Аккумуляторы на жидких электродах - Новые перспективы аккумуляторов
Попыткой решить проблемы традиционных аккумуляторов является разработка так называемых "поточных", или "проточных", батарей (flow battery). Принцип их работы основан на взаимодействии двух жидких "заряженных" электролитов, прогоняемых насосами через особую ячейку, где производится выработка электрического тока. Каждый электролит находится в своем баке, а при прохождении через ячейку они разделены мембраной-сепаратором, через которую проходят ионы, как и в обычном аккумуляторе. Поскольку эти электролиты играют роль положительного и отрицательного электродов, их часто так и называют -- "жидкие электроды".
Преимущество проточных аккумуляторов заключается в отделении веществ, отвечающих за хранение энергии (электролитов), от устройства, в котором вырабатывается ток. Сколько бы в аккумуляторе ни содержалось электролита, узел, связанный с генерированием тока, будет только один. Это существенно уменьшает и вес, и стоимость такой батареи. Теоретически такие проточные батареи могут запасать огромное количество энергии -- для этого надо просто увеличить емкость баков, в которых хранятся электролиты, до нужной величины. Очень важно, что перезарядка такого аккумулятора может осуществляться не только привычным подключением к источнику тока, но и простой заменой отработанного электролита на свежий. В этом случая перезарядка будет занимать несколько минут -- примерно столько же, сколько тратится на заправку автомобиля бензином.
Tesla Model S -- электромобиль класса "люкс" с огромным, по меркам автомобилей с электрическим приводом, пробегом: до 426 км
Проточные аккумуляторы надежны, живучи и долговечны (более 10000 циклов зарядки-разряда). Благодаря конструкции и применяемым материалам они значительно дешевле литий-ионных в расчете на киловатт-час запасаемой энергии. Кроме того, эти батареи безопаснее, чем обычные. Раздельное хранение активных веществ и единственный генерирующий модуль позволяют предотвратить короткие замыкания и перегрев, которые могут, в частности, приводить к возгоранию литий-ионных батарей.
До недавнего времени проточные аккумуляторы были малопригодны для использования на автомобилях. Даже самая успешная из подобных "батареек" -- ванадиевый редокс-аккумулятор (англ. redox от reduction-oxidation -- окисление-восстановление, т. е. отдача и получение электронов) -- имела при нужной емкости слишком большие размеры из-за использования разбавленных растворов электролитов. Дальше их ограниченного стационарного применения дело так и не шло. Да и стоимость ванадиевых батарей все же достаточно велика -- даже для самых дешевых свыше $300 на кВт*ч емкости накопителя, в то время как, по оценкам Минэнерго США, для широкого распространения аккумуляторов цена должна упасть примерно до $100 за кВт*ч. Однако стоимость только ванадия, используемого в системе, составляет порядка $80 на кВт*ч, так что ожидать подобного удешевления не стоит.
В прошлом году группа Майкла Азиза (Michael J. Aziz) из Гарвардского университета (США) сумела заменить ванадий на хиноны -- органические соединения, используемые в животном и растительном мире для переноса электронов и протонов в процессе дыхания. Их экспериментальный образец проточного аккумулятора содержит баки с водным раствором хинона и жидкого брома. При прохождении через генераторную ячейку каждая молекула хинона отдает по паре протонов и электронов, а из одной молекулы брома образуются две молекулы бромистого водорода. Для зарядки достаточно подвести к бромистому водороду электроны, и протоны от него переходят обратно к хинону. Сейчас Азиз работает над заменой вредного для человека брома на другую разновидность хинона (к тому же в случае утечки из аккумулятора бром может инициировать коррозионные процессы).
Хиноновая батарея получилась в десять раз меньше ванадиевой. Стоимость хинона всего $27 на 1 кВт*ч емкости накопителя (он почти идентичен хинону ревеня и распространен как в живой природе, так и в сырой нефти), поэтому можно ожидать, что при массовом производстве удастся уложиться в упомянутые $100 за 1 кВт*ч. Очень важно, что реакции в новом аккумуляторе протекают примерно в тысячу раз быстрее, чем в ванадиевом, что позволяет получать больший ток и заряжать такую батарею существенно быстрее.
Агентство по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США (DAPRA) уже заказало прототип аккумулятора, дав ученым три года на доработку проекта.
В том же 2013 году исследователи Института окружающей среды, безопасности и энергетики (UMSICHT, Оберхаузен, Германия), входящего в Общество им. Фраунгофера, представили на Ганноверской выставке новый большой и эффективный проточный редокс-аккумулятор. Пакет размером в 0,5 м? давал мощность 25 кВт и ток до 500 А.
Робот Atlas, разработанный по заданию DARPA, нуждается в переходе от внешнего источника питания (сейчас к нему тянется силовой кабель) к автономному внутреннему. Возможно, вскоре такой источник появится: Агентство вкладывает средства в разработку инновационных аккумуляторов.
Однако эти две разработки больше ориентированы на применение в стационарных накопителях, поскольку для использования в автомобилях желательно добиться большей энергоемкости, чем это возможно на жидких электролитах. аккумулятор батарея электромобиль
Одно из решений проблемы было предложено в 2011 году учеными из Массачусетского технологического института (MIT, США), представляющими молодую фирму 24M Technologies (в 2010 году та выделилась из известной компании по производству литиевых аккумуляторов A123 Systems). В своих экспериментах они использовали суспензию -- смесь жидкого электролита с твердыми наночастицами LiCoO2 и углерода. Из-за последнего компонента активная жидкость выглядит черной. Свое изобретение они назвали "полутвердая проточная ячейка" (semi-solid flow cell, SSFC). Батарея SSFC, по мнению авторов, взяла лучшее от проточных батарей и от традиционных твердых аккумуляторов.
Схема аккумулятора SSFC и вид использованной суспензии (фото: статья Mihai Duduta, Yet-Ming Chiang et al, "Advanced Energy Materials")
Эксперименты показали, что генераторная ячейка SSFC работоспособна, а новая активная жидкость обладает достаточной текучестью. Частицы углерода, помимо транспорта электронов в растворе, стабилизируют в нем микрочастицы соединений лития, не давая им выпасть в осадок. И самое главное, оценки показывают, что после отработки технологии такой аккумулятор сможет вмещать на порядок больше энергии, чем прежние проточные. Стоимость опытных образцов на первом этапе составит $250 за кВт*ч, т. е. примерно в два раза дешевле существующих автомобильных аккумуляторов.
В феврале 2014 года появилась информация о разработке в Аргоннской национальной лаборатории и Иллинойском технологическом институте проточного аккумулятора, названного "перезаряжаемым топливом" (rechargeable fuel).
Работа финансируется Агентством по перспективным исследовательским проектам в энергетике (ARPA-E) . Авторы держат детали изобретения в тайне до оформления всех патентов, но известно, что они также использовали суспензию с наночастицами. Причем, по их словам, им удалось достигнуть значительной концентрации этих частиц, обеспечивающей высокую энергоемкость.
Несмотря на это, суспензия по-прежнему легко течет по трубкам благодаря особым свойствам частиц столь малых масштабов. Авторы также разработали новый способ получения электрического тока от частиц и надеются, что это позволит им увеличить проводимость. Оценки разработчиков показывают, что электромобиль с таким аккумулятором сможет проехать более 900 км.
Похожие статьи
-
Монтаж ведут по соответствующей схеме. После установки проверяют качество монтажа аккумуляторов, правильность постановки пробок, надежность крепления...
-
Основной неисправностью аккумулятора является понижение его емкости вследствие накопления в его электролите карбонатов (углекислых солей), снижающих...
-
Перспективы развития электроники - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Современные состояние развития электроники заключается в переход от микротехнологии к нанотехнологии. Прогресс в развитии науки и технологии,...
-
При нынешнем достаточно высоком спросе на транзитные грузоперевозки мы пока не можем предоставить зарубежным клиентам конкурентоспособного, удобного и...
-
Одним из показателей, определяющим уровень стабильности экономической жизни городов, является качество транспортного обслуживания горожан. Поэтому...
-
Новые разработки датчиков Новый аккумуляторный датчик от Bosch. Концерн Bosch разработал электронный датчик состояния автомобильной батареи (EBS)....
-
*Привести в порядок рабочее место. Инструмент и приспособления протереть и сложить на отведенное для них место. *Если техника остается на специальных...
-
Увеличение спроса на восстановительный ремонт автомобилей прежде всего можно объяснить ростом аварийности. Подтверждают это и опубликованные в открытой...
-
Внедрение новых вагонов-хопперов - Совершенствование работы станции
За последнее десятилетие в условиях строительного бума на отечественном рынке обозначилась тенденция к наращиванию объемов производства и, следовательно,...
-
Перспективой развития ТТЭЭ является повсеместное использование системы. Начиная от мобильного телефона, заканчивая промышленными 200-киловаттными...
-
Перспективы развития Интернет-телефонии - IP-телефония и традиционные телефонные сети
Существует мнение, что концепция передачи голоса по сети с помощью персонального компьютера зародилась в Университете штата Иллинойс (США). В 1993 г....
-
Роль и значение оптимизации перевозок мелкопартионных грузов Мелкопартионными грузами в зависимости от вида транспорта принято считать: - для...
-
Новые подходы к защите передачи информации - Кодировщики голоса
Однако с выходом Постановления "Об утверждении положений о лицензировании отдельных видов деятельности, связанных с шифровальными (криптографическими)...
-
Новое тысячелетие - Расчет летно-технических характеристик самолета Boeing 767
К началу 2000-х годов, было продано около 900 самолетов Boeing 767. Однако, после 2001 года в индустрии авиаперевозок начался кризис, и спрос на самолет...
-
Методика диагностики СУ - Перспективы развития автомобилестроения
Диагностика СУ, как правило, требует по сравнению с детальным анализом и работами по проектированию кратчайших сроков ее проведения. Обычно эти сроки...
-
Определение приоритетности проблем и их причин - Перспективы развития автомобилестроения
Выявленные проблемы по глубине их разрешения подразделяют на несколько групп: 1)проблемы, требующие только корректировки; 2)проблемы коренного...
-
Новые карты - Современные звуковые карты. Методы позиционирования и сжатия звука
Карты на чипе Yamaha YMF-724 Звуковые карты, сделанные на основе чипа YMF-724 имеют аппаратный 64-голосный wavetable синтезатор. Текущие версии драйвера...
-
В большинстве новых моделей применяется chipset с функциями ускорения видео в соответствии с DCI-1.0 и скоростной цифроаналоговый преобразователь RAMDAC...
-
НОВЫЕ ВИДЫ ПАМЯТИ - Анализ и оценка аппаратных средств современных компьютеров
Резкое повышение быстродействия процессоров и переход на 32-разрядные многозадачные операционные системы существенно поднимают требования и к другим...
-
Цель - третье место в мире - Анализ состояния и перспективы развития рынка грузовых авиаперевозок
Безусловно, мы перечислили не все проблемы, которые необходимо решить для эффективного развития авиационного грузового потенциала России, но, думается,...
-
Общая схема рулевое управление, Организация рабочего места - Перспективы развития автомобилестроения
Организация рабочего места Рабочим местом называется определенный участок производственной площади, цеха, участка, мастерской, закрепленный за данным...
-
Перспективы развития автомобильного транспорта - Ремонт автобуса
В 1958 году решением правительства производство автобусов ЗИЛ перевели в Ликинские цеха. Завод получил новое название - Ликинский автобусный завод, или...
-
Назначение, конструкция, технические данные ремонта аккумуляторной батареи КН-40-125 Аккумуляторная батарея служит источником напряжения 50 В для катушек...
-
После анализа статистических данных попробую осветить возможные пути развития автотранспорта. В среднесрочной перспективе можно ожидать повышения...
-
Ремонт рулевого управления КАМАЗ 5320, Рулевой механизм - Перспективы развития автомобилестроения
Рулевой механизм В процессе эксплуатации автомобиля происходит износ рабочих поверхностей деталей рулевого управления. Для установления степени износа и...
-
Потребность в новом подвижном составе определяется с учетом договорных обязательств, выбранных марок, имеющегося в наличии количества автомобилей и их...
-
Ремонтная мастерская дорожно-строительной техники представляет собой кирпичное одноэтажное здание длиной-11м, шириной-7,5м, высотой-4,5 м. Оснащена...
-
Введение - Перспективы развития автомобилестроения
Рулевой рационализация обслуживание ремонт Перспективы развития автомобилестроения. Рулевое управление служит для изменения направления движения...
-
ATM (Asynchronous Transfer Mode) - IP-телефония
Назначение: Технология ATM - это транспортный механизм, ориентированный на установление соединения при передаче разнообразной информации в сети. Основные...
-
Инженерный технический транспортный перевозочный Правление ОАО "РЖД" одобрило проект новой концепции повышения безопасности движения, основанной на...
-
Новые виды ПК - Этапы развития ЭВМ с 1950 по наши дни
В последние два года широкое распространение получили карманные персональные компьютеры (КПК). Новинкой 2003 г. стали планшетные ПК. Эти компьютеры вышли...
-
Разделить обслуживаемую территорию на макро-зоны можно двумя способами: статистическим, основанным на измерении статистических параметров распространения...
-
Как показывает практика, основой бизнеса крупнейших международных авиакомпаний является домашний рынок, который обеспечивает более половины объемов...
-
Для целенаправленного изменения свойств полупроводники легируют, т. е. вводят в небольшом количестве атомы примесей, позволяющие управлять типом...
-
Экспортно-импортный потенциал - Анализ состояния и перспективы развития рынка грузовых авиаперевозок
Экспортно-импортный потенциал России оказывается сегодня все теснее связан с развитием всей экономики страны, расширением торговых отношений с...
-
Источники электрического тока - Электрооборудование автомобиля и дополнительное оборудование
Электрический ток в автомобиле вырабатывается из двух источников: аккумуляторная батарея (аккумулятор) и генератор. Задача аккумулятора (рис. 4.1) --...
-
Виды работ На участке кузовного ремонта предприятия И. П. Коваль проводятся различные работы. Прежде, чем начать рассказ об организации кузовного участка...
-
ATM (Asynchronous Transfer Mode) - Корпоративная система связи с использованием сетевой телефонии
Назначение: Технология ATM - это транспортный механизм, ориентированный на установление соединения при передаче разнообразной информации в сети. Основные...
-
Так как СТО достаточно крупное, то структуру управления и схему СТО можно представить как на рисунках 1.3 и 1.4 соответственно. Комплекс ТОД - выполняет...
-
Тема "Модернизация участка кузовных работ СТО с применением новых технологий " показалась мне интересной потому, что на сегодняшний день кузовные работы...
Аккумуляторы на жидких электродах - Новые перспективы аккумуляторов