Цинк-воздушный аккумулятор

[Vlad123]

Министерство энергетики США (DOE) выделило грант в $5,13 миллиона молодой аризонской компании Fluidic Energy на постройку прототипов долговечных металло-воздушных батарей с удельной ёмкостью на порядок большей, чем у литиево-ионных аккумуляторов.

Новые батареи будут использовать в качестве анода металл (как вариант — цинк), который в ячейке должен окисляться кислородом из воздуха, а при заряде батареи — обратно восстанавливаться.

Однако в отличие от прежних электрохимических батарей на базе цинка в новом роль электролита должен играть не водный раствор, а ионная жидкость. Соответственно, новый тип аккумулятора получил название Metal-Air Ionic Liquid Battery.

Основатель Fluidic Energy Коди Фризен (Cody Friesen), профессор университета Аризоны, утверждает, что применение ионной жидкости снимет главную проблему перезаряжаемых цинковых элементов — испарение и деактивацию электролита.

Среди ионных жидкостей есть такие, что остаются в жидком состоянии как на приличном морозе, так и при температуре выше точки кипения воды. Кроме того, у них выше электрохимическая стабильность, чем у воды, так что такие ячейки можно заряжать до более высокого напряжения.

Вместе с тем команда Фризена разработала для своей ячейки высокопористый электрод с размерами пор до 10 нанометров, который хорошо удерживает цинк, мешая ему формировать дендриты, способные привести к короткому замыканию.

Главное же в исследовании компании: поиск ионной жидкости с подходящими параметрами. Она должна не только «по электрохимии» соответствовать требованиям к новой батарее, но и выпускаться в достаточном количестве и по приемлемой цене.

У команды Коди есть несколько хороших претендентов, опробованных на опытах, и теперь компания работает над сведением в едином устройстве всех экспериментальных наработок, что появились у неё за последние четыре года.

В результате же, по словам главы Fluidic Energy, на свет появится перезаряжаемая электрохимическая ячейка с феноменальной удельной ёмкостью от 900 до 1600 ватт-часов на килограмм, да ещё и с ценой немногим большей, чем у свинцово-кислотных батарей, то есть втрое ниже, чем у аккумуляторов литиевых.

Если Фризену удастся сдержать своё обещание и достичь на практике верхней планки, это будет означать, к примеру, что пятиместный электромобиль сможет проехать 1000 километров на одном заряде аккумулятора, весящем всего 100 кг.

 

http://www.membrana.ru/particle/14351

 

Если данный вид аккумуляторов столь перспективен, почему их все еще нет в продаже в отличие от литий-ионных? В некоторых источниках говорится, что ионная жидкость в качестве электролита может привести к замедлению заряда/разряда по сравнению с водным. И как следствие падению мощности. Значит вопрос насчет лучшего электролита для данного типа аккумуляторов все еще остается открытым? Какие еще виды электролита возможны, органические, кислотные, щелочные?

[mypucm]

Вы где-то слыхали про реально работающие аккумуляторы с использованием кислорода воздуха? Одноразовые батареи - есть. Аккумуляторов - нету. Почему? Потому что восстановление кислорода до воды идет крайне необратимо. А окисление воды до кислорода - тем более. Два цикла зарядки и разряжения такого аккумулятора будет иметь слишком низкий КПД, неприемлемый для практики. Для кислородно-водородного топливного элемента, если его использовать как аккумулятор, т.е. задать те же два цикла в одну и другую сторону, КПД получалось около 38% (где-то читал в интернете). Здесь получите еще меньше, цинк подгадит. Министерство энергетики США просто развели как последних лохов.

[Vlad123]

Не утверждаю, что это достоверная информация, но некоторые амер-ские компании утверждают, что уже достигли свыше 2.000 циклов заряда-разряда подобных аккум-ов без существенной их деградации. Что даже превосходит, по их словам, литий-ионные или свинцово кислотные.

Eos claims that it has achieved more than 2,000 cycles with no performance or physical degradation and that it has moved well past the cycle life of lead acid or li-ion batteries, according to the CEO.

 

https://www.greentechmedia.com/articles/read/Eos-Energy-Storage-Looking-to-Disrupt-Grid-Scale-Batteries-with-Zinc

[Helium4]

http://www.membrana.ru/particle/14351

 

Если данный вид аккумуляторов столь перспективен, почему их все еще нет в продаже в отличие от литий-ионных? В некоторых источниках говорится, что ионная жидкость в качестве электролита может привести к замедлению заряда/разряда по сравнению с водным. И как следствие падению мощности. Значит вопрос насчет лучшего электролита для данного типа аккумуляторов все еще остается открытым? Какие еще виды электролита возможны, органические, кислотные, щелочные?

При чем заметьте, статья на мембране 2009г, фирма http://fluidicenergy.com еще существует, что намекает на жизнеспособность решения.

https://wet.kuleuven.be/english/summerschools/archief-summerschools/2010/ionicliquids/lectures/abbott.pdf ионные жидкости на основе холин хлорида по моим тестам не особо замедляли заряд/разряд, по сравнению с водным насыщенным раствором цинката калия в КОН. Зато практически нет выделения водорода на катоде при заряде в виду отсутствия в системе воды, что позволяет заряжать батарею при более высоком напряжении. Правда я экспериментировал с цинк-медными аккумуляторами, у них ниже удельная емкость на кг, за счет массы медного анода, но нет мучений с намоканием пористого анода, как у цинк-воздушных аккумуляторов. Идеальный вариант по дешевизне вообще получился с подвижным сепаратором катода - и электролит перемешивает и с дендритообразованием борется. Но не будешь же клиентам предлагать батарейку для яблофона с моторчиком.

Почему нет на рынке? Вы представляете себе производительность и стоимость завода который вытеснить с рынка хотя бы 10% литийионных элементов?

Плюс - жидкий электролит все таки лучше подходит для стационарных решений, при переходе на твердые и загущенные электролиты растет цена изделия и падает отдаваемая мощность за счет концентрационной поляризации.

Изменено 23 Октября, 2016 в 11:55 пользователем Helium4

[mypucm]

Не утверждаю, что это достоверная информация, но некоторые амер-ские компании утверждают, что уже достигли свыше 2.000 циклов заряда-разряда подобных аккум-ов без существенной их деградации. Что даже превосходит, по их словам, литий-ионные или свинцово кислотные.

https://www.greentechmedia.com/articles/read/Eos-Energy-Storage-Looking-to-Disrupt-Grid-Scale-Batteries-with-Zinc

Одно дело - долговечность конструкции, и совсем другое - ее КПД. Многие паровозы дожили и до нынешних времен.

[Vlad123]

При чем заметьте, статья на мембране 2009г, фирма http://fluidicenergy.com еще существует, что намекает на жизнеспособность решения.

https://wet.kuleuven.be/english/summerschools/archief-summerschools/2010/ionicliquids/lectures/abbott.pdf ионные жидкости на основе холин хлорида по моим тестам не особо замедляли заряд/разряд, по сравнению с водным насыщенным раствором цинката калия в КОН. Зато практически нет выделения водорода на катоде при заряде в виду отсутствия в системе воды, что позволяет заряжать батарею при более высоком напряжении. Правда я экспериментировал с цинк-медными аккумуляторами, у них ниже удельная емкость на кг, за счет массы медного анода, но нет мучений с намоканием пористого анода, как у цинк-воздушных аккумуляторов. Идеальный вариант по дешевизне вообще получился с подвижным сепаратором катода - и электролит перемешивает и с дендритообразованием борется. Но не будешь же клиентам предлагать батарейку для яблофона с моторчиком.

Почему нет на рынке? Вы представляете себе производительность и стоимость завода который вытеснить с рынка хотя бы 10% литийионных элементов?

Плюс - жидкий электролит все таки лучше подходит для стационарных решений, при переходе на твердые и загущенные электролиты растет цена изделия и падает отдаваемая мощность за счет концентрационной поляризации.

Зачем для яблофона? Один из главных потенциалов - электромобили и гибриды. Там электромоторчик не помеха.

[МВВ]

 

... Правда я экспериментировал с цинк-медными аккумуляторами, у них ниже удельная емкость на кг, за счет массы медного анода, но нет мучений с намоканием пористого анода, как у цинк-воздушных аккумуляторов...

 

 

... Правда я экспериментировал с цинк-медными аккумуляторами, у них ниже удельная емкость на кг, за счет массы медного анода, но нет мучений с намоканием пористого анода, как у цинк-воздушных аккумуляторов...

И какие параметры аккумулятора у вас получились ?

[Helium4]

И какие параметры аккумулятора у вас получились ?

Аккумулятор не собирался целиком. Эксперименты велись с одной ячейкой и в инициативном порядке

Больше интересовала конструкция и параметры медного анода при перезарядке слаботочкой и регенерацией нагревом в штатном режиме. Но 50циклов система выдерживала без проблем, больше гонять времени не было.