سلول هوای آلومینیومی، باتری مبتنی بر سلول هوای آلومینیومی و روشی برای کارکرد باتری. باتری های جدید Phinergy – انقلاب یا...؟ منابع فعلی ترکیبی

منابع جریان شیمیایی با ویژگی های خاص پایدار و بالا یکی از مهم ترین شرایط برای توسعه ارتباطات است.

در حال حاضر نیاز کاربران به برق برای ارتباطات عمدتاً از طریق استفاده از سلول‌های گالوانیکی گران قیمت یا باتری‌ها تامین می‌شود.

باتری ها منابع انرژی نسبتاً مستقلی هستند زیرا نیاز به شارژ دوره ای از شبکه دارند. شارژرهایی که برای این منظور استفاده می شوند گران هستند و همیشه قادر به ارائه شرایط شارژ مطلوب نیستند. بنابراین، باتری Sonnenschein که با استفاده از فناوری dryfit ساخته شده و دارای جرم 0.7 کیلوگرم و ظرفیت 5 Ah است، ظرف مدت 10 ساعت شارژ می شود و هنگام شارژ باید مقادیر استاندارد جریان، ولتاژ و شارژ را رعایت کرد. زمان. شارژ ابتدا با جریان ثابت و سپس با ولتاژ ثابت انجام می شود. برای این منظور از شارژرهای گران قیمت با کنترل نرم افزاری استفاده می شود.

سلول های گالوانیکی کاملاً مستقل هستند، اما معمولاً دارای قدرت کم و ظرفیت محدود هستند. هنگامی که انرژی ذخیره شده در آنها تمام شد، دفع می شوند و محیط را آلوده می کنند. جایگزینی برای منابع خشک، منابع قابل شارژ مکانیکی هوا-فلز هستند که برخی از خصوصیات انرژی آنها در جدول 1 آورده شده است.

میز 1- پارامترهای برخی از سیستم های الکتروشیمیایی

سیستم الکتروشیمیایی	پارامترهای نظری		پارامترهای عملی
		انرژی ویژه، Wh/kg	ولتاژ، V	انرژی ویژه، Wh/kg
هوا-آلومینیوم
هوا-منیزیم
هوا روی
هیدرید فلز نیکل
نیکل کادمیوم
منگنز روی
منگنز-لیتیوم

همانطور که از جدول مشاهده می شود، منابع هوا-فلز در مقایسه با سایر سیستم های پرکاربرد دارای بالاترین پارامترهای انرژی نظری و عملی هستند.

سیستم های فلزی هوا بسیار دیرتر اجرا شدند و توسعه آنها هنوز هم فشرده تر از منابع فعلی سایر سیستم های الکتروشیمیایی است. با این حال، آزمایش نمونه های اولیه ساخته شده توسط شرکت های داخلی و خارجی، رقابت پذیری کافی آنها را نشان داده است.

نشان داده شده است که آلیاژهای آلومینیوم و روی می توانند در الکترولیت های قلیایی و نمکی کار کنند. منیزیم فقط در الکترولیت های نمکی یافت می شود و انحلال شدید آن هم در طول تولید جریان و هم در مکث اتفاق می افتد.

برخلاف منیزیم، آلومینیوم تنها زمانی در الکترولیت های نمک حل می شود که جریانی ایجاد شود. الکترولیت های قلیایی امیدوارکننده ترین الکترودهای روی هستند.

منابع جریان هوا-آلومینیوم (AAIT)

منابع جریان مکانیکی قابل شارژ با الکترولیت مبتنی بر نمک خوراکی بر اساس آلیاژهای آلومینیوم ایجاد شده است. این منابع کاملاً مستقل هستند و می توانند برای تغذیه نه تنها تجهیزات ارتباطی، بلکه برای شارژ باتری ها، تغذیه تجهیزات مختلف خانگی مانند رادیو، تلویزیون، آسیاب قهوه، مته های برقی، لامپ، سشوار برقی، آهن لحیم کاری، یخچال و فریزر کم مصرف استفاده شوند. ، پمپ های گریز از مرکز و غیره. استقلال مطلق منبع اجازه می دهد تا در شرایط صحرایی، در مناطق بدون منبع تغذیه متمرکز، در مکان های فجایع و بلایای طبیعی استفاده شود.

VAIT ظرف چند دقیقه شارژ می شود که برای پر کردن الکترولیت و/یا جایگزینی الکترودهای آلومینیومی ضروری است. برای شارژ فقط به نمک سفره، آب و یک منبع آند آلومینیوم نیاز دارید. اکسیژن هوا به عنوان یکی از مواد فعال استفاده می شود که در کاتدهای ساخته شده از کربن و فلوروپلاستیک کاهش می یابد. کاتدها بسیار ارزان هستند، اطمینان حاصل می کنند که منبع برای مدت طولانی کار می کند و بنابراین تأثیر ناچیزی بر هزینه انرژی تولید شده دارد.

هزینه برق به دست آمده در VAIT عمدتاً تنها با هزینه آندهای جایگزین دوره ای تعیین می شود؛ هزینه اکسید کننده، مواد و فرآیندهای تکنولوژیکی که عملکرد سلول های گالوانیکی سنتی را تضمین می کند را شامل نمی شود و بنابراین 20 برابر کمتر است. از هزینه انرژی به دست آمده از چنین منابع مستقلی مانند عناصر قلیایی منگنز-روی.

جدول 2- پارامترهای منابع جریان هوا-آلومینیوم

نوع باتری	مارک باتری	تعداد عناصر		جرم الکترولیت، کیلوگرم	ظرفیت الکترولیت، Ah	وزن مجموعه آند، کیلوگرم	ظرفیت ذخیره سازی آند، Ah	وزن باتری، کیلوگرم
شناور
ریخته شد

مدت زمان کار مداوم بر اساس مقدار جریان مصرفی، حجم الکترولیت ریخته شده به سلول تعیین می شود و 70 - 100 Ah/l است. حد پایین توسط ویسکوزیته الکترولیت تعیین می شود که در آن تخلیه آزاد آن امکان پذیر است. حد بالایی مربوط به کاهش ویژگی های عنصر به میزان 10-15٪ است، با این حال، پس از رسیدن به آن، حذف جرم الکترولیت نیاز به استفاده از دستگاه های مکانیکی دارد که می تواند به الکترود اکسیژن (هوا) آسیب برساند.

ویسکوزیته الکترولیت با اشباع شدن با سوسپانسیون هیدروکسید آلومینیوم افزایش می یابد. (هیدروکسید آلومینیوم به طور طبیعی به صورت خاک رس یا آلومینا وجود دارد و یک محصول عالی برای تولید آلومینیوم است و می تواند برای تولید بازیافت شود.)

جایگزینی الکترولیت در عرض چند دقیقه انجام می شود. VAIT می تواند با بخش های جدید الکترولیت تا پایان عمر آند کار کند که با ضخامت 3 میلی متر برابر با 2.5 Ah/cm 2 سطح هندسی است. اگر آندها حل شده باشند، ظرف چند دقیقه با آندهای جدید جایگزین می شوند.

خود تخلیه HAIT بسیار کم است، حتی زمانی که با الکترولیت ذخیره شود. اما با توجه به اینکه VAIT را می توان بدون الکترولیت در زمان استراحت بین تخلیه ها ذخیره کرد، تخلیه خود به خود ناچیز است. عمر مفید VAIT با طول عمر پلاستیکی که از آن ساخته شده است محدود می شود. VAIT بدون الکترولیت تا 15 سال قابل نگهداری است.

بسته به نیاز مصرف کننده، HAIT را می توان با در نظر گرفتن این واقعیت که 1 عنصر دارای ولتاژ 1 ولت با چگالی جریان 20 میلی آمپر بر سانتی متر مربع است، تغییر داد و جریان حذف شده از HAIT توسط منطقه تعیین می شود. از الکترودها

مطالعات فرآیندهای روی الکترودها و الکترولیت انجام شده در MPEI (TU) امکان ایجاد دو نوع منبع جریان هوا-آلومینیوم - ریخته شده و غوطه ور (جدول 2) را فراهم کرد.

HAIT قابل پر کردن

VAIT پر شده از 4-6 عنصر تشکیل شده است. عنصر VAIT ریخته شده (شکل 1) یک ظرف مستطیل شکل (1) است که در دیواره های مقابل آن یک کاتد (2) نصب شده است. کاتد از دو قسمت تشکیل شده است که توسط یک شینه (3) به یک الکترود متصل شده است. بین کاتدها یک آند (4) وجود دارد که موقعیت آن توسط راهنماها (5) ثابت می شود. طراحی عنصر ثبت شده توسط نویسندگان /1/، این امکان را فراهم می کند که با سازماندهی گردش داخلی، تأثیر منفی هیدروکسید آلومینیوم تشکیل شده به عنوان محصول نهایی را کاهش دهد. برای این منظور، عنصر در یک صفحه عمود بر صفحه الکترودها توسط پارتیشن ها به سه قسمت تقسیم می شود. پارتیشن ها همچنین به عنوان راهنما برای اسلایدهای آند (5) عمل می کنند. بخش میانی شامل الکترود است. حباب‌های گازی که در حین کار آند آزاد می‌شوند، تعلیق هیدروکسید را همراه با جریان الکترولیت بالا می‌برند که در دو بخش دیگر عنصر به پایین فرو می‌رود.

تصویر 1- نمودار عنصری

هوارسانی به کاتدها در VAIT (شکل 2) از طریق شکاف (1) بین عناصر (2) انجام می شود. کاتدهای بیرونی توسط پانل های جانبی (3) از تأثیرات مکانیکی خارجی محافظت می شوند. عدم ریختن ساختار با استفاده از یک پوشش سریع قابل جابجایی (4) با یک واشر آب بندی (5) ساخته شده از لاستیک متخلخل تضمین می شود. کشش واشر لاستیکی با فشار دادن پوشش روی بدنه VAIT و ثابت کردن آن در این حالت با استفاده از گیره های فنری (در شکل نشان داده نشده است) حاصل می شود. گاز از طریق دریچه های آبگریز متخلخل مخصوص طراحی شده آزاد می شود (6). عناصر (1) در باتری به صورت سری متصل می شوند. آندهای صفحه ای (9)، که طراحی آن در MPEI توسعه یافته است، دارای کلکتورهای جریان انعطاف پذیر با یک عنصر اتصال در انتهای آن است. کانکتور که قسمت جفت شده آن به بلوک کاتد متصل است، به شما امکان می دهد در هنگام تعویض آند را به سرعت جدا و وصل کنید. هنگامی که همه آندها متصل می شوند، عناصر VAIT به صورت سری متصل می شوند. بیرونی ترین الکترودها نیز از طریق اتصال دهنده ها به VAIT متولد شده (10) متصل می شوند.

1 - شکاف هوا، 2 - المنت، 3 - پانل محافظ، 4 - پوشش، 5 - باس کاتد، 6 - واشر، 7 - سوپاپ، 8 - کاتد، 9 - آند، 10 - متولد شده

شکل 2- VAIT قابل پر کردن

HAIT شناور

HAIT غوطه ور (شکل 3) یک VAIT ریخته شده است که از داخل به بیرون تبدیل شده است. کاتدها (2) با لایه فعال به بیرون چرخانده می شوند. ظرفیت سلولی که الکترولیت در آن ریخته شده است توسط یک پارتیشن به دو قسمت تقسیم می شود و به طور جداگانه هوا را برای هر کاتد تامین می کند. یک آند (1) در شکاف نصب شده است که از طریق آن هوا به کاتدها می رسد. HAIT نه با ریختن الکترولیت، بلکه با غوطه ور شدن در الکترولیت فعال می شود. الکترولیت از قبل پر شده و بین تخلیه ها در یک مخزن (6) که به 6 بخش غیر متصل تقسیم می شود ذخیره می شود. یک مونوبلاک باتری 6ST-60TM به عنوان مخزن استفاده می شود.

1 - آند، 4 - محفظه کاتد، 2 - کاتد، 5 - پانل بالا، 3 - اسلاید، 6 - مخزن الکترولیت

شکل 3- المنت هوا-آلومینیوم شناور در پانل ماژول

این طراحی به شما امکان می دهد باتری را به سرعت جدا کنید ، ماژول را با الکترودها جدا کنید و هنگام پر کردن و تخلیه الکترولیت نه با باتری بلکه با ظرفی که جرم آن با الکترولیت 4.7 کیلوگرم است دستکاری کنید. این ماژول 6 عنصر الکتروشیمیایی را ترکیب می کند. عناصر بر روی پانل بالایی (5) ماژول نصب شده اند. وزن ماژول با مجموعه ای از آندها 2 کیلوگرم است. با اتصال متوالی ماژول ها، VAIT های 12، 18 و 24 عنصر جمع آوری شدند. از معایب منبع هوا-آلومینیوم می توان به مقاومت داخلی نسبتاً بالا، چگالی توان کم، ناپایداری ولتاژ در هنگام تخلیه و افت ولتاژ در هنگام روشن شدن اشاره کرد. همه این معایب در هنگام استفاده از منبع جریان ترکیبی (CPS)، متشکل از یک VAIT و یک باتری، از بین می روند.

منابع فعلی ترکیبی

منحنی تخلیه منبع سیل زده 6VAIT50 (شکل 4) هنگام شارژ باتری سرب اسیدی مهر و موم شده 2SG10 با ظرفیت 10 Ah، مانند هنگام تغذیه بارهای دیگر، با افت ولتاژ در ثانیه های اول هنگام بار مشخص می شود. وصل است. در عرض 10-15 دقیقه ولتاژ به ولتاژ عملیاتی افزایش می یابد که در کل تخلیه HAIT ثابت می ماند. عمق سوراخ توسط وضعیت سطح آند آلومینیوم و قطبش آن تعیین می شود.

شکل 4- منحنی تخلیه 6VAIT50 با شارژ 2SG10

همانطور که می دانید، فرآیند شارژ باتری تنها زمانی اتفاق می افتد که ولتاژ منبعی که انرژی را تامین می کند بیشتر از ولتاژ باتری باشد. شکست ولتاژ اولیه HAIT منجر به این واقعیت می شود که باتری در HAIT شروع به تخلیه می کند و در نتیجه فرآیندهای معکوس در الکترودهای HAIT شروع می شود که می تواند منجر به غیرفعال شدن آندها شود.

برای جلوگیری از فرآیندهای ناخواسته، یک دیود در مدار بین VAIT و باتری نصب می شود. در این مورد، ولتاژ تخلیه VAIT هنگام شارژ باتری نه تنها با ولتاژ باتری، بلکه با افت ولتاژ در سراسر دیود تعیین می شود:

U VAIT = U ACC + ΔU DIODE (1)

ورود یک دیود به مدار منجر به افزایش ولتاژ هم در VAIT و هم در باتری می شود. تأثیر وجود دیود در مدار در شکل 1 نشان داده شده است. 5 که تغییر در اختلاف ولتاژ بین VAIT و باتری را هنگام شارژ متناوب باتری با و بدون دیود در مدار نشان می دهد.

