Батарея алюминий: Алюминиевые радиаторы отопления, технические характеристики, цены: от 490 рублей

Алюминиевые батареи. Виды и применение. Выбрать и особенности

Многие владельцы своих загородных домов, или даже в городе, применяют в качестве отопления комнат батареи из алюминиевого сплава. Отопительные алюминиевые батареи обладают подходящими свойствами для таких целей. Рассмотрим их характеристики, причины предпочтительного применения батарей из алюминия для создания тепла в помещениях.

Во время технологического процесса производства батарей в расплавленный металл производят прочностные добавки с кремнием. Из полученного сплава получают одиночные секции, коллекторы. Существует два способа производства батарей – литьем и экструзией.

Метод литья

Таким методом изготавливают отдельные секции. Отливки делают из сплава – силумина. Это расплавленный алюминий с кремниевыми добавками. Процент содержания добавок в сплаве менее 12. Такой концентрации достаточно для достижения требуемой прочности. Литье производят под высоким давлением, что обеспечивает получение разнообразных форм батарей.

Такие алюминиевые батареи выдерживают до 16 атмосфер. Для свободного прохождения воды по батарее в ее конструкции предусмотрены каналы расширенной формы. Для прочности батареи ее корпус делают толстостенным. Одиночные отлитые секции соединяют в общий радиатор.

Изготовление выдавливанием (экструзией)

Если объяснить понятным языком, то экструзия – это процесс выдавливания. Такой способ хорош для производства отдельных элементов радиатора. Отдельные изготовленные детали соединяют между собой, получаются алюминиевые радиаторы.

Способом экструзии изготавливают не все части батареи, а только вертикальные, с кремниевыми добавками. Коллектор отливают из сплава силумина. Но есть методы экструзии для изготовления коллектора, определенных размеров. Детали плотно собирают друг с другом, скрепляют. Такой метод предполагает невысокую стоимость, но не дает возможность дальнейшей модернизации конструкции батареи. Добавить или удалить отдельные секции такая конструкция не позволяет.

Анодированные алюминиевые батареи

Это вид отопительных батарей из чистого алюминия повышенного качества. Поверхности изделия проходят процесс анодного оксидирования, в результате которого изменяется металлическая структура. Коррозия не проникает через такую структуру металла. Детали изделия соединяют муфтами снаружи, а не ниппелями.

Такой способ сборки обеспечивает гладкую поверхность полости батареи, находящейся внутри. Вследствие этого возрастает теплоотдача батарей, по сравнению с простым изготовлением из алюминия. Такие батареи выдерживают достаточно высокое давление, доходящее до 70 атмосфер. Соответственно, стоимость таких изделий значительно выше.

Технические данные

Межосевое расстояние

Стандартными значениями стали 200, 350, 500 мм. Таких моделей в продаже много. Также имеются и нестандартные размеры.

Широко распространены батареи радиаторов с межосевым размером в 500 мм, высота их 580 мм. Перед приобретением радиатора нужно измерить расстояние от пола до подоконника. В это место устанавливаются алюминиевые батареи. К этому размеру делают запас для возможности циркуляции горячего воздуха, создания эффекта конвекции.

От пола до батареи делают расстояние 10 см, не меньше. Такое же место должно быть вверху до подоконника. Вплотную к стене тоже устанавливать радиаторы отопления не рекомендуется.

Нельзя забывать и о том, что ширины пространства должно хватать для размещения батареи. Если оказывается, что места мало, то лучше подобрать алюминиевые радиаторы с меньшим типоразмером. При покупке нужно учесть все нюансы.

Виды давления

Для отопительных радиаторов в документации указывают давление нормальной работы и величина опрессовочного давления. Опрессовка проводится с давлением, гораздо большим, чем рабочее значение. Не все понимают значение этих характеристик.

Рабочее давление – обычное давление эксплуатации в отопительный сезон. Для алюминиевых серий стандартное значение составляет до 15 атмосфер.

В централизованной сети давление доходит до 15 атмосфер. В магистральных теплоцентралях это значение повышается до 30 бар. Для городских квартирах опасно использовать алюминиевые батареи.

Для своего дома с собственной системой отопления индивидуальным котлом, давление в котором не выше 1,5 атмосферы, алюминиевые радиаторы вполне подходят. Давление может указываться в барах, это аналогичные единицы. Для германских котлов эксплуатационное давление 10 бар. В таких системах используют алюминиевые радиаторы.

