فناوری های ذخیره سازی انرژی الکتروشیمیایی به سرعت در حال پیشرفت هستند. NantEnergy یک باتری ارزان قیمت ذخیره انرژی روی هوا را ارائه می دهد.

NantEnergy، به رهبری میلیاردر کالیفرنیایی پاتریک سون-شیونگ، از باتری روی-هوا پرده برداری کرده است که به طور قابل توجهی ارزان تر از همتایان لیتیوم یون خود است.

انباشته کننده انرژی روی-هوا

این باتری، "محافظت شده توسط صدها حق ثبت اختراع"، برای استفاده در سیستم های ذخیره انرژی در بخش انرژی در نظر گرفته شده است. به گفته NantEnergy، هزینه آن کمتر از صد دلار در هر کیلووات ساعت است.

دستگاه باتری روی هوا ساده است. هنگام شارژ، الکتریسیته اکسید روی را به روی و اکسیژن تبدیل می کند. در فاز تخلیه در سلول، روی توسط هوا اکسید می شود. یک باتری محصور در کیس پلاستیکی، خیلی بزرگتر از یک کیف نیست.

روی یک فلز کمیاب نیست و محدودیت‌های منبعی که در مورد باتری‌های لیتیوم یون مطرح می‌شود تحت تأثیر باتری‌های روی-هوا قرار نمی‌گیرد. علاوه بر این، دومی عملا حاوی مضر نیست محیطعناصر و روی به راحتی بازیافت می شود.

ذکر این نکته ضروری است که دستگاه NantEnergy یک نمونه اولیه نیست، بلکه یک مدل تولیدی است که طی شش سال گذشته «در هزاران مکان مختلف» آزمایش شده است. این باتری ها انرژی بیش از 200000 نفر در آسیا و آفریقا را تامین کرده و در بیش از 1000 برج سلولی در سراسر جهان استفاده شده است.

چنین هزینه کم سیستم ذخیره انرژی باعث می شود "شبکه برق را به یک سیستم کاملاً بدون کربن که به صورت شبانه روزی کار می کند"، یعنی کاملاً مبتنی بر منابع انرژی تجدید پذیر باشد.

باتری های روی-هوا جدید نیستند، آنها در قرن نوزدهم اختراع شدند و از دهه 30 قرن گذشته به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفتند. حوزه اصلی این منابع انرژی سمعک، ایستگاه های رادیویی قابل حمل، تجهیزات عکاسی ... یک مشکل علمی و فنی خاص ناشی از خواص شیمیاییروی، ایجاد باتری های قابل شارژ بود. ظاهراً امروزه این مشکل تا حد زیادی برطرف شده است. NantEnergy به این نتیجه رسیده است که یک باتری می تواند بیش از 1000 بار شارژ شود و بدون کاهش عملکرد، تخلیه شود.

از دیگر پارامترهای مشخص شده توسط شرکت: 72 ساعت استقلال و 20 سال عمر سیستم.

در مورد تعداد چرخه ها و سایر ویژگی ها، البته، سؤالاتی وجود دارد که باید روشن شود. با این حال، برخی از کارشناسان ذخیره انرژی به این فناوری اعتقاد دارند. در نظرسنجی GTM در دسامبر گذشته، هشت درصد از پاسخ‌دهندگان به باتری‌های روی به عنوان فناوری‌ای اشاره کردند که می‌تواند جایگزین لیتیوم یون در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی شود.

پیش از این، ایلان ماسک، رئیس تسلا، گزارش داده بود که هزینه سلول‌های لیتیوم یونی (سلول‌های) تولید شده توسط شرکتش ممکن است در سال جاری به کمتر از 100 دلار در هر کیلووات ساعت برسد.

ما اغلب می شنویم که گسترش منابع انرژی تجدید پذیر متغیر، انرژی خورشیدی و بادی، به دلیل فقدان فناوری های ذخیره سازی انرژی ارزان، ظاهراً کند شده است (آهسته خواهد شد).

البته اینطور نیست، زیرا ذخیره انرژی تنها یکی از ابزارهای افزایش چابکی (انعطاف پذیری) سیستم قدرت است، اما تنها ابزار نیست. علاوه بر این، همانطور که می بینیم، فناوری های ذخیره سازی انرژی الکتروشیمیایی در حال توسعه هستند به طور سریع. منتشر شده

اگر سوالی در این زمینه دارید، از متخصصان و خوانندگان پروژه ما بپرسید.

این اختراع مربوط به حوزه منابع جریان شیمیایی اولیه هوا-روی (VTSKhIT) است و می تواند به عنوان منبع تغذیه مستقل استفاده شود. بر اساس این اختراع، VTSKhIT با یک الکترولیت قلیایی مایع، که بلافاصله پس از ساخت یا بلافاصله قبل از استفاده در VTSKhIT پر می شود، حاوی یک محفظه با درب مجهز به پایانه های مثبت و منفی و یک سوراخ پرکننده است که با یک پلاگین بسته شده است. یک یا چند کاتد انتشار گاز به صورت الکتریکی به ترمینال مثبت متصل شده و مجهز به محفظه های گاز با سیستم سوراخ های "تنفس"، یک آند روی به شکل بریکت پودر روی متصل به ترمینال منفی و یک جداکننده بین الکترود ساخته شده از یک ماده دی الکتریک متخلخل، در حالی که آند از چندین بریکت متخلخل مسطح ساخته شده است که با یک شکاف نسبت به یکدیگر، به صورت موازی به هم متصل شده اند، در حالی که صفحه بریکت ها در VCHIT عمود بر سطح کاتدها نصب شده است. بریکت‌های آندی را می‌توان با فشار دادن خشک پودرهای روی و متورم شدن انبساط در الکترولیت با نیرویی که حداکثر چگالی بریکت‌ها را با حداقل تخلخل باقی‌مانده 10 تا 20 درصد فراهم می‌کند و با یک جداکننده بین الکترود پیچیده می‌شود، درست کرد. هر بریکت آند با جداکننده در نشیمنگاه های دو فنجان ساخته شده از مواد پلیمری راه راه و سوراخ دار قرار می گیرد، در حالی که یک حفره بین کف فنجان و سطح بریکت تشکیل می شود، جهت راه راه ها در پایین بریکت. فنجان نسبت به محور طولی زاویه دارد. حجم الکترولیت شارژ شده به VCHIT نسبت به جرم کل روی در آند برابر با 0.4÷0.6 سانتی متر مکعب بر گرم است. پارامترهای فیزیکی سوراخ های "تنفس" (بخش، طول) بر اساس مقدار جریان محدود کننده انتخاب می شوند که 3-4 برابر جریان تخلیه اسمی است. در شکاف بین بریکت ها و کاتدها، می توان یک ماتریس مویرگی قرار داد که از یک ماده آبدوست الاستیک بسیار متخلخل و مقاوم در برابر الکترولیت قلیایی ساخته شده است که اندازه منافذ آن برابر است. بیش از اندازهمنافذ در بریکت آند تخلیه شده، و حجم کل منافذ بیشتر از حجم الکترولیت شارژ شده به VCHIT است. کاتد محکم به ماتریکس مویرگی چسبیده است و با فشار دادن مخلوط نیمه آبگریز از پودرهای کربن سیاه و کربن ساخته می شود. کربن فعال. نتیجه فنی اختراع افزایش میزان استفاده از جرم فعال است. 6 w.p. f-ly، 2 بیمار.

نقشه های ثبت اختراع RF 2349991

این اختراع مربوط به حوزه منابع جریان شیمیایی اولیه هوا-روی (VTSKhIT) است و می تواند به عنوان منبع تغذیه مستقل استفاده شود.

VCHIT اولیه شناخته شده حاوی یک الکترود مثبت (کاتد)، ساخته شده با فشار دادن بریکت های پودرهای کربن سیاه (دوده، گرافیت) و دی اکسید منگنز با افزودن مخلوط الکترولیت قلیایی (باتری "Liman"، مشخصات TU 16-729.374-82، ILEV. 563212.003 که). نقطه ضعف این VCHIT معروف، چگالی جریان پایین در حالت تخلیه مداوم است.

از بین VTSCHIT شناخته شده، نزدیکترین از نظر ماهیت فنی و نتیجه فنی بدست آمده، VTSCHIT با یک الکترولیت قلیایی مایع است که بلافاصله پس از ساخت یا بلافاصله قبل از استفاده در سلول پر می شود، حاوی محفظه ای با درب مجهز به پایانه های مثبت و منفی حامل جریان. و یک سوراخ پرکننده بسته شده با یک درپوش، یک یا چند کاتد انتشار گاز که به صورت هرمتیک در بدنه سلول نصب شده اند، به صورت الکتریکی به ترمینال مثبت متصل شده، مجهز به محفظه های گاز و سیستم سوراخ های "تنفس"، یک آند روی به شکل یک بریکت پودر روی متصل به ترمینال منفی و یک جداکننده بین الکترود ساخته شده از یک ماده دی الکتریک متخلخل (به http://www.itpower.co.uk/investire/zmcrep/pdf مراجعه کنید: گزارش WP "تحقیق در مورد فن آوری های ذخیره سازی برای انرژی های تجدید پذیر متناوب" انرژی ها، گزارش فناوری ذخیره سازی، سیستم های WPST9-Metal-Air. Materials 2002. ). معایب VCHIT مشخص شده عبارتند از:

محدودیت در ضخامت (یا وزن) بریکت آندی که پس از رسیدن به مقدار معینی منجر به ظهور جریان های یکسان کننده در داخل بریکت آند می شود که علاوه بر جریان تخلیه اصلی عنصر، منجر به انحلال اضافی می شود. روی در ناحیه فرونتال آند و رسوب الکتروشیمیایی همان مقدار روی در لایه های عمیق یا پشتی. در منطقه رسوب روی، تخلخل آند کاهش می یابد و محتوای ویژه الکترولیت در آنجا کاهش می یابد. این پدیده منجر به غیرفعال شدن روی در لایه‌های عمیق آند و حذف برخی از بخش‌های ماده آند از عملکرد عنصر می‌شود.

استفاده ناکارآمد از ماده آند (روی) در الکترود منفی به دلیل استفاده از پودر روی با سطح ویژه بزرگ. چنین پودرهایی با افزایش خود تخلیه مشخص می شوند، که در طول زمان کار طولانی (هزاران ساعت) منجر به از دست دادن غیرمولد مقدار قابل توجهی (تا 30٪) از مواد آند فعال می شود.

نتیجه فنی اختراع افزایش میزان استفاده از جرم فعال و افزایش ظرفیت ویژه VCHIT است.

نتیجه فنی مشخص شده با این واقعیت به دست می آید که هوا روی اولیه است منبع شیمیایی(VTSKhIT) با الکترولیت قلیایی مایع، بلافاصله پس از ساخت یا بلافاصله قبل از استفاده در VTSKhIT دوباره پر می شود، حاوی یک محفظه با درپوش مجهز به پایانه های مثبت و منفی و یک سوراخ پرکننده بسته شده با یک درپوش، یک یا چند کاتد انتشار گاز است. اتصال الکتریکی به ترمینال مثبت و مجهز به محفظه های گاز با سیستم سوراخ های "تنفس"، یک آند روی به شکل بریکت پودر روی متصل به ترمینال منفی، و یک جداکننده بین الکترود ساخته شده از یک ماده دی الکتریک متخلخل، در حالی که آند از چندین بریکت متخلخل مسطح ساخته شده است که با یک شکاف نسبت به یکدیگر قرار گرفته اند و دیگری به صورت موازی به صورت الکتریکی به هم متصل می شوند، در حالی که صفحه بریکت ها در VTsKhIT عمود بر سطح کاتدها نصب می شوند. این پیاده سازی VCHIT به شما امکان می دهد ضریب استفاده از جرم فعال و ظرفیت خاص را افزایش دهید.

توصیه می‌شود که بریکت‌های آند با روش پرس خشک پودرهای روی و تورم گشادکننده در الکترولیت با نیرویی که حداکثر چگالی بریکت‌ها را با حداقل تخلخل باقی‌مانده 10 تا 20 درصد تضمین می‌کند ساخته شده و با آن پیچیده شود. جداکننده بین الکترود با چنین ساخت بریکت‌ها، می‌توان جریان الکترولیت را در عمق بریکت محدود کرد و در نتیجه، خوردگی روی را در حین کار سلول کاهش داد. لایه های سطحی روی در بریکت ها برای فرآیندهای تخلیه عنصر عامل در دسترس باقی می مانند. همانطور که لایه های سطحی روی در بریکت های آندی به دلیل تورم در الکترولیت منبسط کننده بالا می روند، تخلخل بریکت ها در این ناحیه افزایش می یابد. افزایش تخلخل به نفوذ بیشتر الکترولیت به عمق بریکت ها و عبور طبیعی فرآیند تخلیه آند کمک می کند. استفاده از جداکننده در اطراف بریکت از رنگ آمیزی بریکت های آند جلوگیری می کند که در صورت متورم شدن منبسط کننده امکان پذیر است.

توصیه می شود که هر بریکت آندی با جداکننده در نشیمنگاه های دو فنجان ساخته شده از مواد پلیمری راه راه و سوراخ دار قرار داده شود، در حالی که یک حفره بین کف فنجان و سطح بریکت ایجاد می شود، جهت راه راه ها در کف فنجان نسبت به محور طولی فنجان زاویه دارد. چنین ترتیبی از بریکت ها در VCHIT به حفظ رسانایی یونی کافی الکترولیت در امتداد بریکت ها در طول کل دوره تخلیه آند کمک می کند. این رسانایی اثر جریان های یکسان سازی در بریکت ها را از بین می برد یا به شدت کاهش می دهد و به استفاده تقریباً کامل روی در آند در طول کار HTCC کمک می کند.

توصیه می شود که حجم الکترولیت شارژ شده در VCHIT باید نسبت به جرم کل روی در آند برابر با 0.4÷0.6 سانتی متر مکعب بر گرم باشد. این نسبت بین الکترولیت و روی که با تمرین ایجاد شده است، امکان حداکثر استفاده از حجم VTSKhIT یا دستیابی به حداکثر ظرفیت را فراهم می کند.

توصیه می شود که پارامترهای فیزیکی سوراخ های "تنفس" (مقطع، طول) که جریان تخلیه نامی را فراهم می کنند به عنوان (1/3-1/4) مقدار جریان تخلیه محدود کننده تعیین شود. این نسبت با این واقعیت تعیین می شود که بزرگی جریان تخلیه، علاوه بر بار عنصر، به مقدار اکسیژن ورودی به عنصر کار بستگی دارد. با کمبود هوا در کاتد، جریان محدود کننده زمانی تحقق می یابد که تحت یک بار الکتریکی ثابت، جریان تخلیه و ولتاژ VCHIT به طور همزمان کاهش می یابد. تامین هوای بیش از حد المنت منجر به افزایش ولتاژ VCHIT نمی شود، بلکه باعث افزایش انتقال جرم المنت با محیط می شود. در این حالت یا خشک شدن الکترولیت در صورت خشک بودن هوای اطراف سلول و از کار افتادن HTSCIT یا جذب بیش از حد رطوبت اتمسفر توسط الکترولیت در صورت وجود هوای مرطوب در اطراف امکان پذیر است که باعث ایجاد الکترولیت به بیرون از سلول نشت می کند. هر دو مورد برای VCHIT استاندارد نیستند. اندازه گیری مقدار هوای ورودی به VCHIT مقدار جریان محدود کننده است که توسط پارامترهای سوراخ های "تنفس" (بخش، طول) تعیین می شود. در عمل، با تغییر پارامترهای سوراخ های "تنفس"، مقدار جریان محدود کننده انتخاب می شود که باید 3-4 برابر بیشتر از جریان تخلیه نامی VCHIT باشد.

نسخه ای از VCHIT نسخه ای است که در آن به جای فنجان های ساخته شده از مواد فیلم سوراخ دار و راه راه، یک ماتریس مویرگی بین بریکت ها و کاتدها قرار داده شده است که از یک ماده آبدوست الاستیک بسیار متخلخل و مقاوم در برابر الکترولیت قلیایی ساخته شده است. ماتریس مویرگی باید دارای اندازه منافذ بزرگتر از اندازه منافذ در بریکت آند تخلیه شده باشد و حجم کل منافذ باید بیشتر از حجم الکترولیت شارژ شده در VCHIT باشد. اگر این شرایط برآورده شود، وجود الکترولیت در ماتریس مویرگی (الکترولیت) به میزانی تضمین می شود که رسانایی الکترولیت بالایی را در هر مرحله از تخلیه VTSKhIT و مقدار خاص الکترولیت بهینه در بریکت های آندی (0.4-0.6 سانتی متر) را فراهم کند. 3 / گرم).

ویژگی اصلی استفاده از ماتریس مویرگی امکان نصب کاتدها در عنصر بدون جداسازی هرمتیک محفظه های گاز آنها از آندها است. ماتریس الکترولیت آبدوست، به دلیل نیروهای فشار مویرگی (در ماتریس آبدوست، فشار منفی است)، کل الکترولیت در ماتریس قرار می گیرد، از آن خارج نمی شود و بنابراین، عدم وجود آن را در اتاقک گاز تضمین می کند. از کاتدها و امکان تامین هوای آزاد به VTsKhIT.

عدم وجود الکترولیت آزاد در محفظه آند سلول، استفاده از کاتدهایی را که در آن لایه آبگریز مانع مایع وجود ندارد، امکان پذیر می کند. چنین کاتدی فقط یک لایه فعال دارد که واکنش الکتروشیمیایی کاهش اکسیژن اتمسفر روی آن انجام می شود. توصیه می شود که کاتد به خوبی روی ماتریکس مویین قرار گیرد و با فشار دادن مخلوط نیمه آبگریز از پودرهای کربن سیاه و کربن فعال روی شبکه ساخته شود. الکترودهای این نوع دارای ضخامت نازک تری هستند که امکان افزایش حجم محفظه آند و در نتیجه افزایش ظرفیت VTSKhIT را فراهم می کند.

تجزیه و تحلیل هنر قبلی نشان داد که مجموعه ادعایی از ویژگی های اساسی که در ادعاها بیان شده است ناشناخته است. این به ما امکان می دهد نتیجه بگیریم که معیار "تازه بودن" را برآورده می کند.

برای بررسی انطباق اختراع ادعا شده با معیار "مرحله اختراع"، جستجوی اضافی برای راه حل های فنی شناخته شده به منظور شناسایی ویژگی های منطبق با ویژگی های راه حل فنی ادعا شده که از نمونه اولیه متمایز است، انجام شد. مشخص شده است که راه حل فنی ادعا شده به صراحت از هنر قبلی پیروی نمی کند. بنابراین، اختراع مورد ادعا دارای معیار «گام اختراعی» است.

ماهیت اختراع با نقاشی ها و شرح طراحی VCHIT نشان داده شده است.

شکل 1 طرح VCHIT را نشان می دهد که مطابق اختراع ساخته شده است.

شکل 2 یک تغییر از طراحی VTsHIT با یک ماتریس مویرگی را نشان می دهد.

کاتدها (2) به صورت هرمتیک در محفظه عنصر (1) در دیواره های جانبی مقابل آن نصب می شوند. کاتدها نیز از نظر طراحی مشابه کاتدهای نمونه اولیه هستند. کاتدهای موجود در عنصر با یک لایه فعال در داخل عنصر قرار دارند. آنها در محفظه سلول به گونه ای نصب می شوند که محفظه های (16) بین دیواره محفظه و کاتد تشکیل می شوند. این محفظه ها برای توزیع یکنواخت هوا در کل سطح کاتد ضروری هستند. هر محفظه هوا با حداقل دو سوراخ «تنفس» (13) که در قسمت‌های پایین و بالایی آن قرار دارد، به جو اطراف متصل می‌شود. فاصله بین کاتد و دیواره سلولی در محفظه هوا تعبیه شده است که از انحراف کاتد در اثر فشار داخلی جلوگیری می کند. لایه فعال کاتد از تماس با آند توسط جداکننده بین الکترود (3) محافظت می شود. بریکت های آندی (6) ساخته شده با پرس خشک روی و پودرهای منبسط کننده (نشاسته، کربوکسی متیل سلولز، کاربوپول) مجهز به کلکتورهای جریان (15) هستند که در وسط هر بریکت قرار دارند. هر بریکت با یک جداکننده متخلخل (7) ساخته شده از مواد دی الکتریک، مانند پلی پروپیلن غیر بافته، پیچیده می شود. بریکت های آندی به صورت عمودی در حجم داخلی عنصر با شکاف هایی بین آنها نصب می شوند و عمود بر سطوح کاتدها قرار می گیرند. هر بریکت آند (6) با جداکننده (7) در دو فنجان (14) ساخته شده از مواد پلیمری موجدار و سوراخ دار قرار می گیرد که دارای یک سطح فرود برای قرار دادن بریکت ها در آنها و یک حفره اضافی است که یک محفظه بین کف آن ایجاد می کند. سطح بریکت؛ جهت راه راه ها در پایین فنجان با زاویه (12) (تقریباً 45 درجه) نسبت به محور طولی آن است. عمق حفره فنجان یک بسته بندی متراکم از بریکت های آند در فنجان ها را در حجم داخلی عنصر فراهم می کند (5).

