Цинк-водный аккумулятор

[Nobody85]

Здравствуйте! Я хотел бы поделиться одной идеей и узнать Ваше мнение относительно её полезности и целесообразности. Речь пойдёт об аккумуляторе, в котором анодом является металлический цинк, электролитом - водный раствор гидроксида калия, а катодом - порошкообразный графит. Точнее, катодным материалом, т. е. окислителем, здесь будет служить вода, которая в ходе разряда будет восстанавливаться до водорода, который будет время от времени сбрасываться через специальный клапан, не дающий давлению в элементе чрезмерно повышаться. Использование воды в качестве окислителя может значительно повысить удельную энергоёмкость аккумулятора, более того, вода является дешёвым, доступным и экологически чистым материалом. Разумеется, воду придётся периодически доливать в аккумулятор. Делать это можно непосредственно перед зарядом батареи, а можно делать это чаще меньшими порциями - это ещё сильнее уменьшит вес аккумуляторной батареи.  

Реакции на аноде и катоде при разряде:

А: 2H₂O + 2e^- = H₂ + 2OH^-

К: Zn + 2OH^- = Zn(OH)₂ + 2e^-

Реакции на аноде и катоде при заряде:

А: 4OH^- = 2H₂O + O₂ + 4e^-

К:  ZnO + H₂O + 2e^- = Zn + 2OH^-

Достоинства аккумулятора: очень высокая удельная энергоёмкость, дешевизна, экологичность.

Недостатки: низкое рабочее напряжение (около 0,5 В), короткое время жизни из-за дендритообразования, необходимость доливать воду перед зарядом, постепенная деактивация щелочного электролита углекислым газом из-за невозможности сделать элемент герметичным.

Из всех перечисленных недостатков мне кажется наиболее критичным слишком низкое напряжение ячейки: около 0,5 В. Насколько критичен этот недостаток? Можно ли как-то решить эту проблему? Где может найти применение такой аккумулятор? Заранее спасибо!

 

[aversun]

По сути вы предлагаете щелочной цинковый элемент, подобные свободно продаются и имеют маркировку LR. Эти элементы, если их не высаживать под ноль, можно раз десять, а то и поболе перезарядить.

https://intellect.ml/shhelochnoj-element-batarejka-3905

 

Изменено 27 Января, 2019 в 10:30 пользователем aversun

[Иван1978]

вы из щелочной батарейки удалили диоксид марганца и пытаетесь ее заряжать. У вас неэффективное преобразование энергии идет. Как аккумулятор это не работает ,мало циклов. Незачем спрашивать, сделали бы один образец сразу видно было бы как (не)работает.

Очень много людей пыталось сделать батареи и аккумуляторы, тут изобрести что-то новое чтобы оно было не хуже довольно сложно. 

Ну чем вы замените литиевую батарейку или аккумулятор?

Вот пока для мобильных роботов не создали подходящий источник энергии, что то навроде пищеварительной системы. Только кислород-водородный топливный элемент есть, но водородный баллон это неудобно - металлический порошок или растворимый сахар или спирт лучше.

Изменено 27 Января, 2019 в 10:55 пользователем Иван1978

[FixMe]

Классический пример цинк-воздушного аккумулятора. Литературы как советской, так и современной масса. Само собой необходимо соответствующее строение воздушного электрода.

Изменено 27 Января, 2019 в 21:55 пользователем FixMe

[yatcheh]

В 27.01.2019 в 12:46, Nobody85 сказал:

Реакции на аноде и катоде при разряде:

А: 2H₂O + 2e^- = H₂ + 2OH^-

К: Zn + 2OH^- = Zn(OH)₂ + 2e^-

Реакции на аноде и катоде при заряде:

А: 4OH^- = 2H₂O + O₂ + 4e^-

К:  ZnO + H₂O + 2e^- = Zn + 2OH^-

Достоинства аккумулятора: очень высокая удельная энергоёмкость, дешевизна, экологичность.

Недостатки: низкое рабочее напряжение (около 0,5 В), короткое время жизни из-за дендритообразования, необходимость доливать воду перед зарядом, постепенная деактивация щелочного электролита углекислым газом из-за невозможности сделать элемент герметичным.

Из всех перечисленных недостатков мне кажется наиболее критичным слишком низкое напряжение ячейки: около 0,5 В. Насколько критичен этот недостаток? Можно ли как-то решить эту проблему? Где может найти применение такой аккумулятор? Заранее спасибо!

 

 

Это куда ж столько водорода девать? На 100 Вт мощности - 90 литров в час.

И, потом - водород при разряде выделяется, кислород - при заряде. И не жалко энергии воду разлагать попусту? 

Результат работы цикла вашего "аккумулятора" - это разложение воды, так какой же это аккумулятор? Вы прикидывали его энергетику? При заряде вы вбухаете в него энергии в разы бОльше, чем он даст при разряде. 

Вот если бы вы водород и кислород на выходе сжигали в газовой турбине...

 

P.S. В правильном аккумуляторе процессы заряда и разряда должны быть полностью обратимы. Чем хуже обратимость - тем ниже кпд. А вас идут две совершенно необратимых реакции. 

 

Изменено 28 Января, 2019 в 11:22 пользователем yatcheh

[ШСВ]

В 27.01.2019 в 12:46, Nobody85 сказал:

мне кажется наиболее критичным слишком низкое напряжение ячейки: около 0,5 В

мне кажется это вообще фатальный недостаток, лучше токсичный, но напряжением повыше, чем безвредный, но 0.5 Вольт

[FixMe]

2 часа назад, ШСВ сказал:

мне кажется это вообще фатальный недостаток, лучше токсичный, но напряжением повыше, чем безвредный, но 0.5 Вольт

А реально будет еще меньше напряжение.