در طول فرآیند شارژ باتری در غیاب دیود، اختلاف ولتاژ تمایل به کاهش دارد، به عنوان مثال. کاهش راندمان عملیات VAIT، در حالی که در حضور یک دیود تفاوت، و در نتیجه، بازده فرآیند تمایل به افزایش دارد.

شکل 5- اختلاف ولتاژ بین 6VAIT125 و 2SG10 هنگام شارژ با دیود و بدون دیود

شکل 6- تغییر در جریان تخلیه 6VAIT125 و 3NKGK11 هنگام تغذیه مصرف کننده

شکل 7- تغییر در انرژی ویژه CIT (VAIT - باتری سرب اسید) با افزایش سهم اوج بار

تجهیزات ارتباطی معمولاً انرژی را تحت بارهای متغیر از جمله بارهای اوج مصرف می کنند. ما این نوع مصرف را هنگام تغذیه یک مصرف کننده با بار پایه 0.75 A و بار پیک 1.8 A از یک منبع تغذیه متشکل از 6VAIT125 و 3NKGK11 مدل کردیم. ماهیت تغییر در جریان های تولید شده (مصرف شده) توسط اجزای CIT در شکل 1 ارائه شده است. 6.

شکل نشان می دهد که در حالت پایه، HAIT تولید جریان کافی برای تغذیه بار پایه و شارژ باتری را فراهم می کند. در صورت پیک بار، مصرف توسط جریان تولید شده توسط VAIT و باتری تامین می شود.

تجزیه و تحلیل نظری ما نشان داد که انرژی ویژه CIT یک سازش بین انرژی ویژه HAIT و باتری است و با کاهش سهم انرژی اوج افزایش می یابد (شکل 7). توان ویژه CIT از توان ویژه VAIT بیشتر است و با افزایش سهم پیک بار افزایش می یابد.

نتیجه گیری

منابع جریان جدید بر اساس یک سیستم الکتروشیمیایی هوا-آلومینیوم با محلول نمک خوراکی به عنوان الکترولیت، با ظرفیت انرژی حدود 250 Ah و انرژی ویژه بیش از 300 Wh/kg ایجاد شده‌اند.

منابع توسعه یافته در عرض چند دقیقه با جایگزینی مکانیکی الکترولیت و/یا آند شارژ می شوند. خود تخلیه منابع ناچیز است و بنابراین می توان آنها را به مدت 15 سال قبل از فعال سازی ذخیره کرد. انواع مختلفی از منابع ایجاد شده است که در روش فعال سازی متفاوت است.

عملکرد منابع هوا-آلومینیوم در هنگام شارژ باتری و به عنوان بخشی از منبع ترکیبی مورد مطالعه قرار گرفته است. نشان داده شده است که انرژی ویژه و توان ویژه CIT مقادیر سازشی هستند و به سهم بار اوج بستگی دارند.

VAIT و KIT بر اساس آنها کاملاً مستقل هستند و می توانند برای تأمین برق نه تنها تجهیزات ارتباطی، بلکه برای تأمین انرژی تجهیزات مختلف خانگی نیز استفاده شوند: ماشین های الکتریکی، لامپ ها، یخچال های کم مصرف، و غیره. استقلال مطلق منبع به آن اجازه می دهد. در شرایط صحرایی، در مناطقی که منبع تغذیه متمرکز ندارند، در مکان های بلایا و بلایای طبیعی استفاده می شود.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. اختراع RF شماره 2118014. عنصر فلز-هوا./ Dyachkov E.V., Kleimenov B.V., Korovin N.V., // MPK 6 N 01 M 12/06. 2/38. prog. 97/06/17 انتشار. 98/08/20
2. Korovin N.V.، Kleimenov B.V.، Voligova I.A. & Voligov I.A. // Abstr. علامت دوم در نیومتر برای پیل سوختی و سیستم های باتری مدرن. 6-10 جولای. 1997. مونترال. کانادا ج 97-7.
3. Korovin N.V., Kleymenov B.V. بولتن MPEI (در حال چاپ).

این کار در چارچوب برنامه "پژوهش علمی آموزش عالی در حوزه های اولویت دار علم و فناوری" انجام شد.

کاندیدای علوم فنی E. KULAKOV، کاندیدای علوم فنی S. SEVRUK، کاندیدای علوم شیمی A. FARMAKOVSKAYA.

نیروگاه مبتنی بر عناصر هوا-آلومینیوم تنها بخشی از صندوق عقب خودرو را اشغال می کند و بردی تا 220 کیلومتر را فراهم می کند.

اصل عملکرد عنصر هوا-آلومینیوم.

عملکرد یک نیروگاه مبتنی بر عناصر هوا- آلومینیوم توسط یک ریزپردازنده کنترل می شود.

یک سلول هوا-آلومینیوم با اندازه کوچک با الکترولیت نمک می تواند جایگزین چهار باتری شود.

علم و زندگی // تصاویر

نیروگاه EU 92VA-240 روی عناصر هوا-آلومینیوم.

ظاهراً بشریت قرار نیست اتومبیل ها را رها کند. علاوه بر این، ناوگان خودروهای زمین ممکن است به زودی تقریباً دو برابر شود - عمدتاً به دلیل موتورسازی انبوه چین.

در همین حال، اتومبیل هایی که با سرعت در امتداد جاده ها حرکت می کنند، هزاران تن مونوکسید کربن را در جو منتشر می کنند - همان گازی که وجود آن در هوا در مقادیر بیش از یک دهم درصد برای انسان کشنده است. و علاوه بر مونوکسید کربن - و بسیاری تن از اکسیدهای نیتروژن و سایر سموم، آلرژن ها و سرطان زاها - محصولات حاصل از احتراق ناقص بنزین.

در سرتاسر جهان، مدت‌هاست که جستجو برای جایگزین‌های خودرویی با موتور احتراق داخلی وجود دارد. و واقع بینانه ترین آنها یک ماشین الکتریکی در نظر گرفته می شود (به "علم و زندگی" شماره 8، 9، 1978 مراجعه کنید). اولین خودروهای الکتریکی جهان در همان ابتدای دهه 80 قرن گذشته در فرانسه و انگلیس ایجاد شدند، یعنی چندین سال زودتر از خودروهای با موتورهای احتراق داخلی (ICE). و اولین واگن خودکششی که مثلاً در سال 1899 در روسیه ظاهر شد برقی بود.

موتور کششی در چنین خودروهای برقی با باتری های سرب اسیدی بسیار سنگین با ظرفیت انرژی تنها حدود 20 وات ساعت (17.2 کیلو کالری) بر کیلوگرم نیرو می گرفت. این بدان معنی است که برای "تغذیه" یک موتور با قدرت 20 کیلووات (27 اسب بخار) برای حداقل یک ساعت، یک باتری سربی به وزن 1 تن مورد نیاز است. مقدار بنزین معادل آن از نظر انرژی ذخیره شده یک مخزن گاز با ظرفیت تنها 15 لیتر را اشغال می کند. به همین دلیل است که تنها با اختراع موتور احتراق داخلی، تولید خودرو به سرعت رشد کرد و خودروهای برقی برای چندین دهه به عنوان یک شاخه بن بست صنعت خودرو به حساب می آمدند. و تنها مشکلات زیست محیطی که قبل از بشریت بوجود آمد، طراحان را مجبور کرد که به ایده یک ماشین الکتریکی بازگردند.

به خودی خود، جایگزینی یک موتور احتراق داخلی با یک موتور الکتریکی، البته وسوسه انگیز است: با همان قدرت، موتور الکتریکی هم وزن سبک تر و هم کنترل آن آسان تر است. اما حتی در حال حاضر، بیش از 100 سال پس از معرفی باتری های خودرو، محتوای انرژی (یعنی انرژی ذخیره شده) حتی بهترین باتری ها از 50 وات ساعت (43 کیلو کالری) در هر کیلوگرم تجاوز نمی کند. و بنابراین، وزن معادل یک مخزن گاز صدها کیلوگرم باتری باقی می ماند.

اگر نیاز به ساعت‌ها شارژ باتری‌ها، تعداد محدودی از چرخه‌های شارژ-دشارژ و در نتیجه عمر نسبتاً کوتاه و همچنین مشکلات دفع باتری‌های مستعمل را در نظر بگیریم، باید اعتراف کنیم. که وسیله نقلیه باتری-الکتریکی هنوز برای نقش حمل و نقل انبوه مناسب نیست.

اما زمان آن فرا رسیده است که بگوییم یک موتور الکتریکی می تواند انرژی را از نوع دیگری از منبع جریان شیمیایی - عناصر گالوانیکی - دریافت کند. معروف ترین آنها (به اصطلاح باتری ها) در گیرنده های قابل حمل و ضبط صدا، ساعت و چراغ قوه کار می کنند. عملکرد چنین باتری، درست مانند هر منبع جریان شیمیایی دیگر، بر اساس یک یا آن واکنش ردوکس است. و همانطور که از یک درس شیمی مدرسه مشخص است، با انتقال الکترون از اتم های یک ماده (عامل کاهنده) به اتم های یک ماده دیگر (عامل اکسید کننده) همراه است. این انتقال الکترون ها را می توان از طریق یک مدار خارجی مانند لامپ، ریزمدار یا موتور انجام داد و در نتیجه باعث کارکرد الکترون ها شد.

برای این منظور، واکنش ردوکس در دو مرحله انجام می شود - به اصطلاح به دو نیمه واکنش تقسیم می شود که به طور همزمان، اما در مکان های مختلف اتفاق می افتد. در آند، عامل احیا کننده الکترون های خود را رها می کند، یعنی اکسید می شود و در کاتد عامل اکسید کننده این الکترون ها را می پذیرد، یعنی احیا می شود. خود الکترون‌ها که از طریق یک مدار خارجی از کاتد به آند می‌آیند، کار مفیدی انجام می‌دهند. این فرآیند البته بی پایان نیست، زیرا هم عامل اکسید کننده و هم عامل احیا کننده به تدریج مصرف می شوند و مواد جدیدی را تشکیل می دهند. در نتیجه، منبع فعلی باید دور ریخته شود. با این حال، می توان به طور مداوم یا هر از گاهی محصولات واکنش تشکیل شده در آن را از منبع حذف کرد و در مقابل، معرف های جدید و بیشتری را وارد آن کرد. در این مورد، آنها به عنوان سوخت عمل می کنند و به همین دلیل است که چنین عناصری سوخت نامیده می شوند (به «علم و زندگی» شماره 9، 1990 مراجعه کنید).

اثربخشی چنین منبع جریانی در درجه اول با نحوه انتخاب خود معرف ها و حالت عملکرد آنها برای آن تعیین می شود. هیچ مشکل خاصی در انتخاب عامل اکسید کننده وجود ندارد، زیرا هوای اطراف ما بیش از 20٪ از یک عامل اکسید کننده عالی - اکسیژن تشکیل شده است. در مورد عامل کاهنده (یعنی سوخت)، وضعیت با آن تا حدودی پیچیده تر است: شما باید آن را با خود حمل کنید. و بنابراین، هنگام انتخاب آن، اول از همه باید از شاخص به اصطلاح جرم-انرژی - انرژی مفید آزاد شده در طی اکسیداسیون یک واحد جرم استفاده کنید.

هیدروژن از این نظر بهترین خواص را دارد و پس از آن برخی از فلزات قلیایی و قلیایی خاکی و سپس آلومینیوم قرار دارند. اما گاز هیدروژن قابل اشتعال و انفجار است و تحت فشار زیاد می تواند از فلزات نشت کند. فقط در دماهای بسیار پایین می توان آن را به مایع تبدیل کرد و ذخیره آن بسیار دشوار است. فلزات قلیایی و قلیایی خاکی نیز خطر آتش سوزی هستند و علاوه بر این، به سرعت در هوا اکسید شده و در آب حل می شوند.

آلومینیوم هیچ یک از این معایب را ندارد. همیشه با یک فیلم متراکم از اکسید پوشیده شده است، با تمام فعالیت شیمیایی خود تقریباً در هوا اکسید نمی شود. آلومینیوم نسبتا ارزان و غیر سمی است و نگهداری آن مشکلی ایجاد نمی کند. مشکل وارد کردن آن به منبع جریان نیز کاملاً قابل حل است: صفحات آند از فلز سوخت ساخته شده اند که به طور دوره ای با حل شدن جایگزین می شوند.

و در نهایت، الکترولیت. در این عنصر می تواند هر محلول آبی باشد: اسیدی، قلیایی یا شور، زیرا آلومینیوم با اسیدها و قلیاها واکنش می دهد و اگر فیلم اکسید آسیب ببیند، در آب نیز حل می شود. اما استفاده از الکترولیت قلیایی ترجیح داده می شود: انجام نیمه واکنش دوم - کاهش اکسیژن - آسان تر است. همچنین در یک محیط اسیدی کاهش می یابد، اما فقط در حضور یک کاتالیزور پلاتین گران قیمت. در یک محیط قلیایی، می توانید با یک کاتالیزور بسیار ارزان تر - کبالت یا اکسید نیکل یا کربن فعال، که مستقیماً به کاتد متخلخل وارد می شوند، کار را انجام دهید. در مورد الکترولیت نمک، هدایت الکتریکی کمتری دارد و منبع جریانی که بر اساس آن ساخته شده است تقریباً 1.5 برابر شدت انرژی کمتری دارد. بنابراین، استفاده از الکترولیت قلیایی در باتری‌های قوی خودرو توصیه می‌شود.

با این حال، معایبی نیز دارد که اصلی ترین آن خوردگی آند است. به موازات واکنش اصلی - مولد جریان - پیش می رود و آلومینیوم را حل می کند و با آزاد شدن همزمان هیدروژن آن را به آلومینات سدیم تبدیل می کند. درست است، این واکنش جانبی با سرعت کم و بیش قابل توجهی فقط در صورت عدم وجود بار خارجی رخ می دهد، به همین دلیل است که منابع جریان هوا-آلومینیوم - بر خلاف باتری ها و باتری ها - نمی توانند برای مدت طولانی در حالت آماده به کار شارژ شوند. در این مورد، محلول قلیایی باید از آنها تخلیه شود. اما در جریان بار معمولی، واکنش جانبی تقریباً نامحسوس است و راندمان آلومینیوم به 98٪ می رسد. الکترولیت قلیایی به خودی خود تبدیل به زباله نمی شود: پس از فیلتر کردن کریستال های هیدروکسید آلومینیوم از آن، این الکترولیت را می توان دوباره به داخل سلول ریخت.

یک اشکال دیگر برای استفاده از الکترولیت قلیایی در منبع جریان هوا-آلومینیوم وجود دارد: مقدار زیادی آب در طول عملیات آن مصرف می شود. این باعث افزایش غلظت قلیایی در الکترولیت می شود و می تواند به تدریج ویژگی های الکتریکی سلول را تغییر دهد. با این حال، محدوده غلظتی وجود دارد که در آن این ویژگی ها عملاً تغییر نمی کنند، و اگر در این محدوده کار می کنید، کافی است هر از گاهی آب به الکترولیت اضافه کنید. هیچ زباله ای به معنای معمول کلمه در حین کار یک منبع برق هوا-آلومینیوم تولید نمی شود. از این گذشته ، هیدروکسید آلومینیوم به دست آمده از تجزیه آلومینات سدیم به سادگی خاک رس سفید است ، یعنی محصول نه تنها کاملاً سازگار با محیط زیست است ، بلکه به عنوان ماده اولیه برای بسیاری از صنایع بسیار ارزشمند است.

مثلاً از آن است که آلومینیوم معمولاً ابتدا با حرارت دادن آن برای تولید آلومینا و سپس قرار دادن آلومینا مذاب در معرض الکترولیز تولید می شود. بنابراین، می توان یک چرخه صرفه جویی در منابع بسته برای بهره برداری از منابع برق هوا-آلومینیوم سازماندهی کرد.

اما هیدروکسید آلومینیوم نیز دارای ارزش تجاری مستقل است: در تولید پلاستیک و کابل، لاک، رنگ، شیشه، مواد منعقد کننده برای تصفیه آب، کاغذ، فرش های مصنوعی و مشمع کف اتاق ضروری است. در صنایع رادیو مهندسی و داروسازی، در تولید انواع جاذب ها و کاتالیزورها، در ساخت لوازم آرایشی و بهداشتی و حتی جواهرات استفاده می شود. از این گذشته، بسیاری از سنگ های قیمتی مصنوعی - یاقوت، یاقوت کبود، الکساندریت ها - بر اساس اکسید آلومینیوم (کورندم) به ترتیب با ناخالصی های جزئی کروم، تیتانیوم یا بریلیم ساخته می شوند.

هزینه "ضایعات" منبع جریان هوا-آلومینیوم کاملاً متناسب با هزینه آلومینیوم اصلی است و جرم آنها سه برابر بیشتر از جرم آلومینیوم اصلی است.

چرا، با وجود تمام مزایای ذکر شده منابع جریان اکسیژن-آلومینیوم، آنها برای مدت طولانی - تا پایان دهه 70 - به طور جدی توسعه نیافته بودند؟ فقط به این دلیل که آنها مورد تقاضای تکنولوژی نبودند. و تنها با توسعه سریع مصرف کنندگان خودمختار انرژی بر مانند هوانوردی و فضانوردی، تجهیزات نظامی و حمل و نقل زمینی، وضعیت تغییر کرد.

توسعه ترکیب‌های بهینه آند-الکترولیت با ویژگی‌های انرژی بالا در نرخ خوردگی کم آغاز شد، کاتدهای هوای ارزان با حداکثر فعالیت الکتروشیمیایی و عمر طولانی انتخاب شدند و حالت‌های بهینه هم برای عملیات طولانی‌مدت و هم برای زمان عملیات کوتاه محاسبه شد.

طرح هایی از نیروگاه ها نیز توسعه یافته است که علاوه بر منابع فعلی، تعدادی سیستم کمکی - تامین هوا، آب، گردش الکترولیت و تصفیه آن، کنترل حرارتی و غیره را شامل می شود. هر یک از آنها به خودی خود بسیار پیچیده است. و برای عملکرد عادی نیروگاه به طور کلی یک سیستم کنترل ریزپردازنده مورد نیاز بود که الگوریتم های عملکرد و تعامل را برای همه سیستم های دیگر تنظیم می کند. نمونه ای از ساخت یکی از تاسیسات مدرن هوا-آلومینیوم در شکل (صفحه 63) نشان داده شده است: خطوط ضخیم نشان دهنده جریان سیال (خطوط لوله) و خطوط نازک نشان دهنده اتصالات اطلاعاتی (سیگنال های سنسورها و فرمان های کنترلی هستند).

در سال های اخیر، موسسه هواپیمایی دولتی مسکو (دانشگاه فنی) - MAI، همراه با مجموعه تحقیقات و تولید منابع انرژی "انرژی جایگزین" - NPK IT "AltEN" طیف عملکردی کاملی از نیروگاه ها را بر اساس هوا-آلومینیوم ایجاد کرده است. عناصر. از جمله نصب آزمایشی 92VA-240 برای یک وسیله نقلیه الکتریکی. شدت انرژی آن و در نتیجه برد یک وسیله نقلیه الکتریکی بدون شارژ مجدد چندین برابر بیشتر از هنگام استفاده از باتری است - هم سنتی (نیکل-کادمیم) و هم تازه توسعه یافته (گوگرد- سدیم). برخی از ویژگی های خاص خودروی برقی با استفاده از این نیروگاه در تب رنگ مجاور در مقایسه با ویژگی های خودرو و خودروی برقی باتری دار نشان داده شده است. این مقایسه اما نیاز به توضیحی دارد. واقعیت این است که برای خودرو فقط جرم سوخت (بنزین) در نظر گرفته می شود و برای هر دو وسیله نقلیه الکتریکی جرم منابع جریان به طور کلی در نظر گرفته می شود. در این راستا باید توجه داشت که یک موتور الکتریکی به طور قابل توجهی وزن کمتری نسبت به موتور بنزینی دارد، نیازی به گیربکس ندارد و چندین برابر مصرف انرژی دارد. اگر همه اینها را در نظر بگیریم، معلوم می شود که سود واقعی خودروی فعلی 2-3 برابر کوچکتر، اما هنوز هم بسیار بزرگ خواهد بود.

نصب 92VA-240 مزایای دیگری - صرفاً عملیاتی - نیز دارد. شارژ مجدد باتری های آلومینیومی-هوا به هیچ وجه به پریز برق نیاز ندارد، بلکه به جایگزینی مکانیکی آندهای آلومینیومی مستعمل با آندهای جدید می رسد که بیش از 15 دقیقه طول نمی کشد. حتی جایگزین کردن الکترولیت برای حذف رسوب هیدروکسید آلومینیوم از آن آسان تر و سریعتر است. در ایستگاه «سوخت‌گیری»، الکترولیت مصرف‌شده بازسازی می‌شود و برای پر کردن مجدد وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می‌شود و هیدروکسید آلومینیوم جدا شده از آن برای بازیافت ارسال می‌شود.

علاوه بر نیروگاه وسایل نقلیه الکتریکی مبتنی بر عناصر هوا-آلومینیوم، همین متخصصان تعدادی نیروگاه کوچک ایجاد کرده اند (به «علم و زندگی» شماره 3، 1997 مراجعه کنید). هر یک از این تاسیسات را می توان حداقل 100 بار به صورت مکانیکی شارژ کرد و این تعداد عمدتا با طول عمر کاتد هوای متخلخل تعیین می شود. و عمر مفید این واحدها در حالت پر نشده به هیچ وجه محدود نیست ، زیرا در طول ذخیره سازی ظرفیت از دست نمی رود - تخلیه خود به خود وجود ندارد.

در منابع جریان هوا-آلومینیوم با قدرت کم، می توانید نه تنها از نمک قلیایی، بلکه از نمک خوراکی معمولی نیز برای تهیه الکترولیت استفاده کنید: فرآیندهای هر دو الکترولیت به روشی مشابه انجام می شود. درست است، شدت انرژی منابع نمک 1.5 برابر کمتر از منابع قلیایی است، اما آنها دردسر بسیار کمتری را برای کاربر ایجاد می کنند. الکترولیت موجود در آنها کاملاً ایمن است و حتی می توان به یک کودک اعتماد کرد که با آن کار کند.

منابع جریان هوا-آلومینیوم برای تامین انرژی لوازم خانگی کم مصرف در حال حاضر به صورت انبوه تولید شده اند و قیمت آنها کاملا مقرون به صرفه است. در مورد نیروگاه خودرو 92VA-240، در حال حاضر فقط در دسته آزمایشی وجود دارد. یکی از نمونه های آزمایشی آن با توان اسمی 6 کیلو وات (با ولتاژ 110 ولت) و ظرفیت 240 آمپر ساعت حدود 120 هزار روبل در قیمت های سال 1998 هزینه دارد. طبق محاسبات اولیه، این هزینه پس از راه اندازی تولید انبوه به حداقل 90 هزار روبل کاهش می یابد، که امکان تولید یک خودروی الکتریکی را با قیمتی نه چندان بالاتر از یک خودرو با موتور احتراق داخلی فراهم می کند. در مورد هزینه راه اندازی یک ماشین الکتریکی، اکنون کاملاً با هزینه کارکرد یک ماشین قابل مقایسه است.

تنها کاری که باید انجام دهید این است که یک ارزیابی عمیق تر و آزمایش گسترده انجام دهید و سپس در صورت مثبت بودن نتایج، عملیات آزمایشی را شروع کنید.

صاحبان پتنت RU 2561566:

این اختراع مربوط به منابع انرژی، به ویژه منابع جریان هوا-آلومینیوم است.

منبع جریان شیمیایی شناخته شده است (Pat. RU 2127932) که در آن الکترود آلومینیومی نیز با باز کردن قاب باتری و سپس نصب یک الکترود جدید جایگزین می‌شود.

عیب روش های شناخته شده قرار دادن الکترود در باتری این است که در طول دوره تعویض الکترود، باتری باید از مدار منبع تغذیه خارج شود.

یک باتری سوختی شناخته شده است (کاربرد RU 2011127181)، که در آن الکترودهای مصرفی به شکل نوارها از طریق بدنه باتری از طریق سرنخ های مهر و موم شده و سرنخ های مهر و موم شده کشیده می شوند زیرا آنها با استفاده از درام های برش تولید می شوند، که ورود الکترودهای مصرفی به باتری را تضمین می کند. بدون قطع کردن زنجیره تامین برق

عیب این روش شناخته شده این است که سرنخ های مهر و موم شده و سرنخ های مهر و موم شده هیدروژن آزاد شده در حین کار را از باتری حذف نمی کنند.

نتیجه فنی اختراع اطمینان از قرار دادن خودکار یک الکترود با افزایش سطح کار الکترود مصرفی در پیل سوختی بدون قطع زنجیره تامین انرژی و افزایش عملکرد انرژی پیل سوختی است.

این نتیجه فنی با این واقعیت به دست می آید که روش وارد کردن یک الکترود مصرفی به یک پیل سوختی هوا-آلومینیوم شامل حرکت الکترود مصرفی همانطور که در داخل بدنه پیل سوختی تولید می شود، به دست می آید. بر اساس این اختراع، از یک الکترود مصرفی به شکل سیم آلومینیومی استفاده می شود که روی یک شیار مارپیچ از میله ای با دیواره نازک ساخته شده از مواد آبگریز دی الکتریک پیچیده می شود و یک سر آن در حفره نازک قرار می گیرد. دیوار کشیده شده

میله از سوراخی در قسمت پایینی آن عبور می کند و حرکت الکترود مصرفی با پیچاندن یک میله جدار نازک به روکش های بدنه پیل سوختی که در دو طرف بدنه قرار دارد و از مواد آبگریز ساخته شده است انجام می شود. حفظ الکترولیت در داخل پیل سوختی و حذف هیدروژن آزاد شده از بدن آن در امتداد سطوح پیچی پوشش های آبگریز.

حرکت الکترود مصرفی که روی یک میله جدار نازک با یک شیار پیچ پیچیده شده است، در نتیجه پیچاندن آن به روکش هایی که از مواد آبگریز (فلوروپلاستیک، PS، لیاتیلن) ​​ساخته شده اند، رخ می دهد، در حالی که الکترولیت در داخل پیل سوختی باقی می ماند. و هیدروژن آزاد شده در حین کار از طریق سطوح پیچ از محفظه پیل سوختی خارج می شود.

ژنراتیکس استوانه ای برای الکترود مصرفی به شکل یک میله جدار نازک با یک شیار مارپیچ ساخته شده است که یک الکترود ساخته شده از سیم آلومینیومی روی آن پیچیده شده است. این میله از مواد دی الکتریک آبگریز ساخته شده است که به آن اجازه می دهد با الکترولیت تعامل نداشته باشد. میله ای با یک الکترود ساخته شده از سیم آلومینیومی، ناحیه فعال الکترود مصرفی را افزایش می دهد و در نتیجه ویژگی های انرژی (میزان جریان حذف شده) پیل سوختی آلومینیوم-هوا را افزایش می دهد.

ماهیت اختراع با نقاشی ها نشان داده شده است، جایی که:

در شکل 1 منبع جریان هوا- آلومینیوم را نشان می دهد.

در شکل 2 - نمای A در شکل. 1

در شکل 3 - نمای B در شکل. 1.

پیل سوختی هوا آلومینیوم شامل یک محفظه فلزی 1 با سوراخ های 2 برای عبور هوا به مرز سه فاز، یک کاتد انتشار گاز 3، یک الکترولیت 4، 2 پوشش آبگریز 5 است که در دو طرف محفظه فلزی 1 قرار دارد. ، یک الکترود به شکل یک میله جدار نازک 6، یک سیم آلومینیومی 7 روی یک شیار پیچ پیچ خورده است.

همانطور که سیم آلومینیومی 7 مصرف می شود، خوردگی و غیرفعال شدن سطح الکترود رخ می دهد که منجر به کاهش مقدار جریان حذف شده و تضعیف فرآیند الکتروشیمیایی می شود. برای فعال کردن فرآیند، لازم است یک میله دیواره نازک، با یک شیار پیچ که در آن یک سیم آلومینیومی مصرفی پیچیده شده است، به درپوش های آبگریز 5 پیچ کنید. هیدروژن از طریق سطوح پیچ درپوش های آبگریز 5 آزاد می شود، در حالی که الکترولیت در داخل بدنه فلزی 1 پیل سوختی باقی می ماند.

این روش به شما امکان می دهد فرآیند جایگزینی آند (الکترود مصرفی) را در منبع جریان هوا-آلومینیوم (AAIT) بدون قطع شدن مدار منبع تغذیه و همچنین حذف هیدروژن آزاد شده در حین کار خودکار کنید.

روشی برای وارد کردن یک الکترود مصرفی به یک پیل سوختی هوا-آلومینیوم، از جمله حرکت الکترود مصرفی در حالی که در داخل بدنه پیل سوختی تولید می‌شود، که مشخصه آن این است که یک الکترود مصرفی به شکل یک سیم آلومینیومی استفاده می‌شود. روی شیار پیچی میله جدار نازک ساخته شده از ماده آبگریز دی الکتریک و یک سر آن که از سوراخی در قسمت پایینی آن به داخل حفره یک میله جدار نازک وارد می شود و حرکت الکترود مصرفی انجام می شود. با پیچاندن میله جدار نازک به روکش های محفظه پیل سوختی، واقع در دو طرف محفظه و ساخته شده از مواد آبگریز، اطمینان از حفظ الکترولیت در داخل پیل سوختی و حذف محفظه های هیدروژن آزاد شده از آن در امتداد پیل سوختی سطح پیچ درپوش های آبگریز

اختراعات مشابه:

اختراع حاضر مربوط به یک ژنراتور الکتریکی پیل سوختی است که به طور خاص به عنوان یک دستگاه پشتیبان در غیاب منبع تغذیه اصلی طراحی شده است.

اختراع حاضر مربوط به یک ژنراتور گاز برای تبدیل سوخت به گاز خالی از اکسیژن و/یا گاز غنی از هیدروژن است که می تواند در هر فرآیندی که نیاز به گاز تهی شده از اکسیژن و/یا گاز غنی از هیدروژن داشته باشد، ترجیحاً برای تولید گاز محافظ استفاده شود. یا کاهش گاز برای راه اندازی، خاموش شدن یا خاموش شدن اضطراری یک پیل سوختی اکسید جامد (SOFC) یا سلول الکترولیز اکسید جامد (SOEC).

این اختراع به فناوری پیل سوختی و به طور خاص به ماژول مونتاژ باتری های سلول سوختی اکسید جامد مربوط می شود. نتیجه فنی اطمینان از فشردگی، سهولت انتقال باتری/سیستم و بهبود عملکرد سیستم است.

این اختراع مربوط به نیروگاه هایی با سلول های سوختی پلیمری جامد (FC) است که در آن ها الکتریسیته به دلیل واکنش الکتروشیمیایی گاز هیدروژن با دی اکسید کربن و واکنش الکتروشیمیایی مونوکسید کربن با اکسیژن اتمسفر تولید می شود.

یک سیستم پیل سوختی (100) پیشنهاد شده است، شامل یک پیل سوختی (1) برای تولید نیرو با انجام یک واکنش الکتروشیمیایی بین یک گاز اکسیدان عرضه شده به یک الکترود اکسید کننده (34) و یک گاز سوختی عرضه شده به یک الکترود سوختی (67) ; یک سیستم تامین گاز سوخت (HS) برای تامین گاز سوخت به الکترود سوخت (67). و یک کنترل کننده (40) برای تنظیم سیستم تامین گاز سوخت (HS) برای تامین گاز سوخت به الکترود سوخت (67)، که در آن کنترل کننده (40) زمانی که سمت خروجی الکترود سوخت (67) باشد، تغییر فشار را انجام می دهد. بسته است، که در آن کنترل کننده (40) به طور دوره ای فشار گاز سوخت را در الکترود سوخت (67) بر اساس اولین پروفایل تغییر فشار تغییر می دهد تا در اولین نوسان فشار (PR1) تغییر فشار ایجاد کند.

این اختراع به روشی برای ساخت جداکننده فولادی فلزی برای پیل‌های سوختی مربوط می‌شود که نه تنها در مرحله اولیه، بلکه پس از قرار گرفتن در معرض دمای بالا و/یا رطوبت بالا در پیل سوختی برای مدت طولانی، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر تماس داشته باشد. دوره زمانی.

این اختراع مربوط به سلول های سوختی اکسید حالت جامد با قابلیت اصلاح داخلی است. یک پیل سوختی اکسید جامد معمولاً شامل یک کاتد، یک الکترولیت، یک آند و یک لایه کاتالیزور در تماس با آند است.

اختراع حاضر مربوط به یک غشای سرامیکی رسانای کاتیونی قلیایی است که حداقل بخشی از سطح آن با لایه ای از یک پلی الکترولیت رسانای کاتیونی آلی پوشیده شده است که در آب در pH پایه نامحلول و از نظر شیمیایی پایدار است.

این اختراع به منابع جریان شیمیایی با کاتد هوای انتشار گاز، آند فلزی و محلول های آبی الکترولیت ها مربوط می شود. منبع جریان فلز-هوا حاوی یک محفظه پر از الکترولیت، یک آند فلزی واقع در داخل آن و کاتدهای هوای انتشار گاز واقع در دو طرف آند فلزی است. در این حالت، کاتدهای هوای انتشار گاز دارای خمیدگی های عرضی مرکزی هستند و توسط جداکننده های متخلخل قابل نفوذ به الکترولیت، ساخته شده از ماده ای با مقاومت اهمی بالا، از آند فلزی جدا می شوند. آند فلزی به شکل متوازی الاضلاع مستطیلی است که با یک گوه جفت شده است و توسط گوه روی جداکننده های متخلخل ذکر شده پشتیبانی می شود. منبع جریان فلز-هوای پیشنهادی دارای ظرفیت ویژه افزایش یافته، ویژگی های پایدار و عمر مفید طولانی است، زیرا به فرد اجازه می دهد تا نسبت جرم بخش حل شونده آند فلزی را به حجم الکترولیت افزایش دهد و در نتیجه. شدت انرژی ویژه و زمان کارکرد منبع جریان بدون تعویض آند فلزی. 10 ill., 2 pr.

این اختراع به منابع انرژی مربوط می شود، یعنی روش هایی برای جایگزینی الکترود مصرفی در پیل سوختی هوا-آلومینیوم بدون قطع زنجیره تامین انرژی. یک الکترود مصرفی به شکل یک سیم آلومینیومی استفاده می شود که بر روی یک شیار پیچ از یک میله دیواره نازک ساخته شده از یک ماده آبگریز دی الکتریک پیچیده می شود. یک سر سیم از طریق سوراخی در قسمت پایینی آن وارد حفره میله جدار نازک می شود. الکترود مصرفی با پیچاندن یک میله جدار نازک به روکش های محفظه پیل سوختی که در دو طرف محفظه قرار دارد و از مواد آبگریز ساخته شده است حرکت داده می شود و از حفظ الکترولیت در داخل پیل سوختی و حذف هیدروژن آزاد شده اطمینان حاصل می شود. از بدنه آن در امتداد سطح پیچ پوشش های آبگریز. اثر: بهبود عملکرد انرژی پیل سوختی. 3 بیمار

این شرکت اولین شرکتی در جهان بود که باتری آلومینیومی-هوای مناسب برای استفاده در خودرو تولید کرد. باتری 100 کیلوگرمی Al-Air دارای انرژی کافی برای ارائه 3000 کیلومتر برد برای یک خودروی سواری جمع و جور است. Phinergy این فناوری را با سیتروئن C1 و نسخه ساده شده باتری (صفحات 50×500 گرمی، در یک جعبه پر از آب) به نمایش گذاشت. این خودرو با یک بار شارژ 1800 کیلومتر را طی کرد و فقط برای پر کردن ذخایر آب متوقف شد - یک الکترولیت مصرفی ( ویدئو).

آلومینیوم جایگزین باتری‌های لیتیوم یونی نمی‌شود (از پریز برق شارژ نمی‌شود)، اما مکملی عالی برای آنهاست. به هر حال، 95 درصد از سفرهایی که یک خودرو انجام می‌دهد در مسافت‌های کوتاه است، جایی که باتری‌های استاندارد کافی هستند. یک باتری اضافی در صورت تمام شدن باتری یا در صورت نیاز به سفر دور، پشتیبان را فراهم می کند.

یک باتری آلومینیومی هوا از طریق واکنش شیمیایی فلز با اکسیژن هوای اطراف جریان تولید می کند. صفحه آلومینیومی - آند. سلول از هر دو طرف با یک ماده متخلخل حاوی یک کاتالیزور نقره پوشیده شده است که CO2 را فیلتر می کند. عناصر فلزی به آرامی به Al(OH) 3 تجزیه می شوند.

فرمول شیمیایی واکنش به شکل زیر است:

4 Al + 3 O 2 + 6 H 2 O = 4 Al(OH) 3 + 2.71 V

این یک محصول جدید هیجان انگیز نیست، بلکه یک فناوری شناخته شده است. مدت طولانی است که توسط ارتش استفاده می شود، زیرا چنین عناصری چگالی انرژی فوق العاده بالایی دارند. اما قبلاً مهندسان نمی توانستند مشکل فیلتراسیون CO 2 و کربناته شدن همراه آن را حل کنند. شرکت Phinergy ادعا می کند که این مشکل را حل کرده است و در حال حاضر در سال 2017 امکان تولید باتری های آلومینیومی برای خودروهای الکتریکی (و نه تنها برای آنها) وجود خواهد داشت.

باتری های لیتیوم یون تسلا مدل S حدود 1000 کیلوگرم وزن دارند و برد 500 کیلومتر (در شرایط ایده آل، در واقع 180-480 کیلومتر) را ارائه می دهند. فرض کنید اگر آنها را به 900 کیلوگرم کاهش دهید و یک باتری آلومینیومی اضافه کنید، وزن ماشین تغییر نمی کند. برد باتری 10-20٪ کاهش می یابد، اما حداکثر مسافت پیموده شده بدون شارژ به 3180-3480 کیلومتر افزایش می یابد! می توانید از مسکو به پاریس بروید و هنوز چیزی باقی خواهد ماند.

از برخی جهات، این شبیه به مفهوم یک خودروی هیبریدی است، اما به یک موتور احتراق داخلی گران قیمت و حجیم نیاز ندارد.

نقطه ضعف این فناوری واضح است - باتری هوا-آلومینیوم باید در مرکز خدمات تعویض شود. احتمالاً سالی یک بار یا بیشتر. با این حال، این یک روش کاملا معمولی است. تسلا موتورز سال گذشته نشان داد که چگونه باتری های مدل S را می توان در 90 ثانیه تغییر داد ( ویدئوی آماتور).

از معایب دیگر مصرف انرژی تولید و احتمالاً قیمت بالا است. ساخت و پردازش باتری های آلومینیومی به انرژی زیادی نیاز دارد. یعنی از منظر زیست محیطی، استفاده از آنها تنها باعث افزایش مصرف کلی انرژی در کل اقتصاد می شود. اما مصرف بهینه‌تر توزیع می‌شود - از شهرهای بزرگ به مناطق دورافتاده با انرژی ارزان منتقل می‌شود، جایی که نیروگاه‌های برق آبی و کارخانه‌های متالورژی قرار دارند.

همچنین مشخص نیست که چنین باتری هایی چقدر قیمت دارند. اگرچه آلومینیوم به خودی خود یک فلز ارزان است، اما کاتد حاوی نقره گران قیمت است. فینرژی دقیقاً نمی گوید چگونه کاتالیزور ثبت اختراع خود را می سازد. شاید این یک فرآیند فنی پیچیده باشد.

اما با وجود تمام کاستی‌هایش، باتری آلومینیومی-هوای آن همچنان به عنوان یک افزودنی بسیار مناسب برای یک خودروی الکتریکی به نظر می‌رسد. حداقل به عنوان یک راه حل موقت برای سال های آینده (دهه ها؟) تا زمانی که مشکل ظرفیت باتری از بین برود.

در همین حال، فینرژی در حال آزمایش با "قابل شارژ" است.

شرکت فرانسوی رنو پیشنهاد می کند از باتری های آلومینیومی-هوای شرکت Phinergy در خودروهای الکتریکی آینده استفاده شود. بیایید نگاهی به دیدگاه آنها بیندازیم.

رنو تصمیم گرفته است به نوع جدیدی از باتری تکیه کند که می تواند برد را از یک بار شارژ هفت برابر افزایش دهد. با حفظ ابعاد و وزن باتری های امروزی. سلول های آلومینیوم-هوا (Al-air) چگالی انرژی فوق العاده ای دارند (8000 وات بر کیلوگرم، در مقابل 1000 وات بر کیلوگرم برای باتری های سنتی)، که آن را در طی واکنش اکسیداسیون آلومینیوم در هوا تولید می کنند. چنین باتری حاوی یک کاتد مثبت و یک آند منفی ساخته شده از آلومینیوم است و بین الکترودها یک الکترولیت مایع مبتنی بر آب وجود دارد.

توسعه دهنده باتری Phinergy گفت که پیشرفت زیادی در توسعه چنین باتری هایی داشته است. پیشنهاد آنها استفاده از یک کاتالیزور ساخته شده از نقره است که اجازه می دهد تا اکسیژن موجود در هوای معمولی به طور موثر مورد استفاده قرار گیرد. این اکسیژن با الکترولیت مایع مخلوط می شود و در نتیجه انرژی الکتریکی موجود در آند آلومینیوم آزاد می شود. اخطار اصلی "کاتد هوا" است که مانند غشایی در ژاکت زمستانی شما عمل می کند - اجازه عبور فقط O2 را می دهد، نه دی اکسید کربن.

تفاوت آن با باتری های سنتی چیست؟ دومی دارای سلول های کاملاً بسته است، در حالی که عناصر Al-air برای "محرک" واکنش به یک عنصر خارجی نیاز دارند. یک مزیت مهم این واقعیت است که باتری Al-air مانند یک ژنراتور دیزل عمل می کند - فقط زمانی که آن را روشن می کنید انرژی تولید می کند. و وقتی هوای چنین باتری را قطع می کنید، تمام شارژ آن در جای خود باقی می ماند و مانند باتری های معمولی با گذشت زمان از بین نمی رود.

باتری Al-air در حین کار از یک الکترود آلومینیومی استفاده می کند، اما می توان آن را مانند کارتریج در چاپگر قابل تعویض ساخت. شارژ باید هر 400 کیلومتر انجام شود؛ این شامل اضافه کردن الکترولیت جدید است که بسیار ساده تر از انتظار برای شارژ یک باتری معمولی است.

فینرژی قبلاً یک سیتروئن C1 الکتریکی ساخته است که به باتری 25 کیلوگرمی با ظرفیت 100 کیلووات ساعت مجهز شده است. ذخیره انرژی 960 کیلومتری دارد. این خودرو با موتور 50 کیلووات (حدود 67 اسب بخار) به سرعت 130 کیلومتر در ساعت می رسد و در 14 ثانیه به صدها می رسد. باتری مشابهی نیز روی رنو زو در حال آزمایش است، اما ظرفیت آن 22 کیلووات ساعت، حداکثر سرعت خودرو 135 کیلومتر در ساعت، 13.5 ثانیه تا "صدها"، اما تنها 210 کیلومتر ذخیره انرژی است.

باتری‌های جدید سبک‌تر، نصف قیمت نسبت به باتری‌های لیتیوم یونی و در آینده آسان‌تر از باتری‌های مدرن هستند. و تاکنون تنها مشکل آنها الکترود آلومینیومی است که ساخت و جایگزینی آن دشوار است. به محض حل این مشکل، می توان با خیال راحت منتظر موجی از محبوبیت بیشتر برای وسایل نقلیه الکتریکی بود!

• ، 20 ژانویه 2015