Ensimmäistä kertaa on luotu ladattavat sinkki-ilma-akut. Sinkki-ilmakennot - mahdollinen vaihtoehto litium-sinkki-ilma-akulle

Sähkökemialliset energian varastointitekniikat kehittyvät nopeasti. NantEnergy-yhtiö tarjoaa edullisen sinkki-ilma-energian varastointiakun.

Kalifornialaisen miljardöörin Patrick Soon-Shiongin johtama NantEnergy on tuonut markkinoille sinkki-ilma-energiaakun (Zinc-Air Battery), jonka hinta on huomattavasti alhaisempi kuin litiumioniakkujensa.

Sinkki-ilmaenergian varaaja

Akku, "suojattu sadoilla patenteilla", on tarkoitettu käytettäväksi energiateollisuuden energian varastointijärjestelmissä. NantEnergyn mukaan sen hinta on alle sata dollaria kilowattitunnilta.

Sinkki-ilma-akun rakenne on yksinkertainen. Ladattaessa sähkö muuttaa sinkkioksidin sinkiksi ja hapeksi. Purkausvaiheessa kennossa sinkki hapettuu ilman vaikutuksesta. Yksi muovikoteloon suljettu akku ei ole kooltaan paljon salkkua suurempi.

Sinkki ei ole harvinainen metalli, eivätkä litiumioniakkujen yhteydessä käsitellyt resurssirajoitukset vaikuta sinkki-ilma-akkuihin. Lisäksi viimeksi mainitut eivät käytännössä sisällä ympäristölle haitallisia aineita, ja sinkki on erittäin helposti kierrätettävä toissijaiseen käyttöön.

On tärkeää huomata, että NantEnergy-laite ei ole prototyyppi, vaan tuotantomalli, jota on testattu viimeisen kuuden vuoden aikana "tuhansissa eri paikoissa". Nämä akut tarjosivat virtaa ”yli 200 000 ihmiselle Aasiassa ja Afrikassa, ja niitä käytettiin yli 1 000 matkapuhelintornissa ympäri maailmaa”.

Tällainen edullinen energian varastointijärjestelmä mahdollistaa "sähköverkon muuttamisen 24/7 100 % hiilivapaaksi järjestelmäksi", eli täysin uusiutuviin energialähteisiin perustuvaksi.

Sinkki-ilmaparistot eivät ole uusia, ne keksittiin jo 1800-luvulla, ja niitä on käytetty laajalti viime vuosisadan 30-luvulta lähtien. Näiden virtalähteiden pääasialliset käyttöalueet ovat kuulolaitteet, kannettavat radiot, valokuvauslaitteet... Tietty sinkin kemiallisten ominaisuuksien aiheuttama tieteellinen ja tekninen ongelma oli ladattavien akkujen luominen. Ilmeisesti tämä ongelma on nyt suurelta osin ratkaistu. NantEnergy on saavuttanut sen, että akku voi toistaa lataus- ja purkujakson yli 1000 kertaa ilman heikkenemistä.

Muiden yrityksen ilmoittamien parametrien joukossa: 72 tuntia autonomiaa ja järjestelmän 20 vuoden käyttöikä.

Tietenkin on kysymyksiä syklien lukumäärästä ja muista ominaisuuksista, jotka on selvitettävä. Jotkut energian varastointiasiantuntijat uskovat kuitenkin tekniikkaan. Viime joulukuussa tehdyssä GTM-tutkimuksessa kahdeksan prosenttia vastaajista piti sinkkiakkuja teknologiana, joka voisi korvata litiumionin energian varastointijärjestelmissä.

Aiemmin Teslan johtaja Elon Musk kertoi, että hänen yrityksensä tuottamien litiumionikennojen (kennojen) kustannukset voivat laskea alle 100 dollaria/kWh tänä vuonna.

Usein kuulemme, että muuttuvien uusiutuvien energialähteiden, aurinko- ja tuulienergian, leviämisen oletetaan hidastuvan (hiljaantuvan) halpojen energian varastointitekniikoiden puutteen vuoksi.

Näin ei tietenkään ole, sillä energian varastointilaitteet ovat vain yksi työkaluista tehojärjestelmän ketteryyden (joustavuuden) lisäämiseksi, mutta eivät ainoa työkalu. Lisäksi, kuten näemme, sähkökemialliset energian varastointitekniikat kehittyvät nopeaa vauhtia. julkaistu

Jos sinulla on kysyttävää tästä aiheesta, kysy ne projektimme asiantuntijoilta ja lukijoilta.

Mangaani-sinkki alkuaine. (1) metallisuojus, (2) grafiittielektrodi ("+"), (3) sinkkikuppi (""), (4) mangaanioksidi, (5) elektrolyytti, (6) metallikontakti. Mangaani-sinkki alkuaine, ... ... Wikipedia

RC 53M (1989) Elohopea-sinkkikenno (”RC-tyyppinen”) galvaaninen kenno, jossa sinkki on anodi ... Wikipedia

Oxyride Battery Oxyride™-akut ovat Panasonicin kehittämä kertakäyttöisten (ei-ladattavien) akkujen tuotemerkki. Ne on suunniteltu erityisesti korkean virrankulutuksen laitteisiin... Wikipedia

Normaali Weston-elementti, elohopea-kadmium-elementti, on galvaaninen elementti, jonka emf on ajan mittaan erittäin vakaa ja toistettavissa tapauskohtaisesti. Käytetään referenssijännitelähteenä (VR) tai jännitestandardina... ... Wikipedia

SC 25 hopeasinkkiparisto on toissijainen kemiallinen virtalähde, akku, jossa anodi on hopeaoksidia, puristetun jauheen muodossa, katodi on seos ... Wikipedia

Erikokoisia pienoisparistoja Pienoisparisto, napin kokoinen paristo, käytettiin ensin laajalti elektronisissa rannekelloissa, joten sitä kutsutaan myös ... Wikipedia

Elohopea-sinkkikenno ("RC-tyyppi") on galvaaninen kenno, jossa anodi on sinkkiä, katodi on elohopeaoksidia ja elektrolyytti on kaliumhydroksidiliuos. Edut: jatkuva jännite ja valtava energiaintensiteetti ja energiatiheys. Haitat: ... ... Wikipedia

Galvaaninen mangaani-sinkkikenno, jossa katodina käytetään mangaanidioksidia, anodina jauhettua sinkkiä ja elektrolyytinä alkaliliuosta, yleensä kaliumhydroksidia. Sisältö 1 Keksintöhistoria ... Wikipedia

Nikkeli-sinkkiakku on kemiallinen virtalähde, jossa sinkki on anodi, kaliumhydroksidi lisättynä litiumhydroksidilla on elektrolyytti ja nikkelioksidi on katodi. Usein lyhennettynä NiZn. Edut: ... ... Wikipedia

Uusi tuote lupaa ylittää litiumioniakut energiaintensiivisyydessään kolme kertaa ja maksaa samalla puolet vähemmän.

Huomaa, että nyt sinkki-ilma-akut valmistetaan vain kertakäyttöisten kennojen muodossa tai "ladattavissa" manuaalisesti, toisin sanoen vaihtamalla patruuna. Muuten, tämäntyyppinen akku on turvallisempi kuin litiumioniakut, koska se ei sisällä haihtuvia aineita eivätkä siten voi syttyä.

Suurin este ladattavien vaihtoehtojen - eli akkujen - luomiselle on laitteen nopea hajoaminen: elektrolyytti deaktivoituu, hapetus-pelkistysreaktiot hidastuvat ja pysähtyvät kokonaan jo muutaman latauskerran jälkeen.

Ymmärtääksemme miksi näin tapahtuu, meidän on ensin kuvattava sinkkiilmakennojen toimintaperiaate. Akku koostuu ilma- ja sinkkielektrodeista sekä elektrolyytistä. Purkauksen aikana ulkopuolelta tuleva ilma muodostaa katalyyttien avulla hydroksyyli-ioneja (OH -) vesipitoiseen elektrolyyttiliuokseen.

Ne hapettavat sinkkielektrodin. Tämän reaktion aikana elektroneja vapautuu muodostaen virran. Akkua ladattaessa prosessi etenee päinvastaiseen suuntaan: ilmaelektrodissa syntyy happea.

Aiemmin ladattavan akun käytön aikana vesipitoinen elektrolyyttiliuos usein yksinkertaisesti kuivui tai tunkeutui liian syvälle ilmaelektrodin huokosiin. Lisäksi kerrostunut sinkki jakautui epätasaisesti muodostaen haarautuneen rakenteen, mikä aiheutti oikosulkuja elektrodien välillä.

Uudessa tuotteessa ei ole näitä puutteita. Erityiset hyytelöimis- ja supistavat lisäaineet säätelevät sinkkielektrodin kosteutta ja muotoa. Lisäksi tutkijat ovat ehdottaneet uusia katalyyttejä, jotka myös parantavat merkittävästi elementtien suorituskykyä.

Toistaiseksi prototyyppien paras suorituskyky ei ylitä satoja latausjaksoja (kuva ReVolt).

ReVoltin toimitusjohtaja James McDougall uskoo, että ensimmäiset tuotteet, toisin kuin nykyiset prototyypit, latautuvat jopa 200 kertaa ja pystyvät pian saavuttamaan 300-500 sykliä. Tämä ilmaisin mahdollistaa elementin käytön esimerkiksi matkapuhelimissa tai kannettavissa tietokoneissa.

Uuden akun prototyypin on kehittänyt norjalainen tutkimussäätiö SINTEF, ja ReVolt kaupallistaa tuotteen (kuva ReVolt).

ReVolt kehittää myös sinkki-ilma-akkuja sähköajoneuvoihin. Tällaiset tuotteet muistuttavat polttokennoja. Niissä oleva sinkkisuspensio toimii nestemäisenä elektrodina, kun taas ilmaelektrodi koostuu putkijärjestelmästä.

Sähköä tuotetaan pumppaamalla suspensiota putkien läpi. Syntynyt sinkkioksidi varastoidaan sitten toiseen osastoon. Ladattaessa se jatkaa samaa reittiä ja oksidi muuttuu takaisin sinkiksi.

Tällaiset akut voivat tuottaa enemmän sähköä, koska nesteelektrodin tilavuus voi olla paljon suurempi kuin ilmaelektrodin tilavuus. McDougall uskoo, että tämäntyyppiset solut pystyvät latautumaan kahdesta kymmeneen tuhatta kertaa.

Lehtemme viidennessä numerossa kerroimme kuinka tehdä itse kaasuakku ja kuudennessa lyijy-kalium. Tarjoamme lukijoille toisen tyyppistä virtalähdettä - sinkki-ilmaelementtiä. Tämä elementti ei vaadi latausta käytön aikana, mikä on erittäin tärkeä etu akkuihin verrattuna.

Sinkki-ilmaelementti on nyt edistynein virranlähde, sillä sen ominaisenergia on suhteellisen korkea (110-180 Wh/kg), se on helppo valmistaa ja käyttää ja on lupaavin ominaisominaisuuksiensa lisäämisen kannalta. Sinkkiilmakennon teoreettisesti laskettu ominaisteho voi olla 880 Wh/kg. Jos edes puolet tästä tehosta saavutetaan, elementistä tulee erittäin vakava kilpailija polttomoottorille.

Sinkki-ilmaelementin erittäin tärkeä etu on

pieni jännitteen muutos kuormitettuna, kun se puretaan. Lisäksi tällaisella elementillä on merkittävä lujuus, koska sen astia voidaan valmistaa teräksestä.

Sinkkiilmaelementtien toimintaperiaate perustuu sähkökemiallisen järjestelmän käyttöön: sinkki - emäksinen kaliumliuos - aktiivihiili, joka adsorboi ilman happea. Valitsemalla elektrolyytin koostumukset, elektrodien aktiivinen massa ja valitsemalla elementin optimaalinen rakenne, on mahdollista lisätä merkittävästi sen ominaistehoa.

Näillä elementeillä on suurin tiheys kaikista nykyaikaisista teknologioista. Syynä tähän olivat näissä akuissa käytetyt komponentit. Nämä kennot käyttävät katodireagenssina ilmakehän happea, mikä näkyy niiden nimessä. Jotta ilma voisi reagoida sinkkianodin kanssa, akun runkoon tehdään pieniä reikiä. Kaliumhydroksidia, jolla on korkea johtavuus, käytetään elektrolyyttinä näissä kennoissa.
Alunperin ei-ladattaviksi virtalähteiksi luoduilla sinkkiilmakennoilla on pitkä ja vakaa säilyvyys ainakin silloin, kun niitä säilytetään ilmatiiviisti inaktiivisessa tilassa. Tässä tapauksessa yli vuoden varastoinnin aikana tällaiset elementit menettävät noin 2 prosenttia kapasiteetistaan. Kun ilmaa pääsee akkuun, nämä akut eivät kestä yli kuukautta, käytätkö niitä tai et.
Jotkut valmistajat ovat alkaneet käyttää samaa tekniikkaa ladattavissa kennoissa. Tällaiset elementit ovat osoittautuneet parhaiten pitkäaikaisessa käytössä pienitehoisissa laitteissa. Näiden elementtien suurin haittapuoli on niiden korkea sisäinen vastus, mikä tarkoittaa, että suuren tehon saavuttamiseksi niiden on oltava valtavan kokoisia. Tämä tarkoittaa, että kannettaviin tietokoneisiin on luotava lisää akkulokeroita, jotka ovat kooltaan verrattavissa itse tietokoneeseen.
Mutta on huomattava, että he alkoivat saada tällaista käyttöä vasta äskettäin. Ensimmäinen tällainen tuote on Hewlett-Packardin yhteinen luomus. ja AER Energy Resources Inc. - PowerSlice XL - osoitti tämän tekniikan epätäydellisyyden, kun sitä käytettiin kannettavissa tietokoneissa. Tämä kannettavalle HP OmniBook 600 -tietokoneelle luotu akku painoi 3,3 kg - enemmän kuin itse tietokone. Hän tarjosi vain 12 tuntia työtä. Energizer on myös alkanut käyttää tätä tekniikkaa pienissä nappiparistoissaan, joita käytetään kuulokojeissa.
Akkujen lataaminen ei myöskään ole niin helppoa. Kemialliset prosessit ovat erittäin herkkiä akkuun syötetylle sähkövirralle. Jos syötetty jännite on liian alhainen, akku lähettää virtaa sen sijaan, että se vastaanottaa sitä. Jos jännite on liian korkea, voi tapahtua ei-toivottuja reaktioita, jotka voivat vahingoittaa elementtiä. Esimerkiksi kun jännite kasvaa, virta välttämättä kasvaa, minkä seurauksena akku ylikuumenee. Ja jos jatkat elementin lataamista sen jälkeen, kun se on ladattu täyteen, siitä voi alkaa vapautua räjähtäviä kaasuja ja jopa räjähdys voi tapahtua.

Lataustekniikat
Nykyaikaiset latauslaitteet ovat melko monimutkaisia ​​elektronisia laitteita, joiden suojausaste vaihtelee - sekä sinulle että akullesi. Useimmissa tapauksissa jokaisella kennotyypillä on oma laturi. Jos käytät laturia väärin, voit vahingoittaa akkujen lisäksi myös itse laitetta tai jopa akuilla toimivia järjestelmiä.
Laturilla on kaksi toimintatapaa - vakiojännite ja vakiovirta.
Yksinkertaisimpia ovat vakiojännitelaitteet. Ne tuottavat aina saman jännitteen ja antavat virran, joka riippuu akun lataustasosta (ja muista ympäristötekijöistä). Akun latautuessa sen jännite kasvaa, joten laturin ja akun potentiaaliero pienenee. Tämän seurauksena piirin läpi kulkee vähemmän virtaa.
Ainoa, mitä tällaiseen laitteeseen tarvitaan, on muuntaja (latausjännitteen laskemiseksi akun vaatimalle tasolle) ja tasasuuntaaja (vaihtovirran tasasuuntaamiseksi tasavirraksi, jota käytetään akun lataamiseen). Tällaisia ​​yksinkertaisia ​​latauslaitteita käytetään autojen ja laivojen akkujen lataamiseen.
Pääsääntöisesti keskeytymättömän virtalähteen lyijyakut ladataan vastaavilla laitteilla. Lisäksi vakiojännitelaitteita käytetään myös litiumionikennojen lataamiseen. Vain sinne on lisätty piirit suojaamaan akkuja ja niiden omistajia.
Toisen tyyppinen laturi tarjoaa vakiovirran ja muuttaa jännitettä tarvittavan määrän virtaa varten. Kun jännite saavuttaa täyden latauksen, lataus pysähtyy. (Muista, että kennon tuottama jännite laskee purkautuessaan). Tyypillisesti tällaiset laitteet lataavat nikkeli-kadmiumia ja nikkeli-metallihydridikennoja.
Vaaditun jännitetason lisäksi laturien on tiedettävä, kuinka kauan kennoa ladataan. Akku voi vaurioitua, jos lataat sitä liian pitkään. Akun tyypistä ja laturin "älykkyydestä" riippuen käytetään useita tekniikoita latausajan määrittämiseen.
Yksinkertaisimmissa tapauksissa tähän käytetään akun tuottamaa jännitettä. Laturi tarkkailee akun jännitettä ja sammuu, kun akun jännite saavuttaa kynnystason. Mutta tämä tekniikka ei sovellu kaikille elementeille. Esimerkiksi nikkeli-kadmiumille se ei ole hyväksyttävää. Näissä elementeissä purkauskäyrä on lähellä suoraa ja kynnysjännitetason määrittäminen voi olla erittäin vaikeaa.
"Kehittyneemmät" laturit määrittävät latausajan lämpötilan perusteella. Eli laite tarkkailee kennon lämpötilaa ja sammuttaa tai vähentää latausvirtaa, kun akku alkaa lämmetä (eli se on ylilatautunut). Tyypillisesti lämpömittarit on rakennettu sellaisiin akkuihin, jotka valvovat elementin lämpötilaa ja lähettävät vastaavan signaalin laturiin.
Älylaitteet käyttävät molempia näistä menetelmistä. Ne voivat muuttua korkeasta latausvirrasta alhaiseksi tai ne voivat ylläpitää vakiovirtaa erityisten jännite- ja lämpötila-anturien avulla.
Vakiolaturit tarjoavat latausvirran, joka on pienempi kuin kennon purkausvirta. Ja laturit, joilla on korkeampi virta-arvo, tarjoavat enemmän virtaa kuin akun nimellispurkausvirta. Jatkuvaa latausta varten pienellä virralla tarkoitetut laitteet käyttävät niin pientä virtaa, että se vain estää akkua purkamasta itseään (määritelmän mukaan tällaisia ​​laitteita käytetään kompensoimaan itsepurkautumista). Tyypillisesti latausvirta tällaisissa laitteissa on yksi kahdeskymmenes tai yksi kolmaskymmenes akun nimellispurkausvirrasta. Nykyaikaiset latauslaitteet voivat usein toimia useilla latausvirroilla. Ne käyttävät aluksi suurempia virtoja ja siirtyvät vähitellen alhaisempiin, kun ne lähestyvät täyttä latausta. Jos käytät akkua, joka kestää pienivirtalatausta (esimerkiksi nikkelikadmium-akut eivät kestä), laite siirtyy latausjakson lopussa tähän tilaan. Useimmat kannettavien ja matkapuhelinten laturit on suunniteltu kytkettäväksi pysyvästi kennoihin vahingoittamatta niitä.