Воздух в батарее: Ошибка 404 – ВсеИнструменты.ру.

Содержание

Что делать, если тепло дали, а оно в квартиру не дошло? Удаляем воздушную «пробку»

Отопительный сезон начался, в некоторых квартирах батареи уже теплые, в остальных станут теплыми в ближайшие дни. И снова народ массово столкнется с завоздушенными батареями. Напомним, что такое воздушная пробка и как с ней быть.

Фото: vipmods.ru

Как определить, что батарея завоздушена?

Признаков два. Первый: вчера батарея была горячая, сегодня — почти холодная. Или частично холодная. Второй: другие батареи в квартире горячие, а одна (реже — две) едва теплые.

Увы, оба признака не гарантируют на сто процентов, что проблема именно в воздушной пробке в батарее. Но если в ней, можно ее «стравить» и без специалистов.

Фото:otivent.com

В обычных батареях есть специальный клапан. В новых моделях его легко открутить отверткой, в старых радиаторных — сантехническим ключом. Перед тем, как начнете откручивать, подготовьте емкость для воды и большую тряпку (на случай, если что-то пойдет не так, ее стоит постелить на пол под батареей).

Открыв термостат (если он есть) до максимального уровня, нужно открыть клапан и подставить емкость.

Откручивать резко не стоит — если воздуха нет, а вода в батарее под давлением, зальете полквартиры. Появление легкого шипения и будет означать, что воздух выходит. Клапан держат открытым до тех пор, пока не потечет вода и только после этого закрывают.

В общем, ничего сложного. Но проблемы с батареями могут появится вновь. Так что некоторым жильцам (особенно верхних этажей) может понадобится спускать воздух дважды.

Не все в наших силах

Эксперты отмечают: после подачи тепла в каждом десятом стояке образовываются воздушные пробки. В среднем коммунальникам нужно 10 дней для проведения работ по развоздушиванию и наладке систем автоматического регулирования теплоснабжения.

— Бывает, в одной комнате батареи теплее, чем в другой, — рассказал агентству «Минск-Новости» директор ЖЭУ № 4 Советского района Валерий Найден.

—  Это нормально: первый радиатор нагревается более горячей водой, которая подается («подача»), второй — водой, которая возвращается («обратка»). Есть квартиры, в частности 1−2-комнатные, где все батареи на «подаче», они быстро прогреваются до нужной температуры. В 3−4-комнатных могут быть батареи и на «подаче», и на «обратке», значит, есть вероятность, что в каком-то стояке соберется воздух, и одни комнаты прогреются сразу, а другие позже. По некоторым проблемным домам, где кроме завоздушивания отсутствует циркуляция либо у теплосетей недостаточно давления, регулировка внутридомовой системы отопления может быть выполнена к концу указанного 10-дневного срока.

Коммунальники рекомендуют, если дом на балансе у ЖЭУ, а отопление вызывает подозрение, обращаться к хаус-мастерам (их номера телефонов должны быть указаны на табличке возле каждого подъезда). В домах с Товариществами собственников проще: заявку можно оставить в журнале ТС.

Правда ли, что батареи «сушат» воздух — Wonderzine

Текст: Адэль Мифтахова

ОТВЕТЫ НА БОЛЬШИНСТВО ВОЛНУЮЩИХ НАС ВОПРОСОВ мы привыкли искать онлайн. В новой серии материалов задаём именно такие вопросы: животрепещущие, неожиданные или распространённые — профессионалам в самых разных сферах.

Когда батареи начинают работать, кремом мазаться хочется всё чаще, а пить — всё больше. Принято считать, что отопление делает воздух суше: раз мокрые варежки высыхают на батарее, то и эффект на воздух должен быть похож. При этом по законам физики холодный воздух суше горячего. Как же дела обстоят на самом деле? Мы узнали у экспертов.

кандидат технических наук

Воздух может удерживать в себе определённое количество водяного пара — и это количество называется абсолютной влажностью. Она зависит от температуры: чем теплее воздух, тем больше водяного пара он может удержать, то есть абсолютная влажность растёт по мере повышения температуры. Например, при температуре 20 градусов в одном кубометре воздуха может находиться максимум 17 грамм воды в виде пара, а при температуре 0 градусов — около 5 грамм.

 

Другая мера содержания влаги в воздухе — «относительная влажность». Этот параметр измеряется в процентах и показывает, сколько в воздухе содержится воды от максимально возможного при данной температуре количества. Если проще, то это разница между тем, насколько воздух влажный сейчас, и тем, настолько влажным он может быть при данной температуре. Именно относительная влажность сказывается на наших ощущениях: чем она ниже (то есть чем больше разница между максимально возможной и фактической влажностью), тем более сухим ощущается воздух.

Так что же происходит зимой и почему воздух в помещениях в холодный период становится суше? Дело в том, что зимой «уличный» воздух сильно охлаждён и может удерживать в себе лишь небольшое количество воды. Когда он попадает в помещение (а он всегда попадает, иначе вам было бы нечем дышать), он нагревается и становится способен удержать в себе больше воды — но её фактическое содержание не меняется. В результате разница между тем, сколько воды он может удержать, и тем, сколько в нём есть сейчас, становится больше, то есть относительная влажность падает, и воздух воспринимается как более сухой.

Если воздух содержит максимальное количество влаги для текущей температуры, то относительная влажность равна 100 %. Представьте себе, что на улице ноль и воздух со стопроцентной влажностью попадает в тёплую комнату. Фактическое содержание воды в нём не меняется, но после нагрева до комнатной температуры падает относительная влажность — она составит всего 27 %. Из-за этого вода из кожи начинает испаряться, а у нас возникает ощущение сухости. Получается, что разница температур в связи с отоплением и правда приводит к снижению абсолютной влажности воздуха, хотя и косвенно. 

автор блога «Don’t touch my face»

Как сказал Василий, воздух во многом становится суше из-за инфильтрации, то есть проникновения воздуха с улицы. Но это не значит, что нужно герметично заклеивать окна, чтобы его избежать. Наоборот, помещения нужно часто проветривать, особенно если кто-нибудь в доме болеет, да и изолировать все мельчайшие щели просто не получится.  

Что можно делать, чтобы сделать свою жизнь комфортнее? Во-первых, очень поможет увлажнитель воздуха. Благодаря ему кожа и слизистые будут испарять меньше воды, и это поможет справиться с ощущением обезвоженности или чувством песка в глазах по утрам. Правда, важно убедиться, что в квартире нет холодных непроветриваемых областей — вроде участка стены за шкафом. При дополнительном увлажнении воздуха в таких местах вода начнёт конденсироваться, и может даже начать расти плесень.

Во-вторых, помогает интенсивное увлажнение, и ухаживающие средства нужно наслаивать. Увлажняющие компоненты делятся на водоудерживающие и запирающие. Первые — это те, которые насыщают кожу водой. Это глицерин, гиалуроновая кислота, мочевина, бутиленгликоль и так далее. Средства с ними обычно очень жидкие — всевозможные тоники, лосьоны, эссенции, сыворотки. На упаковках нужно искать надписи вроде «hydrating», «moisturizing», «aqua» и так далее — в общем, всё, что связано с водой.

Запирающие ингредиенты — это масла, маслоподобные вещества и силиконы. Они создают своеобразный барьер, из-за которого вода из кожи испаряется медленнее. Средства с ними могут быть в формате кремов, бальзамов или масел. Зимой особенно полезно выбирать те, на которых написано «barrier repair» и «replenishing». Они не только запирают воду в коже, но и помогают поддерживать собственные защитные функции кожи.

Порядок действий такой: сначала на влажную кожу нужно нанести средство с водоудерживающими компонентами. Кожа должна быть влажной, чтобы водоудерживающим компонентам было откуда взять воду. Если в ванной и так влажный воздух, то это не требуется — хотя и не повредит. Если наносить такие средства на сухую кожу в сухом воздухе, то увлажнять они будут не кожу, а воздух. Потом, когда первое средство почти полностью впитается, нужно нанести свой обычный крем, в котором много запирающих компонентов.

Едва ли кто-то будет наносить два средства на тело, поэтому тут рекомендация такая: нужно использовать как можно более мягкий гель для душа, желательно из линий для сухой и атопичной кожи.

А сразу после ещё на влажную кожу наносить любой крем, которым вы пользуетесь. Нужно только, чтобы в нём были оба вида увлажняющих компонентов.

Фотографии: RTimages — stock.adobe.com, Rozetka

Спускаем воздух из батарей отопления

Содержание статьи

В начале отопительного сезона, при заполнении труб, в систему отопления поступит воздух. Приходящий из теплотрассы, на которой в течение летнего периода происходили ремонтно-профилактические работы. Да и в доме остались завоздушенные участки во время опрессовки и промывки. Раньше, для удаления воздушных пробок, на чердаках, простым краном в наивысших точках системы отопления, сливали теплоноситель вместе с воздухом, подсоединяя шланг.

Теплоноситель дорог, и слив – непростительная роскошь, приводящая к уплате нешуточных штрафов. Для стравливания воздуха в системе необходима установка воздухоотводчиков. Кран Маевского и автоматический воздухоотводчик, будут лучшими вариантами.

Кран Маевского Автоматический воздухоотводчик

Кран Маевского

Это обыкновенный игольчатый клапан, с двухмиллиметровым отверстием для выхода воздуха. Устанавливается на батареях отопления, внутри квартир.

Кран маевского на батареи отопления

Если при запуске отопления квартирный стояк прогрет, а батарея полностью, или только верхняя часть остаётся холодной – виновата воздушная пробка. Для спуска необходимо плоской отвёрткой, или специальным ключом повернуть винт по часовой стрелке (отверстие воздухоотводчика должно смотреть в безопасную от вас сторону). Воздух начнет выходить. Дождитесь, пока не  пойдёт вода. Теперь винт нужно закрыть. Если спустя полчаса батарея не прогрелась, необходимо всё повторить.

Автоматический воздухоотводчик

Состоит из корпуса, с пластиковым поплавком. Воздух поднимает поплавок вверх, который, посредством коромысла открывает отверстие для его выхода. После поплавок опускается и закрывает отверстие.

Продается с защитным колпачком. Снимать его не обязательно – достаточно просто ослабить.

Наиболее эффективен в домах, где отопление смонтировано с нарушением, и воздух постоянно подсасывается.

Сложнее, когда  прогревается часть дома – часть стояков остаются холодными. Скопившийся воздух препятствует протоку теплоносителя. В этом случае в наивысшей точке дома — на чердаке резонно установить автоматический воздухоотводчик. В нашем примере он находится на крыловых трубах типовой пятиэтажной «хрущёвки» с так называемым «верхним розливом» теплоносителя. Так называется подача тепла вверх по одной центральной трубе, и опускание по обратным трубам – стоякам.

Автоматический воздухоотводчик на чердаке

Проблемы создают стояки, наладить подачу тепла, по которым, не удаётся в течение длительного времени. В этом случае, в такой стояк желательно врезать автоматический воздухоотводчик. Для этого не нужно перекрывать отопление всего дома. На показана врезка с воздухоотводчиком, при помощи хомута с резьбовым отводом, диаметром в полдюйма.

Врезка с воздухоотводчиком

Районные котельные не заинтересованы в завоздушивании домов и трасс, в процессе подачи тепла. В котельных применяются воздухоотводчики такой же конструкции, но большего размера. Устанавливают их, как в наивысших точках и компенсаторах, так и на трубах, по которым теплоноситель подаётся на сетевые насосы. Воздух, внутри насоса, приводит к поломке, крыльчатки насоса.

Воздухоотводчик на трубах к сетевым насосам

Автоматические воздухоотводчики работают в течение отопительного сезона, беспрестанно выгоняя воздух из теплосистемы, образовавшийся в результате аварийных или плановых работ на теплотрассе.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Понравилась статья?

Поделиться с друзьями:

Подпишитесь на новые

Как продуть батареи отопления — воздух в системе отопления

Система отопления имеет один большой недостаток – частое присутствие воздуха в сети, который может находиться в любом месте. Воздух препятствует нормальной циркуляции теплоносителя, в результате чего теплоотдача радиаторов ухудшается. Чтобы избежать различных проблем, связанных с возникновением воздушных пробок, нужно знать, как продуть батареи отопления.

Причины появления воздуха в системе отопления

Воздух в системе

Воздушными пробками в системе водяного отопления удивить весьма сложно. С наступлением отопительного сезона и заполнением сети горячей водой во многих квартирах, размещенных на верхних этажах, батареи часто остаются холодными, в то время когда помещения снизу нагреваются полноценно. Если система закольцована, то весь стояк будет холодным. Причина такого явления известна и заключается она в скоплении в системе отопления воздуха. Причин для его появления существует много:

  • Проведение работ по ремонту отдельного участка сети, при котором происходит демонтаж и монтаж трубопроводов и элементов, врезанных в сеть. Попадание воздуха в систему в этом случае является вполне естественным.
  • Во время сборочных работ магистральной линии не был соблюден угол уклона.
  • Наличие пониженного давления в системе, при котором происходит падение уровня воды, в результате чего в незаполненные водой места попадает воздух.
  • Когда вода нагревается, в среде появляются пузыри воздуха. Так как воздух легче воды, то он поднимается и сосредотачивается в батареях и верхних участках сети. Таким образом создаются воздушные пробки.
  • Процесс заполнения системы проходит не по правилам. Сеть нужно наполнять горячей водой в медленном режиме с параллельным спуском воды из отопительной системы.
  • Плохая герметичность стыков и соединений элементов сети. Теплоноситель в этих проблемных местах понемногу незаметно подтекает и испаряется, а воздух засасывает внутрь.
  • Из-за неисправности возможна неудовлетворительная работа приборов воздухозабора.
  • Подсоединение к системе отопления «теплого пола», сеть которого расположена с перепадом высот.

Методы развоздушивания

Выпуск воздуха

Часто в системах отопления в квартире или доме наблюдаются одна или сразу несколько вышеперечисленных проблем. Их надо решать и выпускать воздух, чтобы батареи нормально нагревались и отдавали тепло комнатам. Операцию по выпуску воздуха из сети можно осуществлять разными методами. Во многом выбранный способ зависит от вида циркуляции горячей воды: принудительной или естественной.

  • В отопительной системе с естественной циркуляцией, которая устраивается при верхней разводке труб, от нежелательного воздушного затора можно избавиться при помощи расширительного бака. Он располагается на самой высокой отметке по сравнению со всей сетью. Подающую трубу нужно проложить с подъемом к расширительной емкости. Если разводка труб нижняя, схема развоздушивания происходит таким же образом, как в системах отопления, которые оборудованы циркуляционным агрегатом.
  • Если в системе отопления используется принудительная циркуляция, то в самой верхней точке монтируется воздухосборник, через который выпускается воздух. При таком режиме трубопровод по направлению движения горячей воды постепенно поднимается вверх, а воздушные пузырьки выпускаются через воздушные краны. Эти приборы всегда монтируют в точках, расположенных в самом верху сети. В случае необходимости ремонта, при котором происходит опорожнение системы, обратный трубопровод по всей своей длине устраивается с уклоном, способствующему сливу воды.
Обязательно наличие наклона

Типы воздухоотводчиков

Воздухоотводчики разделяют на автоматические и ручные. Ручные воздухоотводчики в быту называют кранами Маевского. Это приборы небольших размеров, которые устанавливаются в верхнем конце батареи. Обычно регулировка крана осуществляется вручную или же с использованием отвертки или ключа. Так как устройство малогабаритное, то и производительность низкая. Применение его локально – преимущественно для выпуска воздуха из радиатора отопления.

Автоматический и кран Маевского

Воздухоотводчики второго вида работают без вмешательства извне и являются автоматическими. Они монтируются как на горизонтальных, так и на вертикальных участках сети. Такие устройства высокопроизводительны, но так как они сильно страдают от грязной воды, то устанавливаются в комплекте с фильтрами, причем как на трубопроводах подачи, так и на обратных. Автоматические приборы монтируются в закрытых системах отопления по длине трубопровода в разных местах. При таком варианте выпуск воздуха из каждого узла происходит отдельно. Развоздушивание системы на разных ступенях считается достаточно продуктивным. Если трубы прокладывать под определенным углом, выпуск воздуха будет происходить автоматически. Все просто и легко.

Обратите внимание! Выход воздуха из системы происходит за счет увеличения поступления количества теплоносителя и поднятия давления в сети. Если давление воды в системе падает, значит, трубы и устройства плохо загерметизированы. Перепад температуры свидетельствует о присутствии воздуха в батареях.

Определение проблемного места и исправление ситуации

Как определить проблемное место

Как правило, на присутствие воздуха в сети отопления указывают разные звуки в виде бульканья, а также протечки воды. Чтобы циркуляция горячей воды проходила в нормальном режиме воздух необходимо выпустить. При поиске места скопления воздуха можно воспользоваться обычным молотком, которым необходимо легко простукивать проблемные участки. Звонкий звук, исходящий при ударе инструмента, свидетельствует о наличие воздушного затора. Обычно он обнаруживается в квартирах на верхних этажах в радиаторах. Чтобы продуть радиатор отопления нужно максимально открыть термостат, затем это же сделать с краном Маевского, при этом под отверстие нужно подставить емкость для воды, которая будет вытекать.

Обратите внимание! Легкое шипение будет свидетельствовать о том, что воздух удаляется. Когда из крана потечет вода, значит клапан можно закрывать.

Видео

Следующим образом происходит стравливание воздуха через кран Маевского:

В воздухе | Feature

Воздушно-литиевые батареи обещают достаточно большую удельную мощность для заправки автомобилей — но застопорился ли их прогресс в последние годы? Филип Болл узнает

Вам знакомо ощущение: как раз когда вам нужно сделать важный телефонный звонок, аккумулятор вашего мобильного телефона разряжен. Но теперь представьте, что вы едете по пустыне влажной ночью, у вас еще есть 300 миль, а тревожный знак «низкий заряд батареи» мигает не на вашем телефоне, а на приборной панели вашего электромобиля.

В условиях роста цен на топливо, загрязнения окружающей среды и глобального потепления многие люди в принципе любят электромобили. Но на практике их сдерживает «опасение дальности»: страх остаться без власти. Полный бак бензина в семейном автомобиле может дать вам 400 миль, но современные электромобили редко справляются с четвертью этого объема, а зарядка занимает часы. Так что для дальних путешествий они довольно безнадежны.

IBM, которая сейчас переходит от информационных технологий к энергетическим, надеется решить проблему дальности электромобилей с помощью своего проекта Battery 500.Запущенный в 2009 году, он направлен на разработку аккумулятора, способного обеспечить автомобиль на 500 миль без подзарядки. И, как и многие другие исследователи аккумуляторов, он верит в батарею, которая может повысить энергоемкость более чем в 10 раз по сравнению с существующими батареями. Эта батарея работает на воздухе — точнее, на энергетической реакции кислорода с литием. При низкой плотности лития его окисление теоретически может обеспечить плотность энергии (выделение энергии на килограмм) намного выше, чем у аккумуляторов, обычно используемых в настоящее время для электромобилей (в основном, никель-металлогидридные и литий-ионные), и сопоставимую с плотностью бензина. . 1

Но препятствия на пути превращения литий-воздушных батарей в практическую технологию для автомобилей огромны. 2 Они должны быть дешевыми, безопасными, перезаряжаемыми и выдерживать множество циклов заряда-разряда. «Безопасность, диапазон и стоимость являются ключевыми факторами, ограничивающими разработку электромобилей», — говорит менеджер проекта Battery 500 Винфрид Вилке из исследовательской лаборатории IBM Almaden в Сан-Хосе, Калифорния, где базируется эта инициатива.

Проблемы усложняются тем фактом, что, хотя прототип литий-воздушной батареи был разработан, никто еще полностью не уверен, каковы электрохимические процессы на электродах, и эта граница раздела между электролитом и электродом, очевидно, сложна и ее трудно контролировать. «Нам нужно точно понимать, какой химический процесс происходит внутри клеток, чтобы их можно было разработать с использованием подходящих материалов», — говорит Вилке. И это оказывается непросто.

Пневматическая сила

Литий-воздушная батарея была впервые предложена в 1970-х годах для использования в электромобилях, но до 1996 года было мало серьезных работ по ее разработке. Именно тогда Кужикалайл Абрахам из научно-исследовательской компании EIC Laboratories в Норвуде, штат Массачусетс, сообщил о следующем: неводное перезаряжаемое устройство с анодом из металлического лития, пористым углеродным катодом и гелевым полимерным электролитом. 3

Создание тонких и прочных мембран — непростая задача

На аноде атомы лития теряют электрон, образуя ионы, которые переходят в электролит, содержащий растворенную соль лития.На катоде воздух — или в данном случае и в большинстве других устройств, сделанных до сих пор, чистый кислород — диффундирует в электрод, сделанный из электропроводящего пористого углерода, и кислород восстанавливается, реагируя с ионами лития с образованием нерастворимого пероксида лития, Li 2 O 2 (см. Вставку ниже). Когда аккумулятор перезаряжается, это соединение, осажденное на поверхности углерода, растворяется с выделением ионов лития и газообразного кислорода. Предполагалось, что в следующие 15 лет это будут основные электродные реакции.Недавно выяснилось, что все не так просто.

«Апротическая» ячейка Абрахамса — названная так потому, что в ней используется растворитель, не содержащий легко ионизируемых ионов водорода, — остается наиболее многообещающей конструкцией, но не уникальной. Также были изготовлены литий-воздушные батареи с водным электролитом, и у них есть то преимущество, что продукт, образующийся на катоде, представляет собой растворимое соединение лития (обычно гидроксид лития), что позволяет избежать засорения границы раздела (см. Вставку ниже). Но в этом случае литиевый анод должен быть покрыт барьерным слоем, который позволяет ионам лития проходить сквозь него, одновременно защищая металл от реакции с водой.Кроме того, сделать водные реакции обратимыми пока не удалось: это будут одноразовые батареи, бесполезные для транспортных средств. Вот почему в настоящее время основное внимание уделяется апротическим клеткам.

Существенные различия

В некотором смысле апротонная литий-воздушная батарея очень похожа на первые литий-ионные батареи, в которых литиевый анод также был преобразован в ионы лития во время разряда. Затем их переправляли с помощью неводного электролита, такого как пропиленкарбонат, на катод, сделанный из материала с интеркалированием лития, такого как оксид лития-марганца.Разница в том, что катодная реакция в воздушной батарее намного более энергична, производя гораздо более высокую плотность энергии с довольно похожими материалами. Но эти первые литиевые батареи стали известны своей склонностью к возгоранию; анод был склонен к коррозии и реагированию с электролитом. И во время цикла перезарядки металлический литий не обязательно переотлагался в гладкое покрытие, но мог вырасти в разветвляющиеся пальцы, называемые дендритами, что в конечном итоге привело к короткому замыканию устройства.

Литий-воздушные батареи

сталкиваются с теми же проблемами. Литиевые аноды реагируют с растворителем и, возможно, со сложными органическими анионами литиевой соли с образованием ряда соединений, которые покрывают и «пассивируют» поверхность, предотвращая дальнейшую реакцию и создавая стабильную границу раздела. Они работают, но не очень понятно почему — получаемая поверхность неоднородная, хрупкая и химически разнообразная.

Одним из подходов к достижению большего контроля поверхности анода было покрытие лития защитным слоем, который может пропускать ионы лития, таким как так называемая суперионная керамика лития.В прошлом году исследователи из Toyota объединились с учеными из Технологического института Тойко для разработки материала Li 10 GeP 2 S 12 с очень высокой литий-ионной проводимостью и продемонстрировали его использование в литиевой системе. -ионный аккумулятор. 4 К сожалению, эта керамика сама может реагировать с литием. Поэтому между электродом и более толстым суперионным проводником необходимо вставить дополнительную защитную тонкую пленку из более стабильного соединения лития, такого как нитрид или фосфид лития.Это приводит к довольно сложному интерфейсу и производственному процессу. «Электропроводность этих защитных слоев, как правило, низкая, и создание тонких, механически прочных мембран является сложной задачей», — говорит Джейк Кристенсен, инженер исследовательского и технологического центра Bosch в Пало-Альто, Калифорния.

С катодом тоже есть о чем беспокоиться. Здесь ионы лития могут восстановительно реагировать с кислородом с образованием различных продуктов, в зависимости от условий — вероятно, например, что супероксид лития, LiO 2 , может быть образован так же, как и пероксид.Накопление этих нерастворимых соединений может препятствовать потоку реагентов к поверхности электрода, где они захватывают электроны — не только за счет создания изолирующего покрытия на пористой углеродной поверхности, но и за счет закупоривания самих пор и уменьшения доступной площади поверхности. Считается, что эти проблемы являются одной из причин, почему для зарядки аккумулятора требуется более высокое напряжение, чем оно вырабатывается во время разряда.

Возможные проблемы

Около пяти лет назад было обнаружено, что это так называемое перенапряжение можно уменьшить, поместив на поверхность катода катализаторы, такие как наночастицы металлов или оксиды, такие как оксид марганца.Считалось, что одна из функций этих катализаторов заключается в увеличении скорости восстановления молекулярного кислорода на поверхности электрода. Но похоже, что этот предполагаемый катализ мог быть отвлекающим маневром.

«В работах, показывающих снижение перенапряжения в элементах с катализаторами, такими как золото и платина, был сделан ошибочный вывод о том, что происходит катализ желаемых реакций разряд-заряд», — говорит Кристенсен. «Однако оказалось, что эти катализаторы просто более эффективно разлагали электролит.Группа IBM довольно убедительно показала, что электрокатализ не играет абсолютно никакой роли в апротонных литий-воздушных ячейках ».

Хотя Питер Брюс из Университета Сент-Эндрюс в Шотландии согласен с тем, что в более ранней работе катализаторы были в основном просто агентами разложения растворителей, он считает, что еще слишком рано исключать потенциально более полезную роль для них. «Мы только сейчас имеем доступ к электролитам и электродам с достаточной стабильностью для изучения этого вопроса», — говорит он.

С катализаторами или без них деградация электролита представляет собой серьезную проблему.В конце 2009 года группа исследователей аккумуляторных батарей Toyota в Сусоно, Япония, обнаружила, что их литий-воздушные батареи с пропиленкарбонатным электролитом вообще не производили оксиды лития на катоде. 5 Исследователи решили, что ионы лития вместо этого вступают в реакцию с электролитом.

В прошлом году Брюс и его коллеги показали, что в результате этих реакций образуется ряд различных соединений карбоната лития, а также углекислый газ. 6 Ранее в этом году Алессандро Куриони и Теодоро Лаино из Цюрихской исследовательской лаборатории IBM разъяснили, как это происходит. Их неэмпирические модели молекулярной динамики реакционной способности Li 2 O 2 и пропиленкарбоната показывают, что пероксид значительно более реакционноспособен в твердой форме, чем в виде единичной единицы фазы раствора, разлагая карбонатный растворитель до алкилкарбоната. 7

Аккумулятор, который ест сам себя, явно далеко не уедет — этим устройствам потребуется больше стойких к окислению электролитов.«Как только вы узнаете, какой тип химии стоит за этой нестабильностью, сравнительно легко выявить новые растворители», — говорит Куриони. «Это то, что мы сейчас делаем». Однако, хотя были опробованы другие растворители, такие как диметоксиэтан и простые эфиры, ни один из них не показал полной обратимости, то есть отсутствия побочных реакций, так что элемент можно вернуть во время зарядки в в том же состоянии, в котором он был запущен. «У нас все еще происходят нежелательные побочные реакции, и наша главная цель — устранить их путем дальнейшего улучшения электролитов», — говорит Вилке.

Некоторые исследователи считают, что ионные жидкости — жидкие при комнатной температуре соли, которые обычно содержат большие органические ионы — могут дать ответ. Хотя известные в настоящее время также имеют тенденцию разлагаться при больших электрохимических потенциалах, несколько групп работают над тем, чтобы сделать их более надежными. Проблема разложения растворителя также может быть уменьшена путем тщательного выбора материала катода.

В то время как большинство исследованных ячеек используют пористый углерод, Брюс и его коллеги недавно обнаружили, что разложения растворителя диметилсульфоксида можно избежать, используя нанопористый золотой катод. 8 Они показывают, что золото гораздо более эффективно, чем углерод, способствует окислению Li 2 O 2 во время зарядки, хотя почему это так — скажем, форма катализа — пока не ясно. . Золотые электроды будут тяжелыми и дорогими, но пористый углерод с золотым покрытием также работает неплохо. Что касается стоимости, Брюс отмечает, что «в каждом мобильном телефоне есть значительное количество золота. Однако первым делом следует найти недорогую альтернативу.’

Наша основная цель — исключить нежелательные побочные реакции за счет улучшения электролитов

Почти все прототипы устройств, изготовленных до сих пор, использовали чистый кислород, а не воздух, чтобы избежать нежелательных побочных реакций с водяным паром, диоксидом углерода и азотом. Для любых практических устройств сначала необходимо извлечь кислород или хотя бы обогатить его. Фактически аккумулятор может работать с чистым кислородом, который находится в бортовом баллоне, но это вводит совершенно новый набор ограничений для экономики, инфраструктуры, безопасности и веса транспортного средства.Вилке считает, что любое практическое устройство на транспортном средстве должно будет использовать воздух, а не чистый кислород, хотя Кристенсен не исключает последнего.

Водяной пар представляет собой особую проблему: он всегда имеет тенденцию проходить через мембраны с большей легкостью, чем кислород, отчасти из-за того, что молекулы меньше по размеру, и, конечно, он очень агрессивен по отношению к литию. Даже гидрофобные ионно-жидкие растворители9 не полностью исключают воду. Айшуй Ю из Университета Фудань в Шанхае и его коллеги разработали более прочное уплотнение, смешав гидрофобную ионную жидкость с гидрофобным полимером (сополимером поливинилиденфторида и полигексафторпропилена) и мелкими частицами гидрофобного (покрытого алкилом) диоксида кремния.Этот композитный материал позволяет кислороду проникать, исключая водяной пар, так что устройство может работать с окружающим воздухом без воздействия воды на металлический анод. 10

Испытание временем

Даже если все эти проблемы могут быть решены, воздушно-литиевые батареи необходимо надежно перезаряжать много раз. Текущие прототипы обычно показывают значительно худшие характеристики после нескольких десятков циклов заряда-разряда. Цикличность не предъявляет таких больших требований, как может показаться на первый взгляд, поскольку аккумулятор с радиусом действия 500 миль потребует подзарядки только около 300 раз, чтобы достичь достойного срока службы в 150 000 миль.И все же, если он очень чувствителен к влаге, в реальном транспортном средстве аккумулятор прослужит недолго.

В некоторых новых электромобилях теперь используются литий-ионные батареи: более крупные версии тех, что установлены в вашем ноутбуке или мобильном телефоне. Однако для того, чтобы литий-ионные аккумуляторы достигли этой стадии, потребовалось около трех десятилетий, а литий-воздушные аккумуляторы, вероятно, потребуют аналогичного периода интенсивных исследований, прежде чем они будут готовы пойти под капот. «Если все будет работать хорошо, у нас могут быть батареи, готовые к использованию в автомобилях примерно к 2025 году», — говорит Вилке.

Это потребует больших вложений. «Уровень финансирования накопления энергии недостаточен для решения проблем, которые необходимо преодолеть», — говорит Кристенсен. «Нам нужны значительно более дешевые батареи, чтобы обеспечить широкое распространение электромобилей, и будет трудно добраться до них с помощью обычных литий-ионных элементов». Литий-воздушные батареи действительно выглядят как лучшая альтернатива, но это будет долгий путь.

Филип Болл, научный писатель из Лондона, Великобритания

Электрохимия литий-воздушной батареи

Для апротонной батареи (с использованием органического растворителя) металлический литий окисляется на аноде:

Ли? Li + + e

На катоде ионы соединяются с молекулярным кислородом в процессе восстановления:

2Li + + O 2 + 2e ? Li 2 O 2 (т)

Такова, по крайней мере, теория. Но на практике существует несколько возможных продуктов реакции ионов лития и кислорода, особенно если присутствуют следовые количества воды или если растворитель недостаточно стабилен. И перекись может вступать в реакцию с растворителем.

Литий-воздушные батареи могут также использовать водные растворители, в этом случае реакция катодного разряда:

2Li + + ½O 2 + H 2 O + 2e ? 2LiOH

Эта реакция, в отличие от апротонного случая, требует разрыва связи O – O, поэтому кажется, что катализаторы, такие как платина, на катоде могут быть действительно эффективными.

Отрицательный? Как ветеран ВМФ отказался принять отказ от своего изобретения с батареей — TechCrunch

Десятилетия назад молодой морской инженер на британской атомной подводной лодке начал интересоваться электрическими батареями, помогающими управлять его судном. Тихо бегая под ледяной шапкой полярного сияния во время холодной войны, этот подводник мало что знал, что в 21 веке аккумуляторы станут одним из крупнейших секторов технологий. Даже планета.Но его любопытство осталось с ним, и почти 20 лет назад он решил осуществить эту мечту, родившуюся много лет под водой.

Путешествие Тревора Джексона началось, как и многие другие вещи в сфере технологий, с исследований. Он был очарован экспериментами, проводимыми не с литиевыми батареями, которые стали доминировать в производстве батарей, а с так называемыми «алюминиево-воздушными» батареями.

«Я видел, как Базз и Нейл шли по Луне пятьдесят лет назад», — говорит он мне. «Мне нравятся приключения, поэтому после ловли омаров на внутренних Гебридских островах, получения диплома инженера, а затем карьеры в Роллс-Ройсе по ремонту реакторов, он вернулся в море через Королевский военно-морской колледж Британии.Мне понравилась служба подводных лодок, но 200 футов под Атлантикой было для меня немного тихо! Я часто набрасывал идеи о летающих машинах и других интересных вещах на скучных часах между ракетными тренировками на Resolution, подводной лодке Polaris с 16 космическими ракетами с ядерными боеголовками ».

Холодная война закончилась, Джексон женился и вернулся в промышленность, работая над системами подводных лодок в British Aerospace в Глазго. Его перевели на «альтернативные двигатели», и он заинтересовался топливными элементами и батареями.

В 1999 году, на пике создания компании по производству водородных топливных элементов в Калифорнии, он покинул BAe, чтобы основать собственную компанию по производству топливных элементов. «Мой старый босс в Rolls Royce указал, что водород должен откуда-то поступать. Поэтому я посмотрел на другие технологии и нашел металл-воздух », — говорит он.

Технически описываемые как «(Al) / воздушные» батареи, это почти нерассказанная история из мира батарей. Во-первых, алюминиево-воздушная аккумуляторная система может генерировать достаточно энергии и мощности для диапазона пробега и ускорения, как у автомобилей с бензиновым двигателем.

Иногда известные как батареи «металл-воздух», они уже много лет успешно используются в автономных приложениях, так же как батареи для армейских радиостанций. Самый привлекательный металл в батареях этого типа — алюминий, потому что это самый распространенный металл на Земле и имеет одну из самых высоких плотностей энергии.

Подумайте о воздушно-реактивной батарее, в которой в качестве «топлива» используется алюминий. Это означает, что он может обеспечивать энергией автомобили энергией из чистых источников (гидро-, геотермальной, ядерной и т.). Это источники энергии для большинства алюминиевых заводов во всем мире. Единственным отходом является гидроксид алюминия, и его можно вернуть на плавильный завод в качестве сырья для — угадайте, для чего? — производить больше алюминия! Таким образом, этот цикл является очень устойчивым и отделен от нефтяной промышленности. Вы даже можете переработать алюминиевые банки и использовать их для изготовления батарей.

Представьте себе, что — источник энергии отдельно от сильно загрязняющей нефтяной промышленности.

«Я арендовал лабораторию, прочитал все о ней, а затем снова стал инженером-разработчиком, что означает: думать, создавать, тестировать и настраивать, пока не найдешь ответы.Один или два удара неожиданно, и я увидел огромную разницу в одном тесте », — говорит Джексон.

Но вряд ли кто-то использовал их в массовых приложениях. Почему?

Алюминиево-воздушные батареи уже давно существуют. Но проблема с батареей, которая вырабатывала электричество, «поедая» алюминий, заключалась в том, что она была просто неэффективной. Использованный электролит просто не работал.

Это было важно. Электролит — это химическая среда внутри батареи, которая обеспечивает прохождение электрического заряда между катодом и анодом.Когда устройство подключено к батарее — лампочке или электрической цепи — на электродах происходят химические реакции, которые создают поток электрической энергии к устройству.

Когда начинает работать алюминиево-воздушная батарея, в результате химической реакции образуется «гелевый» побочный продукт, который может постепенно блокировать дыхательные пути в элемент. Исследователям казалось, что это трудноразрешимая проблема.

Но после множества экспериментов в 2001 году Джексон разработал то, что он считал революционным типом электролита для алюминиево-воздушных батарей, который потенциально может устранить препятствия для коммерциализации.

«Все было стабильно, водород и гель почти закончились, но мощность была намного лучше».

Его специально разработанный электролит не производил ненавистного геля, который разрушил бы эффективность алюминиево-воздушной батареи. Для Джексона это казалось переломным моментом: «Все, что мне нужно было сделать, — это сказать правительству. «Просто», — подумал я ».

Прорыв, если он будет доказан, имел огромный потенциал. Плотность энергии его батареи была примерно в восемь раз больше, чем у литий-ионной батареи.Он был невероятно взволнован. Потом попытался рассказать политикам…

Несмотря на детальную демонстрацию работающей батареи лорду «Джиму» Найту в 2001 году, за которой последовала переписка по электронной почте и обещание «передать ее Тони (Блэру)», правительство Великобритании не проявило интереса.

И Джексон столкнулся с бюрократическими препятствиями. Официальный инновационный орган правительства Великобритании, Innovate UK, сделал упор на технологию литиевых батарей, а не на алюминиево-воздушные батареи.

Он изо всех сил пытался убедить государственных и частных инвесторов поддержать его, таково было влияние «лобби литиевых батарей» над сектором.

Этот упор на литиевые батареи над всем остальным означал, что правительство Великобритании фактически оставило на столе технологию, которая могла бы произвести революцию в хранении электроэнергии и мобильности и даже внести свой вклад в борьбу с выбросами углерода и продвинуть Великобританию к ее целям по сокращению загрязнения.

Разочарованный в Великобритании, Джексон поднял планку и нашел лучшую поддержку во Франции, куда он перенес свои исследования и разработки в 2005 году.

Наконец, в 2007 году потенциал изобретения Джексона был независимо подтвержден во Франции в Нантском политехническом институте.Его преимущества перед литий-ионными батареями были (и остаются) повышенным напряжением ячеек. Они использовали обычный алюминий, создавали очень мало загрязнений и имели стабильную длительную выходную мощность.

В результате в 2007 году правительство Франции официально одобрило эту технологию как «стратегическую и отвечающую национальным интересам Франции».

В этот момент министерство иностранных дел Великобритании внезапно проснулось и обратило на это внимание.

Он пообещал Джексону, что UKTI приложит «300%» усилий для запуска технологии в США.K., если он был «репатриирован» обратно в Великобританию

Однако в 2009 году Совет по технологической стратегии Великобритании отказался поддержать технологию, сославшись на то, что Дорожная карта технологий автомобильного совета «исключила этот тип аккумуляторов». Несмотря на то, что Carbon Trust согласился с тем, что это действительно представляет собой «надежную технологию сокращения выбросов CO2», он отказался от дальнейшей помощи Джексону.

Между тем правительства других стран с большим энтузиазмом отнеслись к исследованию металло-воздушных батарей.

Правительство Израиля, например, напрямую инвестировало в Phinergy, стартап, работающий над очень похожей алюминиево-воздушной технологией.Вот, по общему признанию, корпоративное видео, которое на самом деле демонстрирует преимущества металло-воздушных батарей в электромобилях:

Компания «Русский алюминий» РУСАЛ разработала процесс плавки без выбросов CO2, что означает, что они теоретически могут создать алюминиево-воздушную батарею без использования CO2.

Джексон пытался сказать правительству Великобритании, что они совершают ошибку. Выступая перед парламентским отборочным комитетом по бизнес-энергетике и промышленной стратегии, он описал, как U.К. создал склонность к литий-ионной технологии, которая привела к созданию экосистемы аккумуляторных технологий, которая финансировала исследования литий-ионных аккумуляторов на миллиарды фунтов. В 2017 году премьер-министр Тереза ​​Мэй также поддержала литий-ионную промышленность.

Джексон (на фото ниже) отказался принять ответ.

Он подал заявку в Лабораторию оборонной науки и технологий Великобритании. Но в 2017 году они ответили решением «не выделять средства», в котором технология была отклонена, хотя у DSTL была своя собственная программа по алюминиево-воздушной технологии, посвященная поиску лучшего электролита в Саутгемптонском университете.

Джексон вместо этого обратился в автомобильную промышленность. Он основал свою компанию MAL (под торговой маркой «Metalectrique») в 2013 году и использовал начальное финансирование для успешного тестирования перспективной конструкции силового агрегата в своей лаборатории в Тавистоке, Великобритания

.

Вот он на региональном канале BBC, объясняющий батарею:

Он работал в тесном сотрудничестве с Lotus Engineering над проектированием и разработкой запасных силовых агрегатов большой дальности для электромобилей Nissan Leaf и Mahindra Reva «G-Wiz».В то время Nissan проявил большой интерес к этой «сверх литиевой технологии» (по их словам), но они уже были привержены установке литий-ионных аккумуляторов на Leaf. Не обращая внимания на это, Джексон сконцентрировался на G-Wiz и продолжил производство полноразмерных аккумуляторных элементов для тестирования и показал, что технология алюминий-воздух превосходит любые другие существующие технологии.

В ходе испытаний силовая технология Jackson’s Aluminium-Air могла создать батарею с дальностью действия 1500 миль с 90-секундной системой замены. Преимущества очевидны: экономичность для водителя; безопасно и без CO2; пригодны для вторичной переработки и повторного использования; и с £ 0.Стоимость 08 / милю водителю. Батарея также имеет невысокую стоимость: всего 60 фунтов стерлингов / кВтч (цена батареи для OEM).

Но постоянный упор на литий-ионные аккумуляторы не позволяет исследовать новые возможности, такие как металл-воздушные батареи.

И дело в том, что сейчас литиевые батареи сталкиваются со значительными проблемами. Развитие технологий достигло своего пика, и, в отличие от алюминия, литий не подлежит вторичной переработке, а запасы литиевых батарей не гарантированы, особенно в эпоху, когда в Китае находится большая часть мировых хранилищ редкоземельных элементов.

Преимущества технологии «алюминий-воздух» многочисленны. Без необходимости заряжать аккумулятор, автомобиль может просто заменить аккумулятор за секунды, полностью избавившись от «времени зарядки». Большинство современных точек зарядки рассчитаны на 50 кВт, что составляет примерно одну сотую мощности, необходимой для зарядки литиевой батареи за пять минут. Между тем, водородные топливные элементы потребуют огромной и дорогой инфраструктуры распределения водорода и новой системы производства водорода.

Но Джексон продолжал настаивать, убежденный, что его технология может удовлетворить как потребности в электроэнергии в будущем, так и климатический кризис.

В мае прошлого года он начал получать столь необходимое признание.

Британский центр Advanced Propulsion Center включил батарею Metalectrique в рамках своего гранта в 15 британских стартапов, чтобы вывести свои технологии на новый уровень в рамках своей программы Technology Developer Accelerator Program (TDAP). TDAP является частью 10-летней программы по превращению Великобритании в мирового лидера в области низкоуглеродных силовых установок.

Уловка? Эти 15 компаний должны разделить финансирование на ничтожную сумму в 1,1 миллиона фунтов стерлингов.

А как насчет Джексона? Он все еще собирает деньги для Metalectrique и распространяет информацию о том, что алюминиево-воздушные батареи могут спасти планету.

Бог знает, сейчас он может это использовать.

Алюминиево-воздушная батарея: химия и электричество

Батареи преобразуют химическую энергию в электрическую. У них есть два электрода, называемые катодом и анодом, где протекают химические реакции, в которых либо используются, либо производятся электроны.Электроды соединены раствором, называемым электролитом, через который ионы могут перемещаться, замыкая электрическую цепь. В этой деятельности соль обеспечивает ионы, которые могут перемещаться через влажное бумажное полотенце и передавать заряд.

Для выработки электроэнергии эта батарея использует окисление алюминия на аноде, которое высвобождает электроны, и восстановление кислорода на катоде, которое использует электроны. Движение электронов по внешней цепи генерирует электрический ток, который можно использовать для питания простых устройств. Схема батареи и уравнения для половинных и общих реакций приведены ниже:

Уравнения для половинных и общих реакций:

анод: Al (s) + 3OH (водн.) → Al (OH) 3 (s) + 3e
катод: O 2 (г) + 2H 2 O (л) + 4e → 4OH (водн.)
общий: 4Al (s) + 3O 2 (g) + 6H 2 O (l) → 4Al (OH) 3 (s)

Алюминиевая фольга обеспечивает доступный запас алюминия.Активированный уголь, который в основном состоит из угля, может проводить электричество и не реагирует. Он обеспечивает высокопористую поверхность, подверженную воздействию кислорода воздуха. У одного грамма активированного угля может быть больше внутренней поверхности, чем у всей баскетбольной площадки! Эта поверхность обеспечивает большое количество мест, с которыми кислород может связываться и участвовать в катодной реакции.

Эта большая реакционная зона позволяет простой алюминиево-воздушной батарее генерировать 1 вольт (1 В) и 100 миллиампер (100 мА).Этой мощности достаточно для работы небольшого электрического устройства, а также обеспечивает безопасный и простой способ сделать мощную батарею дома или в школе.

Литий-воздушная батарея с длительным сроком службы и низким перенапряжением

( Nanowerk Spotlight ) Одним из узких мест в широкомасштабном внедрении устойчивых энергетических технологий являются высокоэффективные системы хранения энергии. Литий-ионные батареи (LIB) являются преобладающим решением для современных электронных устройств, от потребительских гаджетов до медицинских устройств, электромобилей и даже спутников.Основная причина доминирования технологии LIB во многих областях применения заключается в том, что она обладает самой высокой электрической емкостью по отношению к своему весу.
LIB обычно имеют энергоемкость 100-200 Втч / кг. Это позволяет большинству электромобилей проезжать более 300-400 километров за одну пересадку. Однако, несмотря на высокую удельную энергию LIB по сравнению с другими типами батарей, они по-прежнему примерно в сто раз менее энергоемки, чем бензин (который содержит 12700 Втч / кг по массе или 8760 Втч / л по объему).Это означает, что бензиновые двигатели получают более высокий тепловой КПД, позволяя экономить топливо до 6-7 л / 100 км. На 60-литровом баке это позволяет проехать более 800–1000 км, что легко удвоить или даже утроить запас хода обычного электромобиля.
Хотя LIB продолжают достигать более высокой плотности энергии, различные исследования показывают, что максимальные теоретические пределы энергии (по оценкам, составляют 400-500 Втч / кг) находятся в поле зрения.
Плотность энергии vs.график удельной энергии современных LIB (темно-синий) в сравнении с оптимизированными по энергии LIB (голубой), классическими литий-металлическими батареями (CLIM; зеленый) и постлитий-ионными технологиями, такими как литий / сера (Li / S) как литиево-кислородные батареи (Li / O2) на уровне элементов. Пунктирная серая линия представляет собой соотношение плотности энергии и удельной энергии (Втч / л = Втч / кг). (Источник)
В поисках аккумуляторных технологий, которые в один прекрасный день могли бы заменить LIB и удовлетворить потребности в электроэнергии в пределах размеров и затрат, ограниченных автомобильными, аэрокосмическими и другими отраслями промышленности, исследователи изучают литий-воздушные батареи (LAB).
Кислород является выгодным аккумуляторным материалом, поскольку он свободно доступен из воздуха и его не нужно переносить вместе с другими компонентами батареи. В отличие от литий-ионных батарей, используемых сегодня, воздушно-литиевые батареи не требуют катодов из оксидов металлов для выработки электрохимической энергии, вместо этого они генерируют энергию в результате реакций с кислородом в атмосфере.
К сожалению, современные литий-воздушные батареи имеют довольно серьезные недостатки: они тратят большую часть подаваемой энергии в виде тепла и относительно быстро разлагаются, продолжаясь всего несколько циклов зарядки.
Одна из основных проблем для аккумуляторов Liair заключается в том, что разработанные катализаторы проявляют вялую активность как в реакции восстановления кислорода (ORR), так и в реакции выделения кислорода (OER) или остаются активными только в одной из реакций (разные скорости ORR / OER). Это может привести к высоким перенапряжениям — избыточной энергии, превышающей его термодинамическое значение (2,96 В), — необходимой для образования и разложения пероксида лития (Li2O2) на катоде во время процессов разряда (ORR) и заряда (OER) соответственно.
Эта технология была тщательно изучена различными исследовательскими группами. Для решения этой проблемы использовались многочисленные металлические катализаторы, такие как платина, золото и рутений, а также неметаллические катализаторы, такие как оксиды переходных металлов, дихалькогениды переходных металлов и катализаторы на основе углерода; однако до настоящего времени не было зарегистрировано ни одного серьезного прорыва.
«В литиево-воздушном элементе энергия накапливается в форме ковалентных связей, а не за счет интеркаляции, происходящей в LIB — более конкретно, химия этих систем регулируется двумя каталитическими реакциями: OER и ORR во время заряда и разряда. циклов соответственно «Dr.Асади, доцент кафедры химической и биологической инженерии в Технологическом институте Иллинойса, рассказывает Nanowerk. «Эффект сочетания этих реакций вместе составляет гораздо более высокую энергоемкость по сравнению с их литий-ионными аналогами; однако их практическое применение затруднено из-за низкой цикличности и низкой энергоэффективности. Это в основном связано с низкой каталитической активностью электрокатализаторов. довести OER и ORR до их термодинамического потенциала на высоких скоростях.»
Алиреза Кондори, кандидат наук в исследовательской группе Asadi, является первым автором статьи в Advanced Materials («Кинетически стабильные оксидные слои на наночастицах Mo3P, позволяющие использовать литиево-воздушные батареи с низким перенапряжением и длительным сроком службы»), в которой описывается литий-ионный аккумулятор. воздушная батарея с длительным сроком службы и низкими перенапряжениями.
Как правило, для практической реализации технологии LAB очень важны две цели: новый катод, в котором используются высокоактивные и стабильные катализаторы для улучшения кинетики ORR и OER; и надлежащая конструкция электролита, которая может способствовать механизму роста продуктов разряда на основе растворителя.
В поисках высокоактивного катализатора исследовательская группа из Технологического института Иллинойса вместе с исследователями из Университета Пенсильвании, Университета Иллинойса в Чикаго и Аргоннской национальной лаборатории разработала LAB, в которой используются высокоактивные наночастицы Mo3P с чрезвычайно высокой низкое перенапряжение разряда и заряда 80 и 270 мВ ».
В своей лаборатории команда использовала наночастицы Mo3P (тримолибдена фосфида) в качестве катодного материала для ORR и OER, а также в качестве инженерного жидкого электролита, содержащего добавки окислительно-восстановительного медиатора в смеси IL-DMSO.
Полученная в результате батарея работает в условиях окружающего воздуха с высокой энергоэффективностью 90,2% в первом цикле, плотностью энергии ~ 1500 Втч / кг (примерно в 8 раз лучше, чем у современных литий-ионных батарей) и длительным сроком службы. Срок службы составляет 1200 полных циклов зарядки / разрядки, что является мировым рекордом для этой технологии.
Характеристики батареи Liair с катодом из Mo3P. a) Профили заряда / разряда за 1200 циклов при постоянной плотности 500 мА · г · кат / д-1 и постоянной удельной емкости 500 мА · ч · г в сутки-1.Электролит представляет собой 0,3 м LiTFSI, растворенный в ДМСО: EMIM-BF4 (75/25 об.%) С 25 103 каждого образца TEMPO и DBBQ. б) Значения потенциала разряда и заряда за 1200 циклов. На графике показано стабильное перенапряжение разряда со средним значением 2,77 В за 1000 циклов. c) Изменения колумбической эффективности, энергоэффективности и потенциального разрыва за 1200 циклов. (Печатается с разрешения Wiley-VCH Verlag) (щелкните изображение, чтобы увеличить)
В заключение, эта работа показывает, что наночастицы Mo3P являются многообещающим кандидатом в катализаторы благодаря своей уникальной структуре — поверхности, обеспечивающей высокую плотность активных центров молибдена с особыми электронными свойствами, то есть низкой работой выхода и высокой плотностью d-орбитальных электронов. при энергии Ферми, что может быть перспективным для электрокатализа.
Автор Майкл Бергер — Майкл является автором трех книг Королевского химического общества: Нано-общество: раздвигая границы технологий, Нанотехнологии: будущее крошечное и Наноинженерия: навыки и инструменты, которые делают технологии невидимыми Авторские права © Nanowerk

Информационный бюллетень Nanowerk

Получайте наши новости о нанотехнологиях на свой почтовый ящик!

Спасибо!

Вы успешно присоединились к нашему списку подписчиков.

Станьте приглашенным автором в центре внимания! Присоединяйтесь к нашей большой и постоянно растущей группе приглашенных участников. Вы только что опубликовали научную статью или хотите поделиться другими интересными разработками с нанотехнологическим сообществом? Вот как опубликовать на nanowerk.com.

Модернизация воздушно-цинковых батарей может сделать их перезаряжаемыми

Воздушно-цинковые батареи имеют много преимуществ. Они легкие, компактные и изготовлены из более экологически чистых и менее горючих материалов, чем другие батареи.Но обычно они не перезаряжаемые.

Новый дизайн батареи может это изменить. Изменяя строительные материалы, исследователи создали прототип воздушно-цинковой батареи, которую можно было заряжать сотни раз. Такие долговечные устройства, описанные в журнале Science за январь 1 , однажды могут привести в действие электромобили или другую электронику.

Воздушно-цинковые батареи являются одними из многих потенциальных аккумуляторов следующего поколения, которые могут содержать больше энергии, будучи при этом дешевле и безопаснее, чем существующие устройства ( SN: 1/9/17 ).Каждый элемент воздушно-цинковой батареи содержит два электрода — цинковый анод и пористый катод, разделенных жидкостью, называемой электролитом. В стандартных цинково-воздушных ячейках электролит представляет собой вещество с высоким pH, содержащее такие ингредиенты, как гидроксид калия. Кислород из воздуха поступает на катод, где газ реагирует с водой из электролита с образованием гидроксида. Гидроксид, образующийся на поверхности катода, перемещается к аноду и реагирует с цинком, выделяя энергию, которая питает другие устройства.

«Проблема в том, что эта реакция не очень обратима», — говорит Вей Сун, ученый-материаловед из Мюнстерского университета в Германии.И это затрудняет перезарядку аккумулятора. Едкий электролит в обычных воздушно-цинковых батареях также может разрушить катод и анод.

Чтобы решить эти проблемы, Сан и его коллеги построили воздушно-цинковую батарею, используя новый электролит, содержащий водоотталкивающие ионы. Эти ионы прилипают к катоду, предотвращая реакцию H 2 O электролита с поступающим кислородом на поверхности катода. В результате ионы цинка с анода могут перемещаться к катоду и напрямую вступать в реакцию с кислородом воздуха.Эту относительно простую реакцию легко запустить назад, чтобы зарядить аккумулятор.

Более того, новый электролит не повреждает электроды батареи, что продлевает срок ее службы. В лабораторных экспериментах Сан и его коллеги смогли разрядить и перезарядить новую воздушно-цинковую батарею 320 раз за 160 часов.

CES 2021 Thunderzee разрабатывает революционную перезаряжаемую воздушно-цинковую батарею, которая безопаснее и дешевле

ТАЙБЕЙ, 12 января 2021 г. / PRNewswire / — Thunderzee изобретает революционную воздушно-цинковую батарею, которая не только устраняет риск возгорания, который обычно наблюдается в литий-ионных батареях, но также обеспечивает больше энергии, меньше весит, дешевле и экономичнее. экологически чистый.Имея 3 патента и еще больше, воздушно-цинковые батареи идеально подходят для широкого спектра потребительских приложений.

«Как правило, воздушно-цинковые батареи предназначены для маломощных разрядных устройств и небольших устройств, таких как слуховые аппараты. Они не подходят для приложений с высокой мощностью. Воздушно-цинковые топливные элементы Thunderzee — это высокоэффективный компонент собственной разработки. которые могут одновременно обеспечивать более высокую энергию и мощность, чем традиционные воздушно-цинковые топливные элементы, — сказал основатель и генеральный директор Thunderzee Энди Лин.

«Мы совершили крупный прорыв в электрохимии металлических воздушных батарей. Мы разработали компоненты высокомощных металлических воздушных топливных элементов: воздушный катод, ионную мембрану и состав металлического топлива», — сказал Линь, отметив, что топливные элементы могут широко использоваться в военных и коммерческие приложения.

Одно из самых важных месторождений для исследования в следующем десятилетии

Линь сказал, что размер мирового рынка аккумуляторных технологий, по оценкам, вырастет с 92,0 млрд долларов США в 2020 году до 152 долларов США.3 миллиарда к 2025 году при среднегодовом темпе роста 10,6%.

«Основные факторы, движущие рынком, включают снижение цен на литий-ионные батареи, быстрое внедрение электромобилей, рост возобновляемого сектора и рост продаж бытовой электроники… С другой стороны, несоответствие спроса и предложения на сырье, вероятно, будет препятствовать рост рынка «, — сказал он.

Проблемы конструкции батареи и ценность Thunderzee

Лин перечислил проблемы конструкции батарей, включая плотность энергии, удельную мощность, быструю перезарядку, надежность, безопасность, стоимость и устойчивость.

Плотность энергии ограничена химическим составом аккумулятора, который даже без потерь ограничивает теоретическую плотность энергии. Химический состав определяется материалом электрода и составом электролита. Литий-воздушные батареи приближаются к плотности энергии бензина, которая, вероятно, близка к максимальной плотности энергии для батареи. Однако компоненты, необходимые для терморегулирования и сбора тока, составляют общий вес аккумуляторной системы. Конструкция этих компонентов может существенно повлиять на удельную энергию аккумуляторной системы.

Плотность батареи важна для эффективности электромобилей. Высокая удельная мощность требуется для возврата большого количества энергии за короткое время во время рекуперативного торможения или быстрой перезарядки. Это создает сложную проблему оптимизации, поскольку система должна справляться с очень высокими плотностями тока во время перезарядки и относительно низкими плотностями тока во время разряда. Это также относится к конструкции терморегулятора и упомянутых выше токоприемников.Кроме того, конструкция основных компонентов батареи, таких как электроды, сепаратор и электролит, имеет большое значение для удельной мощности.

Батареи всегда должны быть экологичными и надежными

Срок службы — главный фактор, в котором безопасность и надежность тесно связаны. Разрядка, износ и выход из строя должны происходить медленно, контролируемым и прозрачным образом. Это проблема не только химического состава батареи, но и конструкции, поскольку неравномерное распределение плотности тока, а также плохой контроль разрядки / перезарядки и системы управления температурой могут ускорить износ и увеличить риски отказа.Короткие замыкания, вызванные осаждением металла, могут быть причиной снижения производительности, а также повышенного риска неконтролируемого нагрева. Технологии мониторинга состояния здоровья необходимы для непрерывной оценки состояния аккумуляторной системы и рисков сбоя.

Процесс производства мощных аккумуляторных батарей и электрических силовых агрегатов не так оптимизирован, как для механических трансмиссий для двигателей внутреннего сгорания. Существует больший потенциал повышения производительности и снижения затрат за счет крупномасштабного производства в процессе производства компонентов аккумуляторных батарей.

Разработка новых батарей должна включать в себя аспект устойчивости. Должна быть стратегия добычи, переработки, производства и утилизации батарей новых типов. Это в первую очередь юридический вопрос для правительств, но также и коммерческое рассмотрение для производителей аккумуляторов и автомобильных компаний.

Батарея следующего поколения, разработанная Thunderzee, принесла компании шанс быть выбранной Taiwan Tech Arena (TTA) в качестве одного из 100 представленных тайваньских стартапов, представленных на выставке CES 2021.

CES 2021 Павильон TTA-VR: https://pse.is/3amk8d

ИСТОЧНИК Thunderzee Ind.

Рынок литий-воздушных батарей

| 2020-2027 | Отраслевой отчет

Обзор рынка

Самый быстрорастущий рынок:

Азиатско-Тихоокеанский регион

Крупнейший рынок:

Северная Америка

CAGR:

10%

Обзор рынка

Производство лития, по прогнозам, будет расти со среднегодовым темпом роста более 10% в прогнозируемый период. Литий-воздушные аккумуляторы — это следующий шаг в эволюции, который можно использовать в нескольких приложениях, таких как бытовая электроника, накопители энергии и автомобили.Ожидается, что с ростом возобновляемых источников энергии литий-воздушные батареи увеличат спрос на устройства, оптимальные для хранения энергии. Эти батареи имеют большой потенциал для использования на транспорте, в легких и тяжелых транспортных средствах, а также могут работать в сети распределения электроэнергии, что, в свою очередь, может стимулировать рынок литий-воздушных аккумуляторов. Однако воздушно-литиевая батарея менее стабильна, обладает низкой энергоэффективностью и более коротким сроком службы, что, как ожидается, ограничит рост рынка.

  • Ограниченная емкость и сравнительно более высокая стоимость существующих литий-ионных батарей, вероятно, будут стимулировать рынок. Считается, что литий-воздушные батареи способны удерживать в пять раз больше энергии, чем те же литий-ионные батареи, которыми питаются современные телефоны, ноутбуки и электромобили. Поскольку в сырье используется гораздо меньше элементов из тяжелых переходных металлов, таких как кобальт или никель, чем в традиционных литий-ионных катодах, конечная стоимость киловатт-часа литий-воздушных батарей может быть намного дешевле, чем литий-ионные.
  • Растущее проникновение в передовые промышленные приложения, такие как дроны, робототехника и т. Д., Создает огромные возможности для участников рынка. Батареи нового поколения, такие как литий-воздушная батарея, могут лучше питать беспилотные летательные аппараты, подводных роботов, дронов и мобильных роботов. Эти батареи также можно использовать для считывания и обработки данных в удаленных районах, труднодоступных для людей.
  • Ожидается, что Северная Америка станет крупнейшим рынком для литий-воздушных аккумуляторов из-за увеличения объемов потребительских товаров и электронных устройств, в основном за счет Соединенных Штатов.

Объем отчета

Отчет о рынке литий-воздушных аккумуляторов включает:

Приложение
Автомобильная промышленность
Бытовая электроника
9045 Применения
География
Северная Америка
Азиатско-Тихоокеанский регион
Европа
9036 Юго-Восток

Объем отчета можно настроить в соответствии с вашими требованиями.Кликните сюда.

Ключевые тенденции рынка

Электромобиль занимает значительную долю на рынке
  • Потребность в снижении зависимости от импортной нефти и выбросов в результате транспортировки стимулировала развитие электромобилей (электромобилей). Кроме того, для массового внедрения электромобилей требуется значительное снижение цен и увеличение ассортимента.
  • Обычные литий-ионные батареи обеспечивают пробег около 100 миль за один цикл зарядки.Поэтому они считаются дорогостоящими при производстве электромобилей. В результате новые и инновационные литий-воздушные батареи набирают обороты в автомобильной промышленности благодаря высокопроизводительным характеристикам, обеспечиваемым по более низкой цене.
  • В Китае в 2018 году объем продаж автомобилей на новой энергии превысил 1,25 миллиона, и ожидается, что он превысит 2 миллиона в 2020 году и превысит 5 миллионов в 2025 году, что, как ожидается, будет стимулировать спрос на автомобили. литий-воздушная батарея в будущем.
  • Исследования, проведенные Массачусетским технологическим институтом, показали, что литий-воздушные и цинково-воздушные батареи, как известно, являются наиболее подходящей альтернативой вторичным батареям следующего поколения для электромобилей.
  • Кроме того, Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) активно исследует материалы для электродов LIB следующего поколения и системы постлитий-ионных аккумуляторов, такие как технологии полностью твердотельных аккумуляторов и воздушно-литиевых аккумуляторов. Ожидается, что это позволит использовать запас хода электромобилей, эквивалентный пробегу обычных автомобилей.
  • Точно так же другие компании, такие как Toyota и IBM, также проявили большой интерес к разработке этих аккумуляторов для электромобилей за счет увеличения инвестиций за счет активных исследований и разработок, основанных на технологических достижениях.

Чтобы понять основные тенденции, загрузите образец отчета

Ожидается, что Северная Америка будет занимать значительную долю рынка
  • Ожидается, что Северная Америка будет составлять значительную долю в связи с ожидаемым увеличением проникновения литий-воздушных батарей в потребительские товары и электронная техника, такая как смартфоны, умные носимые устройства, умная бытовая техника и т. д., тем самым открывая огромные возможности для роста на мировом рынке литий-воздушных батарей в регионе.
  • Растущий спрос со стороны потребителей на тонкие, компактные и высокопроизводительные аккумуляторные продукты стимулирует применение воздушно-литиевых аккумуляторов в интеллектуальных устройствах, ноутбуках, компьютерах и т. Д.
  • Электрические транспортные средства с батарейным питанием в Соединенных Штатах имеют более низкий глобальный уровень выбросов. разгрузка теплее, чем средние новые автомобили с бензиновым двигателем. Однако стоимость электромобилей стремится быть дороже, чем автомобили с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), в основном из-за дополнительной стоимости аккумуляторов, а способы снижения стоимости аккумуляторов включают в себя их повышение эффективности и изготовление из менее дорогостоящих материалов. Литий-воздушная батарея для этого подходит больше всего.Это увеличит спрос на литий-воздушные батареи в регионе.
  • Предполагается, что более высокая плотность энергии литий-воздушных батарей снизит стоимость, необходимую для разработки систем хранения энергии, которые можно масштабировать для использования в сети. Например, Иллинойсский университет в Чикаго и Аргоннская национальная лаборатория Министерства энергетики США (DOE) разработали новую конструкцию аккумуляторного элемента, не имеющего отношения к литий-ионному аккумулятору, который работает на воздухе в течение многих зарядов и 750 циклов разряда.

Чтобы понять тенденции в географии, загрузите образец отчета.

Конкурентный ландшафт

Рынок литий-воздушных аккумуляторов консолидирован с ограниченным числом игроков, таких как Poly Plus Battery Co., Mullen Technologies Inc. и Tesla, Inc., которые в настоящее время работают на рынке.

Вы также можете приобрести отдельные части этого отчета. Хотите ознакомиться с прайс-листом по разделам?

Получить разбивку цен сейчас

Содержание

  1. 1.ВВЕДЕНИЕ

    1. 1.1 Объем исследования

    2. 1.2 Определение рынка

    3. 1.3 Допущения исследования

  2. 2. КРАТКИЙ ОБЗОР

    1. 4.1 Введение

    2. 4.2 Развитие литий-воздушных батарей

    3. 4.3 Потенциальный рынок литий-воздушных батарей

    4. 4.4 Сравнительный анализ технологий литий-воздушных аккумуляторов и литий-ионных аккумуляторов

    5. 4.5 Последние тенденции и разработки

    6. 4.6 Список научно-исследовательских институтов, работающих на рынке литий-воздушных аккумуляторов

    7. 4.7 Динамика рынка

      1. 4.7.1 Драйверы

      2. 4.7.2 Ограничения

  3. 5. СЕГМЕНТАЦИЯ РЫНКА

    1. 5.1 Приложение

      1. 5.1.1 Автомобильная промышленность

      2. 5.1.2 Бытовая электроника

      3. 5.1.3 Хранение энергии

      4. 5.1.4 Другие приложения

    2. 5.2 География

      1. 5.2.1 Северная Америка

        5.2.2 Азиатско-Тихоокеанский регион

      2. 5.2.3 Европа

      3. 5.2.4 Ближний Восток и Африка

      4. 5.2.5 Южная Америка

  4. 6.КОНКУРЕНТНЫЙ ЛАНДШАФТ

    1. 6.1 Слияния и поглощения, совместные предприятия, сотрудничество и соглашения

    2. 6.2 Стратегии, принятые ведущими игроками

    3. 6.3 Профили компаний потенциальных производителей литий-воздушных батарей 90,170

      0 Poly Plus Battery Company (PPBC)

    4. 6.3.2 Tesla, Incorporation

    5. 6.3.3 Mullen Technologies, Inc.

* Список неполный

  • 7.ВОЗМОЖНОСТИ РЫНКА И БУДУЩИЕ ТЕНДЕНЦИИ (включая будущие технологические достижения в отрасли литий-воздушных аккумуляторов)

  • ** При наличии

    80% наших клиентов ищут отчеты, сделанные на заказ.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *