Хімічні джерела струму з алюмінієвим анодом. Нові батареї від Phinergy - революція чи ...? Комбіновані джерела струму
Французька компанія Renault пропонує використовувати в майбутніх електромобілях алюмінієво-повітряні батареї від Phinergy. Давайте поглянемо на їх перспективи.
Renault вирішило зробити ставку на новий тип акумулятора, який може дозволити збільшити дальність пробігу від однієї зарядки в сім разів. При збереженні габаритів і ваги сьогоднішніх батарей. Алюмінієво-повітряні (Al-air) елементи мають феноменальну щільність енергії (8000 Вт / кг, проти 1000 Вт / кг у традиційних батарей), виробляючи її при реакції окислення алюмінію в повітрі. Така батарея містить в собі позитивний катод і негативний анод, зроблений з алюмінію, а між електродами міститься рідкий електроліт на водяній основі.
Компанія розробник батарей Phinergy заявила, що досягла великого прогресу в розвитку подібних батарей. Їх пропозиція - використовувати каталізатор, виготовлений зі срібла, який дозволяє ефективно задіяти кисень, що міститься в звичайному повітрі. Цей кисень змішується з рідким електролітом, і тим самим звільняє електричну енергію, яка міститься в алюмінієвому аноді. Головний нюанс полягає в «повітряному катоді», який діє як мембрана в вашій зимовій куртці - пропускає тільки О2, а не вуглекислий газ.
У чому відмінність від традиційних батарей? У останніх повністю закриті осередки, в той час як Al-air елементам потрібен зовнішній елемент, «Запускає» реакцію. Важливим плюсом є той факт, що Al-air батарея діє як дизель-генератор - вона виробляє енергію тільки тоді, коли ви її включили. А коли ви «перекрили повітря» такої батареї, весь її заряд залишається на місці і не зникає з часом, як у звичайних акумуляторів.
В процесі роботи Al-air батареї використовується алюмінієвий електрод, але його можна зробити замінним, як картридж в принтері. Зарядку потрібно робити кожні 400 км, вона буде полягати в доливанні нового електроліту, що набагато простіше, ніж чекати, поки зарядиться звичайна батарея.
Компанія Phinergy вже створила електричний Citroen C1, який обладнаний 25 кг батареєю ємністю 100 кВтг. Вона дає запас ходу в 960 км. З мотором потужністю в 50 кВт (близько 67 кінських сил), Машина розвиває швидкість в 130 км / ч, розганяється до сотні за 14 секунд. Подібна батарея також тестується на Renault Zoe, але її ємність - 22 кВтг, максималка у машини - 135 км / ч, 13.5 сек до "сотні", але тільки 210 км запасу ходу.
Нові батареї легше, в два рази дешевше, ніж літій-іонні і в перспективі простіше в експлуатації, ніж сучасні. І поки що, єдина їх проблема - це алюмінієвий електрод, який складний у виробництві і заміні. Як тільки ця проблема вирішиться - можна сміливо очікувати ще більшої хвилі популярності електромобілів!
- , 20 Січ 2015
Батареї це пристрої, що перетворює хімічну енергію в електричну енергію. Вони мають 2 електрода, між ними йде хімічна реакція, яку використовують або виробляють електрони. Електроди пов'язані між собою розчином званим електролітом, за допомогою якого іони можуть переміщатися, здійснюючи електричний ланцюг. Електрони утворюються на аноді і можуть проходити через зовнішній ланцюг на катод, це рух електронів електричного струму, які можуть бути використані для здійснення роботи простих пристроїв.
У нашому випадку батарея може бути сформована за допомогою двох реакцій: (1) реакції з алюмінієм, який генерує електрони на один електрод, і (2) реакції з киснем, що використовує електрони на іншому електроді. Щоб допомогти електронам в батареї, отримати доступ до кисню в повітрі, ви можете зробити другою електродом матеріал, який може проводити електрику, але не є активним, наприклад вугілля, який складається в основному з вуглецю. Активоване вугілля дуже пористий і це часом призводить до великої площі поверхні, яка підводиться впливу атмосфер. Один грам активованого вугілля може бути більшою площею, ніж ціле футбольне поле.
У цьому досвіді ви можете побудувати акумулятор, Який використовує ці дві реакції і найдивовижніше, що ці батареї можуть живити невеликий мотор або лампочку. Для цього вам знадобиться: алюмінієва фольга, ножиці, активоване вугілля, металеві ложки, паперові рушники, сіль, маленька чашечка, вода, 2 електричних дроти з зажимами на кінцях і невелике електричний пристрій, таке як двигун або світлодіод. Відріжте шматочок алюмінієвої фольги розміром, що складе приблизно 15х15см., Підготуйте насичений розчин, суміш солі в невеликій чашці з водою поки сіль не перестане розчинятися, складіть паперовий рушник на чверть і просочіть його розсолом. Покладіть цей рушник на фольгу, додайте близько ложки активованого вугілля на вершину паперового рушника, налийте розсіл на вугілля, щоб змочити його. Будьте впевнені, що вугілля є мокрим всюди. Щоб не торкатися до води безпосередньо ви повинні міть 3 шари як в бутерброді. Підготуйте свої електричні пристрої для використання, один кінець електричного дроту прикріпіть до завантаження, а інший кінець дроту підключимо до алюмінієвої фользі. Щільно пригорнемо другий провід до купи вугілля і дивимося, що відбувається, якщо акумулятор працює нормально, то цілком ймовірно, що вам знадобиться ще один елемент для включення вашого пристрою. Спробуйте збільшити площу контакту між вашим проводом і деревним вугіллям, склавши батарею і сильно стиснувши. Якщо ви використовуєте двигун, ви також можете йому допомогти стартонути крутанув вал пальцями.
Перша сучасна електрична батарея була зроблена з ряду електрохімічних осередків і називається вольта стовпом. Повторіть крок перший і третій, щоб побудувати додатковий алюмінієво-повітряний елемент, З'єднавши 2 або 3 повітряно-алюмінієвих елемента один з одним ви отримаєте більш потужний акумулятор. Використовуйте мультиметр для вимірювання напруги і струму отриманого з вашої батареї.
Як потрібно змінити вашу батарею, щоб вона стала давати більшу напругу або більший струм - розрахуйте вихідну потужність від вашого акумулятора шляхом твори його напруги і струму. Спробуйте підключити й інші пристрої до вашого акумулятора.
Phinergy, ізраїльський стартап, продемонстрував алюміній-повітряний акумулятор, який здатний живити електромобіль до 1000 миль (1609 км). На відміну від інших метал-повітряних батарей, про які ми писали в минулому, алюміній-водушная батарея Phinergy споживає алюміній як паливо, таким чином надаючи приріст енергії в такій кількості, що впору змагатися з газом або дизелем. Phinergy заявляє, що підписали контракт з глобальним автовиробником для " масового виробництва"Батарей в 2017 році.
Метал-повітряні батареї аж ніяк не нова ідея. Цинк-повітряні батареї широко використовуються в слухових апаратах, і поетнціально здатні допомогти с. IBM зайняті роботою над літій-повітряної батареєю, яка, як і у Phinergy, націлена на тривале постачання. В останні місяці з'ясувалося, що натрій-повітряні батареї також мають право на життя. У всіх трьох випадках, повітря - той самий компонент, який робить батареї такими бажаними. У звичайній батарейці, хімічна реакція виключно внутрішнього характеру, тому вони, як правило, дуже щільні і важкі. В метал-повітряних батареях, енергія виходить шляхом окислення металу (літію, цинку, алюмінію) киснем, оточуючим нас, а не укладеного в батареї. В результаті виходить більш легка і проста батарея.
Алюміній-повітряна батарея Phinergy є новинкою з двох причин: по-перше, компанія, очевидно, знайшла спосіб запобігання корозії алюмінію вуглекислим газом. По-друге, батарея насправді харчується алюмінієм, як паливом, повільно перетворюючи простий алюміній в діоксид алюмінію. Прототип алюміній-повітряної батареї Phinergy складається з як мінімум 50 алюмінієвих пластин, кожна з яких надає енергію на 20 миль їзди. Після 1000 миль, пластини необхідно механічно перезарядити - евфемізм простому фізичному видалення пластин з батареї. Алюміній-повітряні батареї необхідно поповнювати водою кожен 200 миль, щоб відновити рівень електроліту.
Залежно від вашої точки зору, механічна зарядка і прекрасна, і жахлива. З одного боку, ви даєте машині життя ще на 1000 миль, грубо кажучи, помінявши батарейку; з іншого боку, купувати нову батарею для кожної тисячі миль, м'яко кажучи, не дуже економно. В ідеалі, це все, швидше за все, опуститься до питання ціни акумулятора. З огляду на сьогоднішній ринок, кілограм алюмінію коштує $ 2, а набір з 50 пластин в 25 кг. Шляхом нескладних підрахунків, отримуємо, що "перезарядка" машини обійдеться в $ 50. $ 50 за поїздку на 1000 миль це, по правді кажучи, непогано, при порівнянні з $ 4 за галон газу, якого вистачить на 90 миль. Діоксид алюмінію можна переробляти назад в алюміній, однак, це не дешевий процес.
Майже тридцятирічний пошук шляхів вдосконалення алюміній-іонного акумулятора наближається до свого фіналу. Перший акумулятор з алюмінієвим анодом, здатний швидко заряджається, при цьому недорогий і довговічний, розробили вчені з Стенфордського університету.
Дослідники впевнено заявляють, що їх дітище цілком може стати безпечною альтернативою літій-іонним акумуляторам, усюди застосовується сьогодні, а також лужним батареям, які екологічно шкідливі.
Не зайвим буде згадати, що літій-іонні акумулятори часом займаються. Професор хімії Хонгжі Дай впевнений, що його нова батарея не займеться, навіть якщо просвердлити її наскрізь. Колеги професора Дайя охарактеризували нові акумулятори як «надшвидкої акумуляторні алюміній-іонні акумулятори».
З огляду на низьку вартість, пожежної безпеки, і здатності створювати значну електроємність, алюміній вже давно привернув увагу дослідників, проте багато років пішли на створення комерційно життєздатною алюміній-іонної батареї, яка могла б виробляти достатню напругу навіть після багатьох циклів заряду-розряду.
Вченим потрібно було подолати багато перешкод, в числі яких: розпад матеріалу катода, низька напруга розряду осередку (близько 0,55 вольт), втрата ємності і недостатній життєвий цикл (менше 100 циклів), швидка втрата потужності (від 26 до 85 відсотків через 100 циклів).
Тепер же вчені представили акумуляторну батарею на основі алюмінію з високою стабільністю, в який вони використовували металевий анод з алюмінію в парі з катодом з тривимірною графітової піни. До цього було перепробувано багато різних матеріалів для катода, і рішення на користь графіту було знайдено зовсім випадково. Вчені з групи Хонгжі Дайя визначили кілька типів графітового матеріалу, які показують досить високу продуктивність.
У своїх експериментальних зразках, команда Стенфордського університету помістила алюмінієвий анод, графітовий катод, і безпечний рідкий іонний електроліт, що складається в основному з розчинів солей, в гнучкий полімерний пакет.
Професор Дай і його група записали відео, де показали, що навіть якщо просвердлити оболонку, їх акумулятори все одно будуть продовжувати працювати деякий час і не займуться.
Важливою перевагою нових акумуляторів є їх ультрашвидкий зарядка. Зазвичай літій-іонні акумулятори смартфонів заряджаються протягом декількох годин, в той час, як прототип нової технології демонструє безпрецедентну швидкість зарядки до однієї хвилини.
Довговічність нових батарей особливо вражає. Ресурс батареї становить більше 7500 циклів заряду-розряду, причому без втрати потужності. Автори повідомляють, що це перша модель алюміній-іонних батарей, з ультрашвидкий зарядкою, і стабільністю в тисячі циклів. А типовий літій-іонний акумулятор витримує лише 1000 циклів.
Примітною особливістю алюмінієвої батареї є її гнучкість. Акумулятор можна згинати, що говорить про потенційну можливість його застосування в гнучких гаджетах. Крім усього іншого, алюміній значно дешевше літію.
Перспективним бачиться використання таких батарей для зберігання відновлюваної енергії з метою її резервування для подальшого забезпечення електричних мереж, оскільки за останніми даними вчених, алюмінієву батарею можна заряджати десятки тисяч разів.
Всупереч масово використовуваним елементам АА і ААА напругою 1,5 вольт, алюміній-іонний акумулятор генерує напруга близько 2 вольт. Це найвищий з показників, яких будь-хто домігся з алюмінієм, причому в перспективі цей показник буде покращено, заявляють розробники нових акумуляторів.
Досягнуто щільність зберігання енергії 40 Вт-год на кілограм, а у цей показник досягає 206 Вт-годину на кілограм. Однак поліпшення катодного матеріалу, впевнений професор Хонгжі Дай, врешті-решт призведе як до збільшення напруги, так і до підвищення щільності зберігання енергії в акумуляторах алюміній-іонної технології. У будь-якому випадку, ряд переваг перед літій-іонною технологією вже досягнуто. Тут і дешевизна, що поєднується з безпекою, і високошвидкісна зарядка, і гнучкість, і тривалий термін служби.