از بالا، بریکت های آند با یک پوشش داخلی (8) پوشیده شده است. کل عنصر با یک پوشش (9) ارائه شده است، که روی آن سرنخ های جریان از الکترودها، یک پلاگین پرکننده (11) و یک دمپر سطح الکترولیت مایع (10) وجود دارد. پوشش (9) به صورت هرمتیک روی بدنه المنت نصب شده است. طراحی المان امکان استفاده پشتیبان از آن را فراهم می کند. VCHIT با شارژ خشک ساخته می شود و با پر کردن آن با یک الکترولیت قلیایی مایع از طریق یک پلاگین پرکننده فعال می شود. بدون الکترولیت با سوراخ های "تنفس" مهر و موم شده، سلول می تواند چندین سال بدون از دست دادن کیفیت ذخیره شود. VTSKhIT به صورت زیر کار می کند. پس از پر کردن المنت از طریق سوراخ پرکننده، بسته شده با یک پلاگین (11)، با الکترولیت قلیایی مایع و حفظ آن با باز کردن سوراخ های "تنفس"، ولتاژ روی پایانه های خروجی المنت ظاهر می شود.

هنگامی که المنت برای تخلیه روشن می شود، واکنش های الکتروشیمیایی روی الکترودها رخ می دهد که در قسمت مقدماتی این اختراع توضیح داده شده است. هوا از محیط از طریق سوراخ های "تنفس" ابتدا وارد محفظه گاز کاتد می شود، سپس به دلیل انتشار از طریق منافذ لایه سد مایع آبگریز، به لایه فعال آن نفوذ می کند، جایی که یونیزاسیون اکسیژن رخ می دهد. به دلیل مصرف اکسیژن - جزء سنگین هوا، ترکیب هوا تغییر می کند و چگالی آن کاهش می یابد. به همین دلیل یک جریان هوای همرفتی از پایین به بالا در محفظه گاز کاتد ایجاد می شود. هوای خروجی از سوراخ "تنفس" بالایی خارج می شود و برای جایگزینی آن، بخشی از هوای تازه از طریق سوراخ "تنفس" پایینی به داخل محفظه مکیده می شود. بنابراین، مصرف اکسیژن در کاتد جریان پیوسته بخش‌های جدید هوا را در ناحیه واکنش الکتروشیمیایی فراهم می‌کند. سیستم دیگری از سوراخ های "تنفس" امکان پذیر است که از پوشش سلولی یا سطح بالایی بدنه سلولی استفاده می کند. در این سیستم هوای تازهاز طریق لوله ای که در محفظه گاز کاتد قرار دارد و سوراخ در پوشش یا قسمت بالایی محفظه را با سطح پایین محفظه گاز کاتد متصل می کند، به عنصر مکیده می شود. خروجی ها یا در پوشش یا در قسمت بالایی محفظه قرار دارند. حرکت همرفتی هوا در محفظه کاتد در این سیستم مشابه حالت قبلی خواهد بود. شدت جریان هوای همرفتی با سرعت جذب اکسیژن توسط واکنش الکتروشیمیایی تخلیه عنصر تعیین می شود، یعنی. جریان تخلیه بنابراین، یک اتصال خودکار بین جریان تخلیه و مقدار جریان هوای همرفتی فراهم می‌شود. درجه این وابستگی متقابل توسط مقاومت هیدرولیکی (قطر و طول) سوراخ های "تنفس" تعیین می شود. سطح مقطع ناکافی این سوراخ ها باعث کاهش سرعت جریان هوای همرفتی شده و مقدار اکسیژن را محدود می کند یا به همین ترتیب میزان جریان تخلیه عنصر را محدود می کند. اگر سطح مقطع سوراخ ها بیشتر از مقدار اسمی باشد، جریان تخلیه افزایش نمی یابد، بلکه شدت جریان همرفتی و همراه با آن شدت انتقال جرم عنصر با محیط افزایش می یابد. در نتیجه، حجم الکترولیت در سلول ممکن است تغییر کند. اگر رطوبت محیط بالاتر از مقدار متوسط ​​(محاسبه شده) باشد یا در جوی خشک‌تر کاهش می‌یابد. پارامترهای فیزیکی سوراخ های "تنفس" (بخش، طول) به صورت تجربی بر اساس مقدار جریان محدود کننده انتخاب می شوند که باید 3-4 برابر جریان تخلیه اسمی باشد.

مقدار جریان محدود کننده به گونه ای تعیین می شود که ولتاژ عنصر زیر تخلیه به یک مقاومت ثابت تثبیت نمی شود، اما به طور یکنواخت کاهش می یابد.

در آند، ذرات روی نزدیک به کاتدها اکسید می شوند. همزمان با این فرآیند، ذرات منبسط کننده با الکترولیت تعامل دارند. منبسط کننده در الکترولیت متورم می شود و حجم آن افزایش می یابد. ذرات منبسط کننده متورم، ذرات روی مجاور را از هم جدا می کنند و محتوای الکترولیت محلی را افزایش می دهند، که در نتیجه اثر منفی محصول تخلیه انباشته - اکسید روی را کاهش می دهد. اکسید روی از محلول الکترولیت در ناحیه تخلیه زمانی که با روی فوق اشباع شود رسوب می کند. با توجه به این واقعیت که بریکت های آندی تا رسیدن به حداکثر چگالی طبیعی خود با فشار تحت فشار قرار گرفتند، مناطق داخلی بریکت های آندی عملاً برای الکترولیت غیرقابل دسترسی هستند. این مناطق "خشک" با الکترولیت برهمکنش ندارند و بنابراین در معرض فرآیندهای خوردگی نیستند. یک اثر اضافی کاهش فرآیندهای خوردگی استفاده از پودر روی به دست آمده از پاشش مذاب است. چنین پودرهایی سطح ویژه بزرگی ندارند و بنابراین، میزان برهمکنش آنها با الکترولیت بسیار دست کم گرفته می شود. فرآیندهای تخلیه آندها تحت لایه های بیرونی آنها قرار می گیرد که به دلیل تورم انبساط کننده در الکترولیت، حجم آن افزایش یافته و به تدریج حفره های فنجان ها را پر می کند. با عمیق شدن ناحیه تخلیه آند، مقاومت الکترولیت در منافذ ناحیه تخلیه شده افزایش می یابد. به موازات خطوط جریان عبوری از منافذ ناحیه تخلیه شده، شکاف هایی بین بریکت های پر شده با الکترولیت آزاد وجود دارد. در این حالت جریان تخلیه یونی بر روی بریکت های آندی به گونه ای توزیع می شود که سطوح بیرونی بریکت های آندی به فرآیند تخلیه متصل شده و تخلیه آنها از سطوح بیرونی به داخل بریکت ها انجام می شود. ضخامت بریکت ها کمتر از ابعاد کلی آنهاست و بنابراین تخلیه از حاشیه به مرکز بریکت ها انجام می شود. این اثر شرایطی را برای تخلیه کامل روی در بریکت ها فراهم می کند. بریکت های آندی که حجم آنها افزایش می یابد، کل حجم فنجان ها را تا حد امکان پر می کند. چیدمان شیبدار موج‌ها نسبت به محور فنجان‌ها، حداقل شکاف تضمینی بین فنجان‌های مجاور، برابر با دو برابر ارتفاع موج‌دار ایجاد می‌کند. سفتی کف موجدار فنجان ها برای حفظ حداقل فاصله بین بریکت ها تا تخلیه کامل روی در بریکت ها کافی است. رسانایی الکترولیت در این شکاف حالت تخلیه بریکت ها را از جلو به مرکز حفظ می کند. انبساط رو به بالا بریکت های آند توسط پوشش داخلی (8) محدود می شود. این پوشش فضای آزاد را در قسمت بالایی سلول نگه می دارد که در آن می تواند حجم اضافی الکترولیت در آن جمع شود، به عنوان مثال، به دلیل جذب بخار آب از جو توسط الکترولیت، در صورتی که دومی دارای رطوبت نسبی باشد. بالاتر از محاسبه شده برای مناطق مورد نظر استفاده از سلول ها برای مدت طولانی است.

یک تغییر از طراحی عنصر، که در آن بریکت های آند با جداکننده در فنجان ها قرار می گیرند، طرحی با ماتریس های مویرگی است که در شکل 2 نشان داده شده است، که در آن یک ماتریس مویرگی در شکاف های بین بریکت ها و کاتدها، ساخته شده از یک ماده آبدوست الاستیک بسیار متخلخل مقاوم در برابر الکترولیت قلیایی، اندازه منافذ آن بزرگتر از اندازه منافذ در بریکت تخلیه شده، و حجم منافذ بزرگتر از حجم الکترولیت شارژ شده به سلول است. ماتریس های مویرگی (14) بین بریکت های آند (6) قرار می گیرند و کل حجم الکترولیت لازم برای عملکرد سلول را نگه می دارند.

الکترولیت در ماتریس توسط نیروهای مویرگی نگه داشته می شود. استفاده از ماتریس مویرگی قابلیت اطمینان منبع جریان را افزایش می دهد ، زیرا در این حالت امکان اساسی پر کردن محفظه گاز با الکترولیت از بین می رود ، که می تواند به دلیل نقض تنگی تعبیه کاتد وارد محفظه گاز کاتد شود. واحد در سلول هنگامی که محفظه گاز با الکترولیت پر می شود، سوراخ های "تنفس" آن مسدود شده و دسترسی هوا به کاتد متوقف می شود. عدم وجود اکسیژن در کاتد فرآیند الکتروشیمیایی تولید جریان را متوقف می کند و در نتیجه سلول را خاموش می کند. ماده ماتریس نارسانا است و از نظر شیمیایی با الکترولیت برهمکنش نمی کند. همچنین اجازه می دهد تا ماتریس تحت تأثیر نیروی فشاری به طور الاستیک تغییر شکل دهد. اندازه منافذ در ماتریس باید به گونه ای باشد که از یک سو، حجم الکترولیت در قسمت بالایی سلول باید به اندازه ای حفظ شود که تخلیه بخش های مجاور بریکت های روی را ممکن کند. اندازه منافذ آن باید بزرگتر از منافذی باشد که در بریکت آند ناحیه تخلیه شده ایجاد می شود. اگر این شرایط رعایت شود، هدایت یونی سیستم حفظ می شود: ماتریس مویرگی - بریکت آند در هر درجه ای از تخلیه بریکت ها. بریکت های آندی که در حین تخلیه منبسط می شوند، ماتریس های مویرگی را فشرده می کنند و الکترولیت را از ماتریس ها به داخل بریکت ها فشار می دهند. چنین فرآیندی حجم الکترولیت را در سیستم ماتریس متخلخل مشترک - بریکت ثابت نگه می دارد. هنگام استفاده از ماتریس مویرگی، کاتد را می توان آزادانه (نه به صورت هرمتیک) در بدنه سلول نصب کرد، در حالی که از تناسب محکم آن با ماتریکس اطمینان حاصل کرد. با استفاده از خاصیت ماتریس مویرگی برای جذب الکترولیت، می توان از کاتدی استفاده کرد که محکم به ماتریس مویرگی متصل است و با فشار دادن مخلوط نیمه آبگریز پودرهای کربن سیاه و کربن فعال روی شبکه ساخته می شود. ساخت چنین الکترودی آسان تر است و در حین کار عنصر کمتر فعال نیست. عدم وجود نشت الکترولیت یک پدیده فیزیکی - فشار مویرگی را فراهم می کند که دارای ارزش منفی برای یک ماتریس آبدوست است. استفاده از ماتریس های مویرگی نیاز به فنجان های موج دار و سوراخ دار را بی نیاز می کند. در حین تخلیه سلول، الکترولیت مطابق با قانون فیزیکی تعادل مویرگی سیستم محیط متخلخل توسط ماتریس نگه داشته می شود و آن را به تناسب درجه کمیاب شدن (درجه حجم) به بریکت های آند می دهد. افزایش دادن). مقاومت الکترولیت در یک ماتریس بسیار متخلخل کمتر از مقاومت در منافذ ناحیه تخلیه شده آندها است. به همین دلیل، جریان یون تخلیه بر روی بریکت‌های آند مانند سلول‌های دارای الکترولیت آزاد، زمانی که سطوح خارجی بریکت‌های آندی به فرآیند تخلیه متصل می‌شوند و تخلیه آن‌ها از سطوح بیرونی به داخل می‌رود، روی بریکت‌های آند توزیع می‌شود. بریکت ها ضخامت بریکت ها نسبتاً کم انتخاب می شود، بنابراین تخلیه آنها تقریباً به طور کامل با ضریب بالایی رخ می دهد. استفاده مفیدروی (KPI). مقادیر KPI عملاً به دست آمده در سطح 0.92-0.95 است. استفاده از تمام ویژگی های طراحی عنصر هوا روی که در این اختراع آمده است ظرفیت بزرگاجازه می دهد تا به سطوح انرژی خاص تا 500 وات ساعت بر کیلوگرم و 1100 وات ساعت در لیتر برسد.

با توجه به موارد گفته شده، می توان نتیجه گرفت که VCHIT ادعا شده با دستیابی به نتیجه فنی ادعا شده، یعنی در عمل قابل پیاده سازی است. معیار "کاربرد صنعتی" را برآورده می کند.

مطالبه

1. منبع تغذیه شیمیایی اولیه هوا روی (VTSKhIT) با یک الکترولیت قلیایی مایع، که بلافاصله پس از ساخت یا بلافاصله قبل از استفاده در VTSKhIT پر شده است، حاوی محفظه ای با درب مجهز به پایانه های مثبت و منفی و یک سوراخ پرکننده بسته است. با یک درپوش، یک یا چند کاتد انتشار گاز که به صورت الکتریکی به ترمینال مثبت متصل شده و مجهز به محفظه های گاز با سیستم سوراخ های "تنفس"، یک آند روی به شکل بریکت پودر روی متصل به ترمینال منفی، و یک جداکننده بین الکترود ساخته شده از یک ماده دی الکتریک متخلخل، با مشخصه این که آند از چندین بریکت متخلخل مسطح ساخته شده است که با یک شکاف نسبت به یکدیگر قرار گرفته اند، به صورت الکتریکی به صورت موازی متصل شده اند، در حالی که صفحه بریکت ها در VTsKhIT عمود بر سطح نصب شده است. از کاتدها

2. VCHIT طبق ادعای 1، مشخص می شود که بریکت های آندی با روش پرس خشک پودرهای روی و تورم گسترش دهنده در الکترولیت با نیرویی که حداکثر چگالی بریکت ها را با حداقل تخلخل باقیمانده 10 تضمین می کند ساخته می شود. % -20% و با جداکننده بین الکترود پیچیده شده است.

3. VCHIT طبق ادعای 1، مشخص می شود که هر بریکت آندی با جداکننده در صندلی های دو فنجان ساخته شده از مواد پلیمری راه راه و سوراخ دار قرار می گیرد، در حالی که یک حفره بین کف فنجان و سطح بریکت ایجاد می شود. ، جهت راه راه ها در پایین فنجان با محور طولی آن زاویه دارد.

4. VCHIT طبق ادعای 1، مشخص می شود که حجم الکترولیت شارژ شده به VCHIT نسبت به جرم کل روی در آند برابر با 0.4÷0.6 سانتی متر مکعب بر گرم است.

5. VCHIT طبق ادعای 1، مشخص می شود که پارامترهای فیزیکی سوراخ های "تنفس" (بخش، طول) بر اساس مقدار جریان محدود کننده انتخاب می شوند که 3-4 مقدار جریان تخلیه نامی است.

6. VCHIT طبق ادعای 1، مشخصه آن این است که یک ماتریس مویرگی در شکاف بین بریکت ها و کاتدها، از ماده آبدوست بسیار متخلخل، الاستیک، مقاوم در برابر الکترولیت قلیایی، ساخته شده است که اندازه منافذ آن بزرگتر از اندازه منافذ در بریکت آند تخلیه شده و حجم کل منافذ بزرگتر از حجم الکترولیت شارژ شده در VCHIT است.

7. VCHIT طبق ادعای 1 یا 6، مشخص می شود که کاتد به خوبی به ماتریکس مویین می چسبد و با فشار دادن مخلوط نیمه آبگریز از پودرهای کربن سیاه و کربن فعال بر روی شبکه ساخته می شود.

دامنه طولانی مدت باتری های هوا رویاز پزشکی فراتر نرفت. ظرفیت بالا و طولانی مدتخدمات (در حالت غیرفعال) به آنها این امکان را می دهد که به راحتی طاقچه باتری های سمعک یکبار مصرف را اشغال کنند. اما در سال های اخیر علاقه زیادی به این فناوری از سوی خودروسازان افزایش یافته است. برخی معتقدند که جایگزینی برای لیتیوم پیدا شده است. آیا اینطور است؟

یک باتری هوا-روی برای یک وسیله نقلیه الکتریکی را می توان به صورت زیر ترتیب داد: الکترودها در ظرفی قرار می گیرند که به محفظه هایی تقسیم شده است، که در آن اکسیژن هوا جذب و کاهش می یابد، و همچنین کاست های قابل جابجایی ویژه پر شده با قابل مصرفآند، در این مورد گرانول روی. یک جداکننده بین الکترودهای منفی و مثبت گذاشته شده است. می تواند به عنوان یک الکترولیت استفاده شود محلول آبمحلول هیدروکسید پتاسیم یا کلرید روی.

هوایی که از بیرون با کمک کاتالیزورها تامین می شود، یون های هیدروکسید را در محلول الکترولیت آبی تشکیل می دهد که الکترود روی را اکسید می کند. در طی این واکنش، الکترون ها آزاد می شوند و جریان الکتریکی تشکیل می دهند.

مزایای

بر اساس برخی برآوردها، ذخایر روی جهان حدود 1.9 گیگاتن است. اگر اکنون تولید جهانی فلز روی را آغاز کنیم، در چند سال آینده امکان مونتاژ یک میلیارد باتری هوا روی با ظرفیت هر کدام 10 کیلووات ساعت وجود خواهد داشت. برای مثال، بیش از 180 سال طول می‌کشد تا در شرایط فعلی استخراج لیتیوم، همین مقدار تولید شود. در دسترس بودن روی باعث کاهش قیمت باتری ها نیز می شود.

همچنین بسیار مهم است که سلول های هوا-روی با داشتن یک طرح بازیافت شفاف برای روی استفاده شده، محصولات سازگار با محیط زیست باشند. مواد مورد استفاده در اینجا به محیط زیست مسموم نمی شوند و قابل بازیافت هستند. محصول واکنش باتری های هوا و روی (اکسید روی) نیز برای انسان و محیط زیست آنها کاملاً بی خطر است. جای تعجب نیست که از اکسید روی به عنوان ماده اصلی پودر بچه استفاده می شود.

مزیت اصلی که باعث می شود سازندگان خودروهای برقی با امید به این فناوری نگاه کنند این است تراکم بالاانرژی (2-3 برابر بیشتر از لیتیوم یون). در حال حاضر، شدت انرژی روی-هوا به 450 وات ساعت بر کیلوگرم رسیده است، اما چگالی نظری آن می تواند 1350 وات ساعت بر کیلوگرم باشد!

ایرادات

از آنجایی که ما ماشین های الکتریکی را با باتری های روی-هوا رانندگی نمی کنیم، پس معایبی وجود دارد. اولاً، قابل شارژ کردن با چنین عناصری دشوار است کافیچرخه های تخلیه/شارژ در حین کار باتری روی-هوا، الکترولیت به سادگی خشک می شود یا بیش از حد عمیق به منافذ الکترود هوا نفوذ می کند. و از آنجایی که روی ته نشین شده به طور نابرابر توزیع می شود و ساختاری منشعب تشکیل می دهد، اغلب اتصال کوتاه بین الکترودها رخ می دهد.

دانشمندان در حال تلاش برای یافتن راه حل هستند. شرکت آمریکایی ZAI این مشکل را به سادگی با تغییر الکترولیت و افزودن کارتریج های روی تازه حل کرد. به طور طبیعی، این به یک زیرساخت توسعه یافته از ایستگاه های سوخت نیاز دارد، که در آن مواد فعال اکسید شده در کاست آند با روی تازه جایگزین می شود.

و اگرچه بخش اقتصادی این پروژه هنوز مشخص نشده است، سازندگان ادعا می کنند که هزینه چنین "هزینه ای" به طور قابل توجهی کمتر از سوخت گیری یک خودرو با موتور احتراق داخلی است. علاوه بر این، فرآیند تغییر ماده فعال بیش از 10 دقیقه نیاز ندارد. حتی موارد فوق سریع تنها می توانند 50 درصد از پتانسیل خود را در همان زمان پر کنند. سال گذشته، شرکت کره‌ای لئو موتورز قبلاً باتری‌های روی-هوای ZAI را روی کامیون برقی خود به نمایش گذاشته بود.

ورود باتری های فشرده روی-هوا به بازار انبوه می تواند وضعیت بخش بازار منابع کوچک را به طور قابل توجهی تغییر دهد. منبع تغذیه مستقلبرای رایانه های لپ تاپ و دستگاه های دیجیتال.

مشکل انرژی

و در سال های اخیر، ناوگان رایانه های قابل حمل و دستگاه های دیجیتال مختلف به طور قابل توجهی افزایش یافته است که بسیاری از آنها اخیراً در بازار ظاهر شده اند. این روند به دلیل افزایش محبوبیت به طور قابل توجهی تسریع شده است تلفن های همراه. به نوبه خود، رشد سریع در تعداد قابل حمل لوازم برقیباعث افزایش جدی تقاضا برای منابع خودران برق، به ویژه برای انواع مختلف باتری ها و باتری ها شد.

با این حال، نیاز به اطمینان مقدار زیادیدستگاه های قابل حمل با باتری تنها یک طرف مشکل است. بنابراین، با توسعه دستگاه های الکترونیکی قابل حمل، تراکم عناصر نصب و قدرت ریزپردازنده های مورد استفاده در آنها افزایش می یابد - تنها در سه سال، فرکانس ساعت پردازنده های PDA استفاده شده به ترتیبی افزایش یافته است. صفحه نمایش های تک رنگ کوچک با نمایشگرهای رنگی جایگزین می شوند کیفیت بالاو اندازه صفحه نمایش بزرگتر همه اینها منجر به افزایش مصرف انرژی می شود. علاوه بر این، در زمینه الکترونیک قابل حمل، روند روشنی به سمت کوچک سازی بیشتر وجود دارد. با در نظر گرفتن عوامل ذکر شدهکاملاً آشکار می شود که افزایش شدت انرژی، قدرت، دوام و قابلیت اطمینان باتری های مورد استفاده یکی از موارد شرایط ضروریبرای اطمینان از توسعه بیشتر دستگاه های الکترونیکی قابل حمل.

مشکل منابع انرژی خودران تجدید پذیر در بخش رایانه های شخصی قابل حمل بسیار حاد است. فن آوری های مدرنبه شما امکان می دهد لپ تاپ هایی ایجاد کنید که عملاً از نظر عملکرد و عملکرد نسبت به سیستم های دسکتاپ تمام عیار پایین تر نیستند. با این حال، فقدان منابع انرژی مستقل به اندازه کافی کارآمد، کاربران لپ تاپ را از یکی از مزایای اصلی این نوع کامپیوتر - تحرک محروم می کند. یک شاخص خوب برای یک لپ تاپ مدرن مجهز به باتری لیتیوم یونی، عمر باتری حدود 4 ساعت 1 است، اما برای یک کار تمام عیار در محیط موبایلاین به وضوح کافی نیست (به عنوان مثال، پرواز از مسکو به توکیو حدود 10 ساعت طول می کشد، و از مسکو به لس آنجلس - تقریبا 15).

یک راه حل برای مشکل عمر باتری بیشتر برای رایانه های شخصی قابل حمل، انتقال از باتری های متداول نیکل-فلز هیدرید و لیتیوم-یون به سلول های سوخت شیمیایی است. امیدوارکننده ترین از نقطه نظر کاربرد در دستگاه های الکترونیکی قابل حمل و رایانه های شخصی، سلول های سوختی با دمای عملیاتی پایین هستند - مانند PEM (ممبران تبادل پروتون) و DMCF (سلول های سوختی مستقیم متانول). محلول آبی متیل الکل (متانول) 3 به عنوان سوخت برای این عناصر استفاده می شود.

با این حال، در این مرحله، توصیف آینده سلول‌های سوختی شیمیایی منحصراً در جریان است رنگ های صورتیبیش از حد خوش بینانه خواهد بود. واقعیت این است که حداقل دو مانع بر سر راه توزیع انبوه پیل های سوختی در دستگاه های الکترونیکی قابل حمل وجود دارد. اولاً، متانول یک ماده نسبتاً سمی است که به افزایش نیاز به سفتی و قابلیت اطمینان کارتریج های سوخت اشاره دارد. ثانیاً به منظور اطمینان از سرعت عبور قابل قبول واکنش های شیمیاییپیل های سوختی با دمای کار پایین نیاز به استفاده از کاتالیزور دارند. سلول های PEM و DMCF در حال حاضر از کاتالیزورهای ساخته شده از پلاتین و آلیاژهای آن استفاده می کنند، اما منابع طبیعی این ماده اندک و هزینه آن بالاست. از نظر تئوری امکان جایگزینی پلاتین با سایر کاتالیزورها وجود دارد، اما تاکنون هیچ یک از تیم های درگیر در تحقیق در این راستا نتوانسته اند جایگزین قابل قبولی پیدا کنند. امروزه، مشکل پلاتین نامیده می شود، شاید جدی ترین مانع برای استفاده گسترده از سلول های سوختی در رایانه های شخصی قابل حمل و دستگاه های الکترونیکی باشد.

1 این به زمان کارکرد یک باتری معمولی اشاره دارد.

2 اطلاعات بیشتر در مورد پیل های سوختی را می توان در مقاله "پیل های سوختی: یک سال امید"، منتشر شده در شماره 1'2005 یافت.

3 سلول PEM گاز هیدروژن مجهز به مبدل داخلی برای تولید هیدروژن از متانول هستند.

عناصر هوا روی

اگرچه نویسندگان تعدادی از نشریات، باتری‌ها و باتری‌های روی-هوا را یکی از زیرشاخه‌های پیل سوختی می‌دانند، اما این کاملاً درست نیست. پس از آشنایی با دستگاه و اصل عملکرد سلول های روی-هوا، حتی به طور کلی، می توان نتیجه گیری کاملاً بدون ابهام داشت که صحیح تر است که آنها را به عنوان یک کلاس جداگانه از منابع برق مستقل در نظر بگیریم.

طراحی سلول هوای روی شامل یک کاتد و یک آند است که توسط یک الکترولیت قلیایی و جداکننده‌های مکانیکی جدا شده‌اند. یک الکترود انتشار گاز (GDE) به عنوان کاتد استفاده می شود که غشای نفوذ پذیر آن امکان به دست آوردن اکسیژن از هوای اتمسفر در گردش از طریق آن را فراهم می کند. "سوخت" آند روی است که در حین کار عنصر اکسید می شود و عامل اکسید کننده اکسیژن است که از هوای اتمسفر وارد شده از "سوراخ های تنفس" می شود.

در کاتد، یک واکنش کاهش الکتریکی اکسیژن رخ می دهد که محصولات آن یون های هیدروکسید با بار منفی هستند:

O 2 + 2H 2 O + 4e 4OH -.

یون های هیدروکسید در الکترولیت به سمت آند روی حرکت می کنند، جایی که واکنش اکسیداسیون روی با آزاد شدن الکترون ها رخ می دهد که از طریق یک مدار خارجی به کاتد باز می گردند:

Zn + 4OH - Zn(OH) 4 2- + 2e.

Zn(OH) 4 2- ZnO + 2OH - + H 2 O.

کاملاً بدیهی است که سلول های روی-هوا در طبقه بندی پیل های سوختی شیمیایی قرار نمی گیرند: اولاً آنها از یک الکترود مصرفی (آند) استفاده می کنند و ثانیاً سوخت در ابتدا در داخل سلول قرار می گیرد و از خارج تأمین نمی شود. در طول عملیات

ولتاژ بین الکترودهای یک سلول سلول هوای روی 1.45 ولت است که بسیار نزدیک به ولتاژ باتری های قلیایی (قلیایی) است. در صورت لزوم، برای به دست آوردن ولتاژ تغذیه بالاتر، چندین سلول متصل به سری را می توان در یک باتری ترکیب کرد.

روی بسیار رایج است و مواد ارزان قیمت، به طوری که هنگام استقرار تولید انبوه عناصر هوا روی، تولید کنندگان با مواد اولیه مشکلی نخواهند داشت. علاوه بر این، حتی در مرحله اولیههزینه چنین منابع تغذیه کاملا رقابتی خواهد بود.

همچنین مهم است که عناصر هوا روی محصولات بسیار سازگار با محیط زیست هستند. موادی که برای تولید آنها استفاده می شود محیط زیست را مسموم نمی کند و پس از فرآوری قابل استفاده مجدد است. محصولات واکنش عناصر هوا و روی (آب و اکسید روی) نیز برای انسان و محیط زیست کاملا بی خطر هستند - اکسید روی حتی به عنوان جزء اصلی پودر بچه استفاده می شود.

از ویژگی های عملیاتی سلول های روی-هوا، شایان ذکر است مزایایی مانند نرخ تخلیه خود کم در حالت غیرفعال و تغییر کمی در مقدار ولتاژ در حین تخلیه (منحنی تخلیه مسطح).

یکی از معایب عناصر هوا روی، تأثیر رطوبت نسبی هوای ورودی بر ویژگی های عنصر است. به عنوان مثال، برای یک عنصر روی-هوا که برای کار در شرایط رطوبت نسبی هوا 60٪ طراحی شده است، با افزایش رطوبت به 90٪، عمر مفید حدود 15٪ کاهش می یابد.

از باتری گرفته تا باتری

باتری های یکبار مصرف ساده ترین سلول روی-هوا برای اجرا هستند. هنگام ایجاد عناصر هوا روی سایز بزرگو قدرت (به عنوان مثال، طراحی شده برای نیروگاه ها وسیله نقلیه) کاست های آند روی را می توان قابل تعویض ساخت. در این حالت برای تجدید ذخیره انرژی کافی است کاست را با الکترودهای مستعمل خارج کرده و به جای آن یک کاست جدید نصب کنید. الکترودهای مصرف شده را می توان برای استفاده مجدد با روش الکتروشیمیایی در شرکت های تخصصی بازیابی کرد.

اگر ما در مورد باتری های فشرده مناسب برای استفاده در رایانه های شخصی قابل حمل و دستگاه های الکترونیکی صحبت کنیم، اجرای عملی گزینه با کاست های آند روی قابل تعویض به دلیل اندازه کوچک باتری ها غیرممکن است. به همین دلیل است که اکثر سلول های هوای فشرده روی موجود در بازار یکبار مصرف هستند. باتری های یکبار مصرف روی هوا اندازه کوچکتولید شده توسط Duracell، Eveready، Varta، Matsushita، GP و همچنین شرکت داخلی Energia. حوزه اصلی این گونه منابع تغذیه سمعک، ایستگاه های رادیویی قابل حمل، تجهیزات عکاسی و غیره است.

بسیاری از شرکت ها در حال حاضر باتری های یکبار مصرف روی هوا را تولید می کنند.

چندین سال پیش، AER باتری های مسطح روی-هوای Power Slice را برای رایانه های قابل حمل تولید کرد. این موارد برای نوت‌بوک‌های سری Omnibook 600 و Omnibook 800 شرکت Hewlett-Packard طراحی شده‌اند. عمر باتری آنها بین 8 تا 12 ساعت متغیر بود.

در اصل، امکان ایجاد سلول های روی-هوای قابل شارژ (انباشته کننده) نیز وجود دارد که در صورت اتصال در آنها منبع خارجیجریان در آند، واکنش کاهش روی ادامه خواهد یافت. با این حال، اجرای عملی چنین پروژه هایی برای مدت طولانی با مانع مواجه شد. مشکلات جدیبه دلیل خواص شیمیایی روی اکسید روی در یک الکترولیت قلیایی به خوبی حل می شود و به شکل محلول در سراسر حجم الکترولیت توزیع می شود و از آند دور می شود. به همین دلیل، هنگام شارژ شدن از یک منبع جریان خارجی، هندسه آند تا حد زیادی تغییر می کند: روی کاهش یافته از اکسید روی سطح آند به شکل کریستال های نواری (دندریت) به شکل میخ های بلند رسوب می کند. دندریت ها از طریق جداکننده ها سوراخ می شوند و باعث ایجاد اتصال کوتاه در داخل باتری می شوند.

این مشکل با این واقعیت تشدید می شود که برای افزایش قدرت، آندهای سلول های هوا روی از پودر روی خرد شده ساخته می شوند (این امکان افزایش قابل توجهی در سطح الکترود را فراهم می کند). بنابراین، با افزایش تعداد چرخه‌های شارژ-دشارژ، سطح آند به تدریج کاهش می‌یابد. تاثیر منفیبر روی عملکرد عنصر

تا به امروز، Zinc Matrix Power (ZMP) بیشترین موفقیت را در زمینه باتری های فشرده روی-هوا به دست آورده است. کارشناسان ZMP یک فناوری منحصر به فرد روی ماتریس ایجاد کرده اند که به حل مشکلات اصلی در فرآیند شارژ باتری ها کمک می کند. ماهیت این فناوری استفاده از یک اتصال دهنده پلیمری است که نفوذ بدون مانع یون های هیدروکسید را فراهم می کند، اما در عین حال حرکت اکسید روی را که در الکترولیت حل می شود را مسدود می کند. به لطف استفاده از این محلول، می توان از تغییر محسوس در شکل و سطح آند برای حداقل 100 سیکل شارژ-دشارژ جلوگیری کرد.

مزایای باتری های روی-هوا می باشد مدت زمان طولانیکار و شدت انرژی ویژه بالا، حداقل دو برابر بیشتر از بهترین باتری های لیتیوم یون. شدت انرژی ویژه باتری های روی-هوا به 240 وات ساعت در هر کیلوگرم وزن می رسد و حداکثر توان آن 5000 وات بر کیلوگرم است.

به گفته توسعه دهندگان ZMP، امروزه امکان ایجاد باتری های روی-هوا برای دستگاه های الکترونیکی قابل حمل (تلفن های همراه، پخش کننده های دیجیتال و غیره) با ظرفیت انرژی حدود 20 وات ساعت وجود دارد. حداقل ضخامت ممکن چنین منبع تغذیه تنها 3 میلی متر است. نمونه های آزمایشی باتری های روی-هوا برای لپ تاپ ها دارای ظرفیت انرژی 100 تا 200 وات ساعت هستند.

نمونه اولیه باتری هوای روی که توسط Zinc Matrix Power ساخته شده است

یکی دیگر از مزایای مهم باتری های روی-هوا عدم وجود کامل به اصطلاح اثر حافظه است. برخلاف دیگر انواع باتری ها، سلول های روی-هوا را می توان در هر سطح شارژ بدون به خطر انداختن ظرفیت انرژی آنها شارژ کرد. علاوه بر این، برخلاف باتری های لیتیومی، سلول های هوای روی بسیار ایمن تر هستند.

در خاتمه، نمی توان به یک رویداد مهم اشاره کرد که به نقطه شروع نمادین تجاری سازی سلول های هوای روی تبدیل شد: در 9 ژوئن سال گذشته، Zinc Matrix Power رسما امضای یک توافق نامه استراتژیک با شرکت اینتل را اعلام کرد. بر اساس بندهای این توافقنامه، ZMP و اینتل نیروهای خود را در توسعه توسعه خواهند داد تکنولوژی جدیدباتری های قابل شارژ برای لپ تاپ. از جمله اهداف اصلی این کارها افزایش عمر باتری لپ تاپ ها تا 10 ساعت است. طبق برنامه موجود، اولین مدل از نوت بوک های مجهز به باتری روی-هوا باید در سال 2006 به فروش برسد.