Воздушно-воздушные батареи обеспечивают дальность действия более 1 километров. Дефект? Они одноразовые.
Содержание
Несколько дней назад мы затронули тему «инженер-изобретатель», «отец восьмерых детей», «ветеран флота», который «изобрел батареи, в которых использовался алюминий и загадочный электролит». Мы сочли развитие темы не очень надежным – также благодаря источнику, Daily Mail, – но проблему необходимо дополнить. Если англичане имели дело с алюминиево-воздушными батареями, то они… действительно существуют и действительно могут предлагать дальность действия в тысячи километров.
Изобретатель, описанный Daily Mail, «отец восьмерых детей», был представлен как человек, который создал что-то совершенно новое (нетоксичный электролит) и уже ведет переговоры о продаже своей идеи. Между тем тема алюминиево-воздушных ячеек разрабатывалась несколько лет.
Но начнем с самого начала:
Оглавление
- Алюминиево-воздушные батареи – живи интенсивно, умри молодыми
- Tesla Model 3 Long Range с запасом хода 1+ км? Может быть сделано
- Алюминиевые / воздушные батареи Alcoa и Phinergy – все еще одноразовые, но хорошо продуманные
- Резюме или почему мы критиковали Daily Mail
В алюминиево-воздушных батареях используется реакция алюминия с кислородом и молекулами воды. В химической реакции (формулы можно найти в Википедии) образуется гидроксид алюминия, и в конечном итоге металл связывается с кислородом с образованием оксида алюминия. Напряжение довольно быстро падает, и когда весь металл прореагировал, ячейка перестает работать. В отличие от литий-ионных аккумуляторов, Воздушно-воздушные элементы нельзя перезаряжать и использовать повторно..
Они одноразовые.
Да, это проблема, но у клеток есть одна очень важная особенность: гигантская плотность накопленной энергии по отношению к массе. Это составляет 8 кВтч / кг. Между тем, текущий уровень лучших литий-ионных элементов составляет 0,3 кВтч / кг.
Tesla Model 3 Long Range с запасом хода 1+ км? Может быть сделано
Давайте посмотрим на эти цифры: 0,3 кВтч / кг для лучших современных литиевых элементов против 8 кВтч / кг для алюминиевых элементов – литий почти в 27 раз хуже! Даже если учесть, что в экспериментах алюминиево-воздушные батареи достигли плотности «всего» 1,3 кВтч / кг (источник), это все равно более чем в четыре раза лучше, чем у литиевых элементов!
Так что вам не нужно быть отличным калькулятором, чтобы понять, что с аккумулятором Al-air Tesla Model 3 Long Range он достигнет почти 1 км на аккумуляторе вместо нынешних 730 км для литий-ионных. Это не намного меньше, чем из Варшавы в Рим, и меньше, чем из Варшавы в Париж, Женеву или Лондон!
К сожалению, с литий-ионными элементами, проехав 500 километров с Tesla, мы подключаем его к зарядному устройству на время, предложенное автомобилем, и идем дальше. При использовании элементов Al-air водителю придется ехать на станцию, где необходимо будет заменить аккумулятор. Или его отдельные модули.
И хотя алюминий как элемент дешев, необходимость каждый раз готовить элемент с нуля эффективно сводит на нет выигрыш от более высоких диапазонов. Коррозия алюминия также представляет собой проблему, которая имеет место, даже когда аккумулятор не используется, но эта проблема была решена путем хранения электролита в отдельном контейнере и его перекачивания, когда требуется алюминиево-воздушная батарея.
Это придумал Phinergy:
Алюминиевые / воздушные батареи Alcoa и Phinergy – все еще одноразовые, но хорошо продуманные
Воздушные батареи готовы к использованию коммерческий ну, они даже используются в военных приложениях. Они были созданы Alcoa совместно с Phinergy. В этих системах электролит находится в отдельном контейнере, а отдельные ячейки представляют собой пластины (картриджи), вставленные в свои отсеки сверху. Это выглядит как:
Авиационная батарея (алюминий-воздух) израильской компании Alcoa. Обратите внимание на трубку на стороне устройства, перекачивающего электролит Alcoa (c)
Запуск аккумулятора осуществляется путем прокачки электролита по трубкам (вероятно, под действием силы тяжести, поскольку аккумулятор действует как резервный). Чтобы зарядить аккумулятор, вы вынимаете использованные картриджи из аккумулятора и вставляете новые.
Таким образом, владелец машины возьмет с собой тяжелую систему, чтобы однажды в случае необходимости использовать ее. А когда возникнет необходимость в зарядке, автомобиль должен быть заменен лицом с соответствующей квалификацией.
По сравнению с литий-ионными элементами, преимущества алюминиево-воздушных элементов заключаются в низкой стоимости производства, отсутствии необходимости в использовании кобальта и сниженных выбросах углекислого газа во время производства. Недостатком является разовое использование и необходимость переработки использованных картриджей:
Резюме или почему мы критиковали Daily Mail
Алюминиево-воздушные топливные элементы (Al-воздух) уже существуют, иногда используются, и работы над ними ведутся довольно интенсивно в последние десять или около того лет. Однако из-за увеличивающейся плотности энергии литий-ионных элементов и возможности их многократной подзарядки тема померкла – особенно в автомобильной промышленности, где регулярная замена миллионов батарей – головокружительная задача..
Мы подозреваем, что изобретатель, описанный Daily Mail, вероятно, ничего не изобрел, а сам сконструировал алюминиево-воздушную ячейку. Если, как он описывает, он пил электролит на демонстрациях, он, должно быть, использовал для этой цели чистую воду:
> Отец восьмерых детей изобрел аккумулятор на 2 км? Ммм, да, но нет 🙂 [Daily Mail]
Самая большая проблема с алюминиево-воздушными батареями не в том, что их нет – они существуют. Проблема с ними в разовых расходах и высокой стоимости замены. Вложения в такой элемент рано или поздно потеряют экономический смысл по сравнению с литий-ионными аккумуляторами, потому что для «зарядки» требуется посещение мастерской и квалифицированный рабочий.
В Польше около 22 миллионов автомобилей. По данным Центрального статистического управления Польши (GUS), мы проезжаем в среднем 12,1 тысячи километров в год. Итак, если мы предположим, что воздушно-алюминиевые батареи будут заменяться в среднем каждые 1 километров (для упрощенного расчета), каждая из этих машин должна будет посещать гараж 210 раз в год. Каждая из этих машин посещала гараж в среднем каждые 10 дней.
603 машин ждут батарейки КАЖДЫЙ ДЕНЬ., также по воскресеньям! А ведь такая замена требует отсоса электролита, замены модулей, проверки всего этого. Кому-то также придется собирать эти использованные модули со всей страны, чтобы обрабатывать их позже.
Теперь вы понимаете, откуда взялась наша критика?
Примечание редакции www.elektrowoz.pl: в вышеупомянутой статье Daily Mail говорится, что это «топливный элемент», а не «батарея». Однако, честно говоря, следует добавить, что “топливные элементы »подпадают под определение« аккумулятор », действующее в Польше. (см., например, ЗДЕСЬ). Однако, в то время как воздушно-алюминиевую батарею можно (и нужно) называть топливным элементом, литий-ионную батарею так называть нельзя.
Топливный элемент работает по принципу веществ, подаваемых извне, часто включая кислород, который вступает в реакцию с другим элементом, образуя соединение и выделяя энергию. Таким образом, реакция окисления протекает медленнее, чем горение, но быстрее, чем обычная коррозия. Для реверсирования процесса чаще всего требуется устройство совершенно другого типа.
С другой стороны, в литий-ионном аккумуляторе ионы перемещаются между электродами, поэтому окисление отсутствует.
Примечание 2 редакции www.elektrowoz.pl: подзаголовок «живи интенсивно, умри молодым» взят из одного из исследований на эту тему. Нам это нравится, потому что он описывает специфику алюминиево-воздушных ячеек.
Это может вас заинтересовать:
