Reazioni chimiche delle batterie aria-alluminio. La batteria ad aria in alluminio utilizza acqua salata per caricarsi
Le batterie sono dispositivi che convertono l’energia chimica in energia elettrica. Hanno 2 elettrodi, tra loro avviene una reazione chimica che utilizza o produce elettroni. Gli elettrodi sono collegati tra loro da una soluzione chiamata elettrolita, attraverso la quale gli ioni possono muoversi per completare un circuito elettrico. Gli elettroni vengono prodotti all'anodo e possono passare attraverso un circuito esterno al catodo, questo è il movimento degli elettroni della corrente elettrica che può essere utilizzata per eseguire il funzionamento di dispositivi semplici.
Nel nostro caso batteria può essere formato utilizzando due reazioni: (1) reazioni con l'alluminio, che genera elettroni su un elettrodo, e (2) reazione con l'ossigeno che utilizza gli elettroni su un altro elettrodo. Per aiutare gli elettroni nella batteria ad accedere all'ossigeno nell'aria, puoi rendere il secondo elettrodo un materiale che può condurre elettricità ma non è attivo, come il carbone, che è principalmente carbonio. Il carbone attivo è molto poroso e questo a volte comporta l'esposizione di un'ampia superficie all'atmosfera. Un grammo di carbone attivo può essere più grande di un intero campo da calcio.
In questa esperienza puoi costruire batteria, che sfrutta queste due reazioni e la cosa più sorprendente è che queste batterie possono alimentare un piccolo motore o una lampadina. Per fare ciò avrai bisogno di: foglio di alluminio, forbici, carbone attivo, cucchiai di metallo, tovaglioli di carta, sale, tazzina, acqua, 2 cavi elettrici con morsetti alle estremità e un piccolo dispositivo elettrico come un motore o un LED. Taglia un pezzo di foglio di alluminio di circa 15X15 cm., preparare una soluzione satura, mescolare il sale in una tazzina con acqua finché il sale non smette di sciogliersi, piegare in quarti una carta assorbente e immergerla nella salamoia. Metti questo asciugamano sulla pellicola, aggiungi circa un cucchiaio di carbone attivo sulla parte superiore del tovagliolo di carta, versa la salamoia sul carbone per inumidirlo. Assicurati che il carbone sia completamente bagnato. Per evitare di toccare direttamente l'acqua, dovresti segnare 3 strati come in un panino. Prepara il tuo dispositivi elettrici per l'uso, un'estremità filo elettrico attaccare al carico e collegare l'altra estremità del filo al foglio di alluminio. Premiamo saldamente il secondo filo contro il mucchio di carbone e vediamo cosa succede, se la batteria funziona bene, è probabile che avrai bisogno di un altro elemento per accendere il tuo dispositivo. Prova ad aumentare l'area di contatto tra il filo e il carbone piegando la batteria e stringendola con forza. Se utilizzi un motore, puoi anche aiutarlo ad avviarsi ruotando l'albero con le dita.
La prima batteria elettrica moderna era costituita da una serie di celle elettrochimiche ed è chiamata pila voltaica. Ripeti i passaggi uno e tre per costruirne altri elemento alluminio-aria collegandone 2 o 3 elemento aria-alluminio l'uno con l'altro otterrai una batteria più potente. Utilizza un multimetro per misurare la tensione e la corrente ricevute dalla batteria.
Come modificare la batteria per produrre più tensione o più corrente - Calcola la potenza in uscita dalla batteria moltiplicando la tensione e la corrente. Prova a collegare altri dispositivi alla batteria.
Utilizzo: batterie metallo-aria come fonte di corrente autonoma ricaricabile di piccole dimensioni. L'essenza dell'invenzione: una cella galvanica aria-metallo a forma di scatola, comprendente un contenitore dell'elettrolita con un foro di riempimento nella parte superiore, un coperchio, un anodo metallico consumabile a forma piatta posizionato nel contenitore dell'elettrolita, un catodo a diffusione di gas situato ad una certa distanza dalla superficie di lavoro dell'anodo e liberamente lavata dal gas esterno, ad esempio aria, una camera di raccolta del gas. Nella parte superiore del contenitore dell'elettrolita attorno al foro di riempimento è presente una sporgenza conica continua che funge da tenuta a labirinto, nella parte centrale delle pareti laterali del contenitore dell'elettrolita e nella sua parte inferiore sono presenti due sporgenze di limitazione, nella parte nella parte inferiore del contenitore dell'elettrolita V è presente una camera per la raccolta dei fanghi V n. rapporto volumetrico V: V sl = 5-15, lo spessore dell'anodo è compreso tra 1-3 mm ed è 0,05-0,50 dello spazio intercatodico, il volume del contenitore dell'elettrolita è determinata dalle espressioni: V = V el + V an; V el = q el QnK 1 ; V an =q eh +q nucleo QnK 2, V an - volume dell'anodo, cm 3;
n - numero di cicli;
K 2 = (1,97-1,49) - coefficiente di progettazione,
e il rapporto tra lunghezza a, larghezza be altezza c è: 1: 0,38: 2,7; 1:0,35:3,1; 1:0,33:3,9. La batteria aria-metallo contiene un alloggiamento, un coperchio con commutazione e almeno una cella galvanica aria-metallo del modello proposto. Metodo di funzionamento dell'aria-metallo cella galvanica e le batterie basate su di esso includono lo scaricamento, la sostituzione degli anodi e dell'elettrolita con altri nuovi e il lavaggio degli elementi. Prima dell'uso, gli anodi vengono pretrattati in una soluzione acquosa di idrossido di sodio con una concentrazione di (2-5) mol/l con l'aggiunta di metastannato di sodio triidrato con una concentrazione di (0,01-0,10) mol/l. 3 sp. fascicoli, 5 illustrazioni, 2 tavole.
L'invenzione riguarda l'elettrochimica, riguarda un metodo per il funzionamento di batterie metallo-aria e può essere utilizzata quando si utilizzano batterie metallo-aria come fonte di corrente autonoma ricaricabile di piccole dimensioni. È nota ad esempio una cella galvanica del tipo aria-metallo. La cella contiene principalmente un contenitore dell'elettrolita, un coperchio e un elettrodo metallico consumabile a forma piatta posizionato nel contenitore dell'elettrolita. Ad una certa distanza dalla superficie di lavoro dell'elettrodo è presente un catodo a diffusione di gas, che viene lavato liberamente dall'esterno dal gas, in particolare dall'aria. Per migliorare la circolazione dell'elettrolita e quindi aumentare l'efficienza della conversione dell'energia elettrochimica, l'idrogeno generato durante la reazione elettrochimica viene accumulato nel contenitore dell'elettrolita e la pressione risultante viene utilizzata per spostare l'elettrolita. In questo caso il contenitore dell'elettrolita contiene una camera di raccolta del gas, la cui pressione del gas può influenzare l'elettrolita. Attraverso un sistema di tubi, l'elettrolita spostato passa dalla parte superiore del contenitore dell'elettrolita a quella inferiore (Brevetto Europeo N 0071015 A2 del 22/06/82 - prototipo). Lo svantaggio della cella galvanica nota del tipo aria-metallo è rappresentato dalle basse caratteristiche di energia elettrica specifica dovute al peso eccessivo causato dalla complessità della struttura. È nota una batteria primaria aria-metallo contenente un involucro, un coperchio con commutazione ed almeno una cella galvanica aria-metallo (brevetto USA N 4626482, H 01 M 12/6, 1986 - prototipo). Lo svantaggio della nota batteria primaria metallo-aria è la sua bassa caratteristica di energia elettrica specifica. Esiste un metodo noto per far funzionare una cella galvanica aria-metallo e una batteria basata su di essa scaricando, sostituendo gli anodi e l'elettrolita con quelli nuovi e lavando l'elemento (AS URSS, 621041, H 01 M 10/42, H 01 M12/08). Lo svantaggio di questo metodo noto è il lungo periodo di tempo impiegato dalla batteria per raggiungere la modalità specificata (10-20) min. Lo scopo dell'invenzione è quello di aumentare le caratteristiche energetiche elettriche specifiche degli elementi aria-metallo e delle batterie basate su di essi, aumentare la stabilità delle caratteristiche nel tempo e anche ridurre il tempo per raggiungere la modalità a (1-3) minuti. Questo obiettivo viene raggiunto dal fatto che nella cella galvanica aria-metallo nota del tipo a scatola, comprendente un contenitore dell'elettrolita con un foro di riempimento nella sua parte superiore, un coperchio, un anodo metallico consumabile di forma piatta posto nel contenitore dell'elettrolita, un catodo a diffusione di gas posto ad una certa distanza dall'anodo del piano di lavoro ed una camera di raccolta del gas liberamente lavata dall'esterno con gas, ad esempio aria, nella parte superiore attorno al foro di riempimento è presente una sporgenza conica continua che funge da tenuta a labirinto , nella parte centrale delle pareti laterali del contenitore dell'elettrolita e nella sua parte inferiore sono presenti due sporgenze di limitazione, nella parte inferiore del serbatoio dell'elettrolita (V) è formata una camera per la raccolta dei fanghi (V sl) con un rapporto volumetrico V: V sl = 5 - 15, lo spessore dell'anodo entro (1-3) mm è 0,05-0,50 dal valore dello spazio intercatodico, la capacità volumetrica dell'elettrolita è determinata dall'espressione:
V = V el + V an;
V el = q el Qnk 1;
V an (q eh + q core)Qnk 2 ;
dove V è il volume del contenitore dell'elettrolita, cm 3;
V el - volume dell'elettrolita, cm 3;
V an - volume dell'anodo, cm 3;
q el - consumo specifico acqua dall'elettrolita, cm 3 /Ah;
q eh - consumo specifico di alluminio per la reazione elettrochimica, cm 3 /Ah;
Q - capacità dell'elemento per un ciclo, Ah;
n - numero di cicli;
k 1 = (0,44-1,45) - fattore di progetto;
a:b:c = 1:0,38:2,7;
a:b:c = 1:0,35:3,1;
a:b:c = 1:0,33:3,9. Nella nota batteria primaria aria-metallo contenente un involucro, un coperchio con commutazione, una o più celle galvaniche aria-metallo, come tale elemento viene utilizzato l'elemento proposto; in un metodo noto di funzionamento di una cella aria-metallo e di una batteria basata su di essa mediante scarica, sostituzione degli anodi e dell'elettrolita con quelli nuovi e lavaggio dell'elemento, gli anodi vengono pretrattati in una soluzione acquosa di idrossido di sodio con una concentrazione di (2-5) mol/l con l'aggiunta di metastannato di sodio triidrato con una concentrazione di (0,01-0,10) mol/l. Una caratteristica comune è la presenza in una cella galvanica aria-metallo a scatola di un contenitore dell'elettrolita con un foro di riempimento nella parte superiore, un coperchio, un anodo metallico consumabile di forma piatta posizionato nel contenitore dell'elettrolita, un catodo a diffusione di gas situato ad una certa distanza dalla superficie di lavoro dell'anodo e liberamente lavato dal gas esterno, ad esempio aria, una camera di raccolta del gas, presenza nella batteria di un alloggiamento, un coperchio con interruttore, uno o più elementi, funzionamento della batteria scaricando, sostituendo gli anodi e l'elettrolita con altri nuovi, lavando l'elemento. Una caratteristica distintiva è che nella parte superiore del contenitore dell'elettrolito attorno al foro di riempimento è presente una sporgenza conica continua che funge da tenuta a labirinto, nella parte centrale delle pareti laterali del contenitore dell'elettrolito e nella sua parte inferiore sono presenti due limitando le sporgenze, nella parte inferiore del contenitore dell'elettrolita (V) è formata una camera per la raccolta dei fanghi (V sl) con un rapporto volumetrico V: V sl = 5 - 15, lo spessore dell'anodo è compreso tra (1 - 3) mm è 0,05-0,50 dello spazio intercatodico, il volume della camera dell'elettrolita è determinato dall'espressione:
V = V el + V an;
V el = q el Qnk 1;
V an =(q eh +q nucleo)Qnk 2 ;
dove V è il volume del contenitore dell'elettrolita, cm 3;
V el - volume dell'elettrolita, cm 3;
V an - volume dell'anodo, cm 3;
q el - consumo specifico di acqua dall'elettrolita, cm 3 /Ah;
q eh - consumo specifico di alluminio per la reazione elettrochimica, cm 3 /Ah;
q nucleo - consumo specifico di alluminio per corrosione, cm 3 /Ah;
Q - capacità dell'elemento per un ciclo, Ah;
n - numero di cicli;
k 1 = (0,44-1,45) - fattore di progetto;
k 2 = (1,97-1,49) - fattore di progetto;
e il rapporto tra lunghezza (a), larghezza (b) e altezza (c) è:
a:b:c = 1:0,38:2,7;
a:b:c = 1:0,35:3,1;
a:b:c = 1:0,33:3,9. Nella batteria l'elemento proposto viene utilizzato come cella galvanica aria-metallo; Quando si utilizza una cella galvanica aria-metallo e una batteria basata su di essa, gli anodi vengono pretrattati in una soluzione acquosa di idrossido di sodio con una concentrazione di (2-5) mol/l con l'aggiunta di metastannato di sodio triidrato con una concentrazione di (0,01-0,10) mol/l. L'insieme rivendicato e la relazione delle caratteristiche distintive non sono stati trovati in fonti note di brevetti e letteratura scientifica e tecnica. Pertanto, la soluzione tecnica proposta presenta novità e passo inventivo. L'invenzione è applicabile industrialmente perché può essere utilizzato come fonte di energia autonoma rispettosa dell'ambiente come parte dei seguenti sistemi:
- un registratore portatile del tipo "lettore" con funzioni di registrazione e riproduzione tramite un sistema di altoparlanti esterni;
- ricevitore televisivo portatile a cristalli liquidi;
- torcia portatile;
- ventilatore elettrico;
- videogiochi per bambini a cristalli liquidi;
- auto elettriche radiocomandate per bambini;
- Radio portatile;
- Caricabatterie per batterie;
- portatile dispositivo di misurazione . La sorgente di corrente proposta fornisce elevate caratteristiche specifiche di energia elettrica, mantenendole stabili per tutta la sua vita utile, e consente inoltre di ridurre il tempo per raggiungere la modalità di progetto da 10 - 20 a 1-3 minuti. Lo stato degli indicatori ci consente di trarre una conclusione sulla fattibilità dell'utilizzo delle relazioni geometriche ottenute nella progettazione delle batterie aria-alluminio. L'invenzione è illustrata dal disegno, dove in FIG. 1 mostra un elemento in aria-alluminio - tipo n. 1, in Fig. 2 - elemento aria-alluminio - tipo n. 2, in Fig. 3 - elemento aria-alluminio - tipo n. 3. Nella FIG. 4 mostra la capacità dell'elettrolita di una cella alluminio-aria e la FIG. 5 - batteria basata su celle aria-alluminio. La cella galvanica aria-alluminio è costituita da un contenitore dell'elettrolita 1, che presenta sulle pareti laterali esterne 2 finestre 3, nella parte superiore 4 un foro di riempimento 5, circondato da una sporgenza conica continua 6, che funge da tenuta a labirinto, sulla all'interno del contenitore dell'elettrolita 1 sulla parte centrale delle pareti laterali 2 e nella sua parte inferiore sono presenti due sporgenze di limitazione 7 nella parte inferiore del contenitore dell'elettrolita 1 è formata una camera 8 per la raccolta dei fanghi che si accumulano durante il funzionamento; . Nel contenitore dell'elettrolita 1, i catodi a diffusione di gas 9 sono inseriti ermeticamente nelle finestre 3 del telaio 10. La tenuta del contenitore dell'elettrolita 1 è ottenuta utilizzando un sigillante neutro rispetto alla soluzione acquosa dell'elettrolita. Il collegamento elettrico dei catodi 9 con il consumatore quando si utilizza un elemento aria-alluminio sia all'esterno della batteria che come parte di essa viene effettuato utilizzando un collettore di corrente catodica 11, coprendo il contenitore dell'elettrolita 1 con due morsetti orizzontali 12, che sono collegato elettricamente con due morsetti verticali 13. Nel serbatoio dell'elettrolita 1, attraverso il foro di riempimento 5, è inserito un anodo metallico piatto 14 con una sporgenza rettangolare 15, destinato alla raccolta di corrente. Il piano della sporgenza 15 serve anche per la sigillatura lungo la linea “anodo 14 - coperchio 16”. Il foro di riempimento 5 è chiuso e sigillato con un coperchio 16 contenente un foro 17 per il passaggio dell'anodo 14 attraverso di esso e uno o più fori 18 per rimuovere l'idrogeno dal contenitore dell'elettrolita 1 durante il funzionamento della cella aria-alluminio attraverso il coperchio 16, che è anche una membrana idrofobica. La presenza di una sporgenza conica 6 nella parte superiore del contenitore dell'elettrolita 4 attorno al perimetro attorno al foro di riempimento 5 consente di migliorare le proprietà di tenuta del coperchio 16. Le relazioni geometriche del progetto che consentono di migliorare i parametri specifici di potenza elettrica sono le seguenti:
H1/(H2+H3+H4) = 1,05-1,20
H3/H2=H3/H4= 5-15
H5/H1= 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
Una batteria basata su celle aria-alluminio è costituita da un alloggiamento 19 con scanalature verticali interne 20 per contenere elementi aria-alluminio e finestre 21 per organizzare il libero flusso d'aria esterno all'interno della batteria, serrature 22 per fissare un coperchio con interruttore 23 all'alloggiamento 19, uno o più contenitori di celle elettrolitiche 1 con installati collettori di corrente catodica 11, nei quali sono inseriti gli anodi 14 e sovrapposti i coperchi 16, un pannello bifacciale portacorrente 24 contenente, sul lato rivolto verso gli elementi aria-alluminio, percorsi conduttivi 25 per la comunicazione elettrica dai catodi 9 ai contenitori di elettrolita 1 attraverso i collettori di corrente catodica 11 alla scheda a doppia faccia 24 che trasporta corrente, diversi fori rettangolari 26 per far passare la sporgenza 15 dell'anodo metallico 14 allo scopo di comunicazione elettrica tra l'anodo metallico 14 e il collettore di corrente anodica 27, diversi fori di forma arbitraria 28 per scaricare l'idrogeno dal contenitore dell'elettrolita 1 nell'atmosfera attraverso il coperchio 23, diversi connettori 29 situati sul lato superiore del doppio condotto di corrente scheda bifacciale 24, collegata a ponte con un ponticello elettricamente conduttivo 30 affinché l'utente possa selezionare la tensione operativa e comunicazione con piste elettricamente conduttrici 25 e 31 su entrambi i lati, diversi connettori 32 situati sul lato superiore della scheda bifacciale che trasporta corrente 24, che serve per collegare l'utenza, nonché un coperchio 23 che copre la batteria dall'alto e contiene diversi fori 33 per i connettori 32, diversi fori 34 per i connettori 29, uno o più fori 35 per il drenaggio dell'idrogeno, due scanalature longitudinali 36 per serrature 22, un'etichetta 37 con brevi istruzioni operative. Il principio di funzionamento e il metodo di funzionamento di una cella galvanica aria-metallo e di una batteria basata su di essa, ad esempio una batteria da 3 VA-24, sono i seguenti. L'energia elettrica nella batteria è generata da una reazione elettrochimica di ossidazione dell'alluminio all'anodo e riduzione dell'ossigeno al catodo. Come elettrolita, vengono utilizzate soluzioni acquose di idrossido di sodio (NaOH) o cloruro di sodio (NaCI) o una miscela di queste soluzioni con additivi inibitori: Na 2 SnO 3 3H 2 O - in un elettrolita alcalino e NaHCO 3 - in un elettrolita salino. Durante la reazione, insieme al consumo di alluminio, vengono consumati ossigeno dall'aria e acqua dall'elettrolita, pertanto, durante il funzionamento della batteria, poiché vengono consumati durante il processo di scarica, l'anodo e l'elettrolita vengono periodicamente sostituiti con altri nuovi. I prodotti della reazione sono idrossido di alluminio Al(OH) 3 e calore. La batteria funziona nell'intervallo di temperatura da -10 o C a +60 o C senza riscaldamento aggiuntivo quando si avvia a temperature inferiori allo zero. Uno dei fattori negativi di una batteria alluminio-aria è la corrosione dell'anodo. Ciò porta ad una diminuzione delle prestazioni elettriche della batteria e al rilascio di una piccola quantità di idrogeno. In misura maggiore, l'influenza della corrosione si manifesta sulle caratteristiche iniziali, per cui il tempo per raggiungere la modalità specificata è (10-20) minuti. Il trattamento proposto degli anodi, in cui la loro superficie è rivestita di stagno, consente di ridurre la densità della corrente di corrosione e di migliorare significativamente la modalità operativa di una batteria aria-alluminio, con conseguente aumento delle caratteristiche elettriche e del tempo per raggiungere la modalità è ridotta a (1-3) minuti. L'anodo viene rivestito prima che la batteria venga messa in funzione. L'anodo viene prima sgrassato e poi trattato in una soluzione acquosa di idrossido di sodio alla concentrazione di (2-5) mol/l con l'aggiunta di metastannato di sodio triidrato alla concentrazione di (0,01-0,10) mol/l a temperatura ambiente per 5-60 minuti. I risultati dei test della batteria alluminio-aria proposta e del prototipo sono presentati nella tabella. 1 e 2. Come si può vedere dalle tabelle, la batteria alluminio-aria proposta fornisce caratteristiche di potenza elettrica elevate, specifiche e stabili nel tempo con un breve tempo di accelerazione.
Reclamo
1. Una cella galvanica aria-metallo a forma di scatola, comprendente un contenitore dell'elettrolita con un foro di riempimento nella parte superiore, un anodo metallico consumabile di forma piatta posizionato nel contenitore dell'elettrolita, un catodo a diffusione di gas situato ad una certa distanza dalla superficie di lavoro dell'anodo e liberamente lavata dall'esterno con gas, ad esempio aria, una camera di raccolta del gas, caratterizzata dal fatto che nella parte superiore del contenitore dell'elettrolita attorno al foro di riempimento è presente una sporgenza conica continua che funge da tenuta a labirinto, in la parte centrale delle pareti laterali del contenitore dell'elettrolita e nella sua parte inferiore sono presenti due sporgenze di limitazione, nella parte inferiore del contenitore dell'elettrolita V è formata una camera V shl per la raccolta dei fanghi con un rapporto volumetrico V: V shl = 5 - 15, lo spessore dell'anodo nell'intervallo 1 - 3 mm è 0,05 - 0,50 della dimensione dello spazio intercatodico, il volume del contenitore dell'elettrolita è determinato dall'espressione:
V = V el + V an;
V el = q el Q n k 1;
V an = (q eh + q nucleo) Q n k 2 ;
dove V è il volume del contenitore dell'elettrolita, cm 3;
V el - volume dell'elettrolita, cm 3;
V an - volume dell'anodo, cm 3;
q el - consumo specifico di acqua dall'elettrolita, cm 3 /Ah;
q eh - consumo specifico di alluminio per la reazione elettrochimica cm 3 /Ah;
q nucleo - consumo specifico di alluminio per corrosione, cm 3 /Ah;
Q - capacità dell'elemento per un ciclo, Ah;
n - numero di cicli;
K 1 = (0,44 - 1,45) - fattore di progetto;
K2 = (1,97 - 1,49) - fattore di progetto;
e il rapporto tra lunghezza a, larghezza be altezza c è 1: 0,38: 2,7; 1:0,35:3,1; 1:0,33:3,9. 2. Batteria primaria metallo-aria contenente un involucro, un coperchio ed almeno una cella galvanica aria-metallo, caratterizzata dal fatto che come tale si intende l'elemento secondo la rivendicazione 1. 3. Un metodo per far funzionare una cella galvanica aria-metallo e una batteria basata su di essa mediante scarica, sostituzione degli anodi e dell'elettrolita con quelli nuovi, lavaggio dell'elemento, caratterizzato dal fatto che gli anodi sono pretrattati in una soluzione acquosa di idrossido di sodio con una concentrazione di (2 - 5) mol/l con l'aggiunta di metastannato di sodio triidrato con una concentrazione di (0,01 - 0,10) mol/l.
Titolari del brevetto RU 2561566:
L'invenzione riguarda le fonti di energia, in particolare le fonti di corrente aria-alluminio.
È nota una sorgente di corrente chimica (Brevetto RU 2127932), in cui anche l'elettrodo di alluminio viene sostituito aprendo la custodia della batteria e quindi installando un nuovo elettrodo.
Lo svantaggio dei metodi noti di inserimento di un elettrodo in una batteria è che durante il periodo di sostituzione dell'elettrodo la batteria deve essere rimossa dal circuito di alimentazione.
È nota una batteria a combustibile (domanda RU 2011127181), in cui gli elettrodi consumabili sotto forma di strisce vengono tirati attraverso il corpo della batteria attraverso conduttori sigillati e conduttori sigillati mentre vengono prodotti utilizzando tamburi di brocciatura, che assicurano l'introduzione degli elettrodi consumabili nella batteria senza interrompere la catena di alimentazione.
Lo svantaggio di questo procedimento noto è che i conduttori sigillati e i conduttori sigillati non asportano dalla batteria l'idrogeno rilasciato durante il funzionamento.
Il risultato tecnico dell'invenzione è quello di fornire l'inserimento automatico di un elettrodo con una maggiore area di lavoro dell'elettrodo consumabile nella cella a combustibile senza interrompere la catena di approvvigionamento energetico, aumentando gli indicatori di prestazione energetica cella a combustibile.
Questo risultato tecnico è ottenuto dal fatto che il metodo di introduzione di un elettrodo consumabile in una cella a combustibile aria-alluminio prevede lo spostamento dell'elettrodo consumabile man mano che viene prodotto all'interno del corpo della cella a combustibile. Secondo l'invenzione, viene utilizzato un elettrodo consumabile sotto forma di un filo di alluminio, che viene avvolto su una scanalatura elicoidale di un'asta a parete sottile realizzata in materiale dielettrico idrofobo e un'estremità del quale viene inserita nella cavità dell'elettrodo sottile. murato
l'asta attraverso un foro nella sua parte inferiore, e il movimento dell'elettrodo consumabile viene effettuato avvitando un'asta a pareti sottili nei coperchi del corpo della cella a combustibile, situati su entrambi i lati del corpo e realizzati in materiale idrofobico, garantendo la conservazione dell'elettrolita all'interno della cella a combustibile e la rimozione dell'idrogeno rilasciato dal suo corpo lungo le superfici a vite delle coperture idrofobiche.
Il movimento dell'elettrodo consumabile, avvolto su un'asta a parete sottile con scanalatura per vite, avviene a seguito dell'avvitamento in coperture realizzate in materiale idrofobico (fluoroplastica, PS, lietilene), mentre l'elettrolita rimane all'interno della cella a combustibile e l'idrogeno rilasciato durante il funzionamento viene rimosso dall'alloggiamento della cella a combustibile attraverso le superfici della vite.
La generatrice cilindrica per l'elettrodo consumabile è realizzata sotto forma di un'asta a pareti sottili con una scanalatura elicoidale su cui è avvolto un elettrodo in filo di alluminio. L'asta è realizzata in materiale dielettrico idrofobico, che le consente di non interagire con l'elettrolita. Un'asta con un elettrodo in filo di alluminio aumenta l'area attiva dell'elettrodo consumabile e quindi aumenta le caratteristiche energetiche (la quantità di corrente rimossa) della cella a combustibile alluminio-aria.
L'essenza dell'invenzione è illustrata dai disegni, dove:
nella fig. 1 mostra un generatore di corrente aria-alluminio;
nella fig. 2 - vista A in Fig. 1;
nella fig. 3 - vista B nella FIG. 1.
La cella a combustibile aria-alluminio è costituita da un alloggiamento metallico 1 con fori 2 per il passaggio dell'aria al confine trifase, un catodo a diffusione di gas 3, un elettrolita 4, 2 coperture idrofobiche 5 situate su entrambi i lati dell'alloggiamento metallico 1 , un elettrodo sotto forma di un'asta a parete sottile 6, un filo di alluminio 7 avvolto su una scanalatura della vite.
Man mano che il filo di alluminio 7 si consuma, si verifica la corrosione e la passivazione della superficie dell'elettrodo, che porta ad una diminuzione della quantità di corrente rimossa e all'attenuazione del processo elettrochimico. Per attivare il processo, è necessario avvitare un'asta a parete sottile, con una scanalatura per vite in cui è avvolto un filo di alluminio consumabile, nei cappucci idrofobi 5. L'idrogeno viene rilasciato attraverso le superfici delle viti dei cappucci idrofobi 5, mentre il l'elettrolita rimane all'interno del corpo metallico 1 della cella a combustibile.
Questo metodo consente di automatizzare il processo di sostituzione dell'anodo (elettrodo consumabile) in una sorgente di corrente aria-alluminio (AAIT) senza interrompere il circuito di alimentazione, nonché rimuovere l'idrogeno rilasciato durante il funzionamento.
Un metodo per introdurre un elettrodo consumabile in una cella a combustibile aria-alluminio, compreso lo spostamento dell'elettrodo consumabile così come viene prodotto all'interno del corpo della cella a combustibile, caratterizzato dal fatto che un elettrodo consumabile viene utilizzato sotto forma di un filo di alluminio, che è avvolto su una scanalatura della vite di un'asta a parete sottile realizzata in materiale dielettrico idrofobo e un'estremità che viene inserita nella cavità dell'asta a parete sottile attraverso un foro nella sua parte inferiore, e viene eseguito il movimento dell'elettrodo consumabile avvitando l'asta a pareti sottili nei coperchi dell'alloggiamento della cella a combustibile, situati su entrambi i lati dell'alloggiamento e realizzati in materiale idrofobo, garantendo la conservazione dell'elettrolita all'interno della cella a combustibile e la rimozione dagli alloggiamenti dell'idrogeno rilasciato lungo il superficie della vite dei tappi idrofobi.
Brevetti simili:
La presente invenzione riguarda un generatore elettrico a celle a combustibile specificatamente concepito come dispositivo di backup in assenza di alimentazione di rete.
La presente invenzione riguarda un generatore di gas per la conversione di combustibile in gas povero di ossigeno e/o gas ricco di idrogeno, utilizzabile in qualsiasi processo che richieda gas povero di ossigeno e/o gas ricco di idrogeno, preferibilmente utilizzato per generare gas di protezione o riduzione del gas per l'avvio, l'arresto o l'arresto di emergenza di una cella a combustibile a ossido solido (SOFC) o di una cella di elettrolisi a ossido solido (SOEC).
L'invenzione riguarda la tecnologia delle celle a combustibile, e più specificatamente un modulo di assemblaggio di batterie a celle a combustibile ad ossido solido. Il risultato tecnico è garantire compattezza, facilità di transizione batteria/sistema e prestazioni migliorate del sistema.
L'invenzione riguarda le centrali elettriche con celle a combustibile a polimeri solidi (FC), in cui l'elettricità viene prodotta grazie alla reazione elettrochimica del gas idrogeno con l'anidride carbonica e alla reazione elettrochimica del monossido di carbonio con l'ossigeno atmosferico.
Viene proposto un sistema di celle a combustibile (100), comprendente una cella a combustibile (1) per generare energia eseguendo una reazione elettrochimica tra un gas ossidante fornito a un elettrodo ossidante (34) e un gas combustibile fornito a un elettrodo di combustibile (67) ; un sistema di alimentazione di gas combustibile (HS) per fornire gas combustibile all'elettrodo di combustibile (67); e un controller (40) per regolare il sistema di alimentazione del gas combustibile (HS) per fornire gas combustibile all'elettrodo del carburante (67), in cui il controller (40) esegue una variazione di pressione quando il lato di uscita dell'elettrodo del carburante (67) è chiuso, in cui il controller (40) cambia periodicamente la pressione del gas combustibile sull'elettrodo di combustibile (67) in base al primo profilo di variazione di pressione per effettuare una variazione di pressione alla prima oscillazione di pressione (PR1).
L'invenzione riguarda un metodo per fabbricare un separatore metallico-acciaio per celle a combustibile, che presenta resistenza alla corrosione e resistenza al contatto non solo in stato iniziale, ma anche dopo l'influenza delle condizioni alta temperatura e/o umidità elevata nella cella a combustibile per un periodo di tempo prolungato.
L'invenzione riguarda celle a combustibile a ossidi allo stato solido con la capacità di subire un reforming interno. Una cella a combustibile a ossido solido include tipicamente un catodo, un elettrolita, un anodo e uno strato catalitico in contatto con l'anodo.
La presente invenzione riguarda una membrana ceramica conduttiva di cationi alcalini, almeno una porzione della cui superficie è rivestita con uno strato di un polielettrolita conduttivo di cationi organici che è insolubile e chimicamente stabile in acqua a pH basico.
L'invenzione riguarda fonti chimiche corrente con un catodo d'aria a diffusione di gas, un anodo metallico e soluzioni acquose di elettroliti. La sorgente di corrente metallo-aria contiene un alloggiamento riempito con un elettrolita, un anodo metallico situato al suo interno e catodi di aria a diffusione di gas situati su entrambi i lati dell'anodo metallico. In questo caso i catodi ad aria a diffusione di gas presentano pieghe trasversali centrali e sono separati dall'anodo metallico da separatori porosi permeabili all'elettrolita, realizzati in materiale ad elevata resistenza ohmica. L'anodo metallico ha la forma di un parallelepipedo rettangolare accoppiato ad un cuneo, ed è supportato dal cuneo sui suddetti separatori porosi. Il generatore di corrente metallo-aria proposto ha una capacità specifica aumentata, caratteristiche stabili e una durata prolungata, poiché consente di aumentare il rapporto tra la massa della parte dissolvente dell'anodo metallico e il volume dell'elettrolita e, di conseguenza , l'intensità energetica specifica e il tempo di funzionamento della fonte di corrente senza sostituire l'anodo metallico. 10 illustrato, 2 pr.
L'invenzione riguarda le fonti di energia, vale a dire i metodi per sostituire un elettrodo consumabile in una cella a combustibile aria-alluminio senza interrompere la catena di approvvigionamento energetico. Viene utilizzato un elettrodo consumabile sotto forma di filo di alluminio, che viene avvolto su una scanalatura a vite di un'asta a parete sottile realizzata in materiale dielettrico idrofobo. Un'estremità del filo viene inserita nella cavità dell'asta a pareti sottili attraverso un foro nella sua parte inferiore. L'elettrodo consumabile viene spostato avvitando un'asta a pareti sottili nei coperchi dell'alloggiamento della cella a combustibile, situati su entrambi i lati dell'alloggiamento e realizzati in materiale idrofobo, garantendo la conservazione dell'elettrolita all'interno della cella a combustibile e la rimozione dell'idrogeno rilasciato dal suo corpo lungo la superficie delle viti delle coperture idrofobiche. EFFETTO: miglioramento delle prestazioni energetiche della cella a combustibile. 3 malato.
L'azienda francese Renault propone di utilizzare le batterie alluminio-aria di Phinergy nei futuri veicoli elettrici. Diamo un'occhiata alle loro prospettive.
La Renault ha deciso di scommettere nuovo tipo batteria, che può aumentare di sette volte l'autonomia con una singola carica. Pur mantenendo le dimensioni e il peso delle batterie odierne. Le celle alluminio-aria (Al-aria) hanno una densità di energia fenomenale (8000 W/kg, contro 1000 W/kg per le batterie tradizionali), producendola durante la reazione di ossidazione dell'alluminio nell'aria. Tale batteria contiene un catodo positivo e un anodo negativo in alluminio, e tra gli elettrodi c'è un elettrolita liquido a base d'acqua.
Lo sviluppatore di batterie Phinergy ha affermato di aver compiuto grandi progressi nello sviluppo di tali batterie. La loro proposta è quella di utilizzare un catalizzatore in argento, che consenta di utilizzare efficacemente l'ossigeno contenuto nell'aria normale. Questo ossigeno si mescola con l'elettrolita liquido liberando così l'energia elettrica contenuta nell'anodo di alluminio. L'avvertenza principale è il "catodo dell'aria", che agisce come una membrana nella giacca invernale, consentendo il passaggio solo dell'O2 e non dell'anidride carbonica.
In cosa si differenzia dalle batterie tradizionali? Questi ultimi hanno celle completamente chiuse, mentre necessitano di elementi Al-air elemento esterno, “scatenando” la reazione. Un vantaggio importante è il fatto che la batteria Al-air agisce come un generatore diesel: produce energia solo quando la accendi. E quando si "toglie l'aria" a una batteria del genere, tutta la sua carica rimane al suo posto e non scompare nel tempo, come con le batterie convenzionali.
La batteria Al-air utilizza un elettrodo di alluminio durante il funzionamento, ma può essere reso sostituibile, come una cartuccia in una stampante. La ricarica dovrà essere effettuata ogni 400 km; consisterà nell'aggiungere nuovo elettrolito, il che è molto più semplice che attendere la ricarica di una normale batteria.
Phinergy ha già realizzato una Citroen C1 elettrica, dotata di una batteria da 25 kg con una capacità di 100 kWh. Fornisce una riserva di carica di 960 km. Con un motore da 50 kW (ca. 67 Potenza del cavallo), l'auto raggiunge una velocità di 130 km/h e accelera fino a centinaia in 14 secondi. Una batteria simile è in prova anche sulla Renault Zoe, ma la sua capacità è di 22 kWh, la velocità massima della vettura è di 135 km/h, 13,5 secondi a “centinaia”, ma solo 210 km di riserva di carica.
Le nuove batterie sono più leggere, costano la metà di quelle agli ioni di litio e in futuro saranno più facili da usare rispetto a quelle moderne. E finora il loro unico problema è l’elettrodo di alluminio, difficile da produrre e sostituire. Non appena questo problema sarà risolto, possiamo tranquillamente aspettarci un’ondata di popolarità ancora maggiore per i veicoli elettrici!
- , 20 gennaio 2015
Pigmento Fuji ha mostrato un tipo innovativo di batteria alluminio-aria che può essere caricata utilizzando acqua salata. La batteria ha una struttura modificata che garantisce una maggiore durata, che ora è di almeno 14 giorni.
Materiali in ceramica e carbonio sono stati introdotti nella struttura della batteria alluminio-aria come strato interno. Gli effetti della corrosione dell'anodo e dell'accumulo di sottoprodotti sono stati soppressi. Di conseguenza, sono stati raggiunti tempi di funzionamento più lunghi.
Una batteria aria-alluminio con una tensione operativa di 0,7 - 0,8 V, che produce 400 - 800 mA di corrente per cella, ha un livello energetico teorico per unità di volume di circa 8100 Wh/kg. Questo è il secondo indicatore massimo per batterie di vario tipo. Il livello di energia teorico per unità di volume nelle batterie agli ioni di litio è 120–200 Wh/kg. Ciò significa che le batterie alluminio-aria possono teoricamente avere una capacità superiore a quella delle loro controparti agli ioni di litio di oltre 40 volte.
Sebbene le batterie commerciali ricaricabili agli ioni di litio siano ampiamente utilizzate oggi in cellulari, laptop e altri dispositivi elettronici, la loro densità energetica è ancora insufficiente per l'utilizzo nei veicoli elettrici a livello industriale. Ad oggi, gli scienziati hanno sviluppato la tecnologia delle batterie aria-metallo con la massima capacità energetica. I ricercatori hanno studiato batterie metallo-aria a base di litio, ferro, alluminio, magnesio e zinco. Tra i metalli, l'alluminio è interessante come anodo grazie alla sua elevata capacità specifica e all'elevato potenziale dell'elettrodo standard. Inoltre, l’alluminio è poco costoso ed è il metallo più riciclato al mondo.
Un tipo innovativo di batteria deve superare il principale ostacolo alla commercializzazione di tali soluzioni, vale a dire, alto livello corrosione dell'alluminio durante le reazioni elettrochimiche. Inoltre, sugli elettrodi si accumulano i sottoprodotti Al2O3 e Al(OH)3, peggiorando il decorso delle reazioni.
Pigmento Fuji ha affermato che un nuovo tipo di batteria alluminio-aria può essere prodotto e può essere utilizzato in condizioni normali ambiente, poiché le celle sono resistenti, a differenza delle batterie agli ioni di litio, che possono prendere fuoco ed esplodere. Tutti i materiali utilizzati per assemblare la struttura della batteria (elettrodo, elettrolita) sono sicuri ed economici da produrre.