Давление опрессовки часто оказывается наиболее важным параметром, чем рабочее. После летнего периода система отопления пустая, не имеет теплоносителя. Для запуска отопления делают проверку на герметичность системы. Для этого в нее подают повышенное давление. Оно превышает рабочее давление в 1,5-2 раза, и доходит до 30 бар. Такая опрессовка проводится для центральной сети отопления.

Значительная разница в давлении работы системы отопления собственных домов и городских квартир легко объясняется. В многоэтажных домах воду для отопления нужно поднимать на несколько метров. Одна атмосфера составляет поднятие воды на 10 метров. Для трехэтажного дома этого значения вполне хватает. А если этажей много, то необходимо высокое давление. Иногда работники коммунальных сетей создают очень высокое давление, от которого приходят в негодность даже качественные образцы батарей.

Поэтому, при покупке лучше перестраховаться и приобрести радиаторы с большим запасом прочности по давлению. Тогда они выдержат любое давление, и будут работать долго. Давление в документации на радиаторы может указываться в МПа. Для пересчета в атмосферы это значение умножается на 10.

Параметры тепла

Половина тепла от алюминиевых батарей идет в виде тепловых лучей. Остальное тепло создает эффект конвекции. Воздушные слои движутся снизу радиатора наверх. Внутренняя часть радиаторов выполнена в виде ребер, за счет чего получается высокая теплоотдача.

Для секции радиатора указывают коэффициент теплоотдачи, который измеряется в ваттах. Батарея с межосевым расстоянием в 500 мм имеет теплоотдачу до 150 ватт от одной секции. Это значение умножается на количество секций, получается общая теплоотдача, по которой производится тепловой расчет помещения.

Необходимо помнить, что хорошая теплоотдача означает малую инерционность радиатора. Это сберегает финансовые средства, поэтому алюминиевые радиаторы стали лидером в плане создания экономии. После них идут чугунные классические радиаторы, затем биметаллический вид радиаторов, у которых большая инерционность, а теплоотдача меньше.

Виды дизайна

Нельзя сказать, что алюминиевые батареи блещут дорогим видом и роскошью. Однако, их дизайн имеет интересные воплощения. Конструкция выполнена с учетом разных интерьеров помещений домов и современных квартир. Люди часто делают выбор алюминиевых образцов, а не модных новинок с высокой стоимостью, не проверенных в работе.

Гарантийный срок

Производители дают гарантию на алюминиевые батареи до 20 лет. А некоторые широко известные фирмы указывают 25 лет гарантийного срока. При истечении срока гарантии не нужно сразу устанавливать новые радиаторы. Они могут еще долго служить. Внимательно следите за ними, не допускайте повреждений.

Характеристика радиаторов из алюминия:

• Межосевое расстояние – 200-500 мм.
• Эксплуатационное давление – до 16 атмосфер.
• Тепловая мощность – до 212 ватт.
• Вес секции – до 1,47 кг.
• Вместимость секции 250-460 мл.
• Максимальная температура воды – 110 градусов.
• Срок гарантии – 10-15 лет.

Достоинства и недостатки

Преимущества

• Экономичность.
• Малая масса, положительное качество при монтаже.
• Наличие регулятора температуры.
• Простая установка.
• Большая теплоотдача.
• Оригинальный дизайн для элитных помещений.

Негативные стороны

• Возможность протечки на стыках.
• Неравномерность тепла по корпусу.
• Низкая конвекция.
• Срок работы сравнительно мал – 15 лет, хотя известные марки имеют срок выше.
• Появление газов.
• Требуют антикоррозийной обработки, покрытие оксидом. Химическая активность алюминия является основной негативной стороной батарей. При наличии реактивов в центральной сети стенки радиатора быстро разрушаются. Также резкие скачки давления отрицательно влияют на прочность стенок радиатора.

Зная об этих недостатках, такие батареи лучше использовать в автономном отоплении, в местах, где нет химических веществ в воде, давление стабильно.

Целесообразность применения алюминиевых батарей

Алюминий сам себя защищает, образуя защитную оксидную пленку. Оксидная пленка не пропускает теплоноситель, в отличие от коррозии стали. Такая пленка из оксида нормально существует при РН – 7-8. Это нейтральная среда. Если значение выше, то это щелочная среда, ниже – кислотная.

При отклонении значения баланса кислоты и щелочи, оксидная пленка на алюминии начинает размываться. Для защиты от этого начинает образовываться дополнительная пленка. От этого процесса выделяется водород, который является губительным фактором, разрушающим алюминий.

Практика показывает, что разрушение алюминиевой секции происходит быстрее под влиянием эффекта «шампанского», то есть, образования водорода. Особенно это происходит, когда отсутствует теплоноситель. Многие удивляются, почему алюминиевые батареи лопаются в июне, в летние месяцы. По существующим правилам летом должна быть закрыта запорная арматура, во избежание гидроудара. Но, нельзя забывать при этом, открывать воздухоотводный клапан.

В результате теплоноситель протухает, в нем накапливаются бактерии, водород. Секции батареи перекрыты кранами. Водород разрывает корпус батареи. От разрушения не спасают даже усилители секций. Отрываются самые слабые места батареи.

Можно ли алюминиевые батареи ставить в центральную систему отопления? Можно, если будет соблюдаться баланс щелочи и кислоты в пределах 7-8. Это невозможно при центральном отоплении.

Возможны промывки системы с кислотами, щелочами. Алюминий не рекомендован для таких систем по причине невозможности контроля РН.

Внутри батареи также скапливается много окалины, металлической стружки. При установке автоматического автоотводчика воздуха возможен быстрый выход его из строя. Воздушный автоотводчик работает по принципу игольчатого клапана и поплавка. Если игла заклинит от осевшего налета из окалины, то при подаче воды в начале отопительного сезона вашу квартиру затопит. Лучше использовать простой ручной клапан.

Похожие темы:

• Системы отопления. Виды и особенности. Какую выбрать
• Внутрипольные конвекторы. Виды и устройство. Как выбрать

Алюминиевая батарея — отличное дополнение для электромобиля / Хабр

Компания Phinergy первой в мире сумела изготовить воздушно-алюминиевую батарею, пригодную для эксплуатации в автомобиле. 100-килограммовая батарея Al-Air содержит достаточно энергии, чтобы обеспечить 3000 км хода компактного легкового автомобиля. Phinergy провела демонстрацию технологии с Citroen C1 и упрощённой версией батареи (50 пластин по 500 г, в корпусе, наполненном водой). Машина проехала 1800 км на одном заряде, останавливаясь только для пополнения запасов воды — расходуемого электролита (видео).

Алюминий не заменит литий-ионные аккумуляторы (он не заряжается от розетки), но великолепно дополняет их. Ведь 95% поездок автомобиль совершает на короткие расстояния, где достаточно стандартных аккумуляторов. Дополнительная батарея обеспечивает бэкап на случай, если аккумулятор разрядился или если нужно далеко ехать.

Воздушно-алюминиевая батарея генерирует ток за счёт химической реакции металла с кислородом из окружающего воздуха. Алюминиевая пластина — анод. С двух сторон ячейка покрыта пористым материалом с серебряным катализатором, который фильтрует CO

2. Металлические элементы медленно деградируют до Al(OH)₃.

Химическая формула реакции выглядит так:

4 Al + 3 O₂ + 6 H₂O = 4 Al(OH)₃ + 2,71 В

Это не какая-то сенсационная новинка, а хорошо известная технология. Её давно используют военные, поскольку такие элементы обеспечивают исключительно большую плотность энергии. Но раньше инженерам никак не удавалось решить проблему с фильтрацией CO₂ и сопутствующей карбонизацией. Компания Phinergy утверждает, что решила проблему и уже в 2017 году можно производить алюминиевые батареи для электромобилей (и не только для них).

Литий-ионные аккумуляторы Tesla Model S весят около 1000 кг и обеспечивают пробег 500 км (в идеальных условиях, в реальности 180-480 км). Скажем, если сократить их до 900 кг и добавить алюминиевую батарею, то масса машины не изменится. Дальность хода от аккумулятора снизится на 10-20%, зато максимальный пробег без зарядки увеличится аж до 3180-3480 км! Можно доехать от Москвы до Парижа, и ещё что-то останется.

В чём-то это похоже на концепцию гибридного автомобиля, но здесь не требуется дорогой и громоздкий двигатель внутреннего сгорания.

Недостаток технологии очевиден — воздушно-алюминиевую батарею придётся менять в сервисном центре. Наверное, раз в год или чаще. Впрочем, это вполне заурядная процедура. Компания Tesla Motors в прошлом году показывала, как аккумуляторы Model S меняют за 90 секунд (

любительское видео).

Другие недостатки — энергозатратность производства и, возможно, высокая цена. Изготовление и переработка алюминиевых батарей требует большого количества энергии. То есть с экологической точки зрения их использование только повышает общее потребление электроэнергии во всей экономике. Но зато потребление более оптимально распределяется — оно уходит из крупных городов в отдалённые районы с дешёвой энергией, там находятся ГЭС и металлургические заводы.

Неизвестно и то, сколько будут стоить такие элементы питания. Хотя сам алюминий — дешёвый металл, но катод содержит дорогое серебро. Phinergy не рассказывает, как именно изготовляет запатентованный катализатор. Возможно, это сложный техпроцесс.

Но при всех своих недостатках воздушно-алюминиевая батарея всё равно кажется очень удобным дополнением к электромобилю.

По крайней мере, как временное решение на ближайшие годы (десятилетия?), пока не исчезнет проблема ёмкости аккумуляторов.

В Phinergy, тем временем, экспериментируют с «перезаряжаемой» воздушно-цинковой батареей. Она вообще работает тысячи часов без особой химической деградации, поскольку окисление цинка — обратимый процесс.

Похожие научные разработки ведутся и в России.

Новая концепция недорогих аккумуляторов | MIT News

По мере того, как мир строит все более крупные установки ветряных и солнечных энергосистем, быстро растет потребность в экономичных крупномасштабных резервных системах для обеспечения энергией, когда солнце садится и воздух спокоен. Сегодняшние литий-ионные батареи все еще слишком дороги для большинства таких приложений, а другие варианты, такие как гидронасосы, требуют особой топографии, которая не всегда доступна.

Теперь исследователи из Массачусетского технологического института и других стран разработали новый тип батарей, полностью изготовленных из доступных и недорогих материалов, которые могут помочь заполнить этот пробел.

Новая архитектура батареи, в которой в качестве двух электродных материалов используются алюминий и сера, а между ними находится электролит из расплавленной соли, сегодня описана в журнале Nature в статье профессора Массачусетского технологического института Дональда Садовея вместе с 15 другими в MIT и в Китае, Канаде, Кентукки и Теннесси.

«Я хотел изобрести что-то, что было бы лучше, намного лучше, чем литий-ионные батареи для небольших стационарных аккумуляторов и, в конечном счете, для использования в автомобилях», — объясняет Садоуэй, почетный профессор материалов Джона Ф. Эллиотта. Химия.

Литий-ионные батареи не только дороги, но и содержат легковоспламеняющийся электролит, что делает их менее подходящими для транспортировки. Итак, Садоуэй начал изучать периодическую таблицу в поисках дешевых, распространенных на Земле металлов, которые могли бы заменить литий. По его словам, коммерчески доминирующий металл, железо, не обладает нужными электрохимическими свойствами для эффективной батареи. Но вторым по распространенности металлом на рынке — и фактически самым распространенным металлом на Земле — является алюминий. «Итак, я сказал, хорошо, давайте просто сделаем это форзацем. Это будет алюминий, — говорит он.

Затем нужно было решить, с чем соединить алюминий для другого электрода и какой тип электролита поместить между ними для переноса ионов туда и обратно во время зарядки и разрядки. Самым дешевым из всех неметаллов является сера, поэтому она стала вторым электродным материалом. Что касается электролита, «мы не собирались использовать летучие легковоспламеняющиеся органические жидкости», которые иногда приводили к опасным пожарам в автомобилях и других областях применения литий-ионных аккумуляторов, говорит Садоуэй. Они попробовали некоторые полимеры, но в итоге остановились на множестве расплавленных солей с относительно низкой температурой плавления — близкой к температуре кипения воды, в отличие от почти 1000 градусов по Фаренгейту для многих солей. «Как только вы достигаете температуры, близкой к температуре тела, становится практичным» производить батареи, не требующие специальной изоляции и антикоррозионных мер, — говорит он.

Три ингредиента, которые у них получились, дешевы и легкодоступны — алюминий, ничем не отличающийся от фольги в супермаркете; сера, которая часто является отходом таких процессов, как переработка нефти; и широкодоступные соли. «Ингредиенты дешевые, а вещь безопасная — она не может гореть», — говорит Садоуэй.

В своих экспериментах команда показала, что аккумуляторные элементы могут выдерживать сотни циклов при исключительно высокой скорости зарядки, при этом прогнозируемая стоимость одного элемента составляет примерно одну шестую стоимости сопоставимых литий-ионных элементов. Они показали, что скорость зарядки сильно зависит от рабочей температуры: при 110 градусах Цельсия (230 градусов по Фаренгейту) скорость зарядки в 25 раз выше, чем при 25 градусах Цельсия (77 градусов по Фаренгейту).

Удивительно, но расплавленная соль, выбранная командой в качестве электролита просто из-за ее низкой температуры плавления, оказалась случайным преимуществом. Одной из самых больших проблем с надежностью батареи является образование дендритов, которые представляют собой узкие металлические шипы, которые накапливаются на одном электроде и в конечном итоге перерастают в контакт с другим электродом, вызывая короткое замыкание и снижая эффективность. Но эта конкретная соль, оказывается, очень хорошо предотвращает эту неисправность.

Выбранная ими хлороалюминатная соль «по существу избавила от этих неконтролируемых дендритов, а также обеспечила очень быструю зарядку», — говорит Садоуэй. «Мы проводили эксперименты с очень высокой скоростью зарядки, заряжаясь менее чем за минуту, и никогда не теряли элементы из-за короткого замыкания дендритов».

«Это забавно», — говорит он, потому что все внимание было сосредоточено на поиске соли с самой низкой температурой плавления, но катенированные хлоралюминаты, которые они получили, оказались устойчивыми к проблеме короткого замыкания. «Если бы мы начали с попытки предотвратить укорочение дендритов, я не уверен, что знал бы, как этого добиться», — говорит Садоуэй. «Думаю, это была счастливая случайность для нас».

Более того, аккумулятору не требуется внешний источник тепла для поддержания рабочей температуры. Тепло естественно вырабатывается электрохимическим путем при зарядке и разрядке батареи. «Когда вы заряжаете, вы выделяете тепло, и это предотвращает замерзание соли. И затем, когда вы разряжаетесь, он также выделяет тепло», — говорит Садоуэй. Например, в типичной установке, используемой для выравнивания нагрузки на объекте солнечной энергетики, «вы будете хранить электроэнергию, когда светит солнце, а затем получать электроэнергию после наступления темноты, и вы будете делать это каждый день. И этого заряда-холостого хода-разряда-холостого хода достаточно, чтобы вырабатывать достаточно тепла, чтобы поддерживать температуру.

Эта новая формула батареи, по его словам, была бы идеальной для установок, размер которых необходим для питания одного дома или малого и среднего бизнеса, производя порядка нескольких десятков киловатт-часов емкости.

Для более крупных установок мощностью от десятков до сотен мегаватт-часов могут оказаться более эффективными другие технологии, в том числе жидкометаллические батареи, разработанные Садовеем и его учениками несколько лет назад и ставшие основой для дочерней компании под названием Ambri, которая надеется поставить свою первую продукцию в течение следующего года. За это изобретение Садовей недавно был удостоен награды European Inventor Award этого года.

Меньшие размеры алюминиево-серных батарей также сделают их практичными для использования, например, в зарядных станциях для электромобилей, говорит Садоуэй. Он указывает, что, когда электромобили станут настолько распространены на дорогах, что несколько автомобилей будут заряжаться одновременно, как это происходит сегодня с бензиновыми топливными насосами, «если вы попытаетесь сделать это с батареями и захотите быстрой зарядки, сила тока настолько высока, что у нас нет такой силы тока в линии, которая питает объект». Таким образом, наличие такой аккумуляторной системы для хранения энергии, а затем ее быстрого высвобождения, когда это необходимо, может устранить необходимость в установке новых дорогих линий электропередач для обслуживания этих зарядных устройств.

Новая технология уже является основой для новой дочерней компании под названием Avanti, которая лицензировала патенты на систему, соучредителями которой являются Садоуэй и Луис Ортис ’96 ScD ’00, который также был соучредителем Амбри. «Первая задача для компании — продемонстрировать, что она работает в масштабе», — говорит Садоуэй, а затем подвергнуть ее серии стресс-тестов, включая сотни циклов зарядки.

Будет ли батарея на основе серы создавать неприятный запах, характерный для некоторых форм серы? Ни единого шанса, говорит Садоуэй. «Запах тухлых яиц в газе, сероводород. Это элементарная сера, и она будет заключена внутри клеток». Если бы вы попытались открыть литий-ионный аккумулятор на своей кухне, говорит он (и, пожалуйста, не пытайтесь делать это дома!), «влага в воздухе отреагировала бы, и вы начали бы производить всевозможные неприятные запахи». также газы. Это закономерные вопросы, но аккумулятор герметичный, это не открытый сосуд. Так что я бы не беспокоился об этом».

В состав исследовательской группы входили представители Пекинского университета, Юньнаньского университета и Уханьского технологического университета в Китае; Университет Луисвилля в Кентукки; Университет Ватерлоо в Канаде; Аргоннская национальная лаборатория в Иллинойсе; и Массачусетский технологический институт. Работа была поддержана MIT Energy Initiative, Центром технологических инноваций MIT Deshpande и ENN Group.

Поделиться этой новостной статьей:

Бумага

Бумага: «Быстрозарядные алюминиево-халькогеновые аккумуляторы, устойчивые к короткому замыканию дендритов»

Упоминания в прессе

The Boston Globe

Почетный профессор Дональд Садоуэй и его коллеги разработали более безопасный и экономичный аккумулятор для хранения возобновляемой энергии, сообщает Дэвид Абель для The Boston Globe . Батарея «этически получена, дешева, эффективна и не может загореться», — говорит Садоуэй.

Полная статья в The Boston Globe →

Наука

Исследователи из Массачусетского технологического института и других стран разработали новую экономичную конструкцию батареи, основанную на ионах алюминия, сообщает Роберт Ф. Сервис для Наука . «Эта батарея может стать хитом, — пишет Сервис, — потому что алюминий дешев; по сравнению с литиевыми батареями стоимость материалов для этих батарей будет на 85% ниже».

Полная история через Science →

Forbes

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали батарею, в которой используются  алюминий и сера, два недорогих и распространенных материала, сообщают Алекс Кнапп и Алан Онсман для Forbes . «Батарейки можно использовать для самых разных целей», — пишут Кнапп и Онсман.

Полная история через Forbes →

The Daily Beast

Исследователи Массачусетского технологического института создали новую батарею, используя недорогие и многочисленные материалы для хранения и обеспечения энергии, сообщает Тони Хо Тран для The Daily Beast . «Авторы исследования считают, что батарею можно использовать для поддержки существующих экологически чистых энергетических систем, таких как солнечная или ветровая энергия, в периоды, когда солнце не светит или воздух неподвижен», — пишет Тран.

Полная история через The Daily Beast →

New Scientist

Профессор Дональд Садоуэй и его коллеги разработали батарею, которая может заряжаться до полной емкости менее чем за одну минуту, хранить энергию с такой же плотностью, что и литий-ионные батареи, и не подвержена возгоранию, сообщает Алекс. Уилкинс для New Scientist . «Хотя батарея работает при сравнительно высокой температуре 110°C (230°F), — пишет Уилкинс, — она устойчива к огню, поскольку в качестве электролита в ней используется неорганическая соль, которая не горит, материал, позволяющий заряжать течь внутри батареи». Садоуэй объясняет, что «это совершенно новая химия батареи».0003

Полная история через New Scientist →

Ссылки по теме

• Видео: Beyond the New Frontier: Climate Change Innovation
• Дональд Садоуэй
• Sadoway Group
• Департамент материаловедения и инженерии 909010 909092 19090910 School of Cheap 2 9090910 , высокая емкость и скорость: новая технология алюминиевых аккумуляторов обещает все

  Увеличить

  Aurich Lawson | Getty Images

  Классическая ирония в отношении новых технологий заключается в том, что их последователи вынуждены ограничивать себя двумя из трех вещей, которые все хотят: быстро, дешево и хорошо. Когда речь идет о батареях, внедрение становится еще более сложной задачей. Дешевый и быстрый (зарядка) по-прежнему имеет значение, но «хороший» может означать разные вещи, такие как легкий вес, небольшой объем или длительный срок службы, в зависимости от ваших потребностей. Тем не менее, здесь задействованы одни и те же компромиссы. Если вы хотите действительно быструю зарядку, вам, вероятно, придется отказаться от некоторой емкости.

  Эти компромиссы позволяют продолжать исследования альтернативных химических элементов аккумуляторов, несмотря на то, что литий-свинец имеет огромные технологические и производственные возможности — все еще есть надежда, что какой-то другой химический состав может привести к значительному снижению цены или значительному увеличению в некоторой степени. производительность.

  Сегодня публикуется статья, которая предлагает низкую цену в сочетании с большим повышением некоторых из этих показателей. Описываемые в нем алюминиево-серные батареи предлагают недорогое сырье, конкурентоспособный размер и большую емкость на единицу веса, чем литий-ионные, с большим преимуществом полной зарядки элементов менее чем за минуту. Единственная очевидная проблема, с которой он сейчас сталкивается, заключается в том, что он должен быть на 90 ° C (почти точка кипения воды) для работы.

  Алюминиевая банка?

  Некоторое время люди размышляли над батареями на основе алюминия, привлеченными их высокой теоретической емкостью. Хотя каждый атом алюминия немного тяжелее лития, атомы и ионы алюминия физически меньше, так как более высокий положительный заряд ядра немного притягивает электроны. Кроме того, алюминий легко отдает до трех электронов на атом, а это означает, что вы можете сместить большой заряд для каждого задействованного иона.

  Рекламное объявление

  Большой проблемой было то, что химически алюминий отстой. Многие соединения алюминия очень нерастворимы в воде, их оксиды чрезвычайно стабильны и т. д. Незначительная побочная реакция легко может вывести аккумулятор из строя после нескольких циклов зарядки/разрядки. Таким образом, пока работа продолжалась, высокие теоретические возможности часто выглядели так, как будто они никогда не будут реализованы на практике.

  Ключом к новой работе было осознание того, что мы уже решили одну из больших проблем с изготовлением металлического алюминиевого электрода — мы только что сделали это в совершенно другой области. Электроды из чистого металла предлагают большие преимущества в простоте и объеме, поскольку в них не используется настоящая химия, и вам не нужны дополнительные материалы для наполнения ионами металлов. Но металл имеет тенденцию неравномерно оседать на электродах батареи, в конечном итоге образуя шипы, называемые дендритами, которые растут до тех пор, пока не повредят другие компоненты батареи или полностью не закорачивают элемент. Таким образом, выяснить, как равномерно наносить металл, было большим препятствием.

  Ключевым моментом здесь является то, что мы уже знаем, как равномерно наносить алюминий. Мы делаем это постоянно, когда хотим гальванизировать алюминий на какой-нибудь другой металл.

  Это часто делается с использованием расплавленной соли хлорида алюминия. В расплавленной соли ионы алюминия и хлора имеют тенденцию образовывать длинные цепочки чередующихся атомов. Когда алюминий наносится на поверхность, он имеет тенденцию выходить из центра этих цепочек, а физическая масса остальной части цепи облегчает это на плоской поверхности.

  Внутри расплавленной соли ионы алюминия также могут быстро перемещаться от одного электрода к другому. Большая проблема заключается в том, что хлорид алюминия плавится только при 192 ° C. Но смешивание небольшого количества хлорида натрия и хлорида калия снизило температуру до 90 ° C — ниже точки кипения воды и совместимо с большим количеством дополнительных материалов.

  Рекламное объявление

  Бутерброд с солью

  Таким образом, у исследователей было две трети батареи. Одним из электродов был металлический алюминий, а электролитом — жидкий хлорид алюминия. Остается определить второй электрод. Здесь было много примеров хранения алюминия как химического соединения с элементами ниже кислорода в периодической таблице, такими как сера или селен. В целях визуализации команда работала с селеном, создавая экспериментальный элемент батареи и подтверждая, что он ведет себя в соответствии с ожиданиями.

  Визуализация алюминия показала, что после нескольких циклов зарядки и разрядки поверхность стала несколько неровной, но от нее не отходили большие или заостренные выступы, которые могли бы повредить батарею. Реакции на селеновом электроде, по-видимому, начинаются в расплавленной соли, а затем заканчиваются на поверхности электрода. В целом, ячейка показала стабильную производительность в течение десятков циклов и высокую емкость на единицу веса, которую должен обеспечивать алюминий. Итак, команда перешла к созданию и тестированию элементов, которые их действительно интересовали: алюминиевая сера.

  При малых скоростях разряда алюминиевые серные элементы имели зарядную емкость на единицу веса, которая более чем в три раза превышала емкость литий-ионных аккумуляторов. Эта цифра снижалась по мере увеличения скорости заряда/разряда, но производительность оставалась превосходной. Если элемент разряжался в течение двух часов и заряжался всего за шесть минут, его зарядная емкость на единицу веса все равно была на 25 % выше, чем у литий-ионных аккумуляторов, и сохраняла примерно 80 % этой емкости после 500 циклов — намного больше того, что вы можете себе представить.