0.0

0 всего

Написать отзыв

Рейтинг:

видео-инструкция по выбору своими руками, особенности чугунных батарей, дизайн, цена, фото

Статьи

Привычные белые «гармошки» отопительных радиаторов остаются в прошлом. На смену им приходят эстетичные дизайнерские модели, позволяющие превратить банальную систему обогрева дома в произведение искусства. В данной статье мы рассмотрим связанные с такими новаторскими конструкциями особенности.

Дизайнерские батареи отопления в стиле хай-тек

Общие положения

Если вы запланировали ремонт, то обязательно задумайтесь о том, чтобы заменить старые классические трубы отопления стильными дизайнерскими радиаторами. В этом случае вас может ожидать несколько приятных сюрпризов:

Преимущества

• Привлекательный внешний вид. Старые модели сложно назвать красивыми, их предназначение греть и прятаться за мебелью, шторами или даже декоративной отделкой, чтобы не смущать своей несуразностью хозяев дома и его гостей.

Фото старых радиаторных батарей

• Соответствие общему интерьеру. Подходящий дизайн радиаторов отопления может стать той самой недостающей деталью общей задумки по оформлению комнаты.

Идеально вписывающийся в интерьер дизайн батареи отопления

• Повышение производительности. Технические характеристики, скорее всего, останутся такими же, как и в классической конструкции, но за счёт того, что их не придётся ничем закрывать, коэффициент полезного действия, несомненно, увеличится.

Столь красивые конструкции не прячут, а наоборот выставляют напоказ, что позволяет им лучше выполнять свои отопительные функции

Недостатки

Конечно же, следует ожидать и некоторых затруднений по части применения столь необычных конструкций:

• Более высокая цена. Красивая вещь всегда стоит дороже, за дизайн приходится платить. Справедливо будет отметить, что это касается любого элемента интерьера вашего дома.
• Сложность установки своими руками. Но и монтаж классических батарей также редко осуществляется без помощи профессиональных сантехников.

Особенности осуществления выбора

Самое главное выбрать подходящий для вашего интерьера дизайн батарей отопления, включая форму и цвет. Принятие же решения по остальным параметрам лучше доверить специалистам. Но всё равно не помешает ориентироваться в разнообразии дизайнерских радиаторов, поэтому давайте начнём с рассмотрения их возможных материалов:

Материалы

Дизайнерские чугунные радиаторы отопления – признак роскоши

Совет: при использовании радиаторов из алюминия проследите, чтобы с ними в системе не контактировали материалы-антагонисты, которые могут спровоцировать преждевременную коррозию.

Декоративные батареи из алюминия

Стоит упомянуть, что если речь идёт об электрических отопительных приборах, которые описаны ниже, то возможно использование в качестве производственного материала калёного стекла. Такие модели выглядят особенно эстетично.

Стеклянный обогреватель, больше напоминающий своим видом произведение искусства, чем отопительный прибор

Принцип работы

Дизайнерские трубы, использующие жидкий теплоноситель

Следует также отметить, что дизайнерские радиаторы могут быть двух типов согласно способу осуществления отопления:

Теплоноситель	Описание
Нагретая вода	Поступает из общей городской магистрали или из установленного газового котла. По такому принципу работает большинство отопительных систем многоэтажных и частных домов.
Электрический ток	Автономная система отопления, работающая от электросети. Является альтернативой водяному обогреву в местах, где таковое невозможно, или в экономически обоснованных ситуациях. Примечательно, что они меньше вынуждены крепиться к стенам и поэтому могут иметь и вовсе замысловатые формы.

Совет: электрические дизайнерские радиаторы наиболее рациональны для эксплуатации в загородных домах, куда проводить общую магистраль или устанавливать индивидуальный газовый котёл выходит гораздо дороже.

Электрический декоративный радиатор в виде динозавра

Технические параметры

После того как вы определились с типом осуществления обогрева и материалом системы следует обратиться к специалистам, которые рассчитают:

• Теплоотдачу всей конструкции при различных температурах.
• Тепловые потери здания.
• Рабочее давление системы.
• Длину всех необходимых для монтажа труб и количество используемых при этом фитингов для соединения труб.
• Общую стоимость проекта.

Вывод

Дизайнерские отопительные системы позволят создать потрясающий интерьер в вашем доме. Специализированные магазины смогут предложить на ваш выбор самые необычные и роскошные модели радиаторов.

Ассортимент дизайнерских радиаторов

На видео предоставлены дополнительные материалы. Красивый интерьер на сегодняшний день – это уже не роскошь, а бытовая норма. Не отставайте!

Поделитесь:

Статьи по теме

Все материалы по теме

Обеспечение энергией злого близнеца Земли

ПРОЕКТ

Долгоживущий исследователь солнечной системы на месте (LLISSE)

SNAPSHOT

NASA и Advanced Thermal Batteries, Inc. (ATB) разрабатывают высокотемпературную аккумуляторную систему для питания долгоживущий посадочный модуль на поверхности Венеры. Основанный на недолговечных аккумуляторных системах, используемых для питания ракет, этот новый аккумуляторный подход продемонстрировал работу при высоких температурах в течение беспрецедентных периодов времени, заложив основу для новой парадигмы аккумуляторных технологий и посадочных модулей Венеры.

Концептуальное изображение долгоживущего исследователя солнечной системы In situ (LLISSE) на Венере по сравнению с более крупными традиционными посадочными модулями. Изображение предоставлено: Джон Врбанек, НАСА GRC

Как сделать батарею, которая будет работать месяцами в условиях плавления свинцового припоя, кипения электролитов в аккумуляторных элементах и ​​эквивалента нахождения под водой на километр? NASA и Advanced Thermal Batteries, Inc. (ATB) взяли на себя эту задачу, чтобы создать долгоживущий посадочный модуль для поверхности Венеры. Результатом стала первая батарея, которая продемонстрировала способность работать при температурах Венеры в течение всего солнечного дня Венеры (~ 120 земных дней).

В этой новой технологии используется уникальная химия и устойчивая конструкция, которая использует подход, часто используемый для питания интеллектуальных ракет. Эта аккумуляторная система все еще находится в разработке, но полученные результаты показывают, что батареи, способные работать в таких суровых условиях, как на Венере, вскоре могут стать реальностью и могут стать новым устройством хранения энергии для будущих исследований в суровых условиях по всей Солнечной системе. .

Планета-сестра Земли, Венера, содержит важные научные сведения о нашей Солнечной системе, планетах вокруг других звезд и нашей родной планете. Венера была первой планетой, мимо которой пролетел созданный человеком космический корабль, вокруг нее совершили несколько миссий, и на ней приземлились и работали кратковременные посадочные модули. Тем не менее, есть еще много важных фундаментальных научных вопросов об этом загадочном теле, которые остаются без ответа, потому что Венера создает серьезные проблемы для получения необходимых данных, которые не могут быть преодолены традиционными подходами к проектированию планетарных космических кораблей.

Опытная батарея в масштабе 1/3, разработанная Advanced Thermal Batteries, Inc. для LLISSE. Изображение предоставлено: Том Миллер, НАСА GRC

Венеру часто называют Злым Двойником Земли, потому что она примерно такого же размера, как Земля, и может состоять из аналогичного материала, но условия на поверхности Венеры экстремальные. На поверхности Венеры температура достигает примерно 465 градусов по Цельсию, что может расплавить свинец в электрических цепях и сварить стандартные батареи. Давление на поверхности Венеры может достигать 9В 2 раза больше, чем мы испытываем на Земле (эквивалентно тому, что можно было бы почувствовать на глубине почти километра под водой). Атмосфера Венеры также реактивна и может быстро воздействовать на многие материалы, такие как медь, которые используются для создания традиционных космических кораблей. Эти экстремальные условия окружающей среды на сегодняшний день ограничили срок службы всех посадочных модулей Венеры примерно двумя часами или меньше, что не позволяет собирать данные на месте в течение значительного времени.

Команда исследовательского центра Гленна НАСА при поддержке других центров и учреждений НАСА разрабатывает небольшой посадочный модуль — долгоживущий исследователь солнечной системы на месте (LLISSE) — для решения многих проблем на поверхности Венеры и обеспечения долговременной операции продолжительности. LISSE использует последние достижения в области высокотемпературных систем и новую концепцию операций, позволяющую проводить операции на поверхности Венеры в течение 60 дней и более, пока он собирает научные данные и передает их на орбитальный аппарат Венеры. Предполагается, что LLISSE представляет собой посадочный модуль весом около 10 кг, несущий набор небольших датчиков для измерения ветра, яркости, температуры, давления и содержания основных химических компонентов атмосферы. LLISSE будет полной системой с электроникой, средствами связи и приборами, для работы которых потребуется батарея.

Поскольку не существовало батарей, которые могли бы соответствовать требованиям LLISSE, НАСА и его сотрудники должны были разработать ее. С этой целью ATB проводит значительные исследования и разработки батарей, включая разработку долговечной батареи из расплавленной соли с низкой скоростью саморазряда для посадочного модуля LLISSE Venus. Цель состоит в том, чтобы разработать аккумулятор, способный выдерживать 60 дней непрерывной работы при разрядке, чтобы поддерживать работу шины при +25 В и -25 В в суровых условиях на поверхности Венеры.

Оборудование для тестовых батарей: высокотемпературные тепловые батареи, адаптированные для поверхности Венеры. Изображение предоставлено: д-р Майкл Барклай, Advanced Thermal Batteries, Inc.

Тепловые батареи обладают одной из самых высоких удельных мощностей среди всех технологий резервных батарей. На Земле они не требуют технического обслуживания, в значительной степени не подвержены влиянию суровых динамических условий и имеют проверенную историю высокой надежности. Кроме того, они могут выдерживать длительное хранение, сохраняя способность обеспечивать немедленную подачу питания после активации в течение более 20 лет. Эти свойства связаны с тем, что в термобатареях используется высокотемпературный электролит, который является твердым и инертным при стандартной комнатной температуре. На Венере тепловые батареи могут использовать атмосферные условия окружающей среды для нагрева электролита и могут оставаться в рабочем состоянии без необходимости использования пиротехники или теплоизоляции. Существующая электрохимия тепловой батареи, однако, предполагает очень высокий саморазряд (внутренние химические реакции, которые расходуют срок службы батареи), поэтому термальная батарея обычно работает на Венере всего несколько часов.

Представители Advanced Thermal Batteries, Inc. доставляют шесть тепловых батарей в масштабе 1/3 в Исследовательский центр Гленна НАСА для тестирования производительности. Филипп Амиро, менеджер по развитию бизнеса (слева) и д-р Майкл Барклай, инженер проекта (справа). Изображение предоставлено: Джон Хиз. NASA GRC

Прямая адаптация технологии тепловых батарей для решения научных задач Венеры затруднена, поскольку доступные химические вещества и конструкции могут обеспечить работу только в течение нескольких часов, а не дней или месяцев. По этой причине необходимы изменения в химическом составе и архитектуре батареи для разработки долговечной батареи для поверхности Венеры. На сегодняшний день работа по разработке аккумуляторов ATB была сосредоточена на анодах из литиевого сплава, катодах из сульфидов металлов и электролитах из расплавленных солей на основе галогенидов щелочных металлов, и команда успешно уменьшила внутренние реакции аккумулятора, которые управляют саморазрядом, а также сокращают срок службы и емкость аккумулятора.

Компания ATB разработала батарею, которая соответствует целевому диапазону напряжения и работает в течение 118 дней, что почти вдвое превышает требуемый срок службы. Батарея состоит из 17 отдельных ячеек, а химические и конструкционные материалы специально разработаны для удовлетворения требований миссии LLISSE.

Компания ATB продемонстрировала 17-ячеечную батарею, способную проработать 118 дней при температуре Венеры. Изображение предоставлено: д-р Майкл Барклай, Advanced Thermal Batteries, Inc.

Теперь, когда основные возможности батареи были продемонстрированы, ATB планирует продолжить работу по оптимизации прочной конструкции, чтобы выдерживать ударные и вибрационные нагрузки. Дополнительные усилия будут сосредоточены на контейнере сосуда под давлением и аспектах упаковки для конечных батарей. Ожидается, что полный прототип аккумуляторной системы Venus будет продемонстрирован в течение следующих 18 месяцев.

«Эта недавняя демонстрация аккумуляторной технологии с улучшенной архитектурой и электрохимией с низким саморазрядом — огромное достижение, о котором многие, возможно, не думали».

–           Д-р Кевин Вепасник, инженер проекта ATB

Аккумуляторная технология, как и другие технологии, разрабатываемые для этого долгоживущего посадочного модуля на поверхность Венеры, имеет ряд других научных применений, включая миссии по исследованию Меркурия или спуску в атмосферу газовых гигантов. Кроме того, эта технология может обеспечивать электроэнергию там, где традиционные системы не могут работать, например, в высокотемпературных реактивных двигателях или в суровых промышленных условиях.

РУКОВОДИТЕЛИ ПРОЕКТА

Г-н Томас Миллер, Исследовательский центр имени Гленна НАСА

СПОНСОРСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

Отдел планетарных наук

Читать далее Технологии: основные моменты

Потепление мира требует лучших батарей – The Source

По мере того, как страны всего мира рассматривают пути Чтобы предотвратить изменение климата, Соединенные Штаты в 2022 году приняли закон об инвестировании миллиардов долларов в новые технологии «зеленой» энергетики: солнечную и ветровую энергию, новые сети электропередачи, электромобили и современные системы хранения аккумуляторов.

Звучит многообещающе, но нам предстоит пройти долгий путь. Несмотря на то, что с каждым годом производится все больше и больше возобновляемой энергии, Соединенные Штаты по-прежнему получают только 9,2% своей электроэнергии от ветра и только 2,8% от солнечной энергии. Согласно оценкам Управления энергетической информации США на 2021 год, около 61 % нашей электроэнергии поступает из ископаемого топлива, примерно две трети из них — из природного газа и одна треть — из угля.

Долгий путь к будущему, связанному с экологически чистой энергией, со множеством изгибов и поворотов, разворотов и препятствий, но именно по нему идут исследователи из Вашингтонского университета в надежде создать более совершенные и экологичные батареи. В лаборатории Виджая Рамани, например, ученые работают над крупными батареями, которые должны быть встроены в энергосистему, чтобы мы могли реально использовать наши обильные ветряные и солнечные ресурсы. И в лаборатории Пэн Бая они изучают батареи, которые делают глоток из этой сети, а затем освобождают нас: батареи в наших электромобилях и мобильных устройствах.

Хотя зеленая энергия может быть единственным жизнеспособным решением надвигающейся климатической катастрофы, использование современных технологий ставит нас перед трудными решениями и неприятными компромиссами.

«Я хотел бы, чтобы лучшие энергетические технологии были развернуты прямо сейчас. Но как инженеру-химику, который понимает… масштаб… потребуется некоторое время, прежде чем мы получим его,
».

Vijay Ramani

Во-первых, многие сырьевые материалы, необходимые для экологически чистых энергетических технологий, уже находятся в дефиците и добываются с помощью неустойчивых и явно неблагоприятных для окружающей среды процессов добычи. Растущий мировой спрос на ключевые компоненты аккумуляторов, такие как литий, графит, никель и кобальт, вызвал волну новых предложений по добыче полезных ископаемых, направленных на добычу важнейших полезных ископаемых из отдаленных, экологически уязвимых уголков земного шара.

Без быстрых прорывов экологические и медицинские последствия развития зеленой энергетики могут соперничать с последствиями столетий зависимости от угля, нефти и газа.

«Не существует серебряной пули, которая обеспечит быстрое решение проблемы», — говорит Рамани, профессор энергетики, экологии и химической инженерии в Инженерной школе МакКелви. «Я работаю в области возобновляемых источников энергии и всю свою жизнь работал с батареями. Я хотел бы, чтобы более совершенные энергетические технологии были развернуты прямо сейчас. Но как инженер-химик, который понимает концепцию масштаба, я могу гарантировать вам, что пройдет некоторое время, прежде чем мы это получим.

«Это сложная игра. Экономика должна работать».

Рамани, который также является проректором Вашингтонского университета по вопросам последипломного образования и международным связям, изучает альтернативные источники энергии с 2001 года, когда он увлекся водородными топливными элементами, будучи докторантом в области химического машиностроения в Университет Коннектикута.

Он продолжал свои исследования в области зеленой энергии в качестве профессора Технологического института Иллинойса до 2016 года, когда он присоединился к Вашингтонскому университету в качестве заслуженного профессора университета Ромы Б. и Раймонда Х. Виткофф.

Рамани — один из многих исследователей McKelvey, занимающихся новыми технологиями для снижения вредного воздействия выбросов ископаемого топлива и ускорения перехода на более чистые и экологически безопасные формы производства, хранения и передачи энергии.

В частности, он и его коллега МакКелви Бай, доцент кафедры энергетики, окружающей среды и химического машиностроения, сосредоточены на области исследований, которая имеет ключевое значение для успеха революции в области зеленой энергии: острая потребность в большем –
рентабельных и устойчивых аккумуляторных технологий. Каждый руководит командой из примерно 10 исследователей, в основном докторантов и научных сотрудников с докторской степенью, которые готовятся к карьере в секторе зеленой энергетики.

Лаборатория Рамани занимается разработкой массивных сетевых батарей, которые будут необходимы для долгосрочного хранения электроэнергии, вырабатываемой ветром и солнцем. В отличие от базовой электроэнергии от ископаемого топлива и атомных электростанций, которая может генерироваться непрерывно, энергия ветра и солнца носит прерывистый характер, то есть ее необходимо использовать немедленно для удовлетворения потребительского спроса или каким-то образом сохранять для последующего использования. Темные ночи и безветренные дни могут затруднить или сделать невозможным надежное генерирование, передачу и распределение энергии из возобновляемых источников, поэтому по мере того, как мы отказываемся от ископаемого топлива, потребность в хранилищах на уровне сети с мегаемкостью будет возрастать.

Рамани и его исследовательская группа, в том числе некоторые из его нынешних и бывших студентов, в настоящее время владеют патентами на несколько инноваций, которые прокладывают путь к коммерческому внедрению новых, более производительных версий этих больших батарей. Их аккумуляторное решение, в котором используются титан и церий для замены дорогостоящего ванадия, используемого в большинстве технологий окислительно-восстановительного потока, близких к рынку, может соответствовать федеральным стандартам экономической эффективности для систем хранения энергии в масштабе сети. Его команда недавно получила федеральный грант в размере 2 миллионов долларов на исследование того, как можно снизить риски, связанные с изобретением, в качестве прелюдии к масштабированию для коммерческого применения.

«Солнечная энергия стала дешевой, как и энергия ветра. Но вы не можете всегда полагаться на какой-либо источник для выработки энергии, когда она вам больше всего нужна», — говорит Рамани. «Вы должны найти способ хранить огромное количество энергии в течение нескольких дней, потому что вы не можете управлять всей энергосистемой на прерывистых источниках энергии. Это невозможно.”

Аккумуляторные решения в масштабе сети, такие как у Рамани, дадут нам возможность заполнить пробелы.

На другом конце спектра перезаряжаемых аккумуляторов Бай и его команда сосредоточены на тонких компактных аккумуляторах, которые питают наши мобильные телефоны и ноутбуки; массивные блочные аккумуляторы за нашими беспроводными электроинструментами; и еще более крупные многоэлементные аккумуляторные батареи, которые используются в наших экологически чистых электромобилях.

Бай получил степень бакалавра в области автомобилестроения в 2007 году и докторскую степень в области машиностроения в 2012 году в Университете Цинхуа в Китае. Он также несколько лет изучал химическую инженерию в качестве научного сотрудника Массачусетского технологического института.

С тех пор как он присоединился к WashU в 2017 году, в его исследованиях изучались более чистые, эффективные и безопасные альтернативы литий-ионным батареям, которые в настоящее время являются одной из самых распространенных технологий на рынке мобильных аккумуляторов.

Литий-ионные аккумуляторы, впервые выпущенные в продажу в 1990-х годах, зарекомендовали себя как надежные устройства в течение многих циклов использования. Но эти преимущества связаны с химическим составом батареи, основанным на множестве минералов, которые трудно добывать и которые требуют больших ресурсов для обработки.

Среди наиболее проблемных компонентов этих стандартных типов батарей: сам литий, который добывается из рассолов, выкачиваемых из подземных вод под Андами в Южной Америке, и графит, который добывается почти исключительно в Китае. Для рафинирования графита требуется экстремальное тепло, часто получаемое за счет сжигания энергии на угольных электростанциях, и обработка плавиковой кислотой – процесс, который может быть опасен для окружающих экосистем.

«Хотя литий-ионные батареи обещают обезуглероживать транспорт, добыча и переработка аккумуляторного графита в масштабе почти миллиона метрических тонн каждый год создают нагрузку на наши экосистемы из-за загрязнения и выбросов парниковых газов», — говорит Бай. . «Ситуация будет только ухудшаться с быстрым расширением производства аккумуляторов по всему миру — пока мы не предпримем простое действие: удалим графит из аккумуляторов».

«Мы изучаем, как можно улучшить литиевые батареи или разработать альтернативы им, чтобы мы могли производить батареи с высокой плотностью энергии, более безопасные для пользователя и более экологичные для планеты».

Peng Bai

Лаборатория Бая сделала недавние открытия, которые ускоряют это и многое другое — разработка литий-ионной батареи, работающей без графита, и натрий-ионной батареи, работающей без лития. Бай и другие нашли потенциальные заменители, разбросанные по периодической таблице.

«Вы можете сделать хорошие батареи, включив литий, графит, кобальт, никель и другие минералы, которых не так много, но это будет иметь экологическую и социальную цену», — говорит Бай. «Мы изучаем, как можно улучшить литиевые батареи или разработать альтернативы им, чтобы мы могли производить батареи с высокой плотностью энергии, которые были бы более безопасными для пользователя и более экологичными для планеты».

Десятилетия улучшения природоохранного законодательства и активная деятельность по защите окружающей среды в США вынудили многие из наших самых грязных горнодобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий переместиться за границу, фактически передав экологические и социальные затраты на производство аккумуляторов на аутсорсинг.

В 2022 году президент Джо Байден подписал знаменательный законопроект демократов об изменении климата и здравоохранении. Среди прочего, Закон о снижении инфляции (IRA) направлен на то, чтобы обратить вспять эту тенденцию к аутсорсингу, предлагая потребителям щедрые скидки на покупку электромобилей, аккумуляторов и других экологически чистых технологий, компоненты которых в основном добыты или произведены в США.

Майкл Вайсессион, профессор наук о Земле и планетах в области искусств и наук и эксперт по использованию энергии, настолько уверен, что IRA мотивирует большие изменения, что называет 2023 год «Годом батареи».

«Основное законодательство президента Байдена меняет правила игры во многих областях возобновляемых источников энергии», — говорит Вайсессион. «Одной из основных проблем на пути к будущему полностью возобновляемой энергии ветра и солнца является хранение энергии. Всего несколько лет назад люди смотрели на крупные проекты земляных работ, такие как насосная гидроэнергетика или сжатый воздух в подземных пещерах. Эти обсуждения были в значительной степени отложены из-за невероятно быстрого прогресса и падения цен на аккумуляторные технологии».

Например, с 2010 по 2022 год стоимость достаточного количества литий-ионных аккумуляторов для электромобилей для хранения киловатт-часа (кВтч) энергии (что эквивалентно 10 100-ваттным лампочкам, горящим в течение часа) снизилась с 1300 долларов США. всего до 150 долларов в долларах 2022 года, отмечает Wysession.

«IRA увеличивает инвестиционный налоговый кредит до 30% для солнечных батарей и впервые для автономных хранилищ», — говорит Вайсессион. Дополнительные 10% кредита добавляются за использование оборудования, произведенного в США, и еще 10% добавляются для проектов, расположенных на выведенных из эксплуатации объектах, работающих на ископаемом топливе, в прифронтовых сообществах.

«Это устранит узкие места в цепочке поставок в 2021–2022 годах и поможет стимулировать развитие США», — продолжает Wysession. «После принятия IRA несколько крупных производителей аккумуляторов, таких как Panasonic и LG, уже объявили о планах строительства заводов в США».

Рамани менее оптимистичен в отношении ожидаемых немедленных изменений, но он по-прежнему видит большие возможности в исследованиях и разработках аккумуляторов и накопителей энергии в ближайшие годы.

С другой стороны, как ветровая, так и солнечная энергия могут быть дешевле в производстве, чем энергия из природного газа, поэтому у коммунальных предприятий есть экономический стимул рассмотреть возможность перехода. Многие коммунальные предприятия стремятся использовать возобновляемые источники энергии в сети в любых доступных количествах, особенно для замены энергии, поступающей от пиковых электростанций, которые обычно работают только тогда, когда существует высокий спрос на электроэнергию.

«Однако с такой неопределенностью нельзя управлять электросетью, — говорит Рамани. «Вы можете использовать прерывистые источники на процентной основе, если они меньше 10%, 15%, 20%. Существующая сетка обладает достаточной гибкостью, чтобы принимать ее, когда она появляется, и отказываться от нее, когда ее нет. Но если вы хотите 90% солнца и ветра, как предлагают некоторые люди, этого не произойдет, если у вас нет технологии хранения».

Емкость хранилища, необходимая для полностью возобновляемой энергосистемы, будет поистине огромной. «Я не говорю о киловаттах, мегаваттах или 1000 мегаватт, что составляет гигаватт. Я говорю о сотнях гигаватт и тысячах гигаватт-часов», — говорит Рамани. «Это объем хранилища, который нам понадобится для электрической сети на основе возобновляемых источников энергии».

В настоящее время все 10 крупнейших в мире аккумуляторов для электростанций изготавливаются с использованием литий-ионных химических элементов, которые имеют относительно короткие циклы зарядки-разрядки. Большинство из них обеспечивают ограниченную резервную мощность в течение нескольких часов или меньше, чтобы удовлетворить небольшие скачки спроса или реагировать на чрезвычайные ситуации, когда ураган или лесной пожар разрушают часть сети.

«Это недостаточно долго для сети возобновляемых источников энергии», — говорит Рамани. «Что касается возобновляемых источников энергии, вам нужна система, которая может хранить не менее 8–10 часов, что достаточно для получения солнечной энергии в течение ночи, особенно если все дома заряжают свои электромобили».

Проточные окислительно-восстановительные батареи, такие как батарея, недавно запатентованная Рамани и его группой, могут помочь удовлетворить спрос на крупномасштабные хранилища. Их конструкция создает энергоемкие жидкие электролиты, которые можно перекачивать в близлежащие резервуары для хранения. Емкость хранения энергии можно увеличить, просто увеличив размер или количество резервуаров для хранения. Прототипы систем, подготовленные компаниями, работающими в этой области, которые теперь имеют размер транспортного контейнера, могут быть расширены для хранения энергии в резервуарных парках размером со спортивные арены.

В проточной батарее Рамани используется комбинация металлов титана и церия, которые более распространены и дешевле, чем ванадий, используемый в других, более известных химических элементах проточных батарей. Может пройти несколько лет, прежде чем их титано-цериевая проточная батарея будет готова для крупномасштабного коммерческого применения, но Рамани и его коллеги надеются, что пилотная версия будет увеличена и готова к демонстрации в течение года. Его группа вместе с Беном Кумфером, доцентом-исследователем и коллегой, работают с электроэнергетической компанией Ameren в Сент-Луисе, чтобы смоделировать использование таких батарей в сочетании с газовыми электростанциями, интересным местным проектом, который финансируется на двухлетний федеральный грант в размере 500 000 долларов.

Исследование Бай направлено на то, чтобы лучше понять химические реакции, известные как тепловые выходы из строя, которые могут привести к неконтролируемому нагреву энергоемких литиевых аккумуляторов. В редких случаях эти реакции приводили к опасным взрывам аккумуляторов и возгоранию электронных сигарет, мобильных телефонов, ноутбуков и электромобилей.

Прислушиваясь к электрохимическим и физическим силам, лежащим в основе работы батареи, его команда задокументировала тонкие механизмы, определяющие, как эти реакции протекают на уровне отдельных частиц, ионов и электронов.

Работая с Бингюанем Ма, одним из своих докторантов, Бай разработал прозрачную капиллярную ячейку, которая позволяет наблюдать под микроскопом в режиме реального времени тонкие рабочие модели простых одноэлементных батарей. Исследование связывает некоторые малоизученные отказы аккумуляторов с химическими реакциями, которые можно предотвратить с помощью незначительных изменений в конструкции аккумуляторов и материалов.

Как подробно описано в статье, опубликованной Бай и Ма в 2021 году, их лаборатория использовала эти идеи для разработки стабильного прототипа натрий-ионной батареи, которая может положить конец зависимости индустрии аккумуляторов как от лития, так и от графита. Поскольку в традиционных литий-ионных батареях используется в 10–30 раз больше графита, чем в литиевых, натриевые батареи без графита обладают потенциалом для гораздо более высокой плотности энергии, что позволяет упаковать еще больше энергии в батарею аналогичного размера и веса. Поскольку натрий, тот же элемент в поваренной соли, встречается в изобилии и дешев, затраты на сырье для натриевых батарей будут составлять менее 1 % от затрат на литиевые батареи.

Ма, прошедший стажировку по разработке аккумуляторов в Tesla, получил предложение снова присоединиться к производителю электромобилей (EV), когда он получит докторскую степень. Другой ученик Бая, Шубхам Агравал, окончивший Вашингтонский университет в 2022 году со степенью доктора химических технологий, теперь работает инженером по моделированию аккумуляторов в подразделении электромобилей Ford Motors.

Агравал часто удивляется тому, как мало большинство потребителей знают об основах работы электромобилей. Многие не понимают, что батареи электромобилей часто состоят из тысячи маленьких батарей размера AA, собранных вместе в контролируемые компьютером многоэлементные блоки. Также не многие понимают, что аккумуляторы электромобиля устанавливаются вдоль шасси автомобиля на уровне колес, оставляя пространство под передним капотом, которое когда-то было занято двигателем внутреннего сгорания, для использования в качестве дополнительного места в багажнике.

«Наши производители автомобилей и аккумуляторов внедряют эти инновации непосредственно на свои производственные линии, поэтому точное понимание нашими студентами электрохимических наук может сыграть важную роль».

Пэн Бай

Агравал, занимающийся оценкой аккумуляторных технологий в рамках своей работы в Ford, говорит, что литий-ионные аккумуляторы, которые он изучал в лаборатории Бай, еще несколько лет останутся основным источником энергии для коммерческого применения. Тем не менее, Ford и другие производители, отмечает он, следят за будущими вариантами, чтобы предоставить еще более безопасные и дешевые батареи, чем самые популярные в настоящее время батареи на основе никеля, марганца и кобальта. Он ожидает, что производительность электромобилей резко улучшится по мере появления новых достижений.

«В ближайшие пять лет вы обязательно увидите электромобили, проезжающие 600 или 700 миль без подзарядки, – говорит Агравал. «Время зарядки сократится до 15–20 минут, а срок службы батареи определенно увеличится по мере появления новых многообещающих химикатов. Даже зарядные станции становятся более доступными, поэтому я думаю, что клиенты будут очень довольны нашим прогрессом».

Бай говорит, что его докторанты покидают университет с хорошей квалификацией, чтобы стать профессорами и продолжить карьеру в академических кругах, но он также призывает их рассмотреть возможность работы в промышленности. «Наши компании, производящие автомобили и аккумуляторы, внедряют эти инновации непосредственно на свои производственные линии, поэтому точное понимание нашими студентами электрохимических наук может сыграть значительную роль», — говорит Бай. «Именно здесь действительно будут реализованы фундаментальные научные данные, лежащие в основе аккумуляторов следующего поколения».

Правительства во всем мире играют огромную роль в расширении и поощрении перехода на возобновляемые источники энергии. Они также могут ускорить переход, облагая налогом ископаемое топливо, субсидируя возобновляемые источники энергии и позволяя коммунальным службам повышать тарифы для покрытия затрат на переход. Но у Рамани есть опасения по поводу того, как быстро могут произойти эти изменения, и насколько реалистично ожидать участия таких стран, как Индия и Китай, с высокой траекторией роста, на данном этапе.