Многоразовый алюминий-воздушный элемент

[Vlad123]

Arkadiy, а где то, что вы хотели сказать?

Да бросьте вы эти разные накопители энергии. Самые энергоемкие металлы материалы уже выбраны.

Литий        43 МДж/кг     23 МДж/литр

Алюминий 31 МДж/кг     84 МДж/литр

 

у лития самая большая теплотворность на килограмм, а у алюминия самая большая теплотворность на литр среди металлов. Больше только у бериллия, но его использовать не будут.

Не факт. Самая большая на объем у бора - 138 МДж/литр. У кремния практически такая же как и у алюминия (32 МДж/кг, 75МДж/литр), но зато выше электродный потенциал.

 

Углерод - 32.7 МДж/кг, 72.9 МДж/литр

Магний - 24.7 МДж/кг, 43.0 МДж/литр (в отличие от алюминия не образует оксидной пленки и высокий эл-ый. потенциал).

Титан - ? Должна быть похожей на магний.

Германий - ? Похож на кремний, но слишком редкий.

Кальций - 15.9 МДж/кг, 24.6 МДж/литр

у железа большая на объем - 5.2 МДж/кг, 40.6 МДж/литр

 

В общем, кандидатов много.

 

Если вы исключили бериллий по причине его редкости, то можете исключить также и литий. Его всемирные запасы слишком малы (рентабельно извлекаемые).

Никель-Солевой аккумуля́тор (Ni-NaCl, он же Никель-Натрий-Хлоридный аккумулятор, он же Натрий-Никель-Хлоридный аккумулятор) — вторичный химический источник тока, в котором катодом является металлический Натрий (Na), электролитом — керамический стакан-сепаратор из корунда (Бета-глинозем) и расплавленная соль, анодом — Никелевая (Ni) проволока. ЭДС никель-солевого аккумулятора равен 2,56В, удельная плотность энергии около 140Вт·ч/кг в элементах и свыше 90Вт·ч/кг в готовых батареях с системой управления. В зависимости от режима работы (буферный или циклический режим) срок службы составляет от 3000 до 9000 циклов заряда-разряда или же свыше 20-25 лет в буферном режиме. Никель-Солевые аккумуляторы могут храниться разряженными, в отличие от свинцовых (Pb-H2SO4) и никель-металл-гидридных аккумуляторов (Ni-MH), которые нужно хранить полностью заряженными и от литий-ионных аккумуляторов (Li-ion), которые необходимо хранить при 40%-ом заряде от ёмкости аккумулятора. ​

 

Никель-солевые аккумуляторные батареи (2NaCl-Ni) — аккумуляторы с высокими показателями удельной энергоёмкости, цикличности и стойкости к высоким и низким температурам (-40°С до +60°С). Производятся из обыкновенной поваренной соли, керамики и никеля. Аккумуляторы абсолютно герметичные, относительно компактные в сравнении с традиционными свинцовыми аккумуляторами и экологически чистые.​

 

Особенностью работы Никель-Солевого аккумулятора является расплавленное состояние электролита (NaAlCl4) и отрицательного электрода (Na), точка плавления которых составляет 157°C и 98°C соответственно. Именно по этой причине, все аккумуляторы, в основе которых лежит применение Натрия, например Натрий-Серные(NaS), относятся к разряду высокотемпературных и работают в температурном режиме около +250°C.
Отрицательный электрод выполнен из натрия и в процессе работы также находится в расплавленном состоянии. Электрический потенциал Натрия (-2,71В) сделал его крайне привлекательным для применения в системах аккумулирования энергии, плюс ко всему он легок, нетоксичен, а главное недорогой материал.
Положительный электрод выполнен из Никеля (Ni) и в заряженном состоянии переходит в Хлорид Никеля (NiCl).
Положительный и отрицательный электроды отделяются друг от друга керамическим сепаратором-мембраной. Он выполнен из β-глинозема (Корунд), и обеспечивает протекание электро-химической реакции, пропуская через себя ионы Натрия.

 

При заряде Соль вступает в реакцию с Никелем образуя Хлорид-Никеля, в результате чего высвобождается 2 иона Натрия, которые проходя через керамический сепаратор, аккумулируются на внешней его стенке.
В процессе разряда во внутренней полости керамического сепаратора восстанавливается поваренная соль (2NaCl) и Никель (Ni).
Процесс заряда/разряда полностью обратный, без образования каких-либо побочных продуктов, что позволяет достигать высоких показателей по срокам службы как в буферном, так и в циклическом режиме.

 

2NaCl+Ni <=========> NiCl2+2Na
Разряженная                  Заряженная

 

Википедия

 

Можно ли заменить натрий на алюминий, а никель на железо и тем самым повысить энергоемкость?

 

Реакция может выглядеть так:

 

Al + FeCl3 = AlCl3 + Fe

 

AlCl3 + Fe = FeCl3 + Al

Изменено 12 Июня, 2016 в 14:19 пользователем Vlad123

[Иван1978]

 

Не факт. Самая большая на объем у бора - 138 МДж/литр. У кремния практически такая же как и у алюминия (32 МДж/кг, 75МДж/литр), но зато выше электродный потенциал.

бор это неметалл. Батарею из него не сделать. Кремний тоже неметалл. Бериллий ядовитый. Вам надо чтобы электрод металлический был.

Изменено 13 Июня, 2016 в 11:48 пользователем Иван1978

[Vlad123]

бор это неметалл. Батарею из него не сделать. Кремний тоже неметалл. Бериллий ядовитый. Вам надо чтобы электрод металлический был.

Почему именно? Над кремний-воздушным элементом работают.

 

Экспериментальный элемент использует ионную жидкость в качестве электролита и выдает напряжение 1-1.2 В. Ток - 0.3 миллиампера на квадратный см. кремния.

 

Бор должен растворятся в сильных кислотах. Его ионы небольшие. Хотя я не утверждаю, что проводник ионов бора существует. Бор - это скорее полуметалл.

 

В прочем, я не говорил, что его обязательно использовать в эл.-хим. элементе. Разговор был об энергоносителях. В крайнем случае его можно сжигать, а тепло преобразовывать в то же эл-во с высоким КПД. Так почему для батареи нужен металл?

Изменено 13 Июня, 2016 в 12:15 пользователем Vlad123

[Иван1978]

Почему именно? Над кремний-воздушным элементом работают.

 

Экспериментальный элемент использует ионную жидкость в качестве электролита и выдает напряжение 1-1.2 В. Ток - 0.3 миллиампера на квадратный см. кремния.

 

Бор должен растворятся в сильных кислотах. Его ионы небольшие. Хотя я не утверждаю, что проводник ионов бора существует. Бор - это скорее полуметалл.

 

В прочем, я не говорил, что его обязательно использовать в эл.-хим. элементе. Разговор был об энергоносителях. В крайнем случае его можно сжигать, а тепло преобразовывать в то же эл-во с высоким КПД. Так почему для батареи нужен металл?

Ага! Вот именно у кремниевого элемента 0.3 миллиампера на квадратный сантиметр. Допустим сопротивление кремния доли ома при наличии примесей, а вот химическая активность низкая. Слишком медленно реагирует, поэтому такая низкая плотность тока на электроде. Должно быть где то 20-50 миллиампер на квадратный сантиметр.

Почему нужен металл - потому что нужна хорошая электропроводность. Внутреннее сопротивление батареи должно быть низким.

Вряд ли кремний с кислотами также быстро реагирует как алюминий. Это значит вы мощность от батареи не получите.

Алюминий то лучше для энергоносителей чем бор. Глины много.

Изменено 13 Июня, 2016 в 12:41 пользователем Иван1978

[Vlad123]

Алюминий то лучше для энергоносителей чем бор. Глины много.

Бор можно рентабельно добывать из морской воды. Его запасы в мировых океанах - триллионы тонн.

 

Думаю, что на данном этапе развития технологий главным соперником алюминия является магний. Его можно рентабельно добывать из морской воды, он не создает проблем с прочной оксидной пленкой и имеет более высокий эл.-хим. потенциал чем алюминий. Где-то читал утверждения, что КПД магний-воздушного элемента = 90%. Могу предположить, что он расходуется гораздо полнее чем алюминий. Алюминий же максимум процентов на 70-т. С алюминием пока вообще много проблем, образование разных там гидроксидов, расходуется водный электролит и т.п.

Вряд ли кремний с кислотами также быстро реагирует как алюминий. Это значит вы мощность от батареи не получите.

 

Увеличение мощности можно достичь путем увеличения контакта поверхностной площади реагирующего вещества. Скажем, засыпать кремний/бор в виде мелкого порошка. Или заливать уже растворенным в электролите.

 

Углерод - это тоже не металл, но вы же не будете отрицать, что углерод-воздушные элементы давно существуют?

Кстати, его КПД, вроде, довольно высок.

Изменено 13 Июня, 2016 в 14:19 пользователем Vlad123

[Иван1978]

с углеродом ничего такого нет. Это все фантазии. Во первых это должен быть только графит. У остальных форм углерода проводимость плохая. Во вторых графит не реагирует с окислителями при комнатной температуре.

Изменено 13 Июня, 2016 в 20:16 пользователем Иван1978

[Vlad123]

с углеродом ничего такого нет. Это все фантазии. Во первых это должен быть только графит. У остальных форм углерода проводимость плохая. Во вторых графит не реагирует с окислителями при комнатной температуре.

А сколько стоит получение чистого графита из угля? Может, это все же не дороже бензина?

 

Планируется добыча магния из морской воды по цене менее $1.5 за кг. При КПД воздушно-магниевого элемента в 90% (по сравнению с КПД в 15% у бензина) ездить на магнии может быть дешевле, чем ездить на бензине. 

Добыча магния из морской воды будет внедряться в производство

Подробнее: http://meganauka.com/technologii/1032-dobycha-magnii-iz-morskoy-vody-budet-vnedryatsya-v-proizvodstvo.html

Изменено 14 Июня, 2016 в 01:50 пользователем Vlad123

[aversun]

 

Планируется добыча магния из морской воды по цене менее $1.5 за кг. При КПД воздушно-магниевого элемента в 90% (по сравнению с КПД в 15% у бензина) ездить на магнии может быть дешевле, чем ездить на бензине. 

Получить Mg из его соли и превратить Mg в соль, в идеальном случае затраты энергии будут одинаковые. Но т.к. получение магния процесс многостадийный, то его суммарный КПД будет много ниже 100%.

Достаточно высокое содержание соли магния в рапе Мертвого моря, в морской воде его немного.

По поводу титанового катализатора, скорее всего журналистская чушь, они просто не понимают о чем пишут. Температура 900°С нужна только для рафинирования магния возгонкой, а для электролиза хватает 550-700°С.

http://emchezgia.ru/cvet_met/32_proizvodstvo_magniya.php

Изменено 14 Июня, 2016 в 02:16 пользователем aversun

[mypucm]

с углеродом ничего такого нет. Это все фантазии. Во первых это должен быть только графит. У остальных форм углерода проводимость плохая. Во вторых графит не реагирует с окислителями при комнатной температуре.

Графен! Погрейте, по методу "академика" Петрика, карандашный грифель зажигалкой (сам этот фокус по телику видел), и получите кучу графена! Углеродные нанотрубки! Да мало ли там проводящих углеродных онаноматериалов! 

[Arkadiy]

Графен! Погрейте, по методу "академика" Петрика, карандашный грифель зажигалкой (сам этот фокус по телику видел), и получите кучу графена! Углеродные нанотрубки! Да мало ли там проводящих углеродных онаноматериалов! 

Да ладно, не надо про Петрика, карандашный грифель сначала нужно пропитать хлорным ангидридом))) по методу Петрика