Алюминиево воздушный аккумулятор

Содержание
  1. Журн ал
  2. Электротехнический журнал
  3. Content Header
  4. Воздушно-алюминиевая батарея - что это, и почему она - перспективна?
  5. Электрохимия
  6. Коммерциализация
  7. Батареи с алюминием в основе
  8. Британец изобрел алюминиево-воздушную батарею в собственном гараже
  9. Грядущее за алюминиево-воздушными батареями
  10. Замена электролита на масло защитила алюминий-воздушный аккумулятор от коррозийных процессов

Журн ал

Алюминиево воздушный аккумулятор

Завод по изготовлению литий-ионных аккумуляторов, который компания Tesla в настоящий момент возводит в Америке, к окончанию строительства может уже лишиться положения самого инновационного.

Предприятие стоимостью $5 млрд будет запущено в 2017 году и будет делать 500 тысяч литий-ионных батарей в течении года – они будут применяться в электромобилях Tesla.
Планы Tesla может испортить компания Fuji Pigment Co.

ЛТД, какая в январе этого года сделала прорыв в области алюминий-воздушных аккумуляторов – емкость разработанных прототипов появилась в 40 раза больше, чем у батарей Tesla. Fuji объявила, что выведет собственный проект на коммерческую стадию к концу 2015 года.

Алюминий-воздушные аккумуляторы давно уже считаются потенциально революционным энергетическим источником. Все таки, основным препятствием для их массового распространения до этих пор была необходимость физически менять отработавший металлический сегмент, взамен классической перезарядки.
В Fuji говорят, что решили данную проблему путем добавки слоев керамики и углеродного волокна.

Теперь батарею можно перезаряжать пару раз, просто добавляя в него воду.

Электротехнический журнал

Электротехнический журнал. Статьи.

Новости. Авторские статьи.

Документы.

Content Header

Воздушно-алюминиевая батарея – что это, и почему она – перспективна?

Алюминиево воздушный аккумулятор

Воздушно-алюминиевые батареи вырабатывают электричество при помощи реакции кислорода в воздухе с алюминием. У них – одно из наивысших значений плотности энергии среди батарей различных типов, однако они все еще не получили массового распространения из-за трудностей с большой ценой анода и удаления побочных продуктов во время использования классических электролитов.

Это уменьшает их применение, по большей части, до военных отраслей. Впрочем, у электромобиля с металлическими батареями есть потенциал, в восемь раз превышающий возможности ионно-литиевые аналоги, при этом у них – намного меньший вес.

Воздушно-алюминиевые батареи относятся к первичным (неперезаряжаемым) элементам. Как только металлический анод истрачивается в ходе реакции с атмосферным кислородом и катодом в водном электролите для формирования гидратного оксида алюминия, батарея больше не может генерировать электричество. Однако, существует возможность механической перезарядки батареи при помощи новых металлических анодов, изготовленных из переработанного гидратного оксида алюминия.

Аналогичная переработка может стать важной, если воздушно-алюминиевые батареи будут активно использоваться.
Электромобили с питанием от металлических батарей последние пару десятилетий находятся на стадии обсуждения. Гибридизация уменьшит затраты, а во второй половине 80-ых годов двадцатого века было сообщено про проведение дорожных испытаний электромобилей с гибридной воздушно-алюминиевой/свинцово-кислой батареей.

В первой половине 90-ых годов XX века в Онтарио была проведена презентация гибридного электромобиля класса «минивэн» с питанием от алюминиевой батареи.
В марте 2013 года израильская компания «Phinergy» опубликовала видео демонстрации электромобиля с применением воздушно-алюминиевых компонентов, проехавшего 330 км с помощью специализированного катода и гидроксида калия.

27 мая 2013 года 10 канал Израиля в выпуске вечерних новостей показал автомобиль с батареей от «Phinergy» в багажнике. Было сказано, что он может проехать более 2 000 километров (1 200 миль), перед тем как потребуется замена металлических анодов.

Электрохимия

Полуреакция окисления анода выглядит так: Al + 3OH – Al(OH)3 + 3e – + 2.31 В.
Полуреакция восстановления катода выглядит так: O2 + 2H2O + 4e

Общая схема реакции выглядит так: 4Al + 3O2 + 6H2O 4Al(OH)3 + 2.71 В.
За счёт данных реакций становится потенциальной выработка 1,2 В напряжения, что на самом деле достижимо благодаря применению в качестве электролита гидроксида калия.

Соленая вода в качестве электролита помогает достигнуть напряжение в 0,7 В на компонент.

Коммерциализация

Проблемы

Алюминий в качестве «топлива» для автомобилей был изучен Шаохуа Иеном и Гарольдом Найклом. Они пришли к следующим выводам:
«Система воздушно-алюминиевых батарей может генерировать достаточно энергии и мощности для дальности пробега и ускорения, подобного машинам с ДВС… стоимость алюминия в качестве анода может составлять ниже 1,1 доллара за килограмм, пока продукт реакции подлежит переработке.

Общий КПД в ходе циклического процесса в электромобилях с воздушно-алюминиевыми батареями может составить 15 % (сегодняшний этап) или 20 % (проект), сравнимый с КПД автомобилей с ДВС (13 %). Плотность энергии концепта батареи составляет 1 300 Вт*ч/кг (сегодняшнее время) или 2 000 Вт*ч/кг (проектный образец). Был проведен анализ цикла долговечности электромобилей с воздушно-алюминиевыми батареями если сравнивать с аналогами со свинцово-кислыми и никелевыми гибридными (никелево-марганцовых) батареями.

Только электромобили с воздушно-алюминиевыми батареями могут получить диапазон перемещений, сравнимый с аналогами с ДВС. По результатам анализа, этот тип электромобилей считается наиболее перспективной если сравнивать с автомобилями с ДВС в плане диапазона перемещений, цены покупки, затрат на горючее и служебный срок».

Остается решить ряд технических проблем для того, чтобы сделать воздушно-алюминиевые батареи более подходящими для электромобилей. Аноды из чистого алюминия предрасположены коррозии со стороны электролита, по этой причине алюминий в большинстве случаев сплавляют с оловом или остальными элементами. Гидратная окись алюминия, возникающая в результате реакции элемента, сформировывает гелеобразную субстанцию на аноде и делает меньше производство электричества.

К данной проблеме обращаются на стадии разработки воздушно-алюминиевых компонентов. Например, были разработаны добавки, формирующий оксид алюминия в виде порошка, а не геля.
Современные воздушные катоды состоят из реактивного слоя углерода с токосъемника с никелевой решёткой, катализатора (например, кобальта) и пористой гидрофобной тефлоновой пленки, предотвращающей утечку электролита.

Кислород в воздухе идет через тефлон, после – откликается с водой для создания ионов гидроокиси. Эти катоды работают хорошо, но могут стоить достаточно дорого.

Типовые воздушно-алюминиевые батареи имеют ограниченный срок хранения, так как алюминий откликается с электролитом и создает водород, когда батарея протаивает, хотя этого уже нет в современных образцах. Этой проблемы получиться избежать за счёт хранения электролита в цистерне вне батареи и перемещения его в батарею если необходимо применения.
Данные батареи, например, можно применять для резервных батарей в АТС или источников запасного питания.

Воздушно-алюминиевые батареи можно применить для питания ноутбуков и мобильных телефонов, прямо сейчас разрабатываются модели для аналогичного вида работы.

Батареи с алюминием в основе

Были исследованы следующие типы металлических батарей:
1. Хлорно-алюминиевая батарея была запатентована ВВС Соеденненых Штатов в 1970-х годах и разработана, по большей части, для применения в военных целях. Они применяют металлические аноды и хлор на катодах из графитовой подложки.

Для работы им нужны очень высокие температуры.
2. Алюминиево-серная батарея очень заинтересовала американских экспериментаторов, хотя понятно то, что они все еще далеки от широкого производства. В 2016 году в Мэрилендском университете была первый раз проведена презентация перезаряжаемой алюминиево-серной батареи.
3. Алюминиево-железно-оксидные, алюминиево-медно-оксидные, алюминиево-железно-гидроксидная батареи были предложены некоторыми экспериментаторами для военных ГТС. Их плотность энергии составляет 455, 440 и 380 Вт*ч/кг исходя из этого.
4. Батарея с алюминием и двуокись марганца применяет кислотный электролит. Вырабатываемое напряжение составляет 1,9 В. Иная вариация применяет основание (гидроксид калия) в качестве анолита и серную кислоту – в качестве католита.

Две части отделены тонкой непроницаемой пленкой чтобы избежать смешивания электролита в каждом из компонентов в половинах батареи. Эта конфигурация даёт напряжение в 2,6-2,85 В.
5. Алюминиево-стеклянная система. Как было сообщено в итальянском патенте от Байокки, в области взаимные действия между обычным стеклом и алюминиевой фольгой (нет потребности в иных компонентах) при температуре, близкой к точке плавления металла, вырабатывается электрическое напряжение наряду с проходящим током, когда система замкнута на активной нагрузке.

Феномен первый раз был замечен Байокки, а потом – А. Дэлль’Эпоха и прочие коллеги начали обследование и составление характеристики этой электромеханической системы.

Британец изобрел алюминиево-воздушную батарею в собственном гараже

Тревор Джексон изобрел новаторский аккумулятор для автомобиля, который даст возможность водителям проехать 2400 км без подзарядки, что в 4-ре раза больше, чем у имеющихся моделей.

Алюминиево воздушный аккумулятор

Вообразите, что энергетический источник построен на переработанном алюминии, одном из самых популярных металлов на Земля, а электролит, настолько нетоксичный, что его можно пить.

Грядущее за алюминиево-воздушными батареями

Это открытие, какое может разрушить накопление энергии в том виде, в каком мы его знаем, и привести к революции в электрификации транспорта – от велосипедов и электромобилей до тяжёлых грузовиков, самолетов и грузовых судов.
За этим всем стоит инженер из Англии и бывший офицер Королевского флота Тревор Джексон, который начал ставить опыты с алюминиево-воздушными батареями в собственной мастерской в городе Каллингтон в 2001 году. В то время применяемый электролит был чрезвычайно едким и токсичным.

После многих лет экспериментов Джексон изобрел новый электролит, состав которого считается тщательно охраняемым секретом, и, он утверждает, что позволил его изобретению проехать на электрическом автомобиле на расстояние до 2400 км.
Перед началом эры электромобилей, когда сферы услуг для зарядки еще не было, идея замены использованных батарей на новые, полностью заряженные считалась интересной. Джексон говорит, что таким может быть грядущее, так как его батареи/топливные детали реализовываются в гастрономах и точках продажи.

Он говорит, что процесс выключения старого и подсоединения нового занимает около 90 секунд.

Алюминиево воздушный аккумулятор

Но пришло ли время фольги? Самостоятельная оценка, проведенная британским агентством по торговле и инвестициям в 2017 году, показала, что открытие Джексона было «особенно привлекательным аккумулятором», основанным на «устоявшейся» технологии, и что оно производило намного больше энергии на килограмм, чем классические типы аккумуляторов для электромобилей.
Некоторые сравнение очень интересны. Tesla Model S может проехать до 600 км без подзарядки. Джексон говорит, что аналогичная машина с алюминиево-воздушной батареей, которая весила бы такое же количество, сколько литиево-ионная батарея Теслы, могла бы проехать 4350 км.

Алюминиево-воздушные батареи также занимают мало места. Если бы тот же автомобиль Tesla был оборудован алюминиево-воздушным топливным элементом того же размера, что и его сегодняшняя батарея, он мог бы иметь запас хода в 2400 км.
Джексон говорит, что батарея Tesla Model S стоит около 30 000 фунтов. Поклонники Теслы, возможно, будут дискутировать про это число, но Джексон говорит, что его алюминиевовоздушный аккумулятор / топливный компонент, который мог бы питать тот же автомобиль дольше, будет стоить всего 5000 фунтов.

Разумеется, если хозяин должен расходовать 5000 фунтов каждые 1500 миль, экономически это не рентабельно. Время покажет.
Думаете, это все безумные разговоры? Но Джексон только что подписал многомиллионную сделку с Austin Electric, инженерной фирмой, базирующейся в Эссексе, которая теперь владеет правами на применение старого логотипа Austin Motor Company. В следующем году она начнет ставить тысячи новых аккумуляторов на собственные электромобили.

По словам исполнительного директора Austin Electric Дэнни Коркорана, спецтехнология «меняет правила игры». Это поможет спровоцировать очередную промышленную революцию.

Плюсы если сравнивать с классическими аккумуляторами электромобилей огромны».
Джексон также получил грант в размере 108 000 фунтов для дальнейших исследований в самом центре перспективных достижений, являющемся партнером Департамента бизнеса, инноваций и способностей. Его технология была проверена 2-мя французскими университетами.

Он говорит: «Это была тяжёлая сражение, но я в конце концов добился прогресса».
У Austin Electric есть три цели для новых аккумуляторов – трехколесные тук-туки, которые применяются для перевозки во многих государствах, например как Пакистан, электрические велосипеды с большим запасом хода, и программа переоснащения переднеприводных автомобилей с ДВС в гибриды путем установки алюминиево-воздушных батарей и двигателей для привода задних колес.
Джексон ждет, что переоснащение автомобилей начнется в следующем году. Он говорит, что цена каждой переделки будет составлять 3500 фунтов или около 4000 долларов. «Мы также ведем беседы с 2-мя изготовителями самолетов.

Эти батареи не годятся для больших коммерческих самолетов. Однако они будут работать в пропеллерных самолетах и ??подходят для пассажирских и грузовых рейсов на небольшие расстояния», – сказал Джексон. опубликовано econet.ru по материалам cleantechnica.com
Понравилась статья? Напишите собственное мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Замена электролита на масло защитила алюминий-воздушный аккумулятор от коррозийных процессов

Алюминиево воздушный аккумулятор

Brandon Hopkins et al. / Science, 2018
Американские инженеры создали алюминий-воздушный аккумулятор, фактически полностью защищенный от саморазряда.

Для этого разработчики рекомендовали после применения аккумулятора менять электролит в нем на полимерное масло при помощи помпы. Эксперименты с прототипом показали, что благодаря подобной процедуре саморазряд уменьшается до 0,02 процента на протяжении месяца, рассказывают авторы статьи, размещённой в Science.
Алюминий-воздушный аккумулятор собой представляет гальванический компонент, в котором переменный ток вырабатывается благодаря реакции металлического анода с кислородом из воздуха и водой из электролита.

С электрохимической точки зрения такие аккумуляторы единоразовые, но в конструкции большинства из них предусматривается возможность замены анода для «перезарядки». Важное преимущество подобных аккумуляторов перед очень популярными типами аккумуляторов, также литий-ионными, состоит в их очень большой плотности энергии.

Из-за этого, например, электромобили с подобными аккумуляторами могут проезжать пару тысяч километров на одном рабочем цикле алюминий-воздушного аккумулятора.
Однако из-за не до конца решённых технологических минусов пока аккумуляторы данного типа не получили массового распространения.

Один из этих недостатков состоит в их быстром саморазряде из-за коррозии металлического анода, который может составлять пару десятков месячных процентов. Для решения данной проблемы инженеры предлагали много решений, например как легирование электродов или модификация состава электролита, однако в основном, такие способы уменьшают плотность энергии аккумулятора или другие основные параметры.

Группа инженеров из Массачусетского технологического института под управлением Дугласа Харта (Douglas Hart) предложила новую конструкцию алюминий-воздушного аккумулятора, дающую возможность уменьшить коррозию анода практически до нуля и при этом сберечь хорошие характеристики аккумулятора. Разработанный инженерами аккумулятор состоит из анода, выполненного из фольги на алюминевой основе с чистотой 99,999 процента, и катода, состоящего из углеродных и марганцевых частиц, никелевой сетки и полимерной мембранные ткани, пропускающей кислород из атмосферы. Электроды разделены сепаратором из тефлона, собственно отделанного для получения гидрофильных и олеофобных параметров.

В качестве электролита применяется вода и гидроксид натрия, а еще антикоррозийная добавка в виде гексагидроксостанната натрия.

Алюминиево воздушный аккумулятор

Схема простого (A) и нового (B и C) алюминий-воздушного аккумулятора

Как клеить обои бумажные
Вопросы о ремонте
0 0
Как выставить опалубку
Вопросы о ремонте
0 0
Как короед штукатурка
Вопросы о ремонте
0 0
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

8 − четыре =