паливного елемента, а водень, що виділився під час роботи, видаляється по гвинтовій поверхні із корпусу паливного елемента.
Циліндрична утворює для витрачається електрода виконана у вигляді тонкостінного стрижня з гвинтовою канавкою, на яку намотаний електрод з алюмінієвого дроту. Стрижень виконаний з діелектричного гідрофобного матеріалу, що дозволяє взаємодіяти з електролітом. Стрижень з електродом з алюмінієвого дроту збільшує активну площу електрода, що витрачається, і таким чином підвищує енергетичні характеристики (величину струму, що знімається) повітряно-алюмінієвого паливного елемента.
Сутність винаходу пояснюється малюнками, де:
на фіг. 1 зображено повітряно-алюмінієве джерело струму;
на фіг. 2 - вигляд А на фіг. 1;
на фіг. 3 - вигляд на фіг. 1.
Повітряно-алюмінієвий паливний елемент стоїть з металевого корпусу 1 з отворами 2 для проходження повітря до трифазної межі, газодифузійного катода 3, електроліту 4, 2-х гідрофобних кришок 5, розташованих з двох сторін металевого корпусу 1, електрода у вигляді тонкостінного стрижня дроту 7, намотаної на гвинтову канавку.
У міру витрачання алюмінієвого дроту 7 відбувається корозія і пасивація поверхні електрода, яка призводить до зменшення величини струму, що знімається, і загасання електрохімічного процесу. Для активізації процесу необхідно вгвинчувати тонкостінний стрижень, з гвинтовою канавкою, в якій намотаний витрачений алюмінієвий провід, гідрофобні кришки 5. Виділення водню відбувається через гвинтові поверхні гідрофобних кришок 5, при цьому електроліт залишається всередині металевого корпусу 1 паливного елемента.
Даний спосіб дозволяє автоматизувати процес заміни анода (витратний електрод) у повітряно-алюмінієвому джерелі струму (ВАІТ) без переривання ланцюга енергозабезпечення, а також видалення водню, що виділився під час роботи.
Спосіб введення витрачається електрода в повітряно-алюмінієвий паливний елемент, що включає переміщення витрачається електрода у міру його вироблення всередину корпусу паливного елемента, який відрізняється тим, що використовують витрачається електрод у вигляді алюмінієвого дроту, яку намотують на гвинтову канавку тонкостінного стрижня якої вводять всередину порожнини тонкостінного стрижня через отвір у його нижній частині, а переміщення витрачається електрода здійснюють шляхом загвинчування тонкостінного стрижня в кришки корпусу паливного елемента, розташовані з двох сторін корпусу і виготовлені з гідрофобного матеріалу, із забезпеченням збереження електроліту всередині паливного елемента та видалення корпусу виділяється водню по гвинтовій поверхні гідрофобних кришок.
Схожі патенти:
Даний винахід відноситься до електрогенератора на паливних елементах, спеціально спроектованого як резервний пристрій за відсутності електропостачання.
Даний винахід відноситься до газогенератора для конверсії палива в збіднений киснем газ і/або збагачений воднем газ, який може бути використаний в будь-якому процесі, що вимагає збідненого киснем газу та/або збагаченого воднем газу, переважно, використовують його для генерування захисного газу або відновлювального газу запуску, вимкнення або аварійного відключення твердооксидного паливного елемента (SOFC) або твердооксидного елемента електролізу (SOEC).
Винахід відноситься до технології паливних елементів, а більш конкретно до збірного модуля батарей твердооксидних паливних елементів. Технічний результат - забезпечення компактності, простота переходу батарея/система та покращення характеристик системи.
Винахід відноситься до енергоустановок з твердополімерними паливними елементами (ТЕ), в яких отримують електроенергію за рахунок електрохімічної реакції газоподібного водню з двоокисом вуглецю, та електрохімічної реакції окису вуглецю з киснем повітря.
Запропонована система (100) паливного елемента, що включає паливний елемент (1) для генерування енергії шляхом здійснення електрохімічної реакції між газом-окислювачем, що подається на електрод (34) окислювача, і паливним газом, що подається на паливний електрод (67); систему (HS) подачі паливного газу для подачі паливного газу на паливний електрод (67); і контролер (40) для регулювання системи (HS) подачі паливного газу, щоб подавати паливний газ на паливний електрод (67), причому контролер (40) здійснює зміну тиску, коли вихід сторони паливного електрода (67) закритий, при цьому контролер (40) ) періодично змінює тиск паливного газу у паливного електрода (67) на основі першого профілю зміни тиску для здійснення зміни тиску при першому розмаху тиску (ДР1).
Винахід відноситься до способу виготовлення сталевого металевого сепаратора для паливних елементів, який має корозійну стійкість і контактний опір не тільки в початковій стадії, але також і після впливу умов високої температури та/або високої вологості в паливному елементі протягом тривалого періоду часу.
Винахід відноситься до твердотільних оксидних паливних елементів зі здатністю до внутрішнього риформінгу. Твердотільний оксидний паливний елемент зазвичай включає катод, електроліт, анод і шар каталізатора, що знаходиться в контакті з анодом.
Даний винахід відноситься до керамічної мембрани, що проводить лужні катіони, щонайменше частина поверхні якої покрита шаром з органічного катіоно-провідного поліелектроліту, який нерозчинний і хімічно стійкий у воді при основному рН.
Винахід відноситься до хімічним джереламструму з газодифузійним повітряним катодом, металевим анодом та водними розчинами електролітів. Метало-повітряне джерело струму містить корпус, заповнений електролітом, розміщений усередині нього металевий анод, газодифузійні повітряні катоди, розташовані по обидва боки металевого анода. При цьому газодифузійні повітряні катоди мають центральні поперечні вигини і відокремлені від металевого анода пористими сепараторами, що проникаються для електроліту, виготовленими з матеріалу з високим омічним опором. Металевий анод має форму прямокутного паралелепіпеда, сполученого з клином, і спирається клином на згадані пористі сепаратори. Запропонований метало-повітряний джерело струму володіє підвищеною питомою ємністю, стабільними характеристиками і збільшеним ресурсом роботи, оскільки дозволяє збільшити відношення маси частини металічного анода, що розчиняється, до обсягу електроліту, а отже, питому енергоємність і час роботи джерела струму без заміни металевого анода. 10 іл., 2 ін.
Винахід відноситься до джерел енергії, а саме способів заміни витрачається електрода в повітряно-алюмінієвому паливному елементі без переривання ланцюга енергозабезпечення. Використовують електрод, що витрачається, у вигляді алюмінієвого дроту, який намотують на гвинтову канавку тонкостінного стрижня з діелектричного гідрофобного матеріалу. Один кінець дроту вводять внутрішньо порожнини тонкостінного стрижня через отвір у його нижній частині. Переміщення витрачається електрода здійснюють шляхом вкручування тонкостінного стрижня в кришки корпусу паливного елемента, розташовані з двох сторін корпусу і виготовлені з гідрофобного матеріалу, із забезпеченням збереження електроліту всередині паливного елемента і видалення з його корпусу водню, що виділяється, по гвинтовій поверхні гідрофобних кришок. Забезпечується підвищення енергетичних показників роботи паливного елемента. 3 іл.
Phinergy, ізраїльський стартап, продемонстрував алюміній-повітряний акумулятор, який здатний живити електромобіль до 1000 миль (1609 км). На відміну від інших метал-повітряних батарей, про які ми писали в минулому, алюміній-повітряна батарея Phinergy споживає алюміній як паливо, таким чином надаючи приріст енергії в такій кількості, що можна тягатися з газом або дизелем. Phinergy заявляє, що підписали контракт із глобальним автовиробником для " масового виробництвабатарей в 2017 році.
Метал-повітряні батареї аж ніяк не нова ідея. Цинк-повітряні батареї широко використовуються в слухових апаратах і поетнциально здатні допомогти з . IBM зайняті роботою над літій-повітряною батареєю, яка, як і у Phinergy, націлена на тривале постачання. Останні місяці з'ясувалося, що натрій-повітряні батареї також мають право на життя. У всіх трьох випадках повітря - той самий компонент, який робить батареї такими бажаними. У звичайній батарейці, хімічна реакція є виключно внутрішнього характеру, тому вони, як правило, дуже щільні і важкі. У метал-повітряних батареях, енергія утворюється шляхом окислення металу (літію, цинку, алюмінію) киснем, що оточує нас, а не укладеного в батареї. В результаті виходить легша і проста батарея.
Алюміній-повітряна батарея Phinergy є новинкою з двох причин: по-перше, компанія, очевидно, знайшла спосіб запобігання корозії алюмінію вуглекислим газом. По-друге, батарея насправді живиться алюмінієм, як паливом, повільно перетворюючи простий алюміній на діоксид алюмінію. Прототип алюмінієво-повітряної батареї Phinergy складається з щонайменше 50 алюмінієвих пластин, кожна з яких надає енергію на 20 миль їзди. Після 1000 миль пластини необхідно механічно перезарядити - евфемізм простого фізичного видалення пластин з батареї. Алюміній повітряні батареї необхідно поповнювати водою кожен 200 миль, щоб відновити рівень електроліту.
Залежно від вашого погляду, механічна зарядка і прекрасна, і жахлива. З одного боку, ви даєте машині життя ще на 1000 миль, в принципі, змінивши батарейку; з іншого боку, купувати нову батареюдля кожної тисячі миль, м'яко кажучи, не дуже економно. В ідеалі це все, швидше за все, опуститься до питання ціни акумулятора. Враховуючи сьогоднішній ринок, кілограм алюмінію коштує $2, а набір із 50 пластин у 25 кг. Шляхом нескладних підрахунків, отримуємо, що "перезаряджання" машини обійдеться в $50. $50 за поїздку на 1000 миль це, по правді кажучи, непогано, у порівнянні з $4 за галон газу, якого вистачить на 90 миль. Діоксид алюмінію можна переробляти назад на алюміній, однак, це не дешевий процес.
Першою у світі зуміла виготовити повітряно-алюмінієву батарею, придатну для експлуатації в автомобілі. 100-кілограмова батарея Al-Air містить достатньо енергії, щоб забезпечити 3000 км ходу компактного легкового автомобіля. Phinergy провела демонстрацію технології з Citroen C1 та спрощеною версією батареї (50 пластин по 500 г, у корпусі, наповненому водою). Машина проїхала 1800 км на одному заряді, зупиняючись тільки для поповнення запасів води - електроліту, що витрачається. відео).
Алюміній не замінить літій-іонні акумулятори(Він не заряджається від розетки), але чудово доповнює їх. Адже 95% поїздок автомобіль здійснює на короткі відстані, де достатньо стандартних акумуляторів. Додаткова батарея забезпечує бекап на випадок, якщо акумулятор розрядився або потрібно далеко їхати.
Повітряно-алюмінієва батарея генерує струм рахунок хімічної реакції металу з киснем з навколишнього повітря. Алюмінієва пластина – анод. З двох сторін осередок покритий пористим матеріалом зі срібним каталізатором, який фільтрує CO2. Металеві елементи повільно деградують до Al(OH) 3 .
Хімічна формула реакції виглядає так:
4 Al + 3 O 2 + 6 H 2 O = 4 Al(OH) 3 + 2,71 В
Це не якась сенсаційна новинка, а відома технологія. Її давно використовують військові, оскільки такі елементи забезпечують винятково велику густину енергії. Але раніше інженерам ніяк не вдавалося вирішити проблему з фільтруванням CO 2 та супутньою карбонізацією. Компанія Phinergy стверджує, що вирішила проблему і вже у 2017 році можна виготовляти алюмінієві батареї для електромобілів (і не лише для них).
Літій-іонні акумулятори Tesla Model S важать близько 1000 кг та забезпечують пробіг 500 км (в ідеальних умовах, насправді 180-480 км). Скажімо, якщо скоротити їх до 900 кг і додати алюмінієву батарею, маса машини не зміниться. Дальність ходу від акумулятора зменшиться на 10-20%, зате максимальний пробіг без зарядки збільшиться аж до 3180-3480 км! Можна доїхати від Москви до Парижа і ще щось залишиться.
У чомусь це схоже на концепцію гібридного автомобіляАле тут не потрібний дорогий і громіздкий двигун внутрішнього згоряння.
Недолік технології очевидний - повітряно-алюмінієву батарею доведеться міняти у сервісному центрі. Напевно, раз на рік чи частіше. Втім, це цілком звичайна процедура. Компанія Tesla Motors минулого року показувала, як акумулятори Model S змінюють за 90 секунд. аматорське відео).
Інші недоліки - енерговитратність виробництва та, можливо, висока ціна. Виготовлення та переробка алюмінієвих батарей потребує великої кількості енергії. Тобто з екологічного погляду їх використання лише підвищує загальне споживання електроенергії у всій економіці. Проте споживання більш оптимально розподіляється - воно йде з великих міст у віддалені райони з дешевою енергією, там знаходяться ГЕС і металургійні заводи.
Невідомо й те, скільки коштуватимуть такі елементи живлення. Хоча сам алюміній – дешевий метал, але катод містить дороге срібло. Phinergy не розповідає, як саме робить запатентований каталізатор. Можливо це складний техпроцес.
Але за всіх своїх недоліків повітряно-алюмінієва батарея все одно здається дуже зручним доповненням до електромобіля. Принаймні, як тимчасове рішення на найближчі роки (десятиліття?), Поки не зникне проблема ємності акумуляторів.
У Phinergy, тим часом, експериментують з «перезаряджається»
Fuji Pigmentпоказала інноваційний тип повітряно-алюмінієвої батареї, заряджання якої може здійснюватися за допомогою солоної води. Батарея має модифіковану структуру, що забезпечує більш тривалим терміномексплуатації, що тепер становить мінімум 14 днів.
У структуру повітряно-алюмінієвої батареї як внутрішній шар були впроваджені керамічні та вуглецеві матеріали. Ефекти корозії анода та акумулювання побічних домішок були пригнічені. В результаті було досягнуто тривалішого часу експлуатації.
Повітряно-алюмінієва батарея з робочою напругою 0,7 - 0,8 В, що виробляє 400 - 800 мА струму на елемент, має теоретичний рівень енергії на одиницю об'єму порядку 8100 Вт * год / кг. Це другий показник із максимальних для акумуляторних батарей різного типу. Теоретичний енергетичний рівень на одиницю об'єму в іонно-літієвих батареях становить 120–200 Вт*год/кг. Це означає, що у повітряно-алюмінієвих батарей теоретично ємність може перевищувати цей показник іонно-літієвих аналогів більш ніж у 40 разів.
Хоча комерційні іонно-літієві батареї, що перезаряджаються, широко використовуються сьогодні в мобільних телефонах, ноутбуках та інших електронних пристроїв, їхня енергетична щільність все ще недостатня для використання в електромобілях на промисловому рівні. На сьогоднішній день вчені розробили технологію повітряно-металевих батарей, що мають максимальну енергетичну ємність. Дослідники вивчали повітряно-металеві батареї на основі літію, заліза, алюмінію, магнію та цинку. Серед металів, алюміній як анод цікавить через велику питому ємність і високий стандартний електродний потенціал. До того ж, алюміній є недорогим і найрециркулюючішим металом у світі.
Інноваційний тип батарей повинен обійти основну перешкоду на шляху комерціалізації подібних рішень, а саме високий рівень корозії алюмінію під час електрохімічних реакцій. Крім цього, на електродах накопичуються побічні матеріали Al2O3 і Al(OH)3, що погіршують перебіг реакцій.
Fuji Pigmentзаявила, що новий тип повітряно-алюмінієвих батарей може вироблятися та може експлуатуватися у звичайних умовах довкілля, Оскільки елементи мають стійкість на відміну від іонно-літієвих батарей, здатних спалахувати і вибухати. Всі матеріали, що застосовуються для збирання конструкції батарей (електроду, електроліту) – безпечні та дешеві у виробництві.
Читайте також:
Використання: повітряно-металеві батареї як автономне малогабаритне джерело струму, що перезаряджається. Сутність винаходу: повітряно-металевий гальванічний елемент коробчатого типу, що включає електролітну ємність з заправним отвором у її верхній частині, кришку, що витрачається металевий анод плоскої форми, поміщений в електролітну ємність, газодифузійний катод, розташований на деякій відстані від робочої поверхні. газом, наприклад, повітрям, газозбірну камеру. У верхній частині електролітної ємності навколо заправного отвору є безперервний конічний виступ, що виконує роль лабіринтного ущільнення, в середній частині бічних стінок електролітної ємності і в її нижній частині виконано по два обмежувальні виступи, в нижній частині електролітної ємності V утворена камера для збору співвідношенням обсягів V: V шл = 5-15, товщина анода в межах 1-3 мм і становить 0,05-0,50 від величини міжкатодного зазору, об'єм електролітної ємності визначається виразами: V = V ел + V ан; V ел = q ел QnK 1 ; V ан =q эх +q кор QnK 2 , V ан - обсяг анода, см 3;
n – кількість циклів;
K 2 = (1,97-1,49)-конструктивний коефіцієнт,
а співвідношення довжини а, ширини b і висоти складає: 1: 0,38: 2,7; 1: 0,35: 3,1; 1: 0,33: 3,9. Повітряно-металева батарея містить корпус, кришку з комутацією, принаймні один повітряно-металевий гальванічний елемент пропонованої конструкції. Спосіб експлуатації повітряно-металевого гальванічного елемента та батареї на його основі включає розряд, заміну анодів та електроліту свіжими, промивання елементів. Аноди перед використанням попередньо обробляють у водному розчині гідроксиду натрію концентрацією (2-5) моль/л з добавкою триводного натрію метастаннату концентрацією (0,01-0,10) моль/л. 3 с.п. ф-ли, 5 іл., 2 табл.
Винахід відноситься до електрохімії, стосується способу експлуатації повітряно-металевих батарей і може бути використане при застосуванні повітряно-металевих батарей як автономного малогабаритного джерела струму, що перезаряджається. Відомий гальванічний елемент, наприклад, повітряно-металевого типу. Елемент переважно містить електролітну ємність, кришку, витрачається металевий електрод плоскої форми, поміщений в електролітну ємність. На деякій відстані від робочої поверхні електрода розташований газодифузійний катод, який зовні вільно омивається газом, зокрема, повітрям. Для поліпшення циркуляції електроліту і тим самим підвищення ефективності електрохімічного перетворення енергії водень, що утворюється в процесі електрохімічної реакції, накопичується в електролітній ємності і тиск, що при цьому при цьому використовується для переміщення електроліту. При цьому електролітна ємність містить газозбірну камеру, газовий тиск якої може впливати на електроліт. Через систему трубок електроліт, що витісняється, переходить з верхньої частини електролітної ємності в нижню (Європатент N 0071015 А2 від 22.06.82 - прототип). Недоліком відомого гальванічного елемента повітряно-металевого типу є низькі питомі електроенергетичні характеристики через надмірну вагу, викликану ускладненням конструкції. Відома первинна повітряно-металева батарея, що містить корпус, кришку з комутацією, принаймні один повітряно-металевий гальванічний елемент (патент США N 4626482, H 01 M 12/6, 1986 - прототип). Недоліком відомої первинної повітряно-металевої батареї є низькі питомі електроенергетичні характеристики. Відомий спосіб експлуатації повітряно-металевого гальванічного елемента та батареї на його основі шляхом розряду, заміни анодів та електроліту свіжими, промивання елемента (а.с. СРСР, 621041, H 01 M 10/42, H 01 M 12/08). Недоліком відомого способу є тривалий період виходу на заданий режим (10-20) хв. Метою винаходу є підвищення питомих електроенергетичних характеристик повітряно-металевих елементів і батарей на їх основі, підвищення стабільності характеристик часу, а також зменшення часу виходу на режим до (1-3) хв. Поставлена мета досягається тим, що у відомому повітряно-металевому гальванічному елементі коробчатого типу, що включає електролітну ємність із заправним отвором у верхній її частині, кришку, витрачається металевий анод плоскої форми, поміщений в електролітну ємність, газодифузійний катод, розташований на деякому поверхні. анода і вільно омивається зовні газом, наприклад повітрям, газозбірну камеру, у верхній частині навколо заправного отвору є безперервний конічний виступ, що виконує роль лабіринтного ущільнення, в середній частині бічних стінок електролітної ємності та в її нижній частині виконано по два обмежувальні частини електролітної ємності (V) утворена камера для збору шламу (V шл) із співвідношенням обсягів V: V шл = 5 - 15, товщина анода в межах (1-3) мм становить 0,05-0,50 від величини міжкатодного зазору, об'єм електролітної ємності визначається виразом:
V = V ел + V ан;
V ел = q ел Qnk 1;
V ан (q ех + q кор) Qnk 2;
де V - об'єм електролітної ємності, см 3;
V ел - об'єм електроліту, см 3;
V ан - обсяг анода, см 3;
q ел - питома витрата води з електроліту, см3/Ач;
q ех - питома витрата алюмінію на електрохімічну реакцію, см3/Ач;
Q – ємність елемента за один цикл, Ач;
n – кількість циклів;
k 1 = (0,44-1,45) – конструктивний коефіцієнт;
a:b:c = 1:0,38:2,7;
a:b:c = 1:0,35:3,1;
a:b:c = 1:0,33:3,9. У відомій первинній повітряно-металевій батареї, що містить корпус, кришку з комутацією, один або кілька повітряно-металевих гальванічних елементів, як такий елемент застосований пропонований елемент; в відомому способіексплуатації повітряно-металевого елемента та батареї на його основі шляхом розряду, заміни анодів та електроліту свіжими, промивання елемента аноди попередньо обробляють у водному розчині гідроксиду натрію концентрацією (2-5) моль/л з добавкою триводного натрію метастаннату концентрацією (0,01-0 10) моль / л. Загальною ознакоює наявність в повітряно-металевому гальванічному елементі коробчатого типу електролітної ємності з заправним отвором у верхній її частині, кришки, витрачається металевого анода плоскої форми, поміщеного в електролітну ємність, газодифузійного катода, розташованого на деякій відстані від робочої поверхні. наприклад повітрям, газозбірної камери, наявність у батареї корпусу, кришки з комутацією, одного або декількох елементів, експлуатація батареї шляхом розряду, заміни анодів та електроліту свіжими, промивання елемента. Відмітною ознакою є те, що у верхній частині електролітної ємності навколо заправного отвору є безперервний конічний виступ, що виконує роль лабіринтного ущільнення, в середній частині бічних стінок електролітної ємності і в її нижній частині виконано по два обмежувальні виступи, в нижній частині електролітної утворена камера для збору шламу (V шл) із співвідношенням обсягів V: V шл = 5 - 15, товщина анода в межах (1 - 3) мм становить 0,05-0,50 від величини міжкатодного зазору, об'єм електролітної камери визначається виразом:
V = V ел + V ан;
V ел = q ел Qnk 1;
V ан = (q ех +q кор) Qnk 2;
де V - об'єм електролітної ємності, см 3;
V ел - об'єм електроліту, см 3;
V ан - обсяг анода, см 3;
q ел - питома витрата води з електроліту, см3/Ач;
q ех - питома витрата алюмінію на електрохімічну реакцію, см3/Ач;
q кор - питома витрата алюмінію на корозію, см3/Ач;
Q – ємність елемента за один цикл, Ач;
n – кількість циклів;
k 1 = (0,44-1,45) – конструктивний коефіцієнт;
k 2 = (1,97-1,49) – конструктивний коефіцієнт;
а співвідношення довжини (a), ширини (b) та висоти (c) становить:
a:b:c = 1:0,38:2,7;
a:b:c = 1:0,35:3,1;
a:b:c = 1:0,33:3,9. В батареї як повітряно-металевий гальванічний елемент застосований пропонований елемент; при експлуатації повітряно-металевого гальванічного елемента та батареї на його основі аноди попередньо обробляють у водному розчині гідроксиду натрію концентрацією (2-5) моль/л з добавкою триводного натрію метастаннату концентрацією (0,01-0,10) моль/л. Заявляється сукупність та взаємозв'язок відмітних ознак у відомих джерелах патентної та науково-технічної літератури не виявлено. Таким чином, запропоноване технічне рішеннямає новизну та винахідницький рівень. Винахід є промислово застосовним, т.к. може бути використане як екологічно чисте автономне джерело струму у складі наступних систем:
- портативний переносний магнітофон типу "плеєр" з функціями запису та відтворення через зовнішню акустичну систему;
- Портативний телевізійний приймач на рідких кристалах;
- Портативний електроліхтар;
- електровентилятор;
- дитячі відеоігри на рідких кристалах;
- дитячі радіокеровані електромобілі;
- Портативний радіоприймач;
- зарядний пристрійдля акумуляторів;
- Переносний вимірювальний прилад. Пропонований джерело струму забезпечує високі питомі електроенергетичні характеристики, зберігаючи їх стабільними протягом всього ресурсу, а також дозволяє знизити час виходу на розрахунковий режим з 10 - 20 до 1-3 хв. Стан показників дозволяє зробити висновок про доцільність використання отриманих геометричних співвідношень у проектуванні повітряно-алюмінієвих батарей. Винахід пояснюється кресленням, де на фіг. 1 показаний повітряно-алюмінієвий елемент - вид N 1 на фіг. 2 - повітряно-алюмінієвий елемент - вид N 2 на фіг. 3 - повітряно-алюмінієвий елемент - вид N 3. На фіг. 4 зображена електролітна ємність повітряно-алюмінієвого елемента, а на фіг. 5 – батарея на основі повітряно-алюмінієвих елементів. Повітряно-алюмінієвий гальванічний елемент складається з електролітної ємності 1, яка має по зовнішніх бокових стінках 2 вікна 3, у верхній частині 4 заправний отвір 5, оточене безперервним конічним виступом 6, що виконує роль лабіринтного ущільнення, внутрішньої сторониелектролітної ємності 1 на середній частині бічних стінок 2 і в її нижній частині виконані два обмежувальні виступи 7, в нижній частині електролітної ємності 1 утворена камера 8 для збору шламу, який напрацьовується в процесі експлуатації. У електролітну ємність 1 герметично вставлені газодифузійні катоди 9 у вікна 3 рамки 10. Герметичність електролітної ємності досягається 1 за допомогою нейтрального по відношенню до водного розчину електроліту герметика. Електричний зв'язок катодів 9 зі споживачем при використанні повітряно-алюмінієвого елемента як поза батареєю, а також у складі її здійснюється за допомогою катодного струмознімач 11, що охоплює електролітну ємність 1 двома горизонтальними підтисками 12, які електрично пов'язані з двома вертикальними підтисками 13. через заправний отвір 5 вставляється плоский металевий анод 14 з виступом 15 прямокутної форми, призначеним для здійснення струмознімання. Площина виступу 15 служить для ущільнення по лінії "анод 14 - кришка 16". Заправний отвір 5 закривається і ущільнюється кришкою 16, що містить один отвір 17 для пропускання через нього анода 14 і один або кілька отворів 18 для відведення водню з електролітної ємності 1 в процесі роботи повітряно-алюмінієвого елемента через кришку 16. Наявність у верхній частині електролітної ємності 4 по периметру навколо заправного отвору 5 виступу конічної форми 6 дозволяє посилити ущільнювальні властивості кришки 16. Геометричні співвідношення конструкції, що дозволяють покращити питомі електроенергетичні параметри:
Н1/(Н2+Н3+Н4) = 1,05-1,20
Н3/Н2=Н3/Н4=5-15
Н5/Н1 = 1,1-1,5
Н6/Н3 = 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
Батарея на основі повітряно-алюмінієвих елементів складається з корпусу 19 з внутрішніми вертикальними пазами 20 для утримання повітряно-алюмінієвих елементів і вікон 21 для організації зовнішнього вільного припливу повітря всередину батареї, замків 22 для кріплення кришки з комутацією 23 до корпусу 1 ємностей 1 з встановленими катодними струмознімачами 11, з вставленими в них анодами 14 і надітими поверх кришками 16, струморозвідної двосторонньої плати 24, що містить на стороні, повернутій до повітряно-алюмінієвих елементів, струмопровідні доріжки 25 для здійснення електричного зв'язку через катодні струмознімачі 11 до струморозвідної двосторонньої плати 24, кілька отворів 26 прямокутної форми для пропускання виступу 15 металевого анода 14 з метою здійснення електричного зв'язку між металевим анодом 14 і анодним струмознімачом 27, кілька отворів довільної форми 28 для дрена ітної ємності 1 в атмосферу через кришку 23, кілька роз'ємів 29, розташованих на верхній стороні струморозвідної двосторонньої плати 24, що перемикаються електропровідною перемичкою 30 для вибору споживачем робочої напруги і зв'язку з електропровідними доріжками 25 і 31 з обох сторін стороні струморозвідної двосторонньої плати 24, службовців для підключення споживача, а також кришки 23, що закриває батарею зверху і містить кілька отворів 33 під рознімання 32, кілька отворів 34 під рознімання 29, одне або кілька отворів 35 під дренаж водню, 22, етикетку 37 з короткою інструкцією з експлуатації. Принцип дії та спосіб експлуатації повітряно-металевого гальванічного елемента та батареї на його основі, наприклад батарея 3 ВА-24, полягають у наступному. Електрична енергія в батареї генерується при здійсненні електрохімічної реакції окиснення алюмінію на аноді та відновлення кисню на катоді. Як електроліт використовують водні розчини або їдкого натрію (NaOH), або хлористого натрію (NaCI), або суміші вказаних розчинів з інгібуючими добавками: Na 2 SnO 3 3Н 2 Про - в лужному електроліті і NaHCO 3 - в сольовому. У процесі реакції поряд з витратою алюмінію йде споживання кисню з повітря та води з електроліту, тому при експлуатації батареї в міру їх витрачання у процесі розряду періодично проводять заміну анода та електроліту на свіжі. Продуктами реакції є гідроксид алюмінію Al(OH) 3 та тепло. Батарея працює в діапазоні температур від -10 o C до +60 o C без додаткового підігріву під час запуску від мінусових температур. Одним із негативних факторів повітряно-алюмінієвої батареї є корозія анода. Це призводить до зниження електричних характеристик батареї та виділення невеликої кількості водню. Більшою мірою вплив корозії проявляється на пускових характеристиках, унаслідок чого час виходу заданий режим становить (10-20) хв. Запропонована обробка анодів, при якій їх поверхня покривається оловом, дозволяє знизити щільність струму корозії та значно покращити режим експлуатації повітряно-алюмінієвої батареї, внаслідок чого підвищуються електричні характеристикита час виходу на режим знижується до (1-3) хв. Нанесення покриття на анод проводять перед початком включення акумулятора в роботу. Попередньо анод знежирюють, а потім обробляють у водному розчині натрію гідроксиду концентрацією (2-5) моль/л з добавкою триводного натрій метастаннату концентрацією (0,01- 0,10) моль/л при кімнатній температурі протягом 5-60 хв. Результати випробувань пропонованої повітряно-алюмінієвої батареї та прототипу представлені в табл. 1 і 2. Як видно з таблиць, пропонована повітряно-алюмінієва батарея забезпечує високі питомі та стабільні в часі електроенергетичні характеристики при малому часі виходу на режим.
формула винаходу
1. Повітряно-металевий гальванічний елемент коробчатого типу, що включає електролітну ємність з заправним отвором у її верхній частині, витрачається металевий анод плоскої форми, поміщений в електролітну ємність, газодифузійний катод, розташований на деякій відстані від робочої поверхні анода і повітрям, газозбірну камеру, який відрізняється тим, що у верхній частині електролітної ємності навколо заправного отвору є безперервний конічний виступ, що виконує роль лабіринтного ущільнення, в середній частині бічних стінок електролітної ємності та в її нижній частині виконано по два обмежувальні виступи, в нижній V утворена камера V шл для збору шламу із співвідношенням обсягів V: V шл = 5 - 15, товщина анода в межах 1 - 3 мм становить 0,05 - 0,50 від величини міжкатодного зазору, об'єм електролітної ємності визначається виразом:
V = V ел + V ан;
V ел = q ел Q n k 1;
V ан = (q ех + q кор) Q n k 2;
де V - об'єм електролітної ємності, см 3;
V ел - об'єм електроліту, см 3;
V ан - обсяг анода, см 3;
q ел - питома витрата води з електроліту, см3/Ач;
q ех - питома витрата алюмінію на електрохімічну реакцію см3/Ач;
q кор - питома витрата алюмінію на корозію, см3/А год;
Q – ємність елемента за один цикл, Ач;
n – кількість циклів;
K 1 = (0,44 – 1,45) – конструктивний коефіцієнт;
K 2 = (1,97 – 1,49) – конструктивний коефіцієнт;
а співвідношення довжини а, ширини b і висоти становить 1: 0,38: 2,7; 1: 0,35: 3,1; 1: 0,33: 3,9. 2. Первинна повітряно-металева батарея, що містить корпус, кришку, принаймні один повітряно-металевий гальванічний елемент, відрізняється тим, що в якості такого елемента взятий елемент за п.1. 3. Спосіб експлуатації повітряно-металевого гальванічного елемента та батареї на його основі шляхом розряду, заміни анодів та електроліту свіжими, промивання елемента, який відрізняється тим, що аноди попередньо обробляють у водному розчині гідроксиду натрію концентрацією (2 - 5) моль/л з добавкою триводного натрій метастаннату з концентрацією (0,01-0,10) моль/л.
