Никель-водородный аккумулятор (НВА). Аккумулятор водородный


Аккумуляторы водорода

По страницам старых публикаций

Аккумуляторы водорода

Над созданием экологически чистого автомобиля ученые всего мира работают уже много лет. И большие надежды связывают с использованием водорода в качестве топлива.Доводов в пользу этого решения немало: при сгорании в цилиндрах двигателя автомобиля водород образует вместо бензиновой гари совершенно безвредную воду.

Применение его позволит сэкономить нефть — основное сырье химии полимеров. Что немаловажно — водород гораздо дешевле, нежели бензин, ведь получают его электролизом воды, причем она, как сказано, при сгорании образуется снова. Стоит упомянуть, наконец, что на водороде смогут работать те же самые двигатели, что работают сегодня на бензине, и переделки потребуются совсем небольшие. Предлагаю Вашему вниманию интересную статью, опубликованную в 1986 году посвященную этой теме.

Доводы неоспоримые. Однако, чтобы они обрели под собою почву, необходимо обеспечить водородному автомобилю хотя бы такой же запас хода, как и бензиновому. Химическая энергия у водорода гораздо выше, чем у бензина. Одна его грамм-молекула дает энергии в 6 раз больше грамм-молекулы обычного топлива. Но ведь газ не жидкость. Обычный водородный баллон, вмещая 500 литров, — а этого, заметим, хватит лишь на десяток километров, — весит пятьдесят— шестьдесят килограммов. Объем же его чуть не вдвое больше, чем у компактного бензобака. И сделать его меньше при той же емкости очень трудно. Давление внутри баллона и так уже составляет 150 атмосфер. Вспомним закон Бойля — Мариотта и подсчитаем: в баллоне вдвое меньшего объема давление такого же количества газа

составит уже 300 атмосфер. Триста килограммов на каждый квадратный сантиметр поверхности!.. Ехать на автомобиле с таким топливным баком, пожалуй, не более приятно, чем на пороховой бочке.

...Старший научный сотрудник кафедры химии высоких давлений Виктор Николаевич Вербецкий легко берет со стола емкость размером с сифон для газированной воды и протягивает мне.

— Вот здесь пятьсот литров водорода,— говорит он,— а давление внутри около двух атмосфер, меньше, чем в велосипедной камере.

Взвешиваю баллон на руке. Вес его не больше пяти килограммов! Так как же закон Бойля — Мариотта?!— Все в соответствии с ним,— поясняет Виктор Николаевич.— Но дело в том...

Вот уже две сотни лет химики знают, что некоторые металлы способны вступать с водородом в химическую реакцию. Магний, например, при высокой температуре впитывает водород, образуя так называемый гидрид магния. Объем его при этом немного растет, а удельный вес падает.

Это обстоятельство в свое время едва не послужило причиной создания новой отрасли химии, которую можно было бы назвать химией летучих металлов — окрыленные первыми успехами, химики решили так насытить металл водородом, чтобы он стал легче воздуха.

В свое время эта, увы, неосуществимая мечта нашла отражение и в литературе. Болеслав Прус, например, в романе «Кукла» описал подобные эксперименты знаменитого химика Берцелиуса.

Летать слитки магния так и не заставили. С развитием химии высоких давлений стало ясно, что магний может запасти всего лишь 6% водорода по отношению к собственному весу. К тому же нужна температура до 400 — 500 градусов по Цельсию, давление в 400 атмосфер. А кроме того, насыщая магний водородом, требуется постоянно снимать с него верхний слой, быстро насыщающийся газом и не пропускающий его вглубь. То есть шаг за шагом перемалывать его в порошок. И чтобы извлечь газ из него, тоже нужна высокая температура. Интерес к гидридам стал пропадать. И снова возник он лишь в наши дни, но уже в связи с идеей «чистого» автомобиля.

Мы уже сказали, что магний может запасти 6% водорода от собственного веса. Много это или мало? Если сравнивать с обычным баллоном, где закачивают газ в пустоту,— фантастически много. Ведь в обыкновенном баллоне помещается в шесть раз меньше, чем в металле такого же веса!

Но как же быть с законом Бойля — Мариотта? Почему в металл, в плотное вещество, вмещается больше, нежели в пустоту? Дело здесь в химической сути происходящего.

В природе водород существует, как известно, в молекулярном виде, каждая молекула состоит из двух атомов газа. Между молекулами есть силы отталкивания, мешающие им сблизиться вплотную; собственно, с этими силами и борется компрессор, закачивая газ в баллон. Металл же, поглощая водород, разбивает его молекулы на отдельные атомы, а силы отталкивания между атомами в сотни раз меньше, чем у молекул. Потому в металле газ упакован плотнее, чем в пустоте. Это и делает эффективным использование гидридов для создания емких аккумуляторов водорода для автомобилей.

За прошедшие годы свойство запасать водород, кроме магния, ученые обнаружили у других металлов и сплавов, поэтому специалисты кафедры химии высоких давлений Московского государственного университета, где работает В. Н. Вербецкий, начали работу со сплавами титана и железа.

Аккумуляторы водорода

Аккумулятор, построенный по такой схеме, успешно выдержал испытания на автомобиле ЗИЛ-130.

Этот сплав способен запасать водород даже при комнатной температуре и легко отдает его при небольшом подогреве. Емкость его поменьше, чем у магния, но все равно примерно в полтора раза выше, нежели у традиционного баллона.

В первых же опытах сплав заработал безупречно. Однако со временем дело пошло все хуже и хуже...

Как сумели установить, виноваты оказались примеси. В обыкновенном техническом водороде, который получают, как сказано, электролизом воды, всегда есть немного кислорода, влаги. Они постепенно отравляли сплав, лишали его активности. Это означало, что для использования аккумулятора нужно предварительно очищать газ с помощью сложных и дорогих методов.

Решили повысить стойкость сплава с помощью добавок. Лучше всего на эту роль подошел ванадий. Этот элемент как бы облагородил сплав, повысил его стойкость к отравляющим примесям. А когда химики провели анализ водорода на выходе аккумулятора, оказалось, что посторонних газов в нем практически нет — десятитысячные доли процента! Как это нередко бывает, получилось, что исследования в одном направлении принесли результат и для смежного — аккумулятор оказался еще и замечательным дешевым фильтром для очистки водорода.

Тогда и был изготовлен в лаборатории тот самый баллон, который я держал в руках, вмещавший при столь малом объеме и низком давлении 500 литров газа. В МГУ после научных сообщений пошли письма из многих лабораторий страны с просьбами изготовить такие же или предоставить техническую документацию. Ценность аккумулятора для лабораторных исследований оказалась так велика, что его экспонировали даже на выставке «Научно-технический прогресс-85».

энергия водорода

Так выглядит упрощенная схема аккумулятора большой емкости для экологически чистого автомобиля, запас хода которому обеспечат и низкотемпературные и высокотемпературные гидриды.

Но вернемся к рассказу об аккумуляторах газа для автомобилей.

Кроме большой емкости и долговечности, такие аккумуляторы в отличие от лабораторных должны обладать еще способностью отдавать большие количества газа в короткие промежутки времени, иными словами, должны обеспечивать большой расход газа. Ведь нередко двигателю приходится работать в пиковых режимах — например, при резком трогании автомобиля с места или на подъемах. И здесь аккумулятор работал плохо. Дело в том, что, впитывая водород, металл разбухает, разрушается и довольно быстро превращается в тонкодисперсный порошок. Открытие этого явления, заметим, тоже оказалось весьма ценным для промышленности. Сплавы титана широко применяют сегодня в порошковой металлургии, и получать порошок из сплава, подавая с небольшим давлением водород, гораздо удобнее, проще и дешевле, чем дробить в специальных шаровых мельницах — никакой механики, никакого износа!.. А вот для самих аккумуляторов это стало препятствием. Спокойная при малых расходах газа масса порошка при больших буквально вскипала. Выделенная частицами струя газа подхватывала их и несла с собой, закупоривая газопроводы, опустошая сам аккумулятор. Попробовали заградительные фильтры, но они мешали аккумулятору «дышать», резко ограничив максимальный поток газа, да и к тому же быстро забивались частицами порошка.

Как же упаковать порошок так, чтобы частицы не разлетались? Химики решили связать порошок гидрида полимером. Рассчитав соотношения порошка и связующего полимера, отлили ровные эластичные плитки пластика. Заработали они безупречно. Но как же получилось, что связующий материал, который должен был помешать газу проникать к частицам, герметизировать их, пропускал газ лучше, чем фильтр, который пробовали установить ранее?

Как выяснили, помогал тот эффект, который превращал сплав в порошок. Впитывая водород, частицы порошка увеличивались в объеме, разбухали и образовывали в полимере поры, которые объединялись в разветвленную цепь микромагистралей для газа. Так что после некоторой приработки аккумулятор был полностью готов к работе.

Такие аккумуляторы уже проходят испытания в Москве на грузовых автомобилях ЗИЛ-130. Установленные на место запасного бензобака, они подают газ в карбюратор двигателя, куда поступает и бензин из другого бака. Даже это, так сказать, половинчатое решение проблемы позволило снизить затраты бензина на 25 % и вдесятеро понизило токсичность выхлопных газов! Вот результат лишь частичной замены бензина на водород!

Аккумуляторы работают безотказно, единственным их недостатком оказалось то, что невозможно было определить, сколько осталось водорода. Для автомобиля, работающего на смеси водорода с бензином, это было и необязательно: когда кончался водород, машина продолжала ехать на чистом бензине. Ну а как быть, когда автомобиль полностью перейдет на водород?

Решением этой задачи и занялись химики. Еще в исследованиях они заметили, что электрическое сопротивление гидридов выше, нежели у чистого сплава. Это обстоятельство и решили использовать. В аккумулятор вмонтировали специальный датчик — цилиндрик полимера с гидридом, зажатый между двух электродов. К нему подключили омметр, и теперь шкала прибора, проградуированная в единицах емкости, стала показывать запас водородного топлива. Так что прибор для будущего водородного автомобиля готов. И создание самого автомобиля уже начато.

Правда, вспомнив, что мы писали выше, вы скажете: емкость аккумулятора на сплаве титана с железом недостаточно велика, чтобы обеспечить автомобилю большой запас хода. Правильно. Поэтому химики решили вернуться к более емкому металлу — магнию. Работать с этим металлом будет труднее, но сегодня ученые вооружены соответствующей аппаратурой и опытом работы с гидридами. Но и разработанный уже аккумулятор... также будет работать на этом автомобиле. Так называемый маршевый аккумулятор на магнии будет питать двигатель в поездке, а аккумулятор на основе титана и железа будет пусковым — с его помощью двигатель автомобиля будут запускать, и уже его тепло подогреет маршевый аккумулятор, чтобы извлечь из него водород.

А. ФИН, Ю.Т 1986г

Смотрите также: Бензиновый двигатель на воде

 

allpowr.su

Водородный аккумулятор

ПоршеньАвтор: Юлиюс Мацкерле (Julius Mackerle)Источник: «Современный экономичный автомобиль» [1]Количество просмотров 8406 Количество комментариев 0

Водород — отличный аккумулятор энергии с широким диапазоном областей применения, причем плотность энергии в единице массы у водорода в 3 раза больше, чем у бензина. Водород весьма пригоден как аккумулятор электроэнергии, вырабатываемой ночью на электростанциях. Его можно транспортировать на большие расстояния как в газообразном, так и в жидком состоянии. При транспортировке водорода в жидком состоянии его низкую температуру используют для снижения сопротивления электрических проводников, размещенных в том же трубопроводе. В космонавтике водород применяют в качестве ракетного топлива. Применение водорода как топлива в автомобилях требует минимальных изменений конструкции двигателя.

Жидкий водород существует при температуре — 253 °C, поэтому емкость для его хранения должна иметь очень хорошую теплоизоляцию. В качестве такой изоляции обычно используют вакуумированную полость (сосуд Дьюара). Низкая температура поддерживается также вследствие постоянного испарения водорода.

В Лос-Аламосской исследовательской лаборатории (США) был создан бак для хранения жидкого водорода «MVE-50» емкостью 190 дм3 водорода. Масса заправленного водорода составляет 13,6 кг, что энергетически эквивалентно 75 л бензина. Масса бака в заправленном состоянии равна 59 кг. Испарение водорода, достигающее 0,8—3,3 % в сутки, снижает имеющееся небольшое избыточное давление в емкости. Нормальное избыточное давление в водородной емкости при движении автомобиля составляет 41—48 кПа, а максимально допустимое давление в ней — 200 кПа.

Бак для жидкого водорода имеет сферическую форму и поэтому неудобен для размещения в автомобиле. Кроме того, обращение с жидким водородом связано с риском его взрыва, поэтому такой способ хранения водорода в, автомобиле непригоден.

Хранение водорода в гидридах уже было рассмотрено ранее. Большой объем исследовательских работ по использованию водорода в автомобилях проводит Управление исследований в области энергетики США. Такие работы ведутся в лабораториях многих научно-исследовательских организаций и высших школ. Подробный обзор исследований применения водорода в 49 двигателях и 15 автомобилях был опубликован в [2].

В отчете рассмотрен весь период развития водородных двигателей, начиная от первого стационарного одноцилиндрового двигателя воздушного охлаждения, созданного в 1964 г. фирмой «Биллингс» (США). В этом двигателе водород подводился по специальному каналу во впускной трубопровод. Мощность регулировалась только количеством вводимого водорода, поступающий воздух не дросселировался, т. е. осуществлялось качественное регулирование. Использованный фирмой «Биллингс» четырехтактный одноцилиндровый двигатель фирмы «Бриггс энд Страттон» рабочим объемом 98 см3 имел степень сжатия ε = 6 и служил примером простоты конвертирования бензинового двигателя для работы на водороде. За этим двигателем последовали 18 различных водородных двигателей, выполненных на базе серийных. Последним из них был шестицилиндровый двигатель на базе дизеля «Камминс» рабочим объемом 5766 см3.

Большинство созданных водородных двигателей после испытаний были вновь конвертированы в исходное состояние. Испытания проводились, в основном, на сжатом водороде, при этом небольшой запас хода не принимался во внимание. Довольно часто использовался и серийный карбюратор, служивший для подачи воды в целях уменьшения жесткой работы двигателя и вспышек в трубопроводах.

Студенты университета Бирмингема (США) в 1966—196 гг. проводили испытания различных водородных двигателей в лаборатории фирмы «Биллингс». Исследования финансировала фирма «Форд», которая интересовалась вопросами уменьшения воспламенения («хлопков») в трубопроводах двигателя и снижения жесткости его работы при использовании рабочей смеси, близкой к стехиометрическому составу α = 1. С этой целью применяли подачу воды и рециркуляцию отработавших газов, что ограничивало также и содержание NOx в отработавших газах.

Были также проведены испытания на водороде роторно-поршневого двигателя на автомобиле «Мазда» фирмы «Тойо Когё» и четырехцилиндрового двигателя воздушного охлаждения — на автомобиле «Фольксваген». В двигателе Ванкеля возникли неисправности в системе смазки, поэтому испытания были непродолжительными. На обоих автомобилях применялась подача воды, что способствовало значительному снижению вредных веществ в отработавших газах, особенно в двигателе «Фольксваген». Для получения подаваемой в двигатель воды использовалась конденсация отработавших газов.

Все испытания показали, что мощность двигателя при работе на водороде ниже, чем при использовании в качестве топлива бензина. При стехиометрическом составе смеси водорода с воздухом водород занимает 29,5 % объема смеси. Кроме того, целесообразно также применять очень бедные смеси водорода с воздухом, что ведет к снижению расхода топлива. Смесь получается более бедной также при использовании рециркуляции отработавших газов и подаче воды. Все это вместе взятое способствует снижению удельной мощности на 20—25 % по сравнению с работой на бензине. Это явление устраняется подачей водорода после закрытия впускного клапана. Устройство для такого способа питания водородом было показано на рис. статье «». Водород начинает подаваться в цилиндр под давлением 15 МПа в положении поршня, соответствующем примерно 6° до ВМТ.

Горение водорода при высокой степени сжатия еще не было подробно исследовано. Следует, однако, отметить, что самовоспламенения водорода не происходит даже при степени сжатия ε = 29. В то же время достигнутый коэффициент полезного действия ниже, чем предполагалось. Расстояние между электродами на свече зажигания при этом необходимо было уменьшить до 0,075 мм. Требуются тщательные исследования превращения NO в NO2 и поглощение NO2 конденсирующимися парами воды. Влияние обеднения смеси на величину коэффициента полезного действия уже было рассмотрено в статье «Влияние состава смеси на индикаторный КПД двигателя».

Целесообразность использования бедных водородо-воздушных смесей подтверждается снижением расхода топлива при испытании автомобиля «Форд» модели «Монте-Карло» с двигателем, работающем на водороде, хранимом в криогенном баке в жидком состоянии. КПД двигателя возрос на 86 % по сравнению с КПД бензинового двигателя, соответственно, снизился и расход топлива.

Стоимость единицы энергии, полученной в виде водорода электролизом воды, почти в 2 раза дороже единицы энергии, содержащейся в бензине. Так, в США в 1981 г. стоимость энергии водорода составляла 5,12—8,5 долл/100 кВт∙ч, а бензина — 2,04—2,73 долл/100 кВт∙ч. Таким образом, имеется потребность в разработке новых дешевых способов получения водорода и в совершенствовании существующих.

В настоящее время испытывается новый метод электролиза — фотоэлектролиз. В отличие от обычного электролиза в нем в качестве анода используется чувствительный к свету полупроводник, полученный из окисла железа. От коррозии в растворе электролита (в данном случае — поташа K2CO3) анод защищен тонкой пленкой диоксида титана. Если на такой элемент падает солнечный свет, то возникает электрический ток и происходит процесс электролиза с выделением водорода и кислорода. Следовательно, отпадает необходимость подвода электрического тока извне. Разработки фотоэлектролиза не находятся еще в стадии промышленного освоения и в настоящее время изучаются возможности повышения эффективности использования солнечного излучения для производства водорода [3].

Ведутся также исследования по снижению расхода электрической энергии при электролизе путем применения новых комбинаций материалов электрода и электролита. В результате уменьшения потребления электроэнергии должна снизиться стоимость водорода и при этом не должно происходить загрязнения окружающей среды.

Совершенствуются также и способы термохимического разложения воды, для чего делаются попытки использовать ядерную энергию. Разложение (диссоциация) воды на водород и кислород происходит при ее нагревании свыше 2000 °C. Трудности состоят в том, чтобы найти методы создания требуемых температур и материалы, способные выдержать такие температуры в течение всего процесса разложения.

Введение в воду некоторых добавок может снизить температуру ее разложения до 760 °С. В настоящее время в эксплуатации находятся два ядерных реактора с системой газового охлаждения, на которых можно получить такую температуру. Кроме того, требуемую для диссоциации воды температуру можно, получить также и с помощью солнечных коллекторов, но их коэффициент полезного действия пока еще низок.

Ранее уже говорилось о биологических путях производства углеводородных компонентов в результате синтеза воды и углекислого газа. Хлорофил в растениях под воздействием солнечного света производит углеводороды, «отходом» при этом является кислород, необходимый для дыхания живых существ. В лабораторных условиях удалось с помощью этого способа получить водород с коэффициентом полезного действия, равным 37 %. Фотобиологическое производство водорода возможно найдет применение, когда ископаемые виды топлив будут очень дороги или они полностью исчезнут.

По мнению большинства ученых, водород является наиболее вероятным топливом будущего. Вопрос заключается в том, когда и каким способом оно будет производиться в необходимых промышленных масштабах. Осуществить производство значительного количества водорода можно уже в течение ближайших десяти лет, путем использования для этой цели угля, имеющегося в достаточном количестве. Однако постепенно должен произойти переход на использование экологически чистых источников энергии.

Последнее обновление 13.06.2012Опубликовано 09.06.2012

Читайте также

Сноски

  1. ↺ Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль/Пер. с чешск. В. Б. Иванова; Под ред. А. Р. Бенедиктова. - М.: Машиностроение, 1987. - 320 с.: ил.//Стр. 299 - 301 (книга есть в библиотеке сайта). – Прим. icarbio.ru
  2. ↺ 17. Escher J. D. The Hydrogen-Fueled Internal Combustion Engine, a Technical Survey of Contemporary. — U: S. Projects, ETA Report PR-51. Washington, 1975. September. – Прим. icarbio.ru
  3. ↺ Другие способы получения водорода приведены в статье «Солнечный бензин». – Прим. icarbio.ru

Комментарии

icarbio.ru

Никель-водородный аккумулятор (НВА) | Electro-machines.ru

Металло-водородные ХИТ, к которым относится никель-водородный аккумулятор (НВА), серебряно-водородный аккумулятор (СВА) и свинцово-водород-ный аккумулятор (СвВА), являясь исключительно отечественным изобретением, представляют комбинацию классического аккумулятора и регенеративного топливного элемента; они состоят из водородного и металл-оксидного электродов в растворе щелочи (НВА и СВА) или кислоты (СвВА).

Токообразующие реакции записываются следующим образом:

image002

При заряде на водородном электроде генерируется водород, который накапливается под давлением в герметичном корпусе. Давление при этом связано со степенью заряженности (С) линейным соотношением:

image004

где р - постоянная для заданной конструкции корпуса.

Твердофазный электрод ведет себя так же, как в никель-кадмиевом (в случае НВА), в серебряно-кадмиевом (в случае СВА) или свинцово-кислотном (в случае СвВА) аккумуляторах. При разряде водород потребляется на водородном электроде, и при полной разряженности давление становится равным исходному, соответствующему началу заряда.

Специфичным для металло-водородных аккумуляторов является возможность не отделять водородное топливо от твердофазного окислителя ввиду малой скорости реакции непосредственного химического взаимодействия водорода с металлоксидными электродами. Это позволяет не принимать специальных мер защиты твердофазного электрода от водорода, что допускает простое конструктивное оформление металло-водородных ХИТ и является источником довольно высокой удельной энергии.

Применительно к задачам создания тяговой батареи электромобиля (ТБЭ) интерес представляют только две системы - никель-водородная и свинцово-водородная, поскольку серебряно-водородный аккумулятор из-за ограниченного ресурса (300- 500 циклов) и большого расхода серебра (8-10 г/А-ч) не может рассматриваться для комплектации ТБЭ.

Никель-водородный аккумулятор представляет собой комбинацию двух ресурсноспособных электродов - водородного и окисно-никелевого. Имея ресурс до 1000 циклов и удельную энергию до 60 Вт-ч/кг, НВА рассматривается рядом исследователей как потенциальный источник для использования во внутригородском электромобиле. Однако реализация этой задачи возможна при решении ряда проблем и, в частности, обеспечения нормального теплового режима, снижения стоимости, гарантирования безопасности при всех эксплуатационных условиях. Требование к тепловому режиму обусловлено тем, что НВА обладает повышенным саморазрядом (5-10% в сутки при 20 °С), сильно зависящим от температуры. Повышенная стоимость НВА обусловлена применением платины в качестве катализатора с расходом 0,6 - 6 мг/(Ач) и, главным образом, использованием окисно-никеле-вого электрода металлокерамической конструкции с удельным расходом никеля 0,6-0,8 г/(Ач). И, наконец, повышенные требования к безопасности ставятся в связи с высоким рабочим давлением водорода 5-10 МПа.

Разработкой НВА для электромобиля особенно интенсивно занимаются в ФРГ на фирме «Дойче Автомобильгезельшафт» (Deutsche Automobilgesellschaft) [42]. Проведены работы по исследованию теплового режима работы НВА емкостью 85 А-ч, показана возможность применения никеля Ренея вместо платины, предложена новая конструкция окисно-никелевого электрода на основе объемных никелевых сеток толщиной 4,5 мм с удельной энергоемкостью 0,12-0,15 А ч/г и большим сроком службы. Комплекс этих мероприятий позволил создать экономичный НВА с удельными характеристиками 50 Вт-ч/кг при удельной мощности 30 Вт/кг и сроком службы 800-900 циклов. Разрядные характеристики аккумулятора приведены на рис. 2.15.

Рис. 2.15. Разрядные характеристики никель-водородного аккумулятора емкостью 85 А-ч (цифры на кривых - токи разряда)

Учитывая, что Еа. 3 = U3 - Е, уравнение (2.15) можно записать в виде

image006

Можно отметить, что имеются возможности довести удельную энергию НВА до 60-65 Вт-ч/кг за счет использования более легкого корпуса или снижения коэффициента запаса прочности.

Исследования по СвВА находятся в самой начальной фазе, однако имеется ряд обнадеживающих данных: саморазряд СвВА ниже, чем НВА, расход платины на электрод ввиду существенно большего тока обмена реакции ионизации водорода в кислоте в сравнении со щелочью также ниже. Однако появляются дополнительные трудности в реализации СвВА, главным образом, связанные с подбором материалов для токоотводов и корпуса, устойчивых к концентрированной серной кислоте.

Можно добавить, что с точки зрения эксплуатации металл-водородные аккумуляторы являются почти идеальной системой. Действительно, НВА и СвВА устойчивы к перезарядам и переплюсованию, допускают контроль степени заряженности, герметичны, не требуют доразряда. В какой степени эти уникальные качества удастся совместить со стоимостью и ограниченной удельной энергией НВА и СвВА, покажет будущее.

 

=> Эксплуатационные особенности использования АКБ

Проверено корректором: 

www.electro-machines.ru

Никель-водородный аккумулятор — WiKi

Nickel-hydrogen battery NASA.gif

Никель-водородный аккумулятор (Nih3 или Ni–h3) - это обратимый химический источник тока, состоящий из никелевого и водородного электродов [1]. Он отличается от никель-металл-гидридного аккумулятора использованием водорода в газообразной форме, хранящегося в сжатом состоянии в ячейке при давлении в 82,7 бар[2].

Nih3 ячейки с использованием 26% раствора гидроксида калия (KOH) в качестве электролита достигают срока эксплуатации в 15 лет или более при 80% глубине разряда [3]. Плотность энергии составляет 75 Вт•ч/кг, 60 Вт•ч/дм3[4][5]. Напряжение на контактах составляет 1,55 В, среднее напряжение на протяжении разряда - 1,25 В [6].

Несмотря на то, что плотность энергии составляет только около одной трети аналогичного показателя литиевой батареи, специфическим свойством никель-водородного аккумулятора является продолжительность срока эксплуатации: ячейки выдерживают более чем 20000 циклов разряда[7] при 85% эффективности.

Nih3аккумуляторы обладают хорошими электрическими свойствами, делающими их привлекательными для хранения электрической энергии на космических аппаратах [8]. Например, МКС [9], Messenger[10], Марс Одиссей[11], Mars Global Surveyor[12] и MRO оборудованы никель-водородными аккумуляторами. Телескоп Хаббла, когда его оригинальные батареи были заменены в мае 2009 года спустя 19 лет после запуска, достиг наибольшего числа циклов разряда среди Nih3 батарей на низких опорных орбитах [13].

Никель-водородный аккумулятор объединяет положительный никелевый электрод никель-кадмиевого элемента и отрицательный электрод, включающий катализатор и газ-диффузионную часть топливного элемента. В ходе разряда водород, содержащийся в сосуде под давлением взаимодействует с кислородом никельоксихлоридного электрода. Вода потребляется на никелевом электроде и высвобождается на водородном, таким образом концентрация гидроксида калия в электролите не изменяется. По мере разряда аккумулятора давление водорода падает, обеспечивая надёжную индикацию степени разряда. В батарее одного из коммуникационных спутников давление при полном заряде было свыше (3,4 МПа), падая практически до (0,1 МПа) при полном разряде.

Если заряженный аккумулятор продолжить заряжать, вода, образуемая на никелевом электроде диффундирует в водородный электрод и там диссоциирует; как следствие, аккумуляторы могут выдерживать перезаряд до тех пор, пока рассеивается выделяющееся тепло.

Аккумуляторы имеют недостаток в виде относительно высокого саморазряда, который пропорционален давлению водорода в ячейке; в некоторых конструкциях 50% ёмкости могут быть потеряны после нескольких дней хранения. Саморазряд снижается при снижении температуры. [16]

В сравнении с другими аккумуляторами никель-водородные обладают хорошей плотностью энергии в 60 Вт•ч/кг, и очень длительным сроком эксплуатации на спутниках. Ячейки могут выдерживать перезарядку, случайное нарушение полярности, давление водорода в ячейке обеспечивает хорошую индикацию степени разряда. Однако, газообразная природа водорода означает, что объёмная эффективность достаточно низка, а требуемое высокое давление приводит к необходимости использовать дорогие сосуды под давлением. [16]

Положительный электрод изготавливают из спеченного [17] пористого никелевого диска, который содержит гидроксид никеля. В отрицательном водородном электроде используют связанный тефлоном платиновый катализатор с сепаратором из циркониевых нитей [18].[19]

Конструкция аккумулятора с индивидуальным сосудом (IPV) состоит из Nih3 ячейки и сосуда под давлением. [20]

Конструкция аккумулятора с общим сосудом (CPV) состоит из двух последовательных Nih3 ячеек и общего сосуда под давлением. CPV обеспечивает несколько большую плотность энергии, чем IPV.

SPV конструкция объединяет до 22 ячеек в общем сосуде.

В биполярной конструкции достаточно толстый электрод является общим: положительным для одной и отрицательным для соседней ячейки в SPV. [21]

Конструкция с зависимым сосудом (DPV) обеспечивает большую плотность энергии при меньших затратах.[22]

Конструкция с общим/зависимым сосудом (C/DPV) является гибридом CPV и DPV с высокой объёмной эффективностью.[23]

ru-wiki.org

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

Nickel-hydrogen battery.jpg

Никель-водородный аккумулятор (Nih3 или Ni–h3) - это обратимый химический источник тока, состоящий из никелевого и водородного электродов. [1] Он отличается от никель-металл-гидридного аккумулятора использованием водорода в газообразной форме, хранящегося в сжатом состоянии в ячейке при давлении в 82,7 бар.[2]

Nih3 ячейки с использованием 26% раствора гидроксида калия (KOH) в качестве электролита достигают срока эксплуатации в 15 лет или более при 80% глубине разряда [3]Плотность энергии составляет 75 Вт•ч/кг, 60 Вт•ч/дм3[4].[5] Напряжение на контактах составляет 1,55 В, среднее напряжение на протяжении разряда - 1,25 В.[6].

Несмотря на то, что плотность энергии составляет только около одной трети аналогичного показателя литиевой батареи, специфическим свойством никель-водородного аккумулятора является продолжительность срока эксплуатации: ячейки выдерживают более чем 20000 циклов разряда[7] при 85% эффективности.

Nih3аккумуляторы обладают хорошими электрическими свойствами, делающими их привлекательными для хранения электрической энергии на космических аппаратах [8].

Например, МКС,[9]Messenger,[10]Марс Одиссей[11] и Mars Global Surveyor[12] оборудованы никель-водородными аккумуляторами. Телескоп Хаббла, когда его оригинальные батареи были заменены в мае 2009 года спустя 19 лет после запуска, достиг наибольшего числа циклов разряда среди Nih3 батарей на низких опорных орбитах.[13]

История

Развитие никель-водородных аккумуляторов началось в 1970 году в COMSAT[14] где впервые были использованы в 1977 году на борту спутника NTS-2 военно-морских сил США.[15]

Характеристики

Никель-водородный аккумулятор объединяет положительный никелевый электрод никель-кадмиевого элемента и отрицательный электрод, включающий катализатор и газ-диффузионную часть топливного элемента. В ходе разряда водород, содержащийся в сосуде под давлением возаимодействует с кислородом никельоксихлоридного электрода. Вода потребляется на никелевом электроде и высвобождается на водородном, таким образом концентрация гидроксида калия в электрлите не изменяется. По мере разряда вккумулятора давление водорода падает, обеспечивая надёжную индикацию степени разряда. В батарее одного из коммуникационных спутников давление при полном заряде было свыше (3,4 МПа), падая практически до (0,1 МПа) при полном разряде.

Если заряженный аккумулятор продолжить заряжать, вода, образуемая на никелевом электроде диффундирует в водородный электрод и там диссоциирует; как следствие, аккумуляторы могут выдерживать перезаряд тех пор, пока рассеивается выделяющееся тепло.

Аккумуляторы имеют недостаток в виде относительно высокого саморазряда, который пропорционален давлению водорода в ячейке; в некоторых конструкциях 50% ёмкости могут быть потеряны после нескольких дней хранения. Саморазряд снижается при снижении температуры. [16]

В сравнении с другими аккумуляторами никель-водородные обладают хорошей плотностью энергии в 60 Вт•ч/кг, и очень длительным сроком эксплуатации на спутниках. Ячейки могут выдерживать перезарядку, случайное нарушение полярности, давление водорода в ячейке обеспечивает хорошую индикацию степени разряда. Однако, газообразная природа водорода означает, что объёмная эффективность достаточно низка, а требуемое высокое давление приводит к необходимости использовать дорогие сосуды под давлением. [16]

Положительный электрод изготавливают из спеченного [17] пористого никелевого диска, который содержит гидроксид никеля. В отрицательном водородном электроде используют связанный тефлоном платиновый катализатор с сепаратором из циркониевых нитей [18].[19]

Конструкция

Конструкция аккумулятора с индивидуальным сосудом (IPV) состоит из Nih3 ячейки и сосуда под давлением. [20]

Конструкция аккумулятора с общим сосудом (CPV) состоит из двух последовательных Nih3 ячеек и общего сосуда под давлением. CPV обеспечивает несколько большую плотность энергии, чем IPV.

SPV конструкция объединяет до 22 ячеек в общем сосуде.

В биполярной конструкции достаточно толстый электрод является общим: положительным для одной и отрицательным для соседней ячейки в SPV. [21]

Конструкция с зависимым сосудом (DPV) обеспечивает большую плотность энергии при меньших затратах.[22]

Конструкция с общим/зависимым сосудом (C/DPV) является гибридом CPV и DPV с высокой объёмной эффективностью.[23]

См. также

Ссылки

Литература

  • Albert H. Zimmerman (ed), Nickel-Hydrogen Batteries Principles and Practice, The Aerospace Press, El Segundo, California. ISBN 1-884989-20-9.

Внешние ссылки

dic.academic.ru

Никель-водородный аккумулятор — Википедия

Nickel-hydrogen battery NASA.gif

Никель-водородный аккумулятор (Nih3 или Ni–h3) - это обратимый химический источник тока, состоящий из никелевого и водородного электродов [1]. Он отличается от никель-металл-гидридного аккумулятора использованием водорода в газообразной форме, хранящегося в сжатом состоянии в ячейке при давлении в 82,7 бар[2].

Nih3 ячейки с использованием 26% раствора гидроксида калия (KOH) в качестве электролита достигают срока эксплуатации в 15 лет или более при 80% глубине разряда [3]. Плотность энергии составляет 75 Вт•ч/кг, 60 Вт•ч/дм3[4][5]. Напряжение на контактах составляет 1,55 В, среднее напряжение на протяжении разряда - 1,25 В [6].

Несмотря на то, что плотность энергии составляет только около одной трети аналогичного показателя литиевой батареи, специфическим свойством никель-водородного аккумулятора является продолжительность срока эксплуатации: ячейки выдерживают более чем 20000 циклов разряда[7] при 85% эффективности.

Nih3аккумуляторы обладают хорошими электрическими свойствами, делающими их привлекательными для хранения электрической энергии на космических аппаратах [8]. Например, МКС [9], Messenger[10], Марс Одиссей[11], Mars Global Surveyor[12] и MRO оборудованы никель-водородными аккумуляторами. Телескоп Хаббла, когда его оригинальные батареи были заменены в мае 2009 года спустя 19 лет после запуска, достиг наибольшего числа циклов разряда среди Nih3 батарей на низких опорных орбитах [13].

Содержание

Никель-водородный аккумулятор объединяет положительный никелевый электрод никель-кадмиевого элемента и отрицательный электрод, включающий катализатор и газ-диффузионную часть топливного элемента. В ходе разряда водород, содержащийся в сосуде под давлением взаимодействует с кислородом никельоксихлоридного электрода. Вода потребляется на никелевом электроде и высвобождается на водородном, таким образом концентрация гидроксида калия в электролите не изменяется. По мере разряда аккумулятора давление водорода падает, обеспечивая надёжную индикацию степени разряда. В батарее одного из коммуникационных спутников давление при полном заряде было свыше (3,4 МПа), падая практически до (0,1 МПа) при полном разряде.

Если заряженный аккумулятор продолжить заряжать, вода, образуемая на никелевом электроде диффундирует в водородный электрод и там диссоциирует; как следствие, аккумуляторы могут выдерживать перезаряд до тех пор, пока рассеивается выделяющееся тепло.

Аккумуляторы имеют недостаток в виде относительно высокого саморазряда, который пропорционален давлению водорода в ячейке; в некоторых конструкциях 50% ёмкости могут быть потеряны после нескольких дней хранения. Саморазряд снижается при снижении температуры. [16]

В сравнении с другими аккумуляторами никель-водородные обладают хорошей плотностью энергии в 60 Вт•ч/кг, и очень длительным сроком эксплуатации на спутниках. Ячейки могут выдерживать перезарядку, случайное нарушение полярности, давление водорода в ячейке обеспечивает хорошую индикацию степени разряда. Однако, газообразная природа водорода означает, что объёмная эффективность достаточно низка, а требуемое высокое давление приводит к необходимости использовать дорогие сосуды под давлением. [16]

Положительный электрод изготавливают из спеченного [17] пористого никелевого диска, который содержит гидроксид никеля. В отрицательном водородном электроде используют связанный тефлоном платиновый катализатор с сепаратором из циркониевых нитей [18].[19]

Конструкция аккумулятора с индивидуальным сосудом (IPV) состоит из Nih3 ячейки и сосуда под давлением. [20]

Конструкция аккумулятора с общим сосудом (CPV) состоит из двух последовательных Nih3 ячеек и общего сосуда под давлением. CPV обеспечивает несколько большую плотность энергии, чем IPV.

SPV конструкция объединяет до 22 ячеек в общем сосуде.

В биполярной конструкции достаточно толстый электрод является общим: положительным для одной и отрицательным для соседней ячейки в SPV. [21]

Конструкция с зависимым сосудом (DPV) обеспечивает большую плотность энергии при меньших затратах.[22]

Конструкция с общим/зависимым сосудом (C/DPV) является гибридом CPV и DPV с высокой объёмной эффективностью.[23]

ru-m.wiki.ng

Водородная батарейка – новый источник энергии для смартфонов

Водородная батарейка – новый источник энергии для смартфоновСмартфоны улучшаются с каждым годом, можно даже сказать, что с каждым месяцем в них появляется все больше новых возможностей. Тем не менее, до недавнего времени, источники питания для них изменились не так радикально. Исправить ситуацию решила Британская компания «Intelligent Energy», пишет издание «New Scientist».

На ежегодной выставке под названием «Sonsumer Electronics Show», которая прошла в Лас-Вегасе, компания продемонстрировала первое в мире зарядное устройство Upp на водородных топливных элементах. Новинка представляет собой сменные кассеты (водородные батарейки). Одна ячейка, присоединяемая через USB, обеспечивает до пяти полных перезарядок, причем с такой же скоростью, как стандартные зарядные устройства. Преимущества новой разработки в том, что сменными батарейками удобно пользоваться вдали от централизованных источников питания, в местах, где нет электричества.

Первоначально устройства планируется продавать в Африке. Стоит отметить, что водородные батарейки – устойчивый и экологически чистый источник питания (в процессе зарядки телефона высвобождается только водяной пар).

Многоразовые водородные батарейки Upp поставляются с сопровождающим приложением с любой прошивкой, в том числе и на базе Android, что обеспечивает выдачу информации об использовании, остатке заряда на телефон. Кроме того, они оснащены интеллектуальной функцией автоматического отключения, которая позволяет экономить энергию и тем самым защищать аккумулятор, который заражают.

Единственным существенным недостатком, пожалуй, является то, что на данный момент такие батарейки невозможно купить в ближайшем магазине.

Стоимость водородных батареек Upp в США, как ожидается, составит $199, их будут продавать уже в этом году.

Водородная энергетика открывает новые горизонты не только смартфонам. В 2015 году компания Toyota планирует выпустить в продажу автомобили CES 2014, которые работают на водородных аккумуляторах. Производитель уверяет, что их заряд сможет обеспечить пробег в 500 км при максимальной скорости 160 км /час.Смартфоны улучшаются с каждым годом, можно даже сказать, что с каждым месяцем в них появляется все больше новых возможностей. Тем не менее, до недавнего времени, источники питания для них изменились не так радикально. Исправить ситуацию решила Британская компания «Intelligent Energy», пишет издание «New Scientist».

На ежегодной выставке под названием «Sonsumer Electronics Show», которая прошла в Лас-Вегасе, компания продемонстрировала первое в мире зарядное устройство Upp на водородных топливных элементах. Новинка представляет собой сменные кассеты (водородные батарейки). Одна ячейка, присоединяемая через USB, обеспечивает до пяти полных перезарядок, причем с такой же скоростью, как стандартные зарядные устройства. Преимущества новой разработки в том, что сменными батарейками удобно пользоваться вдали от централизованных источников питания, в местах, где нет электричества.

Первоначально устройства планируется продавать в Африке. Стоит отметить, что водородные батарейки – устойчивый и экологически чистый источник питания (в процессе зарядки телефона высвобождается только водяной пар).

Многоразовые водородные батарейки Upp поставляются с сопровождающим приложением с любой прошивкой, в том числе и на базе Android, что обеспечивает выдачу информации об использовании, остатке заряда на телефон. Кроме того, они оснащены интеллектуальной функцией автоматического отключения, которая позволяет экономить энергию и тем самым защищать аккумулятор, который заражают.

Единственным существенным недостатком, пожалуй, является то, что на данный момент такие батарейки невозможно купить в ближайшем магазине.

Стоимость водородных батареек Upp в США, как ожидается, составит $199, их будут продавать уже в этом году.

Водородная энергетика открывает новые горизонты не только смартфонам. В 2015 году компания Toyota планирует выпустить в продажу автомобили CES 2014, которые работают на водородных аккумуляторах. Производитель уверяет, что их заряд сможет обеспечить пробег в 500 км при максимальной скорости 160 км /час.

expertpost.ru


Смотрите также