Një bateri alumini është një shtesë e shkëlqyer për një makinë elektrike. Makina mbushet me karburant me alumin Burime të rrymës kimike me një anodë alumini

Përdorimi: bateritë ajër-metalike si një burim rrymë autonome i rikarikueshëm me përmasa të vogla. Thelbi i shpikjes: një qelizë galvanike ajri-metal i tipit kuti, duke përfshirë një enë elektroliti me një vrimë mbushëse në pjesën e sipërme të saj, një kapak, një anodë metalike harxhuese në formë të sheshtë e vendosur në enën e elektrolitit, një katodë difuzioni gazi e vendosur në një distancë nga sipërfaqja e punës e anodës dhe larë lirshëm nga gazi i jashtëm, si ajri, një dhomë grumbullimi gazi. Në pjesën e sipërme të enës së elektrolitit rreth vrimës së mbushjes ka një zgjatje konike të vazhdueshme që vepron si vulë labirinti, në pjesën e mesme të mureve anësore të enës së elektrolitit dhe në pjesën e poshtme të saj bëhen dy zgjatime kufizuese, në pjesa e poshtme e enës së elektrolitit V ka një dhomë për mbledhjen e llumit V llum raporti i vëllimit V: Vsl = 5-15, trashësia e anodës është brenda 1-3 mm dhe është 0.05-0.50 e hendekut ndërkatodik, vëllimi i enës së elektrolitit përcaktohet nga shprehjet: V = V el + V an; V email =q email QnK 1 ; V en =q ex +q bërthama QnK 2, V en - vëllimi i anodës, cm 3;
n është numri i cikleve;
K 2 \u003d (1.97-1.49) - koeficienti konstruktiv,
dhe raporti i gjatësisë a, gjerësisë b dhe lartësisë c është: 1: 0,38: 2,7; 1:0.35:3.1; 1: 0.33: 3.9. Bateria ajër-metal përmban një strehë, një mbulesë komutuese, të paktën një qelizë galvanike ajër-metal të dizajnit të propozuar. Një metodë për funksionimin e një qelize galvanike ajër-metal dhe një baterie të bazuar në të përfshin shkarkimin, zëvendësimin e anodës dhe elektrolitit me ato të freskëta dhe larjen e qelizave. Anodet para përdorimit trajtohen paraprakisht në një tretësirë ​​ujore të hidroksidit të natriumit me përqendrim (2-5) mol/l me shtimin e metastanatit të natriumit trihidrat me përqendrim (0,01-0,10) mol/l. 3 s.p. f-ly, 5 i sëmurë, 2 tab.

SUBSTANCA: shpikja ka të bëjë me elektrokiminë, ka të bëjë me një metodë të funksionimit të baterive ajër-metal dhe mund të përdoret kur përdoren bateritë ajër-metal si një burim rryme autonome të ringarkueshme me përmasa të vogla. Qeliza galvanike e njohur, për shembull, lloji ajër-metal. Elementi përmban kryesisht një enë elektroliti, një mbulesë, një elektrodë metalike të konsumueshme në formë të sheshtë të vendosur në enën e elektrolitit. Në një distancë nga sipërfaqja e punës e elektrodës ekziston një katodë e difuzionit të gazit, e cila lahet lirisht nga gazi, veçanërisht ajri, nga jashtë. Në mënyrë që të përmirësohet qarkullimi i elektrolitit dhe në këtë mënyrë të rritet efikasiteti i konvertimit të energjisë elektrokimike, hidrogjeni i krijuar gjatë reaksionit elektrokimik grumbullohet në enën e elektrolitit dhe presioni që rritet në këtë rast përdoret për të lëvizur elektrolitin. Në këtë rast, kontejneri i elektrolitit përmban një dhomë grumbullimi të gazit, presioni i gazit në të cilin mund të veprojë në elektrolit. Nëpërmjet një sistemi tubash, elektroliti i zhvendosur kalon nga pjesa e sipërme e enës së elektrolitit në atë të poshtme (Europatent N 0071015 A2 datë 22.06.82 - prototip). Disavantazhi i tipit të njohur të qelizave galvanike ajër-metal janë karakteristikat e ulëta specifike të fuqisë elektrike për shkak të peshës së tepërt të shkaktuar nga kompleksiteti i dizajnit. Bateria e njohur primare e ajrit-metal që përmban një strehë, një mbulesë çelësi, të paktën një qelizë galvanike ajër-metal (patenta amerikane N 4626482, H 01 M 12/6, 1986 - prototip). Disavantazhi i baterisë së njohur primare të ajrit-metalit janë karakteristikat e ulëta të fuqisë specifike. Një metodë e njohur e funksionimit të një qelize galvanike ajër-metal dhe një baterie të bazuar në të duke shkarkuar, zëvendësuar anodat dhe elektrolitin me ato të freskëta, duke larë qelizën (AS BRSS, 621041, H 01 M 10/42, H 01 M 12/ 08). Disavantazhi i metodës së njohur është një periudhë e gjatë e prodhimit të baterisë në një modalitet të caktuar (10-20) min. Qëllimi i shpikjes është të rrisë karakteristikat specifike të fuqisë elektrike të qelizave ajrore-metalike dhe baterive bazuar në to, të rrisë stabilitetin e karakteristikave me kalimin e kohës dhe gjithashtu të zvogëlojë kohën për të hyrë në modalitet në (1-3) min. Ky qëllim arrihet nga fakti se në një qelizë galvanike të njohur të tipit "ajër-metal kuti", duke përfshirë një enë elektroliti me një vrimë mbushëse në pjesën e sipërme të saj, një mbulesë, një anodë të sheshtë metalike të konsumueshme të vendosur në një enë elektrolite. katoda e difuzionit të gazit e vendosur në një distancë nga anoda e sipërfaqes së punës dhe e larë lirshëm nga jashtë me gaz, për shembull, ajri, dhoma e grumbullimit të gazit, në pjesën e sipërme rreth vrimës së mbushjes ka një zgjatje konike të vazhdueshme që vepron si një vulë labirinti; në pjesën e mesme të mureve anësore të enës së elektrolitit dhe në pjesën e poshtme të tij bëhen dy zgjatime kufizuese, në pjesën e poshtme ena me elektrolit (V) formohet një dhomë për grumbullimin e llumit (Vsl) me raport vëllimi V: Vsl = 5 - 15, trashësia e anodës brenda (1-3) mm është 0,05-0,50 e hendekut ndërkatodik, vëllimi i kapacitetit të elektrolitit përcaktohet nga shprehja:
V \u003d V el + V an;
V el = q el Qnk 1;
V an (q ex + q bërthama) Qnk 2 ;
ku V është vëllimi i enës së elektrolitit, cm 3;
V el - vëllimi i elektrolitit, cm 3;
V an - vëllimi i anodës, cm 3;
q el - konsumi specifik i ujit nga elektroliti, cm 3 /Ah;
q ex - konsumi specifik i aluminit për reaksionin elektrokimik, cm 3 /Ah;
Q - kapaciteti i elementit për një cikël, Ah;
n është numri i cikleve;
k 1 = (0,44-1,45) - faktori i projektimit;

a:b:c = 1:0.38:2.7;
a:b:c = 1:0.35:3.1;
a:b:c = 1:0.33:3.9. Në baterinë e mirënjohur parësore ajër-metal, që përmban një strehë, një mbulesë komutuese, një ose më shumë qeliza galvanike ajër-metal, elementi i propozuar përdoret si një element i tillë; në një metodë të njohur për funksionimin e një qelize ajri-metal dhe një baterie të bazuar në të duke shkarkuar, zëvendësuar anodat dhe elektrolitin me ato të freskëta, duke larë elementin, anodet para-trajtohen në një tretësirë ​​ujore të hidroksidit të natriumit me një përqendrim prej (2-5) mol/l me shtimin e metastanat natriumi trihidrat me përqendrim (0, 01-0.10) mol/l. Një tipar i përbashkët është prania në qelizën galvanike ajër-metal të tipit kuti të një ene elektroliti me një vrimë mbushëse në pjesën e sipërme të saj, një mbulesë, një anodë metalike konsumuese në formë të sheshtë e vendosur në enën e elektrolitit, një katodë difuzioni gazi e vendosur. në një distancë nga sipërfaqja e punës e anodës dhe gazi i jashtëm i larë lirshëm, për shembull ajri, i dhomës së grumbullimit të gazit, prania në baterinë e një kutie, një mbulesë ndërprerëse, një ose më shumë qeliza, funksionimi i baterisë me shkarkim, duke zëvendësuar anodat dhe elektrolitin me ato të freskëta, duke larë qelizën. Një tipar dallues është se në pjesën e sipërme të enës së elektrolitit rreth vrimës së mbushjes ka një zgjatje konike të vazhdueshme që vepron si vulë labirinti, në pjesën e mesme të mureve anësore të enës së elektrolitit dhe në pjesën e poshtme të saj, dy kufizuese. bëhen zgjatime, në pjesën e poshtme të enës së elektrolitit (V) formohet një dhomë për mbledhjen e llumit (llum V) me një raport vëllimi V: llum V = 5 - 15, trashësia e anodës brenda (1 - 3) mm është 0,05-0,50 të hendekut ndërkatodik, vëllimi i dhomës së elektrolitit përcaktohet nga shprehja:
V \u003d V el + V an;
V el = q el Qnk 1;
V en \u003d (q ex + q thelbi) Qnk 2;
ku V është vëllimi i enës së elektrolitit, cm 3;
V el - vëllimi i elektrolitit, cm 3;
V an - vëllimi i anodës, cm 3;
q el - konsumi specifik i ujit nga elektroliti, cm 3 /Ah;
q ex - konsumi specifik i aluminit për reaksionin elektrokimik, cm 3 /Ah;
q cor - konsumi specifik i aluminit për korrozion, cm 3 /Ah;
Q - kapaciteti i elementit për një cikël, Ah;
n është numri i cikleve;
k 1 = (0,44-1,45) - faktori i projektimit;
k 2 \u003d (1,97-1,49) - koeficienti i projektimit;
dhe raporti i gjatësisë (a), gjerësisë (b) dhe lartësisë (c) është:
a:b:c = 1:0.38:2.7;
a:b:c = 1:0.35:3.1;
a:b:c = 1:0.33:3.9. Elementi i propozuar përdoret në bateri si një qelizë galvanike ajër-metal; kur përdorni një qelizë galvanike ajër-metal dhe një bateri të bazuar në të, anodet para-trajtohen në një tretësirë ​​ujore të hidroksidit të natriumit me një përqendrim prej (2-5) mol/l me shtimin e metastanat natriumi trihidrat me një përqendrim. prej (0,01-0,10) mol/l. Kombinimi i pretenduar dhe marrëdhënia e veçorive dalluese në burimet e njohura të patentave dhe literaturës shkencore dhe teknike nuk gjenden. Kështu, zgjidhja teknike e propozuar ka risi dhe hap shpikës. Shpikja është e zbatueshme industrialisht, sepse mund të përdoret si një burim energjie autonome miqësore me mjedisin si pjesë e sistemeve të mëposhtme:
- një magnetofon portativ portativ i tipit "player" me funksionet e regjistrimit dhe riprodhimit përmes një sistemi të altoparlantëve të jashtëm;
- marrës portativ televiziv mbi kristale të lëngëta;
- elektrik dore portative;
- tifoz elektrike;
- video lojëra për fëmijë në kristale të lëngëta;
- makina elektrike për fëmijë të kontrolluara me radio;
- radio portative;
- ngarkuesin e baterisë;
- pajisje matës portative. Burimi i propozuar i rrymës siguron karakteristika të larta specifike të energjisë elektrike, duke i mbajtur ato të qëndrueshme gjatë gjithë jetës së tij, dhe gjithashtu ju lejon të zvogëloni kohën për të hyrë në modalitetin e projektimit nga 10 - 20 në 1-3 minuta. Gjendja e treguesve na lejon të konkludojmë se është e përshtatshme të përdoren marrëdhëniet gjeometrike të marra në hartimin e baterive ajër-alumin. Shpikja ilustrohet nga vizatimi, ku në Fig. 1 tregon një element ajër-alumin - pamja nr. 1, në Fig. 2 - element ajër-alumin - lloji N 2, në Fig. 3 - element ajër-alumin - pamje nr 3. Në Fig. 4 tregon kapacitetin elektrolitik të një qelize ajri-alumini, dhe FIG. 5 - bateri e bazuar në qeliza ajri-alumini. Qeliza galvanike ajër-alumin përbëhet nga një enë elektroliti 1, e cila ka dritare 3 përgjatë mureve anësore të jashtme 2, në pjesën e sipërme 4 një vrimë mbushëse 5, e rrethuar nga një zgjatim konik i vazhdueshëm 6, i cili vepron si një vulë labirinti, nga pjesa e brendshme e enës së elektrolitit 1 në pjesën e mesme të mureve anësore 2 dhe në pjesën e poshtme të saj ka dy zgjatime kufizuese 7, në pjesën e poshtme të enës së elektrolitit 1 është formuar një dhomë 8 për mbledhjen e llumit, i cili grumbullohet gjatë operacion. Katodat e difuzionit të gazit 9 futen hermetikisht në enën e elektrolitit 1 në dritaret 3 të kornizës 10. Ngushtësia e enës së elektrolitit 1 arrihet duke përdorur një izolues që është neutral në lidhje me tretësirën ujore të elektrolitit. Lidhja elektrike e katodave 9 me konsumatorin kur përdorni një qelizë ajri-alumini si jashtë baterisë, ashtu edhe si pjesë e tij, kryhet duke përdorur një kolektor të rrymës katodë 11, duke mbuluar enën e elektrolitit 1 me dy kapëse horizontale 12, të cilat lidhen elektrikisht me dy kapëse vertikale 13. Në enën e elektrolitit 1, një anodë e sheshtë metalike 14 me një zgjatim drejtkëndor 15 futet përmes vrimës mbushëse 5, e destinuar për grumbullimin e rrymës. Rrafshi i zgjatjes 15 shërben gjithashtu për vulosjen përgjatë vijës "anodë 14 - mbulesa 16". Vrima mbushëse 5 mbyllet dhe mbyllet me një mbulesë 16 që përmban një vrimë 17 për kalimin e anodës 14 përmes saj dhe një ose më shumë vrima 18 për heqjen e hidrogjenit nga ena e elektrolitit 1 gjatë funksionimit të qelizës ajër-alumin përmes kapakut 16 , e cila është njëkohësisht një membranë hidrofobike. Prania e një zgjatjeje të një forme konike 6 në pjesën e sipërme të enës së elektrolitit 4 rreth vrimës së mbushjes 5 bën të mundur rritjen e vetive mbyllëse të kapakut 16. Raportet gjeometrike të dizajnit, të cilat lejojnë përmirësimin e parametrave specifikë të fuqisë elektrike, janë si më poshtë:
H1 / (H2 + H3 + H4) \u003d 1,05-1,20
H3/H2=H3/H4= 5-15
H5/H1= 1,1-1,5
H6/H3=1-1.1
L2/LI = 1-1,1
L3/LI= 1,1-1,5
L5/L6= 0,05-0,50
2xL4/L6= 0,95-0,75
Një bateri e bazuar në qelizat e ajrit-aluminit përbëhet nga një trup 19 me brazdat e brendshme vertikale 20 për mbajtjen e qelizave ajri-alumini dhe dritaret 21 për organizimin e një rrjedhjeje të lirë të jashtme të ajrit në bateri, bravat 22 për fiksimin e kapakut me kalimin 23 në trupi 19, një ose më shumë kontejnerë elektroliti 1 me kolektorë të instaluar të rrymës katodë 11, me anodat 14 të futura në to dhe mbulesat 16 të vendosura sipër, një tabelë shpërndarëse rryme të dyanshme 24 që përmban, në anën e kthyer nga elementët ajër-alumin , binarët përçues 25 për lidhjen elektrike nga katoda 9 në kontejnerët e elektrolitit 1 përmes kolektorëve të rrymës katodë 11 deri te bordi i dyanshëm 24 i shpërndarjes së rrymës; kapaciteti 1 në atmosferë përmes kapakut 23, disa lidhës 29 të vendosur në anën e sipërme të tabelës së dyanshme të shpërndarjes së rrymës 24, të lidhura nga një kërcyes përçues elektrik 30 që konsumatori të zgjedhë tensionin e funksionimit dhe të komunikojë me shiritat përçues elektrik 25 dhe 31 në të dyja anët, disa lidhëse 32 të vendosura në anën e sipërme të tabelës së shpërndarjes së rrymës së dyanshme 24, e përdorur për të lidhur konsumatorin, si dhe mbulesa 23, që mbulon baterinë nga lart dhe përmban disa vrima 33 për lidhësit 32, disa vrima 34 për lidhësit 29, një ose më shumë vrima 35 për kullimin e hidrogjenit, dy kanale gjatësore 36 për bravat 22, etiketa 37 me udhëzime të shkurtra për përdorim. Parimi i funksionimit dhe mënyra e funksionimit të një qelize galvanike ajri-metal dhe një baterie e bazuar në të, për shembull, një bateri 3 VA-24, janë si më poshtë. Energjia elektrike në bateri gjenerohet nga reaksioni elektrokimik i oksidimit të aluminit në anodë dhe reduktimi i oksigjenit në katodë. Si elektrolit përdoren tretësirat ujore të natriumit kaustik (NaOH), ose klorurit të natriumit (NaCI), ose përzierjeve të këtyre tretësirave me aditivë frenues: Na 2 SnO 3 3H 2 O - në një elektrolit alkalik dhe NaHCO 3 - në kripë. . Gjatë reaksionit, së bashku me konsumin e aluminit, oksigjeni konsumohet nga ajri dhe uji nga elektroliti, prandaj, gjatë funksionimit të baterisë, pasi ato konsumohen gjatë procesit të shkarkimit, anoda dhe elektroliti zëvendësohen periodikisht me ato të freskëta. Produktet e reaksionit janë hidroksidi i aluminit Al(OH) 3 dhe nxehtësia. Bateria funksionon në intervalin e temperaturës nga -10 o C deri në +60 o C pa ngrohje shtesë kur filloni nga temperaturat e ngrirjes. Një nga faktorët negativë të një baterie ajri-alumini është korrozioni i anodës. Kjo çon në një ulje të karakteristikave elektrike të baterisë dhe lirimin e një sasie të vogël hidrogjeni. Në një masë më të madhe, efekti i korrozionit manifestohet në karakteristikat fillestare, si rezultat i të cilave koha për të arritur modalitetin e specifikuar është (10-20) minuta. Trajtimi i propozuar i anodave, në të cilat sipërfaqja e tyre është e mbuluar me kallaj, bën të mundur uljen e densitetit të rrymës së korrozionit dhe përmirësimin e ndjeshëm të mënyrës së funksionimit të baterisë ajër-alumin, si rezultat i së cilës rriten karakteristikat elektrike dhe koha për të arritja e regjimit reduktohet në (1-3) min. Veshja në anodë kryhet përpara se bateria të vihet në punë. Anoda paraprakisht degreasohet dhe më pas trajtohet në një tretësirë ​​ujore të hidroksidit të natriumit me një përqendrim prej (2-5) mol/l me shtimin e metastanatit të natriumit trihidrat me një përqendrim prej (0,01-0,10) mol/l në temperaturën e dhomës për 5-60 minuta. Rezultatet e provës së baterive të propozuara të ajrit-aluminit dhe prototipit janë paraqitur në tabelë. 1 dhe 2. Siç mund të shihet nga tabelat, bateria e propozuar e ajrit-aluminit ofron karakteristika të larta specifike dhe të qëndrueshme në kohë të energjisë elektrike me një kohë të shkurtër rikuperimi.

Kerkese

1. Një qelizë galvanike e tipit kuti ajri-metal, duke përfshirë një enë elektroliti me një vrimë mbushëse në pjesën e sipërme, një anodë metalike harxhuese në formë të sheshtë e vendosur në enën e elektrolitit, një katodë difuzioni gazi e vendosur në një distancë nga sipërfaqja e punës i anodës dhe lahet lirshëm nga jashtë me gaz, për shembull ajri, një dhomë grumbullimi gazi, e karakterizuar në atë që në pjesën e sipërme të enës së elektrolitit rreth vrimës mbushëse ka një zgjatje konike të vazhdueshme që vepron si një vulë labirinti, në pjesa e mesme e mureve anësore të enës së elektrolitit dhe në pjesën e poshtme të saj bëhen dy zgjatime kufizuese, në pjesën e poshtme të enës së elektrolitit V formohet një dhomë V për mbledhjen e llumit me raport vëllimi V: V është = 5 - 15, trashësia e anodës brenda 1 - 3 mm është 0.05 - 0.50 e hendekut ndërkatodik, vëllimi i enës së elektrolitit përcaktohet nga shprehja:
V \u003d V el + V an;
V el = q el Q n k 1 ;
V en \u003d (q ex + q cor) Q n k 2;
ku V është vëllimi i enës së elektrolitit, cm 3;
V el - vëllimi i elektrolitit, cm 3;
V an - vëllimi i anodës, cm 3;
q el - konsumi specifik i ujit nga elektroliti, cm 3 /Ah;
q ex - konsumi specifik i aluminit për reaksionin elektrokimik cm 3 /Ah;
q cor - konsumi specifik i aluminit për korrozion, cm 3 /A h;
Q - kapaciteti i elementit për një cikël, Ah;
n është numri i cikleve;
K 1 \u003d (0,44 - 1,45) - koeficienti i projektimit;
K 2 \u003d (1.97 - 1.49) - faktori i projektimit;
dhe raporti i gjatësisë a, gjerësisë b dhe lartësisë c është 1: 0,38: 2,7; 1:0.35:3.1; 1: 0.33: 3.9. 2. Bateria primare ajër-metal që përmban një strehë, një mbulesë, të paktën një qelizë galvanike ajër-metal, e karakterizuar në atë që elementi sipas pretendimit 1 merret si një element i tillë. 3. Një metodë e funksionimit të një qelize galvanike ajër-metal dhe një baterie të bazuar në të, duke shkarkuar, zëvendësuar anodat dhe elektrolitin me ato të freskëta, duke larë qelizën, e karakterizuar nga fakti se anodat trajtohen paraprakisht në një tretësirë ​​ujore të hidroksidit të natriumit. me një përqendrim prej (2 - 5) mol / l me shtimin e metastanat natriumi trihidrat me një përqendrim prej (0.01 - 0.10) mol / l.

Kompania franceze Renault propozon përdorimin e baterive alumini-ajër nga Phinergy në automjetet elektrike të ardhshme. Le të hedhim një vështrim në këndvështrimet e tyre.

Renault ka vendosur të vë bast për një lloj të ri baterie që mund të rrisë shpejtësinë e lëvizjes me një karikim të vetëm me shtatë herë. Duke ruajtur madhësinë dhe peshën e baterive të sotme. Qelizat alumini-ajër (Al-air) kanë një densitet energjetik fenomenal (8000 W / kg, kundrejt 1000 W / kg për bateritë tradicionale), duke e gjeneruar atë gjatë reaksionit të oksidimit të aluminit në ajër. Një bateri e tillë përmban një katodë pozitive dhe një anodë negative të bërë nga alumini, dhe midis elektrodave ka një elektrolit të lëngshëm me bazë uji.

Zhvilluesi i baterive Phinergy tha se ka bërë përparim të madh në zhvillimin e baterive të tilla. Propozimi i tyre është përdorimi i një katalizatori prej argjendi, i cili bën të mundur përdorimin efektiv të oksigjenit që përmban ajri i zakonshëm. Ky oksigjen përzihet me elektrolitin e lëngshëm dhe në këtë mënyrë çliron energjinë elektrike që gjendet në anodin e aluminit. Nuanca kryesore është "katoda e ajrit", e cila vepron si një membranë në xhaketën tuaj të dimrit - vetëm O2 kalon, jo dioksidi i karbonit.

Cili është ndryshimi nga bateritë tradicionale? Këto të fundit kanë qeliza krejtësisht të mbyllura, ndërsa elementët Al-air kanë nevojë për një element të jashtëm për të “shkaktuar” reaksionin. Një plus i rëndësishëm është fakti që bateria Al-air vepron si një gjenerator nafte - prodhon energji vetëm kur e ndizni. Dhe kur "fikni ajrin" në një bateri të tillë, e gjithë ngarkesa e saj mbetet në vend dhe nuk zhduket me kalimin e kohës, si me bateritë konvencionale.

Bateritë al-air përdorin një elektrodë alumini gjatë funksionimit, por ajo mund të bëhet e zëvendësueshme, si një fishek në një printer. Karikimi duhet të bëhet çdo 400 km, do të konsistojë në shtimin e elektrolitit të ri, i cili është shumë më i lehtë sesa të presësh që një bateri e zakonshme të karikohet.

Phinergy ka krijuar tashmë një Citroen C1 elektrik, i cili është i pajisur me një bateri 25 kg me kapacitet 100 kWh. Ai jep një rezervë energjie prej 960 km. Me një motor 50 kW (rreth 67 kuaj fuqi), makina arrin shpejtësi 130 km / orë, përshpejton në qindra në 14 sekonda. Një bateri e ngjashme po testohet gjithashtu në Renault Zoe, por kapaciteti i saj është 22 kWh, shpejtësia maksimale e makinës është 135 km / orë, 13.5 sekonda në "qindra", por vetëm 210 km rezervë energjie.

Bateritë e reja janë më të lehta, gjysma e çmimit të baterive litium-jon dhe, në të ardhmen, më të lehta për t'u përdorur se ato aktuale. Dhe deri më tani, problemi i tyre i vetëm është elektroda e aluminit, e cila është e vështirë për t'u prodhuar dhe zëvendësuar. Sapo të zgjidhet ky problem, mund të presim me siguri një valë edhe më të madhe të popullaritetit të automjeteve elektrike!

• , 20 janar 2015

pigment fuji tregoi një lloj novator baterie ajri-alumini që mund të karikohet duke përdorur ujë të kripur. Bateria është ridizajnuar për të siguruar një jetëgjatësi më të gjatë të baterisë prej të paktën 14 ditësh.

Materialet qeramike dhe karboni u futën në strukturën e baterisë ajër-alumin si një shtresë e brendshme. Efektet e korrozionit të anodës dhe akumulimi i papastërtive të huaja u shtypën. Si rezultat, është arritur një kohë më e gjatë funksionimi.

Një bateri ajri alumini me një tension operativ prej 0,7 - 0,8 V, që prodhon 400 - 800 mA rrymë për qelizë, ka një nivel teorik energjie për njësi vëllimi prej rreth 8100 Wh / kg. Ky është treguesi i dytë më i lartë për bateritë e llojeve të ndryshme. Niveli teorik i energjisë për njësi vëllimi në bateritë litium-jon është 120–200 Wh/kg. Kjo do të thotë që bateritë alumini-ajër teorikisht mund të tejkalojnë këtë tregues të homologëve të litium-jonit me më shumë se 40 herë.

Megjithëse bateritë e rikarikueshme të litiumit të disponueshme në treg përdoren gjerësisht sot në telefona celularë, laptopë dhe pajisje të tjera elektronike, dendësia e tyre e energjisë është ende e pamjaftueshme për t'u përdorur në automjetet elektrike në një nivel industrial. Deri më sot, shkencëtarët kanë zhvilluar teknologjinë e baterive ajër-metal me kapacitet maksimal të energjisë. Studiuesit studiuan bateritë metal-ajër të bazuara në litium, hekur, alumin, magnez dhe zink. Ndër metalet, alumini është me interes si anodë për shkak të kapacitetit të lartë specifik dhe potencialit të elektrodës standarde të lartë. Përveç kësaj, alumini është i lirë dhe metali më i ricikluar në botë.

Një lloj novator i baterisë duhet të anashkalojë pengesën kryesore për komercializimin e zgjidhjeve të tilla, përkatësisht, nivelin e lartë të korrozionit të aluminit gjatë reaksioneve elektrokimike. Përveç kësaj, materialet anësore Al2O3 dhe Al(OH)3 grumbullohen në elektroda, të cilat përkeqësojnë rrjedhën e reaksioneve.

pigment fuji deklaroi se lloji i ri i baterive të ajrit të aluminit mund të prodhohej dhe operohej në kushte normale mjedisore, sepse qelizat ishin të qëndrueshme, ndryshe nga bateritë me jon litium, të cilat mund të ndizen dhe të shpërthejnë. Të gjitha materialet e përdorura për montimin e strukturës së baterisë (elektroda, elektrolit) janë të sigurta dhe të lira për t'u prodhuar.

Lexoni gjithashtu:

Burimet e rrymës kimike me karakteristika specifike të qëndrueshme dhe të larta janë një nga kushtet më të rëndësishme për zhvillimin e komunikimeve.

Aktualisht, nevoja e përdoruesve të energjisë elektrike për objekte komunikimi mbulohet kryesisht nëpërmjet përdorimit të qelizave ose baterive të shtrenjta galvanike.

Bateritë janë burime relativisht autonome të furnizimit me energji elektrike, pasi ato duhet të ngarkohen periodikisht nga rrjeti. Ngarkuesit e përdorur për këtë qëllim janë të shtrenjtë dhe jo gjithmonë në gjendje të ofrojnë një regjim të favorshëm ngarkimi. Pra, bateria Sonnenschein, e bërë duke përdorur teknologjinë dryfit dhe me një masë prej 0,7 kg dhe një kapacitet 5 Ah, ngarkohet për 10 orë, dhe gjatë karikimit, është e nevojshme të respektohen vlerat standarde të rrymës, tensionit. dhe koha e karikimit. Ngarkimi kryhet së pari me një rrymë konstante, pastaj me një tension konstant. Për këtë, përdoren karikues të shtrenjtë të kontrolluar nga programi.

Qelizat galvanike janë plotësisht autonome, por ato zakonisht kanë fuqi të ulët dhe kapacitet të kufizuar. Kur energjia e ruajtur në to shterohet, ato asgjësohen, duke ndotur mjedisin. Një alternativë ndaj burimeve të thata janë burimet e rikarikueshme mekanikisht ajër-metal, disa nga karakteristikat energjetike të të cilave janë dhënë në tabelën 1.

Tabela 1- Parametrat e disa sistemeve elektrokimike

Siç shihet nga tabela, burimet ajër-metal, në krahasim me sistemet e tjera të përdorura gjerësisht, kanë parametrat më të lartë teorik dhe praktik të energjisë.

Sistemet e ajrit-metal u zbatuan shumë më vonë, dhe zhvillimi i tyre është akoma më pak intensiv se burimet aktuale të sistemeve të tjera elektrokimike. Megjithatë, testet e prototipeve të krijuara nga firmat vendase dhe të huaja kanë treguar konkurrencën e tyre të mjaftueshme.

Është treguar se lidhjet e aluminit dhe zinkut mund të punojnë në elektrolitet alkaline dhe të kripura. Magnezi - vetëm në elektrolitet e kripës, dhe shpërbërja e tij intensive ndodh si gjatë gjenerimit aktual ashtu edhe në pauza.

Ndryshe nga magnezi, alumini shpërndahet në elektrolitet e kripës vetëm kur krijohet një rrymë. Elektrolitet alkaline janë më premtuesit për elektrodën e zinkut.

Burimet e rrymës së ajrit-aluminit (HAIT)

Në bazë të lidhjeve të aluminit, janë krijuar burime të rrymës mekanikisht të ringarkueshme me një elektrolit të bazuar në kripën e zakonshme. Këto burime janë absolutisht autonome dhe mund të përdoren për të fuqizuar jo vetëm pajisjet e komunikimit, por edhe për të ngarkuar bateritë, për të fuqizuar pajisje të ndryshme shtëpiake: radio, televizorë, mulli kafeje, stërvitje elektrike, llamba, tharëse flokësh elektrike, saldatorë, frigoriferë me fuqi të ulët. , pompa centrifugale, etj. Autonomia absolute e burimit ju lejon ta përdorni atë në terren, në rajone që nuk kanë një furnizim të centralizuar me energji elektrike, në vendet e katastrofave dhe fatkeqësive natyrore.

HAIT ngarkohet brenda pak minutash, gjë që është e nevojshme për mbushjen e elektrolitit dhe/ose zëvendësimin e elektrodave të aluminit. Për të karikuar, ju nevojitet vetëm kripë e tryezës, ujë dhe një furnizim me anoda alumini. Si një nga materialet aktive përdoret oksigjeni i ajrit, i cili reduktohet në karbon dhe katoda fluoroplastike. Katodat janë mjaft të lira, sigurojnë burimin për një kohë të gjatë dhe, për rrjedhojë, kanë pak efekt në koston e energjisë së prodhuar.

Kostoja e energjisë elektrike të marrë në HAIT përcaktohet kryesisht nga kostoja e anodave të zëvendësuara periodikisht, nuk përfshin koston e oksiduesit, materialeve dhe proceseve teknologjike që sigurojnë performancën e qelizave tradicionale galvanike dhe, për rrjedhojë, është 20 herë më e ulët. sesa kostoja e energjisë së marrë nga burime të tilla autonome si elementët alkaline mangan-zink.

tabela 2- Parametrat e burimeve të rrymës ajër-alumin

Kohëzgjatja e funksionimit të vazhdueshëm përcaktohet nga sasia e rrymës së konsumuar, vëllimi i elektrolitit të derdhur në qelizë dhe është 70 - 100 Ah / l. Kufiri i poshtëm përcaktohet nga viskoziteti i elektrolitit, në të cilin është e mundur shkarkimi i lirë i tij. Kufiri i sipërm korrespondon me një ulje të karakteristikave të qelizës me 10-15%, megjithatë, me arritjen e tij, për të hequr masën e elektrolitit, është e nevojshme të përdoren pajisje mekanike që mund të dëmtojnë elektrodën e oksigjenit (ajrit).

Viskoziteti i elektrolitit rritet pasi është i ngopur me një pezullim të hidroksidit të aluminit. (Hidroksidi i aluminit shfaqet natyrshëm në formën e argjilës ose aluminit, është një produkt i shkëlqyer për prodhimin e aluminit dhe mund të kthehet në prodhim).

Zëvendësimi i elektrolitit kryhet brenda pak minutash. Me pjesë të reja të elektrolitit, HAIT mund të funksionojë derisa të shterohet burimi i anodës, i cili, me një trashësi prej 3 mm, është 2.5 Ah/cm 2 e sipërfaqes gjeometrike. Nëse anodat treten, ato zëvendësohen me të reja brenda pak minutash.

Vetë-shkarkimi i HAIT është shumë i ulët, edhe kur ruhet me elektrolit. Por për faktin se HAIT mund të ruhet pa elektrolit në intervalin midis shkarkimeve, vetëshkarkimi i tij është i papërfillshëm. Jeta e shërbimit të HAIT është e kufizuar nga jetëgjatësia e plastikës nga e cila është bërë.HAIT pa elektrolit mund të ruhet deri në 15 vjet.

Në varësi të kërkesave të konsumatorit, HAIT mund të modifikohet, duke marrë parasysh faktin se 1 element ka një tension prej 1 V me një densitet të rrymës 20 mA/cm 2, dhe rryma e marrë nga HAIT përcaktohet nga sipërfaqja. të elektrodave.

Studimet e proceseve që ndodhin në elektroda dhe në elektrolit, të kryera në MPEI(TU), bënë të mundur krijimin e dy llojeve të burimeve të rrymës ajër-alumin - të përmbytura dhe të zhytura (Tabela 2).

HAIT i mbushur

HAIT i mbushur përbëhet nga 4-6 elementë. Elementi i HAIT-it të mbushur (Fig. 1) është një enë drejtkëndëshe (1), në muret e kundërta të së cilës është instaluar një katodë (2). Katoda përbëhet nga dy pjesë të lidhura elektrike në një elektrodë nga një autobus (3). Një anodë (4) ndodhet midis katodave, pozicioni i së cilës fiksohet nga udhëzuesit (5). Dizajni i elementit, i patentuar nga autorët /1/, lejon uljen e ndikimit negativ të hidroksidit të aluminit të formuar si produkt përfundimtar, për shkak të organizimit të qarkullimit të brendshëm. Për këtë qëllim, elementi në një plan pingul me rrafshin e elektrodave ndahet me ndarje në tre seksione. Ndarjet veprojnë gjithashtu si shina udhëzuese për anodën (5). Elektrodat janë të vendosura në pjesën e mesme. Flluskat e gazit të lëshuara gjatë funksionimit të anodës ngrenë pezullimin e hidroksidit së bashku me rrjedhën e elektrolitit, i cili zhytet në fund në dy seksionet e tjera të qelizës.

Foto 1- Skema e elementeve

Ajri furnizohet në katoda në HAIT (Fig. 2) përmes boshllëqeve (1) midis elementeve (2). Katoda fundore mbrohen nga ndikimet e jashtme mekanike me anë të paneleve anësore (3). Ngushtësia e strukturës sigurohet duke përdorur një mbulesë të lëvizshme shpejt (4) me një copë litari mbyllëse (5) të bërë nga gome poroze. Tensioni i guarnicionit të gomës arrihet duke shtypur kapakun kundër trupit HAIT dhe duke e fiksuar atë në këtë gjendje me ndihmën e kapëseve susta (nuk tregohet në figurë). Gazi lëshohet përmes valvulave hidrofobike poroze të projektuara posaçërisht (6). Elementet (1) në bateri janë të lidhur në seri. Anodat e pllakave (9), dizajni i të cilave u zhvillua në MPEI, kanë kolektorë fleksibël të rrymës me një element lidhës në fund. Lidhësi, pjesa e çiftëzimit e të cilit është e lidhur me njësinë e katodës, ju lejon të shkëputni dhe lidhni shpejt anodën kur e zëvendësoni atë. Kur të gjitha anodat janë të lidhura, elementët HAIT lidhen në seri. Elektrodat ekstreme janë të lidhura me kordonët HAIT (10) gjithashtu me anë të lidhësve.

1 - boshllëk ajri, 2 - element, 3 - panel mbrojtës, 4 - mbulesë, 5 - autobus katodë, 6 - copë litari, 7 - valvul, 8 - katodë, 9 - anodë, 10 - bor

Figura 2- E mbushur HAIT

HAIT zhytëse

HAIT zhytës (Fig. 3) është një HAIT i derdhur i kthyer nga brenda. Katodat (2) vendosen nga shtresa aktive nga jashtë. Kapaciteti i qelizës, në të cilën është derdhur elektroliti, ndahet në dy nga një ndarje dhe shërben për furnizim të veçantë të ajrit në secilën katodë. Një anodë (1) është instaluar në hendekun përmes të cilit ajri furnizohej në katodë. HAIT aktivizohet jo duke derdhur elektrolitin, por duke u zhytur në elektrolit. Elektroliti mbushet paraprakisht dhe ruhet midis shkarkimeve në rezervuarin (6), i cili ndahet në 6 seksione të palidhura. Një monobllok i baterisë 6ST-60TM përdoret si rezervuar.

1 - anodë, 4 - dhomë katodë, 2 - katodë, 5 - panel i sipërm, 3 - rrëshqitje, 6 - rezervuar elektroliti

Figura 3- Element zhytës ajër-alumin në panelin e modulit

Ky dizajn ju lejon të çmontoni shpejt baterinë, duke hequr modulin me elektroda dhe të manipuloni gjatë mbushjes dhe shkarkimit të elektrolitit jo me baterinë, por me një enë, masa e së cilës me elektrolit është 4.7 kg. Moduli kombinon 6 elemente elektrokimike. Elementet janë ngjitur në panelin e sipërm (5) të modulit. Masa e modulit me një grup anodash është 2 kg. HAIT prej 12, 18 dhe 24 elementësh u rekrutua me lidhje serike të moduleve. Disavantazhet e një burimi ajri-alumini përfshijnë një rezistencë mjaft të lartë të brendshme, densitet të ulët të energjisë, paqëndrueshmëri të tensionit gjatë shkarkimit dhe një rënie të tensionit kur ndizet. Të gjitha këto mangësi nivelohen kur përdoret një burim i kombinuar i rrymës (CPS), i përbërë nga HAIT dhe një bateri.

Burimet aktuale të kombinuara

Kurba e shkarkimit të burimit të "përmbytur" 6VAIT50 (Fig. 4) kur ngarkohet një bateri e mbyllur e plumbit 2SG10 me një kapacitet 10 Ah karakterizohet, si në rastin e fuqizimit të ngarkesave të tjera, nga një rënie e tensionit në sekondat e para kur ngarkesa është e lidhur. Brenda 10-15 minutash, voltazhi rritet në tensionin e punës, i cili mbetet konstant gjatë gjithë shkarkimit të HAIT. Thellësia e zhytjes përcaktohet nga gjendja e sipërfaqes së anodës së aluminit dhe polarizimi i saj.

Figura 4- Kurba e shkarkimit 6VAIT50 kur ngarkohet 2SG10

Siç e dini, procesi i karikimit të baterisë ndodh vetëm kur voltazhi në burimin që jep energji është më i lartë se në bateri. Dështimi i tensionit fillestar të HAIT çon në faktin se bateria fillon të shkarkohet në HAIT dhe, për rrjedhojë, në elektrodat e HAIT fillojnë të ndodhin procese të kundërta, të cilat mund të çojnë në pasivimin e anodës.

Për të parandaluar proceset e padëshiruara, një diodë është instaluar në qarkun midis HAIT dhe baterisë. Në këtë rast, voltazhi i shkarkimit HAIT gjatë karikimit të baterisë përcaktohet jo vetëm nga voltazhi i baterisë, por edhe nga rënia e tensionit në diodë:

U VAIT \u003d U ACC + ΔU DIOD (1)

Futja e një diode në qark çon në një rritje të tensionit si në HAIT ashtu edhe në bateri. Ndikimi i pranisë së një diode në qark është ilustruar në fig. 5, i cili tregon ndryshimin në ndryshimin e tensionit midis HAIT dhe baterisë kur bateria ngarkohet në mënyrë alternative me dhe pa një diodë në qark.

Në procesin e karikimit të baterisë në mungesë të diodës, diferenca e tensionit tenton të ulet, d.m.th. duke ulur efikasitetin e HAIT, ndërsa në prani të një diode, diferenca, dhe rrjedhimisht, efikasiteti i procesit tenton të rritet.

Figura 5- Diferenca e tensionit 6VAIT125 dhe 2SG10 kur karikohet me dhe pa diodë

Figura 6- Ndryshimi në rrymat e shkarkimit të 6VAIT125 dhe 3NKGK11 kur konsumatori është i ndezur

Figura 7- Ndryshimi në energjinë specifike të KIT (VAIT - bateri plumbi) me një rritje në pjesën e ngarkesës së pikut

Objektet e komunikimit karakterizohen nga konsumi i energjisë në modalitetin e ndryshueshëm, duke përfshirë kulmin, ngarkesat. Ne modeluam një model të tillë konsumi kur fuqizojmë një konsumator me një ngarkesë bazë prej 0,75 A dhe një ngarkesë maksimale prej 1,8 A nga një KIT i përbërë nga 6VAIT125 dhe 3NKGK11. Natyra e ndryshimit të rrymave të gjeneruara (konsumuara) nga komponentët e KIT është treguar në fig. 6.

Nga figura mund të shihet se në modalitetin bazë, HAIT siguron gjenerim të mjaftueshëm të rrymës për të fuqizuar ngarkesën bazë dhe për të ngarkuar baterinë. Në rast të ngarkesës maksimale, konsumi sigurohet nga rryma e gjeneruar nga HAIT dhe bateria.

Analiza jonë teorike tregoi se energjia specifike e KIT është një kompromis midis energjisë specifike të HAIT dhe baterisë dhe rritet me një ulje të përqindjes së energjisë së pikut (Fig. 7). Fuqia specifike e KIT është më e lartë se fuqia specifike e HAIT dhe rritet me një rritje në përqindjen e ngarkesës maksimale.

konkluzionet

Janë krijuar burime të reja energjie të bazuara në sistemin elektrokimik "ajër-alumin" me një tretësirë ​​kripe të zakonshme si elektrolit, me një kapacitet energjie rreth 250 Ah dhe një energji specifike mbi 300 Wh/kg.

Ngarkimi i burimeve të zhvilluara kryhet brenda disa minutave me zëvendësim mekanik të elektrolitit dhe/ose anodës. Vetë-shkarkimi i burimeve është i papërfillshëm dhe për këtë arsye, para aktivizimit, ato mund të ruhen për 15 vjet. Janë zhvilluar variante burimesh që ndryshojnë në mënyrën e aktivizimit.

Është studiuar funksionimi i burimeve ajër-alumin gjatë karikimit të baterisë dhe si pjesë e një burimi të kombinuar. Tregohet se energjia specifike dhe fuqia specifike e KIT janë vlera kompromisi dhe varen nga pjesa e ngarkesës së pikut.

HAIT dhe KIT bazuar në to janë absolutisht autonome dhe mund të përdoren për të fuqizuar jo vetëm pajisjet e komunikimit, por edhe pajisjet e ndryshme shtëpiake: makina elektrike, llamba, frigoriferë me fuqi të ulët, etj. Autonomia absolute e burimit lejon përdorimin e tij në terren, në rajone që nuk kanë furnizim të centralizuar me energji elektrike, në vendet e katastrofave dhe fatkeqësive natyrore.

BIBLIOGRAFI

1. Patenta e Federatës Ruse Nr. 2118014. Elementi metal-ajër. / Dyachkov E.V., Kleimenov B.V., Korovin N.V., / / ​​'IPC 6 N 01 M 12/06. 2/38. prog. 17.06.97 publ. 20.08.98
2. Korovin N.V., Kleimenov B.V., Voligova I.A. & Voligov I.A.// Abstr. Simptoma e dytë. në New Mater. për qelizat e karburantit dhe sistemet moderne të baterive. 6-10 korrik. 1997 Montreal. Kanadaja. v 97-7.
3. Korovin N.V., Kleimenov B.V. Vestnik MPEI (në shtyp).

Puna u krye në kuadër të programit "Kërkimi shkencor i arsimit të lartë në fushat prioritare të shkencës dhe teknologjisë"