Алюминий воздушный аккумулятор своими руками

Источник тока из алюминия своими руками

Перезарядка алюминиевых батарей отличается от зарядки аккумуляторов на основе лития. Но тем не менее в ней нет ничего сложного, просто нужно вставить новый алюминий, вылить электролит и налить новый электролит, все — по сути, то же самое, что и бензиновый автомобиль, только это уже электромобиль, и нет никаких нагрузок на электросети. К тому же не нужно плодить огромное количество розеток с проводами с огромным сечением, чтобы все эти электромобили зарядить.

Но тут не все так гладко. Достать электричество из алюминия оказывается совсем не так просто, как хотелось бы. Сперва давайте разберемся в чем заключается принцип алюминий-воздушной батареи.

Чтобы такая батарея начала работать понадобятся 2 электрода: один естественно из алюминия, а второй — из графита. Оба эти электрода находятся в растворе электролита.

В качестве электролита можно использовать поваренную соль (NaCl), но с ней можно поднять напряжение примерно до 0,7В. Щелочным электролитом (NaOH) напряжение можно поднять уже больше, примерно до 1В.

В ходе химической реакции алюминий покрывается слоем гидроксида алюминия (Al(OH)3), который плавно опускается на дно емкости. А на поверхности электрода из графита образуются пузырьки водорода, которые в свою очередь приводят к повышению сопротивления и падению напряжения, этот процесс называется поляризацией.

Для запуска реакции щёлочи нам понадобится совсем чуть-чуть, будет достаточно 1г щёлочи на 0,5л воды.

Первым делом давайте проверим действительно ли в данной батареи нужно использовать графитовый электрод. Для опыта возьмем вот такой вот электрод из нержавеющей стали.

С данным электродом получилось напряжение 1,3В, ток короткого замыкания остановился в районе 17мА. На первый взгляд кажется, что электрод из нержавеющей стали более эффективен, но площадь поверхности нержавеющего электрода больше, так что пока неизвестно что лучше графит или нержавейка.

Так как графит имеет достаточно большое сопротивление, нужно с ним как-то бороться. Необходимо изготовить электроды из хорошо проводящего ток материала, а графит должен быть только на его поверхности. Было решено просверлить графит насквозь, и в получившихся отверстиях нарезать резьбу под болты м6.

В итоге получился стальной электрод с графитовой оболочкой.


На лицо уменьшение сопротивления, а, следовательно — эффективность конструкции возрастет. В дальнейших экспериментах будем использовать дистиллированную воду.

Первый эксперимент с электролитом, в котором 4г щелочи на 1л воды.



Даже несмотря на то, что у такая простая батарея обладает не большой отдачей по току, но зато такая батарея может работать очень долго, а в качестве электродов можно использовать любой алюминий, который легко переплавить в электроды любой формы, например, алюминиевые банки из-под различных алкогольных и безалкогольных напитков, фольга от шоколада и т.п.

В итоге, после всех проделанных экспериментах с различной концентрацией электролита, становится понятно, что при такой конструкции батареи не имеет смысла добавлять более 12г щелочи на 1 литр воды, то есть у нас получается примерно 1% раствор.







Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Британец изобрел алюминиево-воздушную батарею в своем гараже

Тревор Джексон изобрел революционный автомобильный аккумулятор, который позволит водителям проехать 2400 км без подзарядки, что в четыре раза больше, чем у существующих моделей.

Представьте, что источник энергии основан на переработанном алюминии, одном из самых распространенных металлов на Земле, а электролит, настолько нетоксичный, что его можно пить.

Будущее за алюминиево-воздушными батареями

Это изобретение, которое может разрушить накопление энергии в том виде, в каком мы его знаем, и привести к революции в электрификации транспорта — от велосипедов и электромобилей до тяжелых грузовиков, самолетов и грузовых судов.

За всем этим стоит инженер из Великобритании и бывший офицер Королевского флота Тревор Джексон, который начал экспериментировать с алюминиево-воздушными батареями в своей мастерской в городе Каллингтон в 2001 году. В то время используемый электролит был чрезвычайно едким и ядовитым. После нескольких лет экспериментов Джексон изобрел новый электролит, состав которого является тщательно охраняемым секретом, и, по его словам, позволил его изобретению проехать на электрическом автомобиле на расстояние до 2400 км.

В начале эры электромобилей, когда инфраструктуры для зарядки еще не было, идея замены использованных батарей на новые, полностью заряженные считалась интересной. Джексон говорит, что таким может быть будущее, поскольку его батареи/топливные элементы продаются в продуктовых магазинах и торговых точках. Он говорит, что процесс отключения старого и подключения нового займет около 90 секунд.

Но настало ли время фольги? Независимая оценка, проведенная британским агентством по торговле и инвестициям в 2017 году, показала, что изобретение Джексона было «очень привлекательным аккумулятором», основанным на «устоявшейся» технологии, и что оно производило гораздо больше энергии на килограмм, чем стандартные типы аккумуляторов для электромобилей.

Некоторые сравнения очень интересны. Tesla Model S может проехать до 600 км без подзарядки. Джексон говорит, что такая же машина с алюминиево-воздушной батареей, которая весила бы столько же, сколько литиево-ионная батарея Теслы, могла бы проехать 4350 км. Алюминиево-воздушные батареи также занимают меньше места. Если бы тот же автомобиль Tesla был оснащен алюминиево-воздушным топливным элементом того же размера, что и его нынешняя батарея, он мог бы иметь запас хода в 2400 км.

Читать еще:  Аконогонон альпийский травянистые растения для открытого грунта

Джексон говорит, что батарея Tesla Model S стоит около 30 000 фунтов стерлингов. Поклонники Теслы, вероятно, будут спорить про это число, но Джексон утверждает, что его алюминиево-воздушный аккумулятор / топливный элемент, который мог бы питать тот же автомобиль дольше, будет стоить всего 5000 фунтов. Конечно, если владелец должен тратить 5000 фунтов стерлингов каждые 1500 миль, экономически это не выгодно. Время покажет.

Думаете, это все безумные разговоры? Но Джексон только что подписал многомиллионную сделку с Austin Electric, инженерной фирмой, базирующейся в Эссексе, которая теперь владеет правами на использование старого логотипа Austin Motor Company. В следующем году она начнет устанавливать тысячи новых аккумуляторов на свои электромобили. По словам исполнительного директора Austin Electric Дэнни Коркорана, новая технология «меняет правила игры». Это может помочь спровоцировать следующую промышленную революцию. Преимущества по сравнению с традиционными аккумуляторами электромобилей огромны».

Джексон также получил грант в размере 108 000 фунтов стерлингов для дальнейших исследований в Центре перспективных достижений, являющемся партнером Департамента бизнеса, инноваций и навыков. Его технология была проверена двумя французскими университетами. Он говорит: «Это была тяжелая битва, но я наконец добился прогресса».

У Austin Electric есть три цели для новых аккумуляторов — трехколесные тук-туки, используемые для перевозки во многих странах, таких как Пакистан, электрические велосипеды с большим запасом хода, и программа переоснащения переднеприводных автомобилей с ДВС в гибриды путем установки алюминиево-воздушных батарей и двигателей для привода задних колес.

Джексон ожидает, что переоснащение автомобилей начнется в следующем году. Он говорит, что стоимость каждой переделки составит 3500 фунтов или около 4000 долларов. «Мы также ведем переговоры с двумя производителями самолетов. Эти батареи не подходят для крупных коммерческих самолетов. Но они будут работать в пропеллерных самолетах и ​​подойдут для пассажирских и грузовых рейсов на короткие расстояния», — сказал Джексон. опубликовано econet.ru по материалам cleantechnica.com

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Электротехнический журнал

Электротехнический журнал. Статьи. Новости. Авторские публикации. Документы.

Content Header

Воздушно-алюминиевая батарея — что это, и почему она — перспективна?

Воздушно-алюминиевые батареи вырабатывают электричество посредством реакции кислорода в воздухе с алюминием. У них – одно из самых высоких значений плотности энергии среди батарей всех типов, но они все еще не получили широкого распространения из-за сложностей с высокой стоимостью анода и удаления побочных продуктов при использовании традиционных электролитов. Это ограничивает их использование, в основном, до военных отраслей. Однако, у электромобиля с алюминиевыми батареями есть потенциал, восьмикратно превышающий возможности ионно-литиевые аналоги, при этом у них – гораздо меньший вес.

Воздушно-алюминиевые батареи относятся к первичным (неперезаряжаемым) элементам. Как только алюминиевый анод истрачивается в ходе реакции с атмосферным кислородом и катодом в водном электролите для формирования гидратного оксида алюминия, батарея больше не может вырабатывать электричество. Однако, есть возможность механической перезарядки батареи с помощью новых алюминиевых анодов, сделанных из переработанного гидратного оксида алюминия. Подобная переработка может стать важной, если воздушно-алюминиевые батареи будут широко применяться.

Электромобили с питанием от алюминиевых батарей последние несколько десятилетий находятся на стадии обсуждения. Гибридизация уменьшит расходы, а в 1989 году было сообщено о проведении дорожных испытаний электромобилей с гибридной воздушно-алюминиевой/свинцово-кислой батареей. В 1990 году в Онтарио была проведена демонстрация гибридного электромобиля класса «минивэн» с питанием от алюминиевой батареи.

В марте 2013 года израильская компания «Phinergy» опубликовала видео демонстрации электромобиля с использованием воздушно-алюминиевых элементов, проехавшего 330 км при помощи специального катода и гидроксида калия. 27 мая 2013 года 10 канал Израиля в выпуске вечерних новостей показал автомобиль с батареей от «Phinergy» в багажнике. Было заявлено, что он может проехать более 2 000 километров (1 200 миль), прежде чем потребуется замена алюминиевых анодов.

Электрохимия

Полуреакция окисления анода выглядит так: Al + 3OH — Al(OH)3 + 3e — + 2.31 В.

Полуреакция восстановления катода выглядит так: O2 + 2H2O + 4e

Общая схема реакции выглядит так: 4Al + 3O2 + 6H2O 4Al(OH)3 + 2.71 В.

За счет этих реакций становится возможной выработка 1,2 В напряжения, что на практике достижимо за счет использования в качестве электролита гидроксида калия. Соленая вода в качестве электролита помогает достичь напряжение в 0,7 В на элемент.

Коммерциализация

Алюминий в качестве «топлива» для автомобилей был изучен Шаохуа Иеном и Гарольдом Найклом. Они пришли к следующим выводам:

«Система воздушно-алюминиевых батарей может вырабатывать достаточно энергии и мощности для дальности пробега и ускорения, аналогичного машинам с ДВС… стоимость алюминия в качестве анода может составлять ниже 1,1 доллара за килограмм, пока продукт реакции подлежит переработке. Общий КПД в ходе циклического процесса в электромобилях с воздушно-алюминиевыми батареями может составить 15 % (нынешний этап) или 20 % (проект), сравнимый с КПД автомобилей с ДВС (13 %). Плотность энергии концепта батареи составляет 1 300 Вт*ч/кг (нынешнее время) или 2 000 Вт*ч/кг (проектный образец). Был проведен анализ цикла долговечности электромобилей с воздушно-алюминиевыми батареями по сравнению с аналогами со свинцово-кислыми и никелевыми гибридными (никелево-марганцовых) батареями. Только электромобили с воздушно-алюминиевыми батареями могут получить диапазон перемещений, сравнимый с аналогами с ДВС. Согласно результатам анализа, данный тип электромобилей является наиболее перспективной по сравнению с автомобилями с ДВС в плане диапазона перемещений, цены покупки, расходов на топливо и срок службы».

Читать еще:  Aeg 7000 стиральные машины

Остается решить ряд технических проблем для того, чтобы сделать воздушно-алюминиевые батареи более пригодными для электромобилей. Аноды из чистого алюминия подвержены коррозии со стороны электролита, поэтому алюминий обычно сплавляют с оловом или другими элементами. Гидратная окись алюминия, появляющаяся в результате реакции элемента, формирует гелеобразную субстанцию на аноде и уменьшает выработку электричества. К этой проблеме обращаются на стадии разработки воздушно-алюминиевых элементов. К примеру, были разработаны добавки, формирующий оксид алюминия в виде порошка, а не геля.

Современные воздушные катоды состоят из реактивного слоя углерода с токосъемника с никелевой решеткой, катализатора (к примеру, кобальта) и пористой гидрофобной тефлоновой пленки, предотвращающей утечку электролита. Кислород в воздухе проходит через тефлон, затем – реагирует с водой для создания ионов гидроокиси. Эти катоды работают хорошо, но могут стоить очень дорого.

Стандартные воздушно-алюминиевые батареи имеют ограниченный срок хранения, так как алюминий реагирует с электролитом и производит водород, когда батарея протаивает, хотя этого уже нет в современных образцах. Данной проблемы можно избежать за счет хранения электролита в цистерне вне батареи и перемещения его в батарею при необходимости использования.

Данные батареи, к примеру, можно использовать в качестве резервных батарей в АТС или источников резервного питания. Воздушно-алюминиевые батареи можно использовать для питания ноутбуков и сотовых телефонов, уже сейчас разрабатываются модели для подобного вида работы.

Батареи с алюминием в основе

Были исследованы следующие типы алюминиевых батарей:

1. Хлорно-алюминиевая батарея была запатентована ВВС США в 1970-х годах и разработана, в основном, для использования в военных целях. Они используют алюминиевые аноды и хлор на катодах из графитовой подложки. Для работы им требуются повышенные температуры.
2. Алюминиево-серная батарея крайне заинтересовала американских исследователей, хотя очевидно то, что они все еще далеки от массового производства. В 2016 году в Мэрилендском университете была впервые проведена демонстрация перезаряжаемой алюминиево-серной батареи.
3. Алюминиево-железно-оксидные, алюминиево-медно-оксидные, алюминиево-железно-гидроксидная батареи были предложены некоторыми исследователями для военных ГТС. Их плотность энергии составляет 455, 440 и 380 Вт*ч/кг соответственно.
4. Батарея с алюминием и двуокись марганца использует кислотный электролит. Вырабатываемое напряжение составляет 1,9 В. Другая вариация использует основание (гидроксид калия) в качестве анолита и серную кислоту – в качестве католита. Две части отделены тонкой непроницаемой пленкой во избежание смешения электролита в каждом из элементов в половинах батареи. Эта конфигурация дает напряжение в 2,6-2,85 В.
5. Алюминиево-стеклянная система. Как было сообщено в итальянском патенте от Байокки, в области взаимодействия между силикатным стеклом и алюминиевой фольгой (нет потребности в других компонентах) при температуре, близкой к точке плавления металла, вырабатывается электрическое напряжение вместе с проходящим током, когда система замкнута на активной нагрузке. Феномен впервые был замечен Байокки, а затем – А. Дэлль’Эра и другие коллеги начали исследование и составление характеристики данной электромеханической системы.

Алюминиевые аккумуляторы

Почти тридцатилетний поиск путей совершенствования алюминий-ионного аккумулятора приближается к своему финалу. Первый аккумулятор с алюминиевым анодом, способный быстро заряжается, при этом недорогой и долговечный, разработали ученые из Стэнфордского университета.

Исследователи уверенно заявляют, что их детище вполне может стать безопасной альтернативой литий-ионным аккумуляторам, всюду применяющимся сегодня, а также щелочным батарейкам, которые экологически вредны.

Не лишним будет вспомнить, что литий-ионные аккумуляторы порой возгораются. Профессор химии Хонгжи Дай уверен, что его новая батарея не загорится, даже если просверлить её насквозь. Коллеги профессора Дайя охарактеризовали новые аккумуляторы как «сверхбыстро перезаряжаемые алюминий-ионные аккумуляторы».

В силу низкой стоимости, пожаробезопасности, и способности создавать значительную электроемкость, алюминий уже давно привлек внимание исследователей, однако многие годы ушли на создание коммерчески жизнеспособной алюминий-ионной батареи, которая могла бы производить достаточное напряжение даже после многих циклов заряда-разряда.

Ученым нужно было преодолеть многие препятствия, в числе которых: распад материала катода, низкое напряжение разряда ячейки (около 0,55 вольт), потеря емкости и недостаточный жизненный цикл (менее 100 циклов), быстрая потеря мощности (от 26 до 85 процентов спустя 100 циклов).

Теперь же ученые представили аккумуляторную батарею на основе алюминия с высокой стабильностью, в который они использовали металлический анод из алюминия в паре с катодом из трехмерной графитовой пены. До этого было перепробовано много разных материалов для катода, и решение в пользу графита было найдено совершенно случайно. Ученые из группы Хонгжи Дайя определили несколько типов графитового материала, которые показывают весьма высокую производительность.

В своих экспериментальных образцах, команда Стэнфордского университета поместила алюминиевый анод, графитовый катод, и безопасный жидкий ионный электролит, состоящий в основном из растворов солей, в гибкий полимерный пакет.

Профессор Дай и его группа записали видео, где показали, что даже если просверлить оболочку, их аккумуляторы все равно будут продолжать работать некоторое время и не загорятся.

Важным достоинством новых аккумуляторов является их ультрабыстрая зарядка. Обычно литий-ионные аккумуляторы смартфонов подзаряжаются в течение нескольких часов, в то время, как прототип новой технологии демонстрирует беспрецедентную скорость зарядки до одной минуты.

Читать еще:  A3120 datasheet на русском

Долговечность новых батарей особенно поражает. Ресурс батареи составляет более 7500 циклов заряда-разряда, причем без потери мощности. Авторы сообщают, что это первая модель алюминий-ионных батарей, с ультрабыстрой зарядкой, и стабильностью в тысячи циклов. А типичный литий-ионный аккумулятор выдерживает лишь 1000 циклов.

Примечательной особенностью алюминиевой батареи является ее гибкость. Аккумулятор можно сгибать, что говорит о потенциальной возможности его применения в гибких гаджетах. Кроме всего прочего, алюминий значительно дешевле лития.

Перспективным видится использование таких батарей для хранения возобновляемой энергии с целью ее резервирования для последующего обеспечения электрических сетей, поскольку по последним данным ученых, алюминиевую батарею можно заряжать десятки тысяч раз.

Вопреки массово используемым элементам АА и ААА напряжением 1,5 вольт, алюминий-ионный аккумулятор генерирует напряжение порядка 2 вольт. Это наивысший из показателей, которых кто-либо добился с алюминием, причем в перспективе этот показатель будет улучшен, заявляют разработчики новых аккумуляторов.

Достигнута плотность хранения энергии 40 Вт-час на килограмм, а у литий-ионных батарей этот показатель достигает 206 Вт-час на килограмм. Однако улучшение катодного материала, уверен профессор Хонгжи Дай, в конце концов приведет как к увеличению напряжения, так и к повышению плотности хранения энергии в аккумуляторах алюминий-ионной технологии. В любом случае, ряд преимуществ перед литий-ионной технологией уже достигнут. Здесь и дешевизна, сочетающаяся с безопасностью, и высокоскоростная зарядка, и гибкость, и длительный срок службы.

Социальная сеть «Мир науки,техники, медицины и образования» создана для того, чтобы объединить всех ученых, разработчиков,промышленников,преподавателей,учителей, студентов , школьников и просто умных и грамотных людей, дать им возможность заниматься любимым творчеством и получать достойную оплату своего труда, получать необходимые знания, делиться опытом друг с другом. Пользователи портала имеют возможность заявить о себе всему миру на 12 мировых языках, добавлять новости,размещать свои статьи согласно классификатору УДК, вести свой блог, писать посты, писать рецензии на размещенные на сайте статьи, объединяться в группы по интересам, создавать временные и постоянные творческие коллективы. Размещать на торговой площадке свою интеллектуальную собственность- литературу, программное обеспечение, видеоуроки,патенты, ноу-хау, торговые марки, авторские права, конструкторско-технологическую документацию. Размещать информацию о технологических мощностях вашего производства и искать изготовителей, которые смогут изготовить продукцию по вашим чертежам. Размещать информацию о станках,оборудовании,приборах,компьютерах и т.д. Размещать свои фото и видео альбомы, ограничивая или открывая к ним доступ пользователей. Гибкая реферальная партнерская программа позволяет вам зарабатывать до 18% от дохода тех пользователей портала, которых вы привели и зарегистрировали по вашей реферальной ссылке. Если Вы заинтересованы в развитии данного проекта, просим Вас всеми доступными способами размещать ссылки на наш проект на всех доступных Вам ресурсах, в новостях, на досках объявлений, форумах, приводить на сайт своих друзей по реферальным ссылкам в вашем профиле пользователя и зарабатывать на этом деньги. Это сделает наш проект популярным и даст пользователям возможность расширить свой круг знакомств в интеллектуальной и производственной сферах.Теперь у нас есть собственная энциклопедия- словарь, которую могут дополнять и редактировать сами пользователи, при чем на нескольких языках.

  • Форум
  • Самоделкин
  • Металл-Воздушный аккумулятор своими руками?
Металл-Воздушный аккумулятор своими руками?

как изготовить в домашних условиях металл-воздушный аккумулятор

Всем привет!
Устав ждать от грандов аккумуляторостроения, хоть каких новаций и перемен.
Есть довольно стойкое желание внести свою лепту, в появление доступных, ХОТЯ-БЫ для личного применения.
Первичных/вторичных химических источников тока

Кто чего нибудь знает в этой области, присоединяйтесь к этой теме

Eos разрабатывает новые, недорогие решения для хранения энергии для электрической промышленности, коммунальников и транспортников. Миссией Eos ‘является создание экономически эффективной энергии хранения данных, которая являются не только дешевле, чем другие технологии батарей, но и менее дорогой, чем наиболее экономичная альтернативная, используются сегодня, чтобы обеспечить питание газовой турбины для электростанций или двигателя внутреннего сгорания для автомобиля. Сама перезаряжаемая Eos ‘воздушно-цинковая батарея первоначально будет продаваться за $ 1000/kW электрически перезаряжаемые с количеством перезарядок 10 000 циклов (30 лет) с полным циклом и при полной глубине разряда. — Подробнее на: eosenergystorage.com

Из претендентов на роль «топлива» в столь специфическом топливном элементе
Катионы активных металлов-магний, алюминий

Катионы менее активных металлов-марганец, цинк

материалы катода:
начну с цинка, алюминий, магний?
воздухопроницаемый анод — углеткань
материал токосъемников электродов — электротехническая медь

по электролиту? щелочь
разделитель анода-катода стеклоткань, нетканый полипропиленовый холст
хотя указанная фирма ЭОС использует Рн-нейтральный электролит

Ладно, «пробегусь», погуглю — стоимость стружки указанных металлов
как-бы за террориста не приняли /магний, алюминий.

Хотя первые сборки будут чисто символические
1 ячейка
главное освоить способ формовки пластин, сендвича

цинк, алюминий, магний реагируют как с кислотами, так и с основаниями(щелочами)
там с нюансами, по температуре итп

У цинка электрохим потенциал -0.76В
алюминий в кислой среде -1.663 В, в щелочной среде — 2.35 В
магний 2.36 В

Кстати у алюминий-воздушная батарейка (даже однократного использования) — моцная вещь, про нам как всегда рассказали и заверили. что восстанавливать гидроксид алюминия, это «ужасно сложно» и неудобно

у кого есть на примете толковый источник, по электрохимии металлов
указанного ряда — Цинк/Алюминий/Магний

Надо будет разузнать, почему в серебряно-цинковых аккумуляторах, для электродов используются оксиды указанных металлов

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector