Цахилгаан химийн эрчим хүч хадгалах технологи хурдацтай хөгжиж байна. NantEnergy нь цайр-агаарын эрчим хүчний хямд аккумляторыг санал болгож байна.

Калифорнийн тэрбумтан Патрик Соон-Шионг тэргүүтэй NantEnergy компани лити-ионтой харьцуулахад хамаагүй бага өртөгтэй цайрын агаарын батерейг танилцууллаа.

Цайр-агаарын эрчим хүчний аккумлятор

"Хэдэн зуун патентаар хамгаалагдсан" батерей нь эрчим хүчний салбарт эрчим хүч хадгалах системд ашиглах зориулалттай. NantEnergy-ийн мэдээлснээр нэг киловатт цаг нь 100 доллараас бага үнэтэй байдаг.

Цайр-агаарын батерейны төхөөрөмж нь энгийн. Цэнэглэх үед цахилгаан нь цайрын ислийг цайр болон хүчилтөрөгч болгон хувиргадаг. Эс дэх гадагшлуулах үе шатанд цайр нь агаарт исэлддэг. Нэг батерейг хавсаргасан хуванцар хайрцаг, хэмжээ нь үнэт цаасны багцаас нэг их том биш.

Цайр бол ховор металл биш бөгөөд лити-ион батерейтай холбоотой нөөцийн хязгаарлалт нь цайрын агаарын батерейнд нөлөөлдөггүй. Нэмж дурдахад сүүлийнх нь бараг хортой бодис агуулдаггүй орчинэлементүүд, цайр нь маш амархан дахин боловсруулагддаг.

NantEnergy төхөөрөмж нь прототип биш, харин сүүлийн зургаан жилийн хугацаанд "олон мянган өөр байршилд" туршсан үйлдвэрлэлийн загвар гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Эдгээр батерейнууд нь "Ази, Африкийн 200,000 гаруй хүнийг эрчим хүчээр хангаж, дэлхий даяар 1,000 гаруй үүрэн холбооны цамхагт ашиглагдаж байна".

Эрчим хүч хуримтлуулах системийн ийм хямд өртөг нь "цахилгаан сүлжээг бүхэлд нь сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэрт түшиглэн өдөр бүр ажилладаг нүүрстөрөгчгүй систем болгон хувиргах" боломжтой болно.

Цайр-агаарын батерей нь шинэ зүйл биш бөгөөд 19-р зуунд зохион бүтээгдсэн бөгөөд өнгөрсөн зууны 30-аад оноос өргөн хэрэглэгддэг. Эдгээр эрчим хүчний эх үүсвэрүүдийн хэрэглээний гол талбар нь сонсголын аппарат, зөөврийн радио, гэрэл зургийн ... химийн шинж чанарцайр нь цэнэглэдэг батерейг бүтээх явдал байв. Өнөөдөр энэ асуудлыг үндсэндээ даван туулсан бололтой. NantEnergy нь батерей нь гүйцэтгэлийг муутгахгүйгээр цэнэглэх, цэнэггүй болгох мөчлөгийг 1000 гаруй удаа давтах боломжтой болсон.

Компанийн зааж өгсөн бусад үзүүлэлтүүдэд 72 цаг бие даасан байдал, 20 жилийн системийн ашиглалт орно.

Мэдээжийн хэрэг, мөчлөгийн тоо болон бусад шинж чанаруудын талаар тодруулах шаардлагатай асуултууд байдаг. Гэсэн хэдий ч зарим эрчим хүч хадгалах мэргэжилтнүүд технологид итгэдэг. Өнгөрсөн арванхоёрдугаар сард явуулсан GTM-ийн санал асуулгад оролцогчдын найман хувь нь цайрын батерейг эрчим хүч хадгалах систем дэх лити-ионыг орлох технологи гэж нэрлэжээ.

Өмнө нь Теслагийн тэргүүн Илон Маск өөрийн компанийн үйлдвэрлэсэн лити-ион эсийн (эс) үнэ энэ онд 100 доллар/кВт*цагаас доош унаж магадгүй гэж мэдээлж байсан.

Хувьсах сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэр болох нар, салхины эрчим хүчний тархалт хямд эрчим хүч хадгалах технологи дутмаг байгаагаас удааширч (саарах болно) гэж бид байнга сонсдог.

Мэдээжийн хэрэг, энэ нь тийм биш юм, учир нь эрчим хүчний хуримтлал нь эрчим хүчний системийн маневрлах чадварыг (уян хатан байдлыг) нэмэгдүүлэх нэг хэрэгсэл боловч цорын ганц хэрэгсэл биш юм. Үүнээс гадна, бидний харж байгаагаар цахилгаан химийн эрчим хүч хадгалах технологи хөгжиж байна өндөр хувь... нийтэлсэн

Хэрэв танд энэ сэдвээр асуулт байвал манай төслийн мэргэжилтнүүд болон уншигчдаас асуугаарай.

Шинэ бүтээл нь цайр-агаарын химийн гүйдлийн анхдагч эх үүсвэрийн (VTsKhIT) салбарт хамаарах бөгөөд бие даасан эрчим хүчний эх үүсвэр болгон ашиглаж болно. Шинэ бүтээлийн дагуу үйлдвэрлэсний дараа шууд эсвэл ашиглахын өмнө VTSKhIT-д цэнэглэгдсэн шингэн шүлтлэг электролит бүхий VTSKhIT нь эерэг ба сөрөг гүйдэл дамжуулах терминалаар тоноглогдсон бүрээстэй, нэг буюу хэд хэдэн залгуураар хаалттай дүүргэх нүхтэй байдаг. эерэг терминалтай цахилгаанаар холбогдсон хийн тархалтын катодууд "амьсгалах" нүхний систем бүхий хийн камерууд, сөрөг терминалтай холбогдсон цайрын нунтаг шахмал түлш хэлбэрийн цайрын анод, сүвэрхэгээр хийсэн электрод хоорондын тусгаарлагчаар тоноглогдсон. диэлектрик материал, харин анод нь хэд хэдэн хавтгай сүвэрхэг шахмал түлшээр хийгдсэн, хоорондоо харьцангуй зайтай байрлуулсан, цахилгаанаар зэрэгцээ холбогдсон, харин шахмал түлшний онгоцыг катодын гадаргуутай перпендикуляр VTsKhIT-д суурилуулсан. Анодын шахмал түлшийг цайрын нунтаг хуурай шахаж, электролитэд шахмал түлшний хамгийн их нягтралыг хамгийн багадаа 10-20% үлдэгдэл сүвэрхэг бодисоор дүүргэж, электрод хоорондын тусгаарлагчаар ороож хийж болно. Сепаратортой анод шахмал түлш бүрийг Атираат болон цоолсон полимер материалаар хийсэн хоёр аяганы суудалд байрлуулж, аяганы ёроол ба шахмал түлшний гадаргуугийн хооронд хөндий, ёроолд атираат шахмал түлшний чиглэл үүсдэг. аяга нь уртааш тэнхлэгийн өнцөгт байрладаг. VTsKhIT-д цэнэглэгдсэн электролитийн эзэлхүүн нь анод дахь цайрын нийт масстай харьцуулахад 0.4 ÷ 0.6 см 3 / г байна. "Амьсгалах" цоорхойнуудын физик параметрүүдийг (хэсэг, урт) хязгаарлах гүйдлийн утгад үндэслэн сонгосон бөгөөд энэ нь нэрлэсэн цэнэгийн гүйдлийн 3-4 дахин их байдаг. Шүлтлэг электролитэд тэсвэртэй, өндөр сүвэрхэг уян гидрофил материалаар хийсэн капилляр матрицыг шахмал түлш ба катодын хоорондох нүхэнд байрлуулж болно. илүү хэмжээхаягдсан анодын шахмал түлш дэх нүх сүв, нийт нүхний хэмжээ нь VTsKhIT-д цэнэглэгдсэн электролитийн эзэлхүүнээс их байна. Катод нь хялгасан судасны матрицад нягт наалддаг бөгөөд техникийн нүүрстөрөгчийн нунтаг ба хэсэгчилсэн гидрофобжуулсан хольцыг торон дээр дарж хийдэг. идэвхжүүлсэн нүүрс... Шинэ бүтээлийн техникийн үр дүн нь идэвхтэй массын ашиглалтын түвшинг нэмэгдүүлэх явдал юм. 6 х. f-ly, 2 dwg

RF-ийн патентын зураг 2349991

Шинэ бүтээл нь цайр-агаарын химийн гүйдлийн анхдагч эх үүсвэрийн (VTsKhIT) салбарт хамаарах бөгөөд бие даасан эрчим хүчний эх үүсвэр болгон ашиглаж болно.

Мэдэгдэж байгаа анхдагч VTsKhIT нь эерэг электрод (катод) агуулсан нүүрстөрөгчийн хар нунтаг (төө тортог, бал чулуу) ба манганы давхар исэлээс шүлтлэг электролитийн хольцтой шахмал түлшийг шахаж гаргаж авсан ("Лиман" батерей, техникийн үзүүлэлтүүд TU 16-729.374-82, ILEV.563212.003 THAT). Энэхүү мэдэгдэж байгаа VTsKhIT-ийн сул тал нь тасралтгүй цэнэгийн горимд бага гүйдлийн нягтрал юм.

Мэдэгдэж буй VTSKHIT-ээс техникийн мөн чанар, хүрсэн техникийн үр дүн нь үйлдвэрлэсний дараа шууд эсвэл ашиглахын өмнө шууд үүрэнд цэнэглэгдсэн, эерэг ба сөрөг гүйдэл дамжуулах терминалаар тоноглогдсон таглаатай, шингэн шүлтлэг электролит бүхий VTSKHIT юм. мөн бөглөх нүх, нэг буюу хэд хэдэн хийн диффузын катод, эсийн биед герметик суурилуулсан, эерэг терминалтай цахилгаанаар холбогдсон, хийн камер, "амьсгалах" нүхний системээр тоноглогдсон, цайрын анод хэлбэрээр. сөрөг терминалтай холбогдсон цайрын нунтаг шахмал түлш ба сүвэрхэг диэлектрик материалаар хийсэн электрод хоорондын тусгаарлагч (http://www.itpower.co.uk/investire/zmcrep/pdf: WP тайлан "Тасвал сэргээгдэх эрчим хүчийг хадгалах технологийн судалгаа"-г үзнэ үү. ", Хадгалах технологийн тайлан, WPST9-Метал-агаарын систем. Материал 2002. ). Энэхүү VTsKhIT-ийн сул талууд нь:

Анодын шахмал түлшний зузаан (эсвэл масс) -ийг хязгаарлах нь тодорхой утгад хүрсний дараа анодын шахмал түлшний дотор тэнцүү гүйдэл үүсэхэд хүргэдэг бөгөөд энэ нь эсийн үндсэн ялгарах гүйдлээс гадна нэмэлт татан буулгахад хүргэдэг. анодын урