Алюминий ионный аккумулятор | Статьи

09.07.2015

Исследователи из Стэнфордского университета создали новый тип батареи, основанной на алюминии. Как сообщается, новый аккумулятор  по многим  параметрам превосходит литий-ионные аккумуляторы, свинцово-кислотные и щелочные АКБ. Основные преимущества – безопасность использования, быстрая зарядка, большее количество циклов заряд/разряд.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Прототип алюминий ионного аккумулятора оснащен анодом из алюминия и катодом из графита, помещенными в ионный электролит. Аккумулятор заключён в  гибкий корпус  из полимерного материала, что позволяет аккумулятору, в случае механического повреждения, работать еще некоторое время, прежде, чем отключиться, а не загореться, как это бывает с литий ионными аккумуляторами. Электролит представляет из себя раствор соли, абсолютно безопасный.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конечно, безопасность важна, но для многих куда важнее показатель времени зарядки. Прототип алюминий ионной АКБ показывает беспрецедентное время перезарядки – всего 1 минуту. Долговечность новинки также поражает – исследователи утверждают, что их разработка выдержала 7500 циклов заряда/разряда без какой-либо потери мощности. Это как минимум в 7 раз дольше, чем выдерживает большинство литиевых батарей. Ученые предполагают, что их разработка на основе алюминия сможет выдержать десятки тысяч циклов.

Еще одним важным преимуществом экспериментального источника питания является его гибкость – возможность отойти от привычных форм-факторов открывает новые горизонты для использования элементов питания для электротранспорта. Кроме того, алюминий стоит гораздо дешевле лития, что повлияет, в случае выхода нового аккумулятора на рынок, на стоимость батареи. Помимо прочего,  это еще и экологически чистое решение для хранения энергии, в отличии от щелочных и кислотных батарей, загрязняющих почву.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Последняя проблема, над которой работают ученые – рабочее напряжение. В настоящее время, аккумулятор из алюминия дает 2 вольта, и хотя это выше, чем в других экспериментальных  разработках, все же этого недостаточно. Литиевые элементы дают напряжение вдвое выше- до 4.2v. Разработчики считают, что решить эту проблему может замена материала для катода. Такой ход, теоретически, позволит увеличить  и плотность заряда на единицу объема.

Исследования продолжаются, и, в случае успеха, мы увидим на рынке новый тип батарей с отличными характеристиками и по невысокой цене. Ну а пока работа над новинкой не закончена, TM Volta bikes предлагает своим клиентам проверенные и качественные литий полимерные батареи с хорошей плотностью заряда. Наши аккумуляторы безопасны и эффективны  для оснащения легкого электротранспорта.  

Алюминиевая батарея — отличное дополнение для электромобиля / Хабр

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

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

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

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

Химическая формула реакции выглядит так:

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

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

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

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

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

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

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

Но при всех своих недостатках воздушно-алюминиевая батарея всё равно кажется очень удобным дополнением к электромобилю. По крайней мере, как временное решение на ближайшие годы (десятилетия?), пока не исчезнет проблема ёмкости аккумуляторов.

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

Похожие научные разработки ведутся и в России.

Дешевый, большой емкости и быстрый: новая технология алюминиевых аккумуляторов обещает все

Увеличить

Aurich Lawson | Getty Images

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

Эти компромиссы позволяют продолжать исследования альтернативных химических элементов аккумуляторов, несмотря на то, что с точки зрения технологий и производственных возможностей литиевый свинец имеет огромное значение — все еще есть надежда, что какой-либо другой химический состав может обеспечить значительное снижение цены или значительное повышение в некоторой степени. производительность.

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

Алюминиевая банка?

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

Реклама

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

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

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

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

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

Реклама

Бутерброд с солью

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

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

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

Если сократить время зарядки до чуть более минуты, емкость на единицу веса будет примерно равна емкости литий-ионной батареи, и более 80 процентов этой емкости останется доступной после 200 циклов. Аккумулятор мог даже выдерживать полную зарядку менее чем за 20 секунд, хотя емкость на единицу веса была лишь немногим более половины того, что можно было бы получить от литий-ионного аккумулятора.

THERMAL-XR® | Группа по производству графена

THERMAL-XR® | Группа по производству графена | GMG THERMAL-XR® – Группа по производству графена | ГМГ Искать:

ПРЕВОСХОДНАЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧА И ЗАЩИТА

THERMAL-XR®   СИСТЕМА ПОКРЫТИЯ представляет собой уникальный метод улучшения проводимости корродированных поверхностей теплообмена и поддержания производительности новых блоков на максимальном уровне. Процесс покрывает и защищает поверхности теплообмена, улучшая и восстанавливая утраченную коррозией теплопроводность и увеличивая скорость теплопередачи за счет использования физики GMG Graphene, что приводит к повышению эффективности и снижению энергопотребления.

THERMAL-XR RESTORE® работает на GMG Graphene.

THERMAL-XR® также может защитить как змеевики RTPF (круглые пластинчатые ребра), так и MCHC (микроканальные) от ускоренного коррозионного повреждения, тем самым продлевая срок службы змеевика и снижая потребление энергии.

Патент заявлен

Видео

ВИДЕО-ДЕМОНСТРАЦИЯ УСТАНОВКИ THERMAL-XR®

РЕЗУЛЬТАТЫ

• До самого высокого уровня Сертифицированный специалист по измерениям и проверке (CMVP) Утвержденный результат на сегодняшний день ~ 46% экономии затрат на электроэнергию.
• Сокращение выбросов.
• Повышение прибыльности.
• Защита активов и долговечность.

 

ПРОБЛЕМА HVAC-R

Охлаждение является самым большим потреблением энергии в зданиях (до 60% Международное энергетическое агентство), и его потребность в энергии увеличилась более чем в три раза за последние тридцать лет и будет расти экспоненциально в будущем. Отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, охлаждение (HVAC-R) стремится найти решения для повышения эффективности и сокращения выбросов параллельно с усилиями правительств по внедрению более строгих стандартов по сокращению выбросов CO2 и устойчивости.

РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТА THERMAL-XR®

КАК ЭТО РАБОТАЕТ?

• ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ | Сообщается, что теплопроводность графена в 10-15 раз выше, чем у алюминия и меди, что увеличивает рассеивание тепла через змеевик конденсатора системы.

 

• КОРРОЗИОННО-СТОЙКИЙ | Графен GMG создает непроницаемый слой, который препятствует доступу кислорода к металлическим поверхностям, устраняя коррозию металлов и используя графен гидрофобные (водоотталкивающие) свойства.

 

• м ² Поверхность Увеличение | До 300 м ² площади микроповерхности на грамм графена обеспечивает повышенное рассеивание тепла внутри тонкого слоя покрытия THERMAL-XR RESTORE®.

 

THERMAL-XR® ТЕХНИЧЕСКИЙ ОБЗОР

ЧЕТЫРЕХЭТАПНЫЙ ПРОЦЕСС

ЭТАП 1 THERMAL-XR PREP®

THERMAL-XR PREP® представляет собой высококонцентрированное комбинированное средство против ржавчины, обезжиривателя и фосфататора. Он был специально разработан для обработки алюминия перед нанесением THERMAL-XR RESTORE® .

 

ШАГ 2 THERMAL-XR ACTIVATE®

THERMAL-XR ACTIVATE® представляет собой высококонцентрированное не содержащее хрома конверсионное покрытие для алюминия. Он был специально разработан для обработки алюминия перед нанесением THERMAL-XR RESTORE® 9.0042 для повышения адгезии.

 

ЭТАП 3 THERMAL-XR RESTORE®

THERMAL-XR RESTORE® представляет собой акриловую краску на водной основе для непосредственного нанесения на металл, специально разработанную для нанесения на змеевики систем отопления, вентиляции и кондиционирования и охлаждения.