Chemické reakce hliníkových vzduchových baterií. Hliníková vzduchová baterie využívá k nabíjení slanou vodu
Baterie jsou zařízení, která přeměňují chemickou energii na elektrickou energii. Mají 2 elektrody, mezi nimi probíhá chemická reakce, která využívá nebo produkuje elektrony. Elektrody jsou navzájem propojeny roztokem zvaným elektrolyt, přes který se mohou ionty pohybovat, aby dokončily elektrický obvod. Elektrony jsou produkovány na anodě a mohou procházet vnějším obvodem ke katodě, jedná se o pohyb elektronů elektrického proudu, který lze použít k provádění činnosti jednoduchých zařízení.
V našem případě baterie lze vytvořit pomocí dvou reakcí: (1) reakce s hliníkem, který generuje elektrony na jedné elektrodě, a (2) reakce s kyslíkem, která využívá elektrony na jiné elektrodě. Abyste pomohli elektronům v baterii získat přístup ke kyslíku ve vzduchu, můžete z druhé elektrody vyrobit materiál, který může vést elektřinu, ale není aktivní, jako je uhlí, které je většinou uhlík. Aktivní uhlí je velmi porézní a to někdy vede k tomu, že je velká plocha vystavena atmosféře. Jeden gram aktivního uhlí může být větší než celé fotbalové hřiště.
V této zkušenosti můžete stavět baterie, který tyto dvě reakce využívá a nejúžasnější je, že tyto baterie dokážou napájet malý motorek nebo žárovku. K tomu budete potřebovat: hliníková fólie, nůžky, aktivní uhlí, kovové lžičky, papírové utěrky, sůl, malý kelímek, voda, 2 elektrické dráty se svorkami na koncích a malé elektrické zařízení, jako je motor nebo LED. Odřízněte kus hliníkové fólie, který je přibližně 15X15cm., připravte si nasycený roztok, v malém hrnku smíchejte sůl s vodou, dokud se sůl nepřestane rozpouštět, přeložte papírovou utěrku na čtvrtiny a namočte ji do nálevu. Umístěte tento ručník na fólii, na papírovou utěrku přidejte asi lžíci aktivního uhlí, nalijte na dřevěné uhlí solný roztok, aby se namočilo. Ujistěte se, že uhlí je celé mokré. Abyste se přímo nedotkli vody, měli byste označit 3 vrstvy jako v sendviči. Připravte si svůj elektrických zařízení pro použití, jeden konec elektrický drát připojte k zátěži a připojte druhý konec drátu k hliníkové fólii. Přitiskněme druhý drát těsně k hromadě uhlí a uvidíme, co se stane, pokud baterie funguje dobře, pak je pravděpodobné, že k zapnutí zařízení budete potřebovat další prvek. Zkuste zvětšit kontaktní plochu mezi drátem a dřevěným uhlím tím, že baterii složíte a silně ji zmáčknete. Pokud používáte motor, můžete mu také pomoci nastartovat otáčením hřídele prsty.
První moderní elektrická baterie byla vyrobena ze série elektrochemických článků a nazývá se voltaická baterie. Opakujte kroky 1 a 3 a vytvořte další prvek hliník-vzduch, připojení 2 nebo 3 vzduch-hliníkový prvek navzájem získáte výkonnější baterii. Pomocí multimetru změřte napětí a proud přijímaný z baterie.
Jak upravit baterii tak, aby produkovala vyšší napětí nebo proud - Vypočítejte výstupní výkon baterie vynásobením jejího napětí a proudu. Zkuste k baterii připojit jiná zařízení.
Použití: baterie typu metal-air jako autonomní malý dobíjecí zdroj proudu. Podstata vynálezu: vzduchovo-kovový galvanický článek skříňového typu včetně nádoby na elektrolyt s plnicím otvorem v její horní části, víko, v nádobě elektrolytu umístěna plochá anoda ze spotřebního kovu, umístěná katoda pro difúzi plynu v určité vzdálenosti od pracovního povrchu anody a volně promyté od vnějšího plynu, například vzduchu, komory pro sběr plynu. V horní části nádoby na elektrolyt kolem plnicího otvoru je průběžný kónický výstupek, který působí jako labyrintové těsnění, ve střední části bočních stěn nádoby na elektrolyt a v její spodní části jsou dva omezující výstupky, v ve spodní části nádoby na elektrolyt V je komora pro jímání kalu V č. objemový poměr V: V sl = 5-15, tloušťka anody je v rozmezí 1-3 mm a je 0,05-0,50 mezikatodové mezery, objem. nádoby s elektrolytem je určeno výrazy: V = V el + V an; V el = q el QnKi; V an =q eh +q jádro QnK 2, V an - objem anody, cm 3;
n - počet cyklů;
K 2 = (1,97-1,49) - návrhový koeficient,
a poměr délky a, šířky b a výšky c je: 1:0,38:2,7; 1:0,35:3,1; 1: 0,33: 3,9. Vzduchokovová baterie obsahuje pouzdro, kryt se spínáním a minimálně jeden vzduchokovový galvanický článek navrženého provedení. Způsob provozu vzducho-kovu galvanický článek a baterie na něm založené zahrnují vybíjení, výměnu anod a elektrolytu za nové a mytí prvků. Před použitím se anody předem upraví ve vodném roztoku hydroxidu sodného o koncentraci (2-5) mol/l s přídavkem trihydrátu metaciničitanu sodného o koncentraci (0,01-0,10) mol/l. 3 sp. spisy, 5 ill., 2 tabulky.
Vynález se týká elektrochemie, způsobu provozu baterií typu kov-vzduch a může být použit při použití baterií kov-vzduch jako autonomního malého dobíjecího zdroje proudu. Je znám například galvanický článek typu vzduch-kov. Článek obsahuje hlavně nádobu na elektrolyt, víko a spotřebovatelnou kovovou elektrodu plochého tvaru umístěnou v nádobě na elektrolyt. V určité vzdálenosti od pracovní plochy elektrody je katoda pro difúzi plynu, která je zvenčí volně omývána plynem, zejména vzduchem. Pro zlepšení cirkulace elektrolytu a tím zvýšení účinnosti elektrochemické přeměny energie se vodík vznikající při elektrochemické reakci akumuluje v nádobě s elektrolytem a výsledný tlak se využívá k pohybu elektrolytu. V tomto případě nádoba na elektrolyt obsahuje komoru pro shromažďování plynu, přičemž tlak plynu může ovlivnit elektrolyt. Systémem trubic prochází vytlačený elektrolyt z horní části nádoby na elektrolyt do spodní části (evropský patent N 0071015 A2 ze dne 22.06.82 - prototyp). Nevýhodou známého galvanického článku vzduchovo-kovového typu je nízká měrná elektrická energetická charakteristika v důsledku nadměrné hmotnosti způsobené složitostí konstrukce. Je známa primární baterie vzduch-kov obsahující pouzdro, kryt se spínáním a alespoň jeden galvanický článek vzduch-kov (US patent N 4626482, H 01 M 12/6, 1986 - prototyp). Nevýhodou známé primární baterie kov-vzduch je její nízká měrná elektrická energie. Je znám způsob provozování vzduchovo-kovového galvanického článku a na něm založené baterie vybitím, výměnou anod a elektrolytu za nové a vymytím prvku (AS SSSR, 621041, H 01 M 10/42, H 01 M 12/08). Nevýhodou tohoto známého způsobu je dlouhá doba, po kterou baterie dosáhne stanoveného režimu (10-20) min. Účelem vynálezu je zvýšit měrné elektrické energetické charakteristiky vzducho-kovových prvků a baterií na nich založených, zvýšit stabilitu charakteristik v čase a také zkrátit dobu dosažení režimu na (1-3) minuty. Tohoto cíle je dosaženo tím, že u známého vzduchovo-kovového galvanického článku skříňového typu, včetně nádoby na elektrolyt s plnicím otvorem v její horní části, víkem, spotřebovávanou kovovou anodou plochého tvaru umístěnou v nádobě na elektrolyt, plynová difúzní katoda umístěná v určité vzdálenosti od anody pracovní plochy a komora pro sběr plynu volně omývaná zvenčí plynem, např. vzduchem, v horní části kolem plnicího otvoru je souvislý kónický výstupek, který funguje jako labyrintové těsnění , ve střední části bočních stěn nádoby na elektrolyt a v její spodní části jsou dva omezující výstupky, ve spodní části nádrž na elektrolyt (V) je vytvořena komora pro zachycování kalu (V sl) s objemovým poměrem V: V sl = 5 - 15, tloušťka anody v rozmezí (1-3) mm je 0,05-0,50 od hodnoty mezikatodové mezery, objemová kapacita elektrolytu je určena výrazem:
V = Vel + Van;
V el = q el Qnk 1;
Van (q eh + q jádro)Qnk2;
kde V je objem nádoby s elektrolytem, cm 3;
V el - objem elektrolytu, cm 3;
V an - objem anody, cm 3;
q el - měrná spotřeba voda z elektrolytu, cm 3 /Ah;
q eh - měrná spotřeba hliníku pro elektrochemickou reakci, cm 3 /Ah;
Q - kapacita prvku pro jeden cyklus, Ah;
n - počet cyklů;
k 1 = (0,44-1,45) - návrhový faktor;
a:b:c = 1:0,38:2,7;
a:b:c = 1:0,35:3,1;
a:b:c = 1:0,33:3,9. U známé primární baterie vzduch-kov obsahující pouzdro, kryt se spínáním, jeden nebo více galvanických článků vzduch-kov je jako takový prvek použit navrhovaný prvek; u známého způsobu provozu vzduchovo-kovového článku a na něm založené baterie vybitím, výměnou anod a elektrolytu za nové a promytím prvku se anody předběžně upraví ve vodném roztoku hydroxidu sodného o koncentraci (2-5) mol/l s přídavkem trihydrátu metaciničitanu sodného o koncentraci (0,01-0,10) mol/l. Společným znakem je přítomnost ve vzduchovo-kovovém galvanickém článku skříňového typu s nádobou na elektrolyt s plnicím otvorem v její horní části, víkem, svařovací kovovou anodou plochého tvaru umístěnou v nádobě na elektrolyt, katodou pro difúzi plynu v určité vzdálenosti od pracovního povrchu anody a volně omyté z vnějšího plynu, například vzduch, komora pro sběr plynu, přítomnost krytu v baterii, kryt se spínáním, jeden nebo více prvků, provoz baterie vybitím, výměnou anod a elektrolytu za čerstvé, vymytím vložky. Charakteristickým znakem je, že v horní části nádoby na elektrolyt je kolem plnicího otvoru průběžný kónický výstupek, který působí jako labyrintové těsnění, ve střední části bočních stěn nádoby na elektrolyt a v její spodní části jsou dvě omezující výstupky, ve spodní části nádoby na elektrolyt (V) je vytvořena komora pro jímání kalu (V sl) s objemovým poměrem V: V sl = 5 - 15, tloušťka anody v rozmezí (1 - 3) mm je 0,05-0,50 mezikatodové mezery, objem elektrolytové komory je určen výrazem:
V = Vel + Van;
V el = q el Qnk 1;
Van =(q eh +q jádro)Qnk2;
kde V je objem nádoby s elektrolytem, cm 3;
V el - objem elektrolytu, cm 3;
V an - objem anody, cm 3;
q el - měrná spotřeba vody z elektrolytu, cm 3 /Ah;
q eh - měrná spotřeba hliníku pro elektrochemickou reakci, cm 3 /Ah;
q jádro - měrná spotřeba hliníku na korozi, cm 3 /Ah;
Q - kapacita prvku pro jeden cyklus, Ah;
n - počet cyklů;
k 1 = (0,44-1,45) - návrhový faktor;
k 2 = (1,97-1,49) - návrhový faktor;
a poměr délky (a), šířky (b) a výšky (c) je:
a:b:c = 1:0,38:2,7;
a:b:c = 1:0,35:3,1;
a:b:c = 1:0,33:3,9. V baterii je navržený prvek použit jako vzduchovo-kovový galvanický článek; Při provozu vzduchovo-kovového galvanického článku a na něm založené baterie jsou anody předupravovány ve vodném roztoku hydroxidu sodného o koncentraci (2-5) mol/l s přídavkem trihydrátu metaciničitanu sodného o koncentraci (0,01-0,10) mol/l. Nárokovaný soubor a vztah rozlišovacích znaků nebyly nalezeny ve známých zdrojích patentové a vědecké a technické literatury. Navržené technické řešení má tedy novost a vynálezecký krok. Vynález je průmyslově využitelný, protože lze použít jako ekologický autonomní zdroj energie jako součást následujících systémů:
- přenosný přenosný magnetofon typu "přehrávač" s funkcemi nahrávání a přehrávání prostřednictvím externího reproduktorového systému;
- přenosný televizní přijímač na tekutých krystalech;
- přenosná svítilna;
- elektrický ventilátor;
- dětské videohry na tekutých krystalech;
- dětská rádiem řízená elektrická autíčka;
- přenosné rádio;
- nabíječka pro baterie;
- přenosný metr . Navržený proudový zdroj poskytuje vysoké měrné elektrické výkonové charakteristiky, které je udržuje stabilní po celou dobu životnosti a zároveň umožňuje zkrátit dobu dosažení návrhového režimu z 10 - 20 na 1 - 3 minuty. Stav indikátorů nám umožňuje vyvodit závěr o proveditelnosti použití získaných geometrických vztahů při návrhu vzducho-hliníkových baterií. Vynález je znázorněn na výkresech, kde na Obr. 1 znázorňuje vzducho-hliníkový prvek - typ č. 1, na Obr. 2 - vzduchovo-hliníkový prvek - typ č. 2, na Obr. 3 - vzduchovo-hliníkový prvek - typ č. 3. Na OBR. 4 znázorňuje kapacitu elektrolytu článku hliník-vzduch a Obr. 5 - baterie na bázi vzduch-hliníkových článků. Vzducho-hliníkový galvanický článek se skládá z nádoby na elektrolyt 1, která má na vnějších bočních stěnách 2 okénka 3, v horní části 4 plnicí otvor 5, obklopený průběžným kuželovým výstupkem 6, který působí jako labyrintové těsnění, na uvnitř nádoby 1 elektrolytu na střední části bočních stěn 2 a v její spodní části jsou dva omezující výstupky 7 ve spodní části nádoby 1 elektrolytu je vytvořena komora 8 pro shromažďování nahromaděného kalu během provozu. V elektrolytické nádobě 1 jsou do okének 3 rámu 10 hermeticky vloženy plynové difúzní katody 9. Těsnosti nádoby 1 na elektrolyt je dosaženo použitím těsnicího prostředku, který je neutrální vůči vodnému roztoku elektrolytu. Elektrické spojení katod 9 se spotřebičem při použití vzduchovo-hliníkového prvku jak vně baterie, tak i jako její součásti se provádí pomocí katodového sběrače 11 proudu, zakrývajícího nádobu 1 elektrolytu dvěma horizontálními svorkami 12, které jsou elektricky spojena dvěma svislými svorkami 13. Do nádrže na elektrolyt 1 je plnicím otvorem 5 vložena plochá kovová anoda 14 s pravoúhlým výstupkem 15, určená pro odběr proudu. Rovina výstupku 15 slouží také k utěsnění podél linie „anoda 14 - kryt 16“. Plnicí otvor 5 je uzavřen a utěsněn víkem 16 obsahujícím jeden otvor 17 pro průchod anody 14 skrz něj a jeden nebo více otvorů 18 pro odstranění vodíku z elektrolytové nádoby 1 během provozu vzducho-hliníkového článku víkem 16, což je také hydrofobní membrána. Přítomnost kuželovitého výstupku 6 v horní části nádoby 4 na elektrolyt po obvodu kolem plnicího otvoru 5 umožňuje zlepšit těsnicí vlastnosti víka 16. Geometrické vztahy konstrukce, které umožňují zlepšit specifické parametry elektrického výkonu, jsou následující:
Hl/(H2+H3+H4) = 1,05-1,20
H3/H2=H3/H4= 5-15
H5/Hl= 1,1-1,5
H6/H3=1-1,1
L2/LI = 1-1,1
L3/LI= 1,1-1,5
L5/L6= 0,05-0,50
2xL4/L6= 0,95-0,75
Baterie na bázi vzducho-hliníkových prvků se skládá z pouzdra 19 s vnitřními vertikálními drážkami 20 pro uchycení vzducho-hliníkových prvků a okének 21 pro organizování vnějšího volného proudění vzduchu uvnitř baterie, zámků 22 pro připevnění krytu s vypínačem 23 na pouzdro 19, jeden nebo více nádob 1 elektrolytických článků s nainstalovanými katodovými proudovými kolektory 11, do kterých jsou vloženy anody 14 a nasazenými kryty 16, proudovodná oboustranná deska 24 obsahující na straně přivrácené ke vzducho-hliníkovým prvkům, vodivé cesty 25 pro elektrickou komunikaci od katod 9 k nádobám 1 elektrolytu přes katodové sběrače 11 proudu k proudově přenosné oboustranné desce 24, několik pravoúhlých otvorů 26 pro průchod výčnělku 15 kovové anody 14 za účelem elektrická komunikace mezi kovovou anodou 14 a anodovým sběračem proudu 27, několik otvorů libovolného tvaru 28 pro odvádění vodíku z elektrolytové nádoby 1 do atmosféry přes kryt 23, několik konektorů 29 umístěných na horní straně proudovodného dvojitého -stranná deska 24, přemostěná elektricky vodivou propojkou 30 pro spotřebitele pro volbu provozního napětí a komunikaci s elektricky vodivými drahami 25 a 31 na obou stranách, několik konektorů 32 umístěných na horní straně proudovodné oboustranné desky 24, sloužící k připojení spotřebiče, a dále kryt 23, který shora zakrývá baterii a obsahuje několik otvorů 33 pro konektory 32, několik otvorů 34 pro konektory 29, jeden nebo více otvorů 35 pro odvod vodíku, dvě podélné drážky 36 pro zámky 22, štítek 37 se stručným návodem k obsluze. Princip činnosti a způsob činnosti vzduchovo-kovového galvanického článku a na něm založené baterie, například baterie 3 VA-24, jsou následující. Elektrická energie v baterii vzniká elektrochemickou reakcí oxidace hliníku na anodě a redukce kyslíku na katodě. Jako elektrolyt se používají vodné roztoky buď hydroxidu sodného (NaOH), nebo chloridu sodného (NaCI), nebo směsi těchto roztoků s inhibičními přísadami: Na 2 SnO 3 3H 2 O - v alkalickém elektrolytu a NaHCO 3 - v solný elektrolyt. Během reakce se spolu se spotřebou hliníku spotřebovává kyslík ze vzduchu a voda z elektrolytu, proto se při provozu baterie, protože se spotřebovávají během procesu vybíjení, pravidelně vyměňuje anoda a elektrolyt za čerstvé. Produkty reakce jsou hydroxid hlinitý Al(OH) 3 a teplo. Baterie pracuje v teplotním rozsahu od -10 o C do +60 o C bez přídavného ohřevu při startu od mínusových teplot. Jedním z negativních faktorů hliníkovo-vzduchové baterie je koroze anody. To vede ke snížení elektrického výkonu baterie a uvolnění malého množství vodíku. Ve větší míře se vliv koroze projevuje na startovacích charakteristikách, v důsledku čehož je doba dosažení stanoveného režimu (10-20) minut. Navržená úprava anod, kdy je jejich povrch potažen cínem, umožňuje snížit hustotu korozního proudu a výrazně zlepšit provozní režim vzducho-hliníkové baterie, v důsledku čehož se zvýší elektrické vlastnosti a doba pro dosažení režimu se zkrátí na (1-3) minuty. Natírání anody se provádí před uvedením baterie do provozu. Anoda je nejprve odmaštěna a následně upravena ve vodném roztoku hydroxidu sodného o koncentraci (2-5) mol/l s přídavkem trihydrátu metaciničitanu sodného o koncentraci (0,01-0,10) mol/l při pokojové teplotě po dobu 5-60 minut. Výsledky zkoušek navržené hliníkovo-vzduchové baterie a prototypu jsou uvedeny v tabulce. 1 a 2. Jak je patrné z tabulek, navrhovaná hliníkovo-vzduchová baterie poskytuje vysokou měrnou a časově stabilní charakteristiku elektrického výkonu s krátkou dobou náběhu.
Vzorec vynálezu
1. Vzducho-kovový galvanický článek skříňového typu, včetně nádoby na elektrolyt s plnicím otvorem v horní části, spotřebovávací kovová anoda plochého tvaru umístěná v nádobě na elektrolyt, katoda pro difúzi plynu umístěná v určité vzdálenosti od pracovní plochy anody a z vnějšku volně omývaná plynem, například vzduchem, komora pro sběr plynu, vyznačující se tím, že v horní části nádoby na elektrolyt je kolem plnicího otvoru souvislý kónický výstupek, který působí jako labyrintové těsnění, v střední část bočních stěn nádoby na elektrolyt a v její spodní části jsou dva omezující výstupky, ve spodní části nádoby na elektrolyt V je vytvořena komora V shl pro zachycování kalu o objemovém poměru V: V shl = 5 - 15, tloušťka anody v rozsahu 1 - 3 mm je 0,05 - 0,50 mezikatodové mezery, objem nádoby s elektrolytem je určen výrazem:
V = Vel + Van;
V el = q el Q n k 1;
Van = (q eh + q jádro) Q n k 2;
kde V je objem nádoby s elektrolytem, cm 3;
V el - objem elektrolytu, cm 3;
V an - objem anody, cm 3;
q el - měrná spotřeba vody z elektrolytu, cm 3 /Ah;
q eh - měrná spotřeba hliníku pro elektrochemickou reakci cm 3 /Ah;
q jádro - měrná spotřeba hliníku na korozi, cm 3 /Ah;
Q - kapacita prvku pro jeden cyklus, Ah;
n - počet cyklů;
K 1 = (0,44 - 1,45) - návrhový faktor;
K 2 = (1,97 - 1,49) - návrhový faktor;
a poměr délky a, šířky b a výšky c je 1:0,38:2,7; 1:0,35:3,1; 1: 0,33: 3,9. 2. Primární baterie kov-vzduch obsahující pouzdro, kryt a alespoň jeden galvanický článek vzduch-kov, vyznačující se tím, že za takový prvek je považován prvek podle nároku 1. 3. Způsob provozu vzduchovo-kovového galvanického článku a na něm založené baterie vybíjením, výměnou anod a elektrolytu za nové, mytím prvku, vyznačující se tím, že anody jsou předběžně upraveny ve vodném roztoku hydroxidu sodného. o koncentraci (2 - 5) mol/l s přídavkem trihydrátu metaciničitanu sodného o koncentraci (0,01 - 0,10) mol/l.
Majitelé patentu RU 2561566:
Vynález se týká energetických zdrojů, zejména vzduchovo-hliníkových proudových zdrojů.
Je znám zdroj chemického proudu (pat. RU 2127932), u kterého je hliníková elektroda rovněž vyměněna otevřením pouzdra baterie a následnou instalací nové elektrody.
Nevýhodou známých způsobů vkládání elektrody do baterie je, že během doby výměny elektrody musí být baterie vyjmuta z napájecího obvodu.
Je známá palivová baterie (aplikace RU 2011127181), u které jsou spotřební elektrody ve formě pásků protaženy tělem baterie přes utěsněné vodiče a utěsněné vodiče, jak jsou vyráběny pomocí protahovacích bubnů, což zajišťuje zavedení spotřebních elektrod do baterie. aniž by došlo k přerušení napájecího řetězce.
Nevýhodou tohoto známého způsobu je, že utěsněné přívody a utěsněné přívody neodstraňují vodík uvolněný během provozu z baterie.
Technickým výsledkem vynálezu je zajistit automatické vložení elektrody se zvětšenou pracovní plochou spotřební elektrody do palivového článku bez přerušení energetického řetězce, zvýšení ukazatelů energetické náročnosti. palivový článek.
Tohoto technického výsledku je dosaženo skutečností, že způsob zavádění odtavné elektrody do vzducho-hliníkového palivového článku zahrnuje pohyb odtavné elektrody, jak se vyrábí uvnitř tělesa palivového článku. Podle vynálezu je použita odtavná elektroda ve formě hliníkového drátu, který je navinut na šroubovací drážce tenkostěnné tyče z dielektrického hydrofobního materiálu a jejíž jeden konec je vložen do dutiny tenkostěnné zazděný
tyč otvorem v její spodní části a pohyb spotřební elektrody se provádí zašroubováním tenkostěnné tyče do krytů tělesa palivového článku, umístěných na obou stranách tělesa a vyrobených z hydrofobního materiálu, zajišťující konzervace elektrolytu uvnitř palivového článku a odstranění uvolněného vodíku z jeho těla podél šroubových ploch hydrofobních krytů.
K pohybu odtavné elektrody navinuté na tenkostěnné tyči se šroubovou drážkou dochází v důsledku jejího zašroubování do krytů, které jsou vyrobeny z hydrofobního materiálu (fluoroplast, PS, liethylen), přičemž elektrolyt zůstává uvnitř palivového článku a vodík uvolněný během provozu je odstraňován podél povrchů šroubů z pouzdra palivového článku.
Válcová tvořící přímka pro odtavnou elektrodu je vyrobena ve formě tenkostěnné tyče se šroubovicovou drážkou, na které je navinuta elektroda z hliníkového drátu. Tyč je vyrobena z dielektrického hydrofobního materiálu, což jí umožňuje neinteragovat s elektrolytem. Tyč s elektrodou z hliníkového drátu zvětšuje aktivní plochu odtavné elektrody a tím zvyšuje energetické charakteristiky (velikost odebíraného proudu) hliníkovo-vzduchového palivového článku.
Podstata vynálezu je znázorněna na výkresech, kde:
na Obr. 1 znázorňuje zdroj proudu vzduch-hliník;
na Obr. 2 - pohled A na Obr. 1;
na Obr. 3 - pohled B na OBR. 1.
Vzducho-hliníkový palivový článek se skládá z kovového pouzdra 1 s otvory 2 pro průchod vzduchu na třífázové rozhraní, plynové difúzní katody 3, elektrolytu 4, 2 hydrofobních krytů 5 umístěných po obou stranách kovového pouzdra 1 , elektroda ve formě tenkostěnné tyče 6, hliníkový drát 7 navinutý na drážce šroubu.
Jak se hliníkový drát 7 spotřebovává, dochází ke korozi a pasivaci povrchu elektrody, což vede ke snížení množství odebíraného proudu a zeslabení elektrochemického procesu. Pro aktivaci procesu je nutné zašroubovat do hydrofobních uzávěrů 5 tenkostěnnou tyč se šroubovací drážkou, ve které je navinutý spotřební hliníkový drát. Vodík se uvolňuje přes šroubovací plochy hydrofobních uzávěrů 5, přičemž elektrolyt zůstává uvnitř kovového tělesa 1 palivového článku.
Tato metoda umožňuje automatizovat proces výměny anody (spotřební elektrody) ve zdroji proudu vzduch-hliník (AIS) bez přerušení napájecího obvodu a také odstranění vodíku uvolněného během provozu.
1. Způsob zavádění odtavné elektrody do vzducho-hliníkového palivového článku, zahrnující pohyb odtavné elektrody při její výrobě uvnitř tělesa palivového článku, vyznačující se tím, že se používá odtavná elektroda ve formě hliníkového drátu, který je na šnekové drážce navinuté tenkostěnné tyče z dielektrického hydrofobního materiálu a jedním koncem, který se zasune do dutiny tenkostěnné tyče otvorem v její spodní části, a provede se pohyb spotřební elektrody zašroubováním tenkostěnné tyče do krytů pouzdra palivového článku, umístěných na obou stranách pouzdra a vyrobených z hydrofobního materiálu, zajišťující uchování elektrolytu uvnitř palivového článku a odstraňování z pouzdra uvolněného vodíku podél šroubovací povrch hydrofobních uzávěrů.
Podobné patenty:
Předkládaný vynález se týká elektrického generátoru s palivovými články specificky navrženého jako záložní zařízení při absenci síťového napájení.
Plynový generátor pro přeměnu paliva na plyn ochuzený o kyslík a/nebo plyn bohatý na vodík, který může být použit v jakémkoli procesu vyžadujícím plyn ochuzený o kyslík a/nebo plyn bohatý na vodík, s výhodou používaný k výrobě ochranného plynu. nebo redukční plyn pro spuštění, odstavení nebo nouzové odstavení palivového článku s pevným oxidem (SOFC) nebo elektrolýzního článku s pevným oxidem (SOEC).
[0001] Vynález se týká technologie palivových článků a konkrétněji montážního modulu baterií s palivovými články s pevným oxidem. Technickým výsledkem je zajištění kompaktnosti, snadného přechodu baterie/systém a zlepšeného výkonu systému.
Vynález se týká elektráren s palivovými články z tuhého polymeru (FC), ve kterých se elektřina vyrábí elektrochemickou reakcí plynného vodíku s oxidem uhličitým a elektrochemickou reakcí oxidu uhelnatého se vzdušným kyslíkem.
Je navržen systém (100) palivových článků, obsahující palivový článek (1) pro generování energie prováděním elektrochemické reakce mezi oxidačním plynem přiváděným do oxidační elektrody (34) a palivovým plynem přiváděným do palivové elektrody (67) ; systém (HS) přívodu palivového plynu pro přivádění palivového plynu k palivové elektrodě (67); a ovladač (40) pro nastavování systému přívodu palivového plynu (HS) tak, aby přiváděl palivový plyn k palivové elektrodě (67), přičemž ovladač (40) provádí změnu tlaku, když je výstupní strana palivové elektrody (67) uzavřený, přičemž ovladač (40) periodicky mění tlak palivového plynu na palivové elektrodě (67) na základě prvního profilu změny tlaku, aby způsobil změnu tlaku při prvním kolísání tlaku (PD1).
Vynález se týká způsobu výroby kovového ocelového separátoru pro palivové články, který má odolnost proti korozi a přechodovou odolnost nejen v počáteční fázi, ale i po vlivu podmínek vysoká teplota a/nebo vysoká vlhkost v palivovém článku po delší dobu.
[0001] Vynález se týká pevných oxidových palivových článků se schopností podstoupit vnitřní reformování. Palivový článek s pevným oxidem typicky obsahuje katodu, elektrolyt, anodu a vrstvu katalyzátoru v kontaktu s anodou.
Předkládaný vynález se týká alkalické kationtové vodivé keramické membrány, jejíž alespoň část povrchu je potažena vrstvou organického kationtově vodivého polyelektrolytu, který je nerozpustný a chemicky stabilní ve vodě při zásaditém pH.
Vynález se týká chemické zdroje proudu s plyno-difúzní vzduchovou katodou, kovovou anodou a vodnými roztoky elektrolytů. Zdroj proudu kov-vzduch obsahuje pouzdro naplněné elektrolytem, v něm umístěnou kovovou anodu a na obou stranách kovové anody umístěné vzduchové katody plynové difúze. V tomto případě mají plyno-difúzní vzduchové katody centrální příčné ohyby a jsou odděleny od kovové anody porézními separátory propustnými pro elektrolyt, vyrobenými z materiálu s vysokým ohmickým odporem. Kovová anoda má tvar pravoúhlého rovnoběžnostěnu spojeného s klínem a je podepřena klínem na zmíněných porézních separátorech. Navržený zdroj proudu kov-vzduch má zvýšenou měrnou kapacitu, stabilní vlastnosti a prodlouženou životnost, protože umožňuje zvýšit poměr hmotnosti rozpouštěcí části kovové anody k objemu elektrolytu a následně , měrná energetická náročnost a doba provozu zdroje proudu bez výměny kovové anody. 10 nemocných, 2 pr.
[0001] Vynález se týká zdrojů energie, jmenovitě způsobů výměny odtavné elektrody v palivovém článku vzduch-hliník bez přerušení řetězce dodávky energie. Je použita tažná elektroda ve formě hliníkového drátu, který je navinut na šroubovací drážce tenkostěnné tyče z dielektrického hydrofobního materiálu. Jeden konec drátu se zasune do dutiny tenkostěnné tyče otvorem v její spodní části. Spotřební elektroda se pohybuje zašroubováním tenkostěnné tyče do krytů pouzdra palivového článku, umístěných na obou stranách pouzdra a vyrobených z hydrofobního materiálu, zajišťující uchování elektrolytu uvnitř palivového článku a odvod uvolněného vodíku z jeho pouzdra podél šroubového povrchu hydrofobních krytů. EFEKT: zvýšený energetický výkon palivového článku. 3 nemocný.
Francouzská společnost Renault navrhuje používat v budoucích elektromobilech hliníkovo-vzduchové baterie od Phinergy. Pojďme se podívat na jejich perspektivy.
Renault se rozhodl vsadit na nový typ baterie, která dokáže zvýšit dojezd na jedno nabití až sedmkrát. Při zachování rozměrů a hmotnosti dnešních baterií. Články hliník-vzduch (Al-air) mají fenomenální hustotu energie (8000 W/kg oproti 1000 W/kg u tradičních baterií), kterou produkují během oxidační reakce hliníku ve vzduchu. Taková baterie obsahuje kladnou katodu a zápornou anodu z hliníku a mezi elektrodami je tekutý elektrolyt na vodní bázi.
Vývojář baterií Phinergy uvedl, že ve vývoji takových baterií udělal velký pokrok. Jejich návrh je použít katalyzátor ze stříbra, který umožňuje efektivně využít kyslík obsažený v běžném vzduchu. Tento kyslík se mísí s kapalným elektrolytem, čímž se uvolňuje elektrická energie obsažená v hliníkové anodě. Hlavní výhradou je „vzduchová katoda“, která funguje jako membrána ve vaší zimní bundě – propouští pouze O2, nikoli oxid uhličitý.
Jak se liší od tradičních baterií? Ty mají zcela uzavřené buňky, zatímco prvky Al-air potřebují vnější prvek, „spuštění“ reakce. Nezanedbatelnou výhodou je fakt, že Al-air baterie funguje jako dieselagregát – vyrábí energii, jen když ji zapnete. A když takové baterii „odpojíte vzduch“, veškerý její náboj zůstane na svém místě a časem nezmizí, jako u běžných baterií.
Al-vzduchová baterie používá během provozu hliníkovou elektrodu, ale lze ji vyrobit jako vyměnitelnou, jako cartridge v tiskárně. Nabíjení je potřeba provádět každých 400 km, bude spočívat v doplnění nového elektrolytu, což je mnohem jednodušší než čekat na nabití běžné baterie.
Phinergy již vytvořilo elektrický Citroen C1, který je vybaven 25kg baterií s kapacitou 100 kWh. Dává výkonovou rezervu 960 km. S motorem o výkonu 50 kW (cca 67 koňská síla), vůz dosahuje rychlosti 130 km/h a na stovky zrychlí za 14 sekund. Podobná baterie se testuje také na Renaultu Zoe, ale její kapacita je 22 kWh, maximální rychlost vozu je 135 km/h, 13,5 sekundy až „stovky“, ale rezerva chodu pouze 210 km.
Nové baterie jsou lehčí, o polovinu levnější než lithium-iontové a v budoucnu se snáze používají než ty moderní. A zatím je jejich jediným problémem hliníková elektroda, která je náročná na výrobu a výměnu. Jakmile bude tento problém vyřešen, můžeme bezpečně očekávat ještě větší vlnu obliby elektromobilů!
- , 20. ledna 2015
Pigment Fuji ukázal inovativní typ hliníkovo-vzduchové baterie, kterou lze nabíjet pomocí slané vody. Baterie má upravenou strukturu, která zajišťuje delší životnost, která je nyní minimálně 14 dní.
Do struktury hliníkovo-vzduchové baterie byly jako vnitřní vrstva zavedeny keramické a karbonové materiály. Byly potlačeny účinky koroze anody a hromadění vedlejších produktů. V důsledku toho bylo dosaženo delší provozní doby.
Vzducho-hliníková baterie s provozním napětím 0,7 - 0,8 V, produkující 400 - 800 mA proudu na článek, má teoretickou úroveň energie na jednotku objemu řádově 8100 Wh / kg. Toto je druhý maximální ukazatel pro baterie různých typů. Teoretická úroveň energie na jednotku objemu v lithium-iontových bateriích je 120–200 Wh/kg. To znamená, že hliník-vzduchové baterie mohou mít teoreticky kapacitu více než 40krát větší než jejich lithium-iontové protějšky.
Ačkoli komerční dobíjecí lithium-iontové baterie jsou dnes široce používány v mobilní telefony, notebooky a další elektronických zařízení jejich energetická hustota je stále nedostatečná pro použití v elektrických vozidlech na průmyslové úrovni. Dosud vědci vyvinuli technologii vzduchovo-kovových baterií s maximální energetickou kapacitou. Vědci studovali baterie typu metal-air na bázi lithia, železa, hliníku, hořčíku a zinku. Mezi kovy je hliník zajímavý jako anoda díky své vysoké specifické kapacitě a vysokému standardnímu elektrodovému potenciálu. Hliník je navíc levný a nejvíce recyklovaný kov na světě.
Inovativní typ baterie musí překonat hlavní překážku komercializace takových řešení, a to: vysoká úroveň koroze hliníku při elektrochemických reakcích. Na elektrodách se navíc hromadí vedlejší produkty Al2O3 a Al(OH)3, které zhoršují průběh reakcí.
Pigment Fuji uvedl, že lze vyrobit nový typ hliníkovo-vzduchové baterie a lze jej používat za normálních podmínek prostředí, protože články jsou odolné, na rozdíl od lithium-iontových baterií, které se mohou vznítit a explodovat. Všechny materiály použité k sestavení struktury baterie (elektroda, elektrolyt) jsou bezpečné a levné na výrobu.
