Разработан аккумулятор из соли и бумаги. Аккумулятор солевой


Солевые батарейки: Маркировки, Характеристики и Отличия

Благодаря обилию электротехнических устройств, работающих от батареек, подобные изделия получили широкое распространение среди потребителей. Одной из самых популярных разновидностей источников питания данного типа, представляются солевые батарейки.

Что из себя представляет солевая батарея

Батарея состоит из группы электрических двухполосников, которые соединены между собой последовательно или параллельно. Несмотря на иное значение термина, в повседневной жизни слово «батарейка» закрепилось за одиночными гальваническими элементами, закрепленными в единую цепь.

Пальчиковая Пальчиковая AA R6

Как правило, они используются для питания различных электроприборов, что позволяет сделать их портативными, независимыми от стационарного источника питания. Первые солевые батарейки, которые также именуются элементами Лекланше, были изобретены в далеком 1865 году.

Подобные изделия идеально подходят для использования в устройствах, потребляющих малое и умеренное количество энергии. Их конструкция очень проста, что позволяет сделать процесс производства максимально дешевым. Подобные элементы питания относятся к «сухому типу», к которому помимо них, причисляют угольно-цинковые батареи (в зависимости от состава).

Чем отличаются солевые батарейки от щелочных

Нередко потребители сравнивают солевые и щелочные батарейки, выбирая для себя оптимальный вариант. С экономической точки зрения, солевые батарейки представляются самым доступным вариантом, так как они производятся в больших объемах, а их изготовление не требует внушительных затрат.

Однако, в сравнении с более дорогими щелочными элементами, это единственное преимущество. Последние отличаются гораздо большим сроком службы, что позволяет приборам дольше сохранять работоспособное состояние. Кроме того, они меньше подвержены изменению напряжения на электродах элементов.

мизинчиковая Мизинчиковая AAA R03

Поскольку солевые батарейки теряют заряд значительно быстрее щелочных, целесообразно узнать срок годности элемента прежде, чем приобретать его. Если с даты производства прошло много времени, батарея прослужит недолго.

Разновидности и типоразмеры солевых батарей

На сегодняшний день, существует огромное количество разновидностей солевых батарей, обусловленное их широким распространением. Для каждого типоразмера изделия существует собственное обозначение, которое может отличаться, в зависимости от выбранной классификации.

Основные обозначения предусматривают использование буквенных обозначений, а классификация согласно Международной Электротехнической Комиссии предполагает использование комбинации из букв и цифр для идентификации элемента. Помимо названных стандартов, для классификации может использоваться ANSI/NEDA, а также ГОСТ/ТУ.

Важно учесть, что основные обозначения не предусматривают отражение в маркировке типа батареи (щелочные, солевые и прочие). В зависимости от типоразмера, как правило, отличаются и параметры элементов.

Бочонок Бочонок D R20

Самыми распространенными типоразмерами солевых батарей принято считать:

  • «пальчиковые» батареи — «АА», также обозначаются R. Их емкость составляет порядка 1100 мАч, а габариты 14,5*50,5 мм;
  • «мизинчиковые» батареи — «ААА», также обозначаются R Имеют емкость 540 мАч и габариты 10,5*44,5 мм;
  • элементы типа «C», также обозначаются R14, имеют емкость 3800 мАч и габариты 26,2*50мм;
  • батарейки «D», идентифицируется как R20 согласно классификации МЭК, имеют емкость 8000 мАч. Подобные изделия были созданы специально для питания осветительных фонарей. В дальнейшем, используются для переносных магнитофонов;
  • R10 – основное обозначение и идентификатор в МЭК совпадают. Емкость составляет 1800 мАч, а габариты 21,5*37,3мм. Использовались во времена СССР для питания измерительных приборов и детских игрушек. Продажа некоторое время была ограничена, так как подобные элементы считались стратегически важными.

Помимо прочего, существуют и менее распространенные типоразмеры подобных элементов питания, вроде R14250, R25, R23 и прочие. Вне зависимости от размера, они имеют общие конструктивные особенности — цилиндрическую форму, выступ на торце с положительным электродом и плоскую поверхность с отрицательным зарядом на другой стороне.

Определить типоразмер батарейки крайне просто — достаточно изучить маркировку, нанесенную на неё.

ТипМаркировкаЕмкость, мАчНапяжение, ВГабариты, мм
AR231.517*50
AAR611001.514,5*50,5
AAAR035401.510,5*44,5
CR1438001.526,2*50
DR2080001.534,2*61,5
FR25633*91
1/2AAR142502501.514,5*25
R10R1018001.521,5*37,3

Преимущества и недостатки солевых батареек

Будучи самым распространенным типом источника питания, они имеют преимущества и недостатки. Главным достоинством представляется низкая стоимость сырья для производства и, соответственно самих изделий.

Кроме того, процесс изготовления подобных элементов крайне прост, а итоговые параметры батареек делают их приемлемым вариантом для использования в большинстве бытовых приборов. Тем не менее, ряд производителей сокращает объемы выпуска солевых элементов, что обусловлено внушительным перечнем недостатков. Он включает в себя:

  • в течение разряда наблюдается резкое снижение напряжения;
  • малая емкость, не позволяющая использовать изделия в высокомощных устройствах;
  • снижение технических характеристик при работе в условиях низких температур;
  • малый срок хранения.

Важно учитывать, что итоговые параметры солевых элементов очень сильно зависят от температуры, а также режима использования, ввиду чего, приводимые производителем характеристики батареек следует воспринимать как ориентировочные.

Бочонок Бочонок C R14

Можно ли заряжать солевые батарейки

Заряжать можно только аккумуляторы, а солевые батареи ими не являются. На просторах интернета можно найти несколько способов по восстановлению емкости. Однако, дальнейший их срок службы был крайне мал, что свидетельствует о невозможности полноценной зарядки батарей данного типа.

Самостоятельно заряжать подобные батарейки не рекомендуется, так как пользователь подвергает себя и используемое устройство большой опасности, что связано с перегревом изделий и высокой вероятностью утечки.

Таким образом, солевые изделия представляются простым и доступным источником энергии для приборов с низким уровнем её потребления. Их зарядка нецелесообразна, так как приобрести новый элемент значительно проще и дешевле, нежели подвергать риску устройство.

istochnikipitaniy.ru

Солевой комбинированный мембранный аккумулятор

Изобретение относится к вторичным источникам электрической энергии. Согласно изобретению солевой аккумулятор представляет собой аккумулятор, в котором электроды, погруженные каждый в свой солевой электролит (католит и анолит), разделены химически стойкой анионной мембраной. Техническим результатом изобретения является создание нового типа мембранного аккумулятора.

 

Использование: В качестве источника электрической энергии.

Сущность изобретения: солевой комбинированный мембранный аккумулятор состоит из отрицательного электрода - цинка, погруженного в водный раствор сульфата цинка и положительного электрода - меди, помещенной в концентрированный раствор сульфата меди. Катодное и анодное пространство разделены химически стойкой анионообменной мембраной. Катодное и анодное пространство собраны в едином корпусе.

Разделение растворов двух солей пористой перегородкой из инертного материала (керамика) или с помощью электролитического ключа - стеклянной трубки заполненной токопроводящим раствором (раствор нитрата или хлорида калия или аммония) описано в общеизвестном гальваническом элементе Якоби-Даниеэля, широко использовавшемся ранее [1, 2]. Элемент состоит из цинкового электрода в растворе сульфата цинка и медного электрода, погруженного в раствор сульфата меди. Растворы разделены пористой перегородкой для предупреждения их смешивания, т.к. в противном случае медь контактно выделится на цинковом электроде (процесс цементации) согласно уравнению реакции:

В процессе работы элемента на активную нагрузку сульфат-ионы под действием электрического поля внутри элемента мигрируют от медного электрода к цинковому. Навстречу им движутся катионы цинка и меди, при этом катионы меди удаляются от цинкового электрода и не вступают с ним в реакцию, а приход катионов цинка в раствор сульфата меди не приводит к протеканию реакции между ними и медным электродом. Таким образом, в процессе разряда элемента происходит не только доставка окислителя (катионов меди) к электроду (катоду из меди) и отвод продуктов реакции (сульфат-анионов и катионов цинка) от электрода (анода из цинка), но и одновременно препятствие самопроизвольной диффузии катионов меди к цинковому электроду. Пористая перегородка не будет препятствовать смешению растворов сульфата цинка и меди при длительном отключении нагрузки.

Использование пористой перегородки не позволяет зарядить указанный элемент, т.к. в процессе заряда катионы меди под действием электрического поля мигрируют из раствора сульфата меди в раствор сульфата цинка, и поскольку стандартный электродный потенциал восстановления меди равен а цинка то в процессе электролиза (заряда элемента) на цинковом электроде будет выделяться в первую очередь металлическая медь в виде рыхлого осадка, который обеспечит короткозамкнутый гальванический элемент медь-цинк, что приведет к разрушению цинкового электрода в процессе заряда элемента и после снятия внешней поляризации (отключения внешнего источника тока).

В случае разделения растворов сульфата цинка и меди с помощью анионообменной мембраны первичный элемент Якоби-Даниэля превращается во вторичный ХИТ - комбинированный солевой аккумулятор, т.к. возможен процесс заряда.

Раствор сульфата меди является слабым окислителем, а раствор сульфата цинка окислительных свойств не проявляет, следовательно, возможно применение рядовых недорогих типов анионообменных мембран, например МА-40; необходима лишь достаточно высокая селективность выбранной анионообменной мембраны по отношению к катионам меди (т.е. препятствие их миграции или диффузии), а к катионам цинка селективность не имеет существенного значения.

Для повышения электропроводности электролитов в раствор сульфата цинка и/или меди в ограниченном количестве вводится серная кислота или сульфат натрия, калия, аммония или магния. Для предотвращения повышения рН электролитов и выпадения гидроксидов меди и цинка вводятся буферирующие добавки и вещества, препятствующие выпадению гидроксидов меди и цинка, например комплексообразующие соединения. Для предотвращения дендритообразования, которое может привести к повреждению мембраны и к короткому замыканию внутри элемента, вводятся поверхностно-активные вещества, которые, например, используются в гальваническом производстве для нанесения покрытий из цинка и меди электрохимическим методом.

В процессе заряда солевого мембранного аккумулятора основными ионами, участвующими в переносе заряда внутри аккумулятора, являются сульфат-анионы. В этом случае на цинковом электроде протекает реакция:

а на медном:

Суммарная реакция, протекающая на электродах:

ЭДС заряженного таким образом аккумулятора составляет 1,109 В. Найдем максимальную теоретическую удельную энергию аккумулятора, используя уравнение (4):

Из уравнения (1) и (4) видно, что сульфат-ионы в процессе заряда и разряда не расходуются, хотя, как было указано выше, являются основными переносчиками электрического заряда (тока) внутри аккумулятора, в отличие, например, от свинцового аккумулятора, где в процессе заряда концентрация серной кислоты увеличивается, а в процессе разряда - падает.

Максимальная теоретическая удельная энергия предложенного аккумулятора больше, чем у свинцового (175 Вт·ч/кг).

Изобретение относится к вторичным химическим источникам тока и касается способа получения комбинированного мембранного аккумулятора.

Известен наиболее близкий к предлагаемому изобретению электрохимический элемент [1, 2].

Целью изобретения является разработка нового типа мембранного аккумулятора - солевого комбинированного мембранного аккумулятора.

Комбинированный аккумулятор собран в едином корпусе из пластмассы или из иного химически стойкого материала, предусматривающем выводы для электродов и отверстия для заливки электролитов.

Данный аккумулятор отличается от известных ранее аккумуляторов:

- от свинцовых - максимальная теоретическая удельная энергия солевого аккумулятора больше благодаря использованию веществ с более низкой плотностью и молекулярной массой. Применение меди позволяет увеличить электропроводность анода,

- от наиболее распространенного никель-кадмиевого, никель-железного и дорогого серебряно-цинкового аккумуляторов - использованием экологически менее опасных, дешевых и доступных материалов, входящих в состав солевого мембранного аккумулятора, большим числом циклов разряд-заряд и сохранностью заряда (меньшим саморазрядом).

Источники информации

1. Глинка Н.Л. Общая химия. 20-е изд., испр. / Под ред. Рабиновича В.А. - Л.: Химия, 1979. - 720 с.

2. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1993, 592 с.

Солевой мембранный аккумулятор, содержащий электролиты, электроды, ионообменную мембрану, отличающийся тем, что солевой комбинированный мембранный аккумулятор состоит из отрицательного электрода - цинка, погруженного в водный раствор сульфата цинка, и положительного электрода - меди, помещенной в концентрированный раствор сульфата меди, катодное и анодное пространство которого разделены химически стойкой анионообменной мембраной и собраны в едином корпусе из пластмассы или из иного химически стойкого материала, предусматривающем выводы для электродов и отверстия для заливки электролитов.

www.findpatent.ru

Никель-солевой аккумулятор - это... Что такое Никель-солевой аккумулятор?

Рис. 1 Аккумуляторная батарея FIAMM FZSoNick 48TL200 (48V, 200Ah) созданная по Ni-солевой технологии
Общее описание

Никель-солевые Аккумуляторные батареи (2NaCl-Ni) — аккумуляторы с высокими показателями удельной энергоёмкости, цикличности и стойкости к высоким и низким температурам (-40°С до +60°С). Производятся из обыкновенной поваренной соли, керамики и никеля. Аккумуляторы абсолютно герметичные, относительно компактные в сравнении с традиционными свинцовыми аккумуляторами и экологически чистые.

Электро-химическая реакция
2NaCl+Ni <=========> NiCl2+2Na Разряженная Заряженная Рис. 2 Элемент Никель-Солевой батареи
Активные компоненты аккумуляторного элемента
  • Никель (Ni)
  • Cоль (2NaCl)
  • β-глинозем
Технические характеристики никель-солевых элементов
  • Напряжение: 2.2-2.7В (2.58В в разомкнутой цепи)
  • Номинальная ёмкость: 40Ач
  • Габариты (ДхШхВ): 36 x 36×220 мм
  • Вес элемента: 695 г
  • Показатели удельной энергоемкости:
  • 140 Вт.ч / кг (Для сравнения в свинцовых АКБ: 25-35 Вт.ч / кг)
  • 280 Вт.ч / лит (Для сравнения в свинцовых АКБ: 70-100 Вт.ч / лит)

В собранной батарее показатели плотности энергии ниже ввиду наличия термоизоляции и электронного модуля управления.

Недостатки батареи
  • Батарея функционирует только при высокой температуре электролита (245 С). Как следствие - температура на поверхности корпуса батареи выше температуры окружающей среды.
  • Большой объём занимает теплоизоляция.
  • Для запуска батареи необходимо разогреть электролит (как минимум до температуры 157 С).
Преимущества таких батарей
  • Не подвержены влиянию высоких и низких температур. Неизменные эксплуатационные характеристики в широком температурном диапазоне от −40°С до +60°С.
  • Высокие показатели цикличности: расчётный ресурс службы — около 4500 циклов. (около 2500 циклов до снижения емкости до 80 %)
  • Снижение ёмкости имеет прямолинейную нисходящую характеристику (то есть они не подвержены внезапному падении ёмкости как, например, свинцово-кислотные батареи)
  • Очень высокие показатели удельной энергоемкости (120 ватт*час/кг и 190 ватт*час/лит).
  • Очень низкая совокупная стоимость владения в период эксплуатации и хранения.
  • Длительный срок службы и практически неограниченный срок складского хранения: батареи не стареют и не утрачивают своих характеристик даже через 10 лет складского хранения.
  • Батарея абсолютно герметичная: отсутствует газовыделение в окружающую среду.
  • Изготавливаются без использования высокотоксичных материалов, таких как свинец, кадмий.
  • На 100 % пригодны к утилизации: сталь, никель, железо, соль и керамика.
  • На 70 % легче и на 30 % компактнее свинцово-кислотных батарей.

Технологией по производству Никель-Солевых батарей владеет компания FIAMM S.p.A. (Италия) и GE (США). Реальное производство налажено только на заводе группы FIAMM S.p.A., который располагается в г. Стабио (Швейцария). Также по подобной технологии производятся натрий-серные аккумуляторы (NaS) компанией NGK (Япония).

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 11 августа 2012.

dic.academic.ru

Разработан аккумулятор из соли и бумаги

Исследователи из Университета Уппсала (Uppsala University) в Швеции создали гибкую батарею, используя два широко распространённых и дешёвых компонента: целлюлозу и соль. В лёгком перезаряжаемом элементе питания используются тонкие куски бумаги – спрессованные переплетённые волокна целлюлозы – для электродов, а соль выступает в роли электролита. Новое устройство должно быть простым в производстве и безопасным для окружающей среды, как считает возглавляющая проект Мария Стром (Maria Stromme). Она отметила, что батарея может быть использована для питания диагностических медицинских приборов или сенсоров на упаковках, или встраиваться в ткань. "Для производства не требуется продвинутое оборудование, поэтому технология доступна для развивающихся стран", - говорит Стром. В батарее применена тонкоплёночная конструкция, над которой в течение нескольких лет трудится ряд компаний. Обычно такие элементы питания содержат твёрдый электролит вместо жидкости или геля, а электроды сделаны из лития с никелем, кобальтом или марганцем. "Бумажно-солевой" аккумулятор – идеальная замена литиевых, которыми комплектуется множество портативных устройств, таких как беспроводные сенсоры, смарт-карты, медицинские имплантаты и чипы RFID. В этих случаях чем меньше батарея, тем лучше. Тонкоплёночные источники питания имеют и другие преимущества. Они имеют длительный срок эксплуатации и хранения, удерживая заряд в течение многих лет; количество циклов перезарядки составляет десятки тысяч, как говорит эксперт по печатной электронике и главный исполнительный директор исследовательской компании IDTechEX Рагу Дас (Raghu Das), "поддерживая беспроводные сенсоры, которые могут функционировать десятилетия с подходящим потребляющим устройством". Тем не менее, только малое количество начинающих компаний - Infinite Power Solutions в Литтелтоне, Калифорния, и Solicore в Лэйкленд, Флорида, - смогли мобилизовать достаточный начальный капитал, чтобы вывести свои решения на рынок. Более 4 млн тонкоплёночных аккумуляторов будет поставлено в этом году, согласно отчёту за май аналитической компании NanoMarkets. Новые бумажные батареи ещё должны достигнуть приемлемых характеристик. Литиевые аналоги могут вырабатывать 4 В и имеют ёмкость от 200 до 300 мВтч на грамм. Для сравнения, один бумажный элемент вырабатывает 1 В, а ёмкость достигает 25 мВтч. При максимальном токе после каждых 100 циклов перезарядки теряется 6% ёмкости. Однако Стром утверждает, что её команда уже добилась 1000 циклов с меньшим током. Также она объясняет, что эти показатели относятся к перспективному лабораторному прототипу. В данный момент ведётся работа по оптимизации технологии. В конечном счёте, объединение многих элементов вместе в последовательном подключении увеличит напряжение. Перезарядка бумажных аккумуляторов проходит намного быстрее, чем литиевых. Используемая целлюлоза взята из некоторых водорослей, обитающих в морях и озёрах, и имеет наноструктуру, увеличивающую площадь поверхности стенок клеток организмов в 100 раз. Исследователи покрыли бумагу из этого материала проводящим полимером и поместили пропитанный в солевом растворе бумажный фильтр между бумажными электродами. Ионы хлора перемещаются от положительного электрода к отрицательному, а электроны проходят через внешнюю цепь, создавая ток. Перезарядка длится несколько десятков секунд, потому как ионы накапливаются на тонком электроде очень быстро. Для литиевых батарей это время составляет 20 минут. "Комбинация большой ёмкости и малого времени зарядки очень уникальна", - отмечает Стромм. По сравнению с другими тонкоплёночными технологиями, новая разработка находится на ранней стадии развития. "Для достижения успеха необходимо добиться приемлемой стоимости и производственного процесса, но характеристики – ключевой элемент, - считает консультант по энергетическим вопросам в Frost & Sullivan Сара Брэдфорд (Sara Bradford). – Если не будет усовершенствования на несколько уровней существующей технологии, то очень сложно получить прибыль". Стром уверена, что безвредная для окружающей среды разработка найдёт свою нишу. Появление технологии на рынке ожидается в течение трёх лет. Материалы по теме: - NEDO планирует жизнь после «литий-ионной» эры; - IT-Байки: солнечное электричество из нанотрубок; - Литиевые батареи эволюционируют благодаря нанопроводникам.

3dnews.ru

Никель-солевой аккумулятор — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Удельная энергоёмкость Удельная энергоплотность Электродвижущая сила Рабочая температура
никель-солевой аккумулятор
Аккумуляторная батарея FIAMM SoNick 48TL200 (48 В, 200 А • ч)
140 Вт/ч/кг
280 Вт/л
2,58 В
от -40 до +60 °С

Никелево-солевой аккумуля́тор (Ni-NaCl, он же никелево-натриево-хлоридный аккумулятор, он же натриево-никелево-хлоридный аккумулятор) — вторичный химический источник тока, в котором катодом является металлический натрий, электролитом — керамический стакан-сепаратор из корунда (бета-глинозёма) и расплавленная соль, анодом — никелевая проволока. ЭДС никелево-солевого аккумулятора равен 2,56 В, удельная плотность энергии около 140 Вт·ч/кг в элементах и свыше 90 Вт·ч/кг в готовых батареях с системой управления. В зависимости от режима работы (буферный или циклический режим) срок службы составляет от 3000 до 9000 циклов заряда-разряда или же свыше 20-25 лет в буферном режиме. Никель-солевые аккумуляторы могут храниться разряженными, в отличие от свинцовых (Pb-h3SO4) и никелево-металло-гидридных аккумуляторов (Ni-MH), которые нужно хранить полностью заряженными, и от литий-ионных аккумуляторов (Li-ion), которые необходимо хранить при 40%-ом заряде от ёмкости аккумулятора.

Общее описание

Никелево-солевые аккумуляторные батареи (2NaCl-Ni) — аккумуляторы с высокими показателями удельной энергоёмкости, цикличности и стойкости к высоким и низким температурам (-40°С до +60°С). Производятся из обыкновенной поваренной соли, керамики и никеля. Аккумуляторы абсолютно герметичные, относительно компактные в сравнении с традиционными свинцовыми аккумуляторами и экологически чистые.

Видео по теме

История создания

Исследования по изучению перезаряжаемых аккумуляторных батарей на основе натрия в качестве отрицательного электрода начались ещё в 60-х годах прошлого века. Натрий привлек внимание учёных в первую очередь из-за своего большого электрического потенциала -2,71 В, лёгкого веса, нетоксичности и дешевизны.Наиболее известная батарея на основе натрия — это натриево-серная батарея (NaS), которая выпускается японской корпорацией NGK. Никелево-солевые аккумуляторы являются логическим продолжением натриево-серной технологии, при этом они лишены недостатков, присущих натриево-серным батареям, а именно не содержат в своем составе едкой серы, которая ввиду своих свойств способствует быстрой коррозии керамики и тем самым сокращает срок службы аккумулятора.Никелево-солевые батареи были впервые испытаны в 1970-х годах группой учёных в рамках проекта Zeolite Battery Research Africa (ZEBRA) в Претории, ЮАР под руководством доктора Йохана Котзера. По сокращённому названию проекта батарея и получила название Zebra. В течение 1980-х группой Beta Research and Development of Derby, Великобритания были полностью описаны химия элементов, электрохимические процессы, а также описан производственный цикл.В течение 20 лет группа учёных доводила технологию до совершенства, испытывая в активном веществе присадки из разных металлов для достижения наибольших показателей производительности.Серийное производство никелево-солевых батарей для разных отраслей промышленности было налажено в 1998 году в Швейцарии в г. Стабио на заводе MES-DEA. Сегодня данное предприятие входит в группу FIAMM и выпускает батареи для энергетики, связи, систем накопления энергии.

Технология

Особенностью работы никелево-солевого аккумулятора является расплавленное состояние электролита (NaAlCl4) и отрицательного электрода (Na), точка плавления которых составляет 157 °C и 98 °C соответственно. Именно по этой причине все аккумуляторы, в основе которых лежит применение натрия, например натриево-серные, относятся к разряду высокотемпературных и работают в температурном режиме около +250 °C. Отрицательный электрод выполнен из натрия и в процессе работы также находится в расплавленном состоянии. Электрический потенциал натрия (-2,71 В) сделал его крайне привлекательным для применения в системах аккумулирования энергии, плюс ко всему он лёгок, безвреден, а главное — это вещество недорого.Положительный электрод выполнен из никеля и в заряженном состоянии переходит в хлорид никеля.Положительный и отрицательный электроды отделяются друг от друга керамическим сепаратором-мембраной. Он выполнен из β-глинозема (корунд), и обеспечивает протекание электро-химической реакции, пропуская через себя ионы натрия.

Устройство элемента, основные компоненты

Рис. 2 Устройство элемента Никель-Солевой батареи
  • Никель — положительный токосъемник (проволока), вспомогательное вещество (порошок).
  • Поваренная соль (2NaCl) — активное вещество в виде порошка.
  • β-глинозем — сепаратор.
  • Алюминий — вспомогательное вещество (в виде порошка).
  • Железо — вспомогательное вещество (в виде порошка).
  • Прочие присадки, в основном металлические пудры, для обеспечения высоких показателей по цикличности и сроку службы.
  • Нержавеющая сталь — стальной контейнер ячеек.

Электро-химическая реакция

При заряде Соль вступает в реакцию с никелем, образуя хлорид никеля, в результате чего высвобождается 2 иона натрия, которые, проходя через керамический сепаратор, накапливаются на внешней его стенке.В ходе разряда во внутренней полости керамического сепаратора восстанавливается поваренная соль и никель. Процесс заряда/разряда полностью обратный, без образования каких-либо побочных продуктов, что позволяет достигать высоких показателей по срокам службы как в буферном, так и в циклическом режиме.

2NaCl+Ni <=========> NiCl2+2Na Разряженная Заряженная

Технические характеристики никель-солевых элементов

  • Напряжение: 2.2-2.7 В (2.58 В в разомкнутой цепи)
  • Полезная ёмкость: 40 А·ч
  • Полная ёмкость: 48-50 А·ч
  • Габариты ячейки (Д × Ш × В): 36 × 36 × 220 мм
  • Вес элемента: 695 г
  • Показатели удельной энергоёмкости:
  • 140 Вт·ч/кг (для сравнения в свинцовых АКБ: 25-35 Вт·ч/кг)
  • 280 Вт·ч/лит (для сравнения в свинцовых АКБ: 70-100 Вт·ч/лит)

В собранной батарее показатели плотности энергии немного ниже (>90 Вт·ч/кг) ввиду наличия теплоизоляции и электронного модуля управления.

Ключевые преимущества

  • Не подвержены влиянию высоких и низких температур. Неизменные эксплуатационные свойства в широком температурном диапазоне от −20°С до +60°С для батареи с BMS и вплоть до +150°С для блока элементов без BMS.
  • Высокие показатели цикличности: расчётный ресурс службы — около 4500 циклов (>3000 циклов @ 80% DoD).
  • Снижение ёмкости имеет прямолинейную нисходящую характеристику (то есть они не подвержены внезапному падению ёмкости как, например, свинцово-кислотные батареи).
  • Очень высокие показатели удельной энергоёмкости (140 Вт·ч/кг и 280 Вт·ч/лит).
  • Очень низкая совокупная стоимость владения в период эксплуатации и хранения.
  • Длительный срок службы и практически неограниченный срок складского хранения: батареи не стареют и не утрачивают своих характеристик даже через 10-20 лет складского хранения.
  • Батарея абсолютно герметичная: отсутствует газовыделение в окружающую среду.
  • Изготавливаются без использования высокоядовитых материалов, таких как свинец, кадмий.
  • На 100 % пригодны к утилизации: сталь, никель, железо, соль и керамика.
  • На 70 % легче и на 30 % меньше свинцово-кислотных батарей.

Области применения

  • Автомобильный транспорт
  • Ж\Д транспорт
  • Связь
  • Энергетика, в том числе альтернативная
  • Системы накопления энергии (СНЭ)

Ссылки

wikipedia.green

Никель-солевой аккумулятор Википедия

Удельная энергоёмкость Удельная энергоплотность Электродвижущая сила Рабочая температура
никель-солевой аккумулятор
Аккумуляторная батарея FIAMM SoNick 48TL200 (48 В, 200 А • ч)
140 Вт/ч/кг
280 Вт/л
2,58 В
от -40 до +60 °С

Никелево-солевой аккумуля́тор (Ni-NaCl, он же никелево-натриево-хлоридный аккумулятор, он же натриево-никелево-хлоридный аккумулятор) — вторичный химический источник тока, в котором катодом является металлический натрий, электролитом — керамический стакан-сепаратор из корунда (бета-глинозёма) и расплавленная соль, анодом — никелевая проволока. ЭДС никелево-солевого аккумулятора равен 2,56 В, удельная плотность энергии около 140 Вт·ч/кг в элементах и свыше 90 Вт·ч/кг в готовых батареях с системой управления. В зависимости от режима работы (буферный или циклический режим) срок службы составляет от 3000 до 9000 циклов заряда-разряда или же свыше 20-25 лет в буферном режиме. Никель-солевые аккумуляторы могут храниться разряженными, в отличие от свинцовых (Pb-h3SO4) и никелево-металло-гидридных аккумуляторов (Ni-MH), которые нужно хранить полностью заряженными, и от литий-ионных аккумуляторов (Li-ion), которые необходимо хранить при 40%-ом заряде от ёмкости аккумулятора.

Общее описание

Никелево-солевые аккумуляторные батареи (2NaCl-Ni) — аккумуляторы с высокими показателями удельной энергоёмкости, цикличности и стойкости к высоким и низким температурам (-40°С до +60°С). Производятся из обыкновенной поваренной соли, керамики и никеля. Аккумуляторы абсолютно герметичные, относительно компактные в сравнении с традиционными свинцовыми аккумуляторами и экологически чистые.

История создания

Исследования по изучению перезаряжаемых аккумуляторных батарей на основе натрия в качестве отрицательного электрода начались ещё в 60-х годах прошлого века. Натрий привлек внимание учёных в первую очередь из-за своего большого электрического потенциала -2,71 В, лёгкого веса, нетоксичности и дешевизны.Наиболее известная батарея на основе натрия — это натриево-серная батарея (NaS), которая выпускается японской корпорацией NGK. Никелево-солевые аккумуляторы являются логическим продолжением натриево-серной технологии, при этом они лишены недостатков, присущих натриево-серным батареям, а именно не содержат в своем составе едкой серы, которая ввиду своих свойств способствует быстрой коррозии керамики и тем самым сокращает срок службы аккумулятора.Никелево-солевые батареи были впервые испытаны в 1970-х годах группой учёных в рамках проекта Zeolite Battery Research Africa (ZEBRA) в Претории, ЮАР под руководством доктора Йохана Котзера. По сокращённому названию проекта батарея и получила название Zebra. В течение 1980-х группой Beta Research and Development of Derby, Великобритания были полностью описаны химия элементов, электрохимические процессы, а также описан производственный цикл.В течение 20 лет группа учёных доводила технологию до совершенства, испытывая в активном веществе присадки из разных металлов для достижения наибольших показателей производительности.Серийное производство никелево-солевых батарей для разных отраслей промышленности было налажено в 1998 году в Швейцарии в г. Стабио на заводе MES-DEA. Сегодня данное предприятие входит в группу FIAMM и выпускает батареи для энергетики, связи, систем накопления энергии.

Технология

Особенностью работы никелево-солевого аккумулятора является расплавленное состояние электролита (NaAlCl4) и отрицательного электрода (Na), точка плавления которых составляет 157 °C и 98 °C соответственно. Именно по этой причине все аккумуляторы, в основе которых лежит применение натрия, например натриево-серные, относятся к разряду высокотемпературных и работают в температурном режиме около +250 °C. Отрицательный электрод выполнен из натрия и в процессе работы также находится в расплавленном состоянии. Электрический потенциал натрия (-2,71 В) сделал его крайне привлекательным для применения в системах аккумулирования энергии, плюс ко всему он лёгок, безвреден, а главное — это вещество недорого.Положительный электрод выполнен из никеля и в заряженном состоянии переходит в хлорид никеля.Положительный и отрицательный электроды отделяются друг от друга керамическим сепаратором-мембраной. Он выполнен из β-глинозема (корунд), и обеспечивает протекание электро-химической реакции, пропуская через себя ионы натрия.

Устройство элемента, основные компоненты

Рис. 2 Устройство элемента Никель-Солевой батареи
  • Никель — положительный токосъемник (проволока), вспомогательное вещество (порошок).
  • Поваренная соль (2NaCl) — активное вещество в виде порошка.
  • β-глинозем — сепаратор.
  • Алюминий — вспомогательное вещество (в виде порошка).
  • Железо — вспомогательное вещество (в виде порошка).
  • Прочие присадки, в основном металлические пудры, для обеспечения высоких показателей по цикличности и сроку службы.
  • Нержавеющая сталь — стальной контейнер ячеек.

Электро-химическая реакция

При заряде Соль вступает в реакцию с никелем, образуя хлорид никеля, в результате чего высвобождается 2 иона натрия, которые, проходя через керамический сепаратор, накапливаются на внешней его стенке.В ходе разряда во внутренней полости керамического сепаратора восстанавливается поваренная соль и никель. Процесс заряда/разряда полностью обратный, без образования каких-либо побочных продуктов, что позволяет достигать высоких показателей по срокам службы как в буферном, так и в циклическом режиме.

2NaCl+Ni <=========> NiCl2+2Na Разряженная Заряженная

Технические характеристики никель-солевых элементов

  • Напряжение: 2.2-2.7 В (2.58 В в разомкнутой цепи)
  • Полезная ёмкость: 40 А·ч
  • Полная ёмкость: 48-50 А·ч
  • Габариты ячейки (Д × Ш × В): 36 × 36 × 220 мм
  • Вес элемента: 695 г
  • Показатели удельной энергоёмкости:
  • 140 Вт·ч/кг (для сравнения в свинцовых АКБ: 25-35 Вт·ч/кг)
  • 280 Вт·ч/лит (для сравнения в свинцовых АКБ: 70-100 Вт·ч/лит)

В собранной батарее показатели плотности энергии немного ниже (>90 Вт·ч/кг) ввиду наличия теплоизоляции и электронного модуля управления.

Ключевые преимущества

  • Не подвержены влиянию высоких и низких температур. Неизменные эксплуатационные свойства в широком температурном диапазоне от −20°С до +60°С для батареи с BMS и вплоть до +150°С для блока элементов без BMS.
  • Высокие показатели цикличности: расчётный ресурс службы — около 4500 циклов (>3000 циклов @ 80% DoD).
  • Снижение ёмкости имеет прямолинейную нисходящую характеристику (то есть они не подвержены внезапному падению ёмкости как, например, свинцово-кислотные батареи).
  • Очень высокие показатели удельной энергоёмкости (140 Вт·ч/кг и 280 Вт·ч/лит).
  • Очень низкая совокупная стоимость владения в период эксплуатации и хранения.
  • Длительный срок службы и практически неограниченный срок складского хранения: батареи не стареют и не утрачивают своих характеристик даже через 10-20 лет складского хранения.
  • Батарея абсолютно герметичная: отсутствует газовыделение в окружающую среду.
  • Изготавливаются без использования высокоядовитых материалов, таких как свинец, кадмий.
  • На 100 % пригодны к утилизации: сталь, никель, железо, соль и керамика.
  • На 70 % легче и на 30 % меньше свинцово-кислотных батарей.

Области применения

  • Автомобильный транспорт
  • Ж\Д транспорт
  • Связь
  • Энергетика, в том числе альтернативная
  • Системы накопления энергии (СНЭ)

Ссылки

wikiredia.ru

Зачем нужны солевые батарейки ?: f2065

Возник у меня вопрос – а в чём смысл существования и массового производства солевых батареек, когда есть алкалиновые (щелочные) ?…

В инете многочисленные околонаучные статьи дружно хвалят алкалиновые батарейки, указывая в качестве их достоинства в три-четыре раза более высокую ёмкость (в среднем AA алкалиновые 2…3А/ч, солевые 0.5…0.8А/ч), работоспособность при минусовых температурах, низкий саморазряд и срок хранение 5…7 лет (в то время как у солевых хранение 1…3 года).В инете можно найти много обзоров с диаграммами разряда (см. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8), но только сравнительно высокими токами (0.1А и выше) – которые сажают батарейку менее чем за сутки. Кстати разные обзоры имеют несколько противоречивые результаты – вероятно, батарейки разной свежести, а может это скрытая реклама.

Но ёмкость применительно к батарейкам – величина не точная, потому что зависит от того каким током эта батарейка будет разряжаться. В вышеприведённых обзорах можно увидеть что алкалиновые батарейки имеющие рекордную ёмкость при нагрузке 0.1А – могут уступить своё первенство другим тоже алкалиновым батарейкам при нагрузке 1А.Ну а про солевые батарейки мне не удалось найти никакого обзора. В лучше случае они включаются в общий обзор с алкалиновыми батарейками, где разумеется демонстрируют отставание на порядок. Но всё-таки, зачем нужны солевые батарейки ? Пишут, что они дешёвые (правда это может у производителей оптовая цена низкая, а наши барыги цены алкалиновых и солевых батареек почти уравняли – разница в цене около 30%.), и их можно использовать в маломощных устройствах (таких как настенные часы, пульты и т.д.). Да, обзоры ясно показывают что солевые батарейки не могут отдавать высокий ток (как например надо для фотоаппаратов или фонарей). Однако, для маломощных нагрузок – оправдано ли применение солевых батареек ? Встречается мнение что солевые батарейки могут немного самовосстанавливаться (правда как показывают обзоры – алкалиновые тоже умеют самовосстанавливаться), а ещё что алкалиновые батарейки не могут долго хранится будучи уже не новыми (правда не ясно почему – ведь пишут что саморазряд у алкалиновых батарее примерно в два раза меньше чем у солевых). И на основании этого якобы алкалиновая батарейка в часах проработает не дольше солевой – так что нет смысла платить в два раза дороже. Итак, я решил самостоятельно протестировать ряд батареек нагрузкой около 0.001А – для ёмкости 0.8А/ч это должно получится примерно месяц (в идеале надо бы на год – но долго слишком). Вдруг действительно окажется что для тех устройств где батарейки живут по несколько месяцев – солевые батарейки окажутся лучше ?…

Купил батарейки (кстати если кто не знает: по стандарту буква просто «R» – это солевые батарейки; «LR» – алкалиновые; другие буквы перед «R» – экзотика встречаемая только в справочниках):

1.Maxell Zinc R6/1.5V/AA – 6р;2.Panasonic General Purpose Zinc Carbon AA-R6BER – 7р;3.Sony New Ultra R6 – 7р;4.Varta Superlife R6P – 8р;5.SuperMax R6 – 8р;6.Космос Солевая Батарейка R6 – 7р;7.SuperMax Alcaline LR6 – 15р;8.Duracell Alkaline MN1500 LR6 – 28р;9.Космос Алкалиновая Батарейка LR6 – 13р;

108.88 КБ

На всех солевых указанный срок годности менее 2 лет, на алкалиновых – у Космоса и SuperMax по 4 года, у Duracell 7 лет.

Батарейки были шунтированы резисторами 1kΩ (исходя из формулы I=U/R – ток от 0.0016А до 0.0009А, по мере разряда и падения напряжения).

Результаты тестирования:

59.50 КБ

Кстати забавно, Космос Солевая Батарейка показала самый плохой результат, а Космос Алкалиновая Батарейка – самый лучший. Правда замечу что батарейки я тестировал в единичном экземпляре, так что может просто в магазине продали бракованную батарейку. В идеале надо купить по несколько батареек причём из разных партий выпуска. Так что не факт что у всех батареек качество именно такое как получилось по моему тестированию.

Выводы. Солевые батарейки абсолютно не выгодны. Даже при маломощной нагрузке в течении месяца – они в три раза уступают алкалиновым батарейкам. А удельная стоимость электроэнергии в солевых батарейках получается выше чем в самых дешёвых алкалиновых. Ещё кстати у солевых батареек высокая опасность вытекания электролита, и если это вовремя не обнаружить - батарейный отсек будет уничтожен коррозией (алкалиновые такой проблемы не имеют). Так что получается в любом случае разумнее покупать алкалиновые (а не солевые) батарейки.

Заодно решил проверить насколько соответствует действительности превосходство батареек Космос Алкалиновая Батарейка над остальными (как пишут в некоторых обзорах).В этом тесте участвовали только алкалиновые батарейки, они были шунтированы резисторами 5Ω (исходя из формулы I=U/R – ток должен быть от 0.32А до 0.18А).

37.22 КБ

Выводы очевидны… Правда замечу всё-же что на других уровнях нагрузки картина может быть несколько иной – Duracell выиграет в случаях нагрузки около 0.5А…1А (как например в фотоаппаратах или мощных светодиодных фонарях). Но в среднем можно считать что «Космос Алкалиновая Батарейка» действительно одна из лучших. Особенно учитывая что она стоит в два-три раза дешевле – а пара Космосов в любом случае существенно обойдёт одного Duracell…

Уже существуют литиевые батарейки AA со стандартным напряжением 1.5V.Но заявленное у них 8-кратное превосходство над алкалиновыми – только в особых задачах с очень большими токами (как например, зарядка вспышки – там ток несколько ампер). Ибо по даташитам (см. 9, 10) ёмкость литиевых AA 1.5V (3А/ч) ничуть не превышает ёмкость лучших алкалиновых батареек (2.8А/ч…3.1А/ч)! Рекламируемое 8-кратное превосходство выражается только на нагрузках около 2А. Дело в том что алкалиновые (и тем более солевые) батареи при высоких нагрузках непропорционально сильно теряют ёмкость, а вот литиевые при любой нагрузке свою ёмкость практически не теряют. Как показано в графиках в упомянутых даташитах – при нагрузке 0.1А – и алкалиновые и литиевые батареи будут работать практически одинаковое время, но при нагрузках выше 0.2А у алкалиновых батарей ёмкость падает (например при нагрузке 0.5А алкалиновая батарея проработает уже в два раза меньше чем литиевая, а при 1А вообще в 4 раза меньше). Так что применение литиевых батарей имеет смысл только для фотоаппаратов (причём если часто использовать вспышку, без вспышки у современных компактных фотокамер потребление около 0.3А – так что литий на таком токе большого выигрыша не даст), мощных фонарей, и прочих устройств с нагрузкой более 0.5А (которые от алкалиновых батареек работают не более полутора часов). Хотя учитывая что стоят литиевые АА в Москве от 100р до 170р за 1 штуку, и ещё их надо долго и упорно искать (впрочем найти можно обычно в салонах foto.ru) – их применение может быть оправдано разве что в походных условиях (где сложно таскать лишние батарейки и негде заряжать аккумуляторы).

f2065.livejournal.com