Аккумуляторы

 

16. Литий-хлорные аккумуляторы.

Данный вид аккумуляторов представляет собой  вторичный химический источник тока, в котором в качестве анода используется литий, электролит — растворы солейлития в органических растворителях (либо твердый электролит), катод — газовый хлорный электрод. Отличается значительной удельной энергоемкостью.

 

 

17.Литий-серные аккумуляторы (Li-S).

Данный вид аккумуляторов представляет собой  вторичный химический источник тока, в котором катод является жидким и содержит серу, также, необходимо учесть, что он отделён от электролита специализированной мембраной.

Первый образец литий-серного аккумулятора был разработан в в 2004 году американской компанией SionPower. Конструкция такого аккумулятора совпадает с ионно-литиевым аккумулятором, но у литий-серного аккумулятора увеличена удельная зарядовая ёмкость за счёт использования соединения литиевого анода и серосодержащего катода. В отдельных случаях также используют жидкий катод, что позволяет увеличить плотность тока, проходящего через него.

Данный тип аккумулятора создаётся по принципу многослойности: между анодом и катодом располагают анодные и катодные мембраны, а также слой электролита. Удельная ёмкость аккумулятора. Созданного таким образом, составляет 300 Вт•ч/кг, что в два разе больше, чем у ионно-литиевых полимерных аккумуляторов. Теоретическая удельная ёмкость достигает 2600 Вт•ч/кг, а выдаваемое напряжение - 2,1 В. Размер пробного образца в 2004 году составлял 11х35х55 мм.

Интересным является тот факт, что именно такой вид аккумулятора использовался в 2008 году во время установления рекорда по наивысшему и самому продолжительному полёту самолёта на солнечных батареях.

 

17. Натрий никель-хлоридные аккумуляторы.

Данные аккумуляторы (ZEBRA) были придуманы в конце 1980х годов специально для электротранспорта. Аккумуляторы ZEBRA являются последователями не совсем удачных горячих натрий-серных аккумуляторов. Основная причина отказа от натрий-серных аккумуляторов в пользу натрий никель-хлоридных в том, что в первых наблюдалась высокая коррозия керамического твердого электролита в процессе циклирования, что приводило к предварительному выходу из строя батарей. 
Для электромобилей нужны аккумуляторные батареи с высокой удельной емкостью и низкой ценой за КВт*ч запасенной электроэнергии. Также желательно, чтобы батареи имели большой срок эксплуатации и большое количество циклов заряда/разряда, а также могли быстро заряжаться. Аккумуляторы ZEBRA потенциально могут превзойти основные, используемые в данный момент, батареи для электромобилей по всем показателям. 
В натрий никель-хлоридных аккумуляторах используются дешевые составляющие – расплавленный натрий, хлорид никеля (II), керамический твердый электролит и расплавленный аллюмохлорид натрия (NaAlCl4) в качестве жидкого электролита. Для работы данного аккумулятора необходимо поддерживать внутреннюю температуру на уровне 270-350°C. Поэтому аккумуляторные батареи ZEBRA имеют в своем составе нагреватель, воздушный охладитель и упакованы в стальной двустенный термоизолирующий корпус, между стенками которого имеется вакуумная прослойка. 

 

18. Серно-натриевые аккумуляторы.

Серно-натриевый аккумулятор. С аккумулятором данного типа связывались наибольшие надежды в разработке источников тока для электромобилей, которые по своим энергетическим и экономическим показателям смогли бы составить конкуренцию двигателю внутреннего сгорания. Он разрабатывался как стационарный источник для снятия пиковых нагрузок на промышленных электростанциях.

Самой существенной проблемой в натрий-серном аккумуляторе является сохранение униполярной проводимости твёрдого электролита (сепаратора). Последний изготовляется в форме дисков или труб, причём трубчатой конструкции отдаётся предпочтение, поскольку только в этом варианте возможно изготовление аккумуляторов больших номиналов. Для аккумулятора ёмкостью 165 А·ч изготовлен трубчатый сепаратор из  -глинозёма диаметром 30 и высотой 450-600 мм.

Срок службы серно-натриевого аккумулятора определяется долговечностью сепаратора. Ресурсоспособность последнего в значительной степени зависит от технологии его изготовления. Сложность приготовления твёрдого электролита обусловлена тем, что оксид натрия, входящий в его состав, обладает повышенной летучестью при температуре спекания, что усложняет получение совершенной структуры.

Несмотря на то, что первый электромобиль – лёгкий фургон – с источником электроэнергии на основе серно-натриевой батареи был продемонстрирован в 1971 г., информация о работе батарей на базе натрий-серных аккумуляторов практически отсутствует. Основными проблемами при проектировании батареи являются необходимость обеспечения шунтирования аккумулятора с высоким внутренним сопротивлением и отключение с шунтированием аккумулятора с высокими утечками. Поскольку номиналы аккумулятора ограничиваются конструкцией трубчатого сепаратора и достижимы номиналы 150-200 А·ч, для построения электромобильной батареи потребуется значительное число аккумуляторов, соединённых последовательно или параллельно. Это приведёт к необходимости использования большого числа силовых исполнительных элементов для отключения и шунтирования дефектных аккумуляторов.

Возможно, что натрий-серный аккумулятор, разрабатываемый как стационарный источник для снятия пиковых нагрузок на промышленных электростанциях, первоначально найдёт применение именно в этой области.

 

19. Цинково-воздушные аккумуляторы.

Совершенно новый тип цинково-воздушных аккумуляторов придумали ученые из Сатендфордсткого университета. Новая модель отличается более эффективным рабочим циклом и емкостью. Над аккумуляторами проводились многочисленные эксперименты, в ходе которых удалось выявить вариант с более высоким показателем энергетической плотности, нежели у старых моделей литий-ионных аккумуляторов. Ко всему прочему использование в конструкции цинка в виде катализатора дает возможность сделать новую батарею на порядок дешевле сегодняшних аналогов, использующих в основе катализатора иридий и платину. Все это несомненно делает серьезную конкуренцию традиционным способам сохранения энергии.

Принцип выработки электричества заключается в происходящих реакциях в электролитах атмосферного кислорода и цинка, благодаря которым вырабатывается оксид цинка и электроэнергия. Под действием электричества данный процесс поворачивается вспять и протекает в обратную сторону. Металлический цинк возвращается к своему нормальному состоянию, а кислород обратно в атмосферу, таким образом происходит зарядка.

Хотелось бы заметить, что данная технология существует уже много лет, но для финального толчка все время что-то мешало. Была нехватка инвестиций и дороговизна составляющих элементов, были сомнения по поводу невысокой эффективности, т.к. окислительно – восстановительные процессы протекают очень долго, что приведет к большему времени подзарядки и меньшей отдаче энергии за единицу времени. Но сегодня все эти проблемы удалось решить и возможно скоро на рынок поступит более дешевая, эффективная и энергоемкая батарея.

 

20. Цинк-хлорный и цинк-бромный аккумуляторы.

Эти аккумуляторы появились в связи с трудностями, обусловленными использованием кислородного электрода.

Цинк-хлорная система была испытана в 1971 г. на двухместном электромобиле «Вега» (Vega). Запас хода составил 260 км при скорости до 105 км/ч. Аномально высокая дальность пробега, не соответствующая удельной энергии, обусловлена искусственно завышенной весовой долей аккумуляторной батареи (47 % от общей массы).

Цинк-бромная электрохимическая система также является комбинированным вариантом, в котором один из электродов (цинк) представляет собой обратимый аккумуляторный электрод, а второй - электрод топливного элемента с жидким реагентом.

Если аккумулятор цинк-хлорной системы работает без сепаратора, то в цинк-бромном аккумуляторе вопрос отделения брома от цинкового электрода является ключевым. С этой целью применяются пористые сепараторы, ионообменные мембраны и гелеобразные электролиты. Однако самые изощренные способы разделения позволяют снизить потерю емкости до 50 % за 50 ч хранения. Имеются предложения хранить бром отдельно или в соединении с тетрабутиламмонием в изолированных резервуарах и по мере разряда подавать бром к положительному электроду. Однако этот вариант (как и в случае использования цинк-хлорного аккумулятора) сильно усложняет конструкцию и эксплуатацию в подвижных автономных системах.

В настоящее время работы над цинк-хлорным и цинк-бромным аккумуляторами продолжаются в направлении использования этих оригинальных систем для выравнивания нагрузки на электрических станциях.

Ввиду необходимости создания довольно сложной системы регулирования, токсичности хлора и брома, необходимости хранить хлор вне реакционной зоны до момента разряда маловероятно, что цинк-хлорные и цинк-бромные аккумуляторы будут применены в электромобиле.

 

        Потребность в аккумуляторах постоянно растет. Пока еще автомобили с электродвигателями не получили широкого распространения. Однако исследования, равно как и испытания, идут. Одна из главных проблем - увеличение емкости аккумуляторов и возможность быстрой их зарядки. Пока еще недостаточно развита инфраструктура, позволяющая менять накопители электроэнергии на каждой заправочной станции. В электромобиле на аккумуляторах работает практически все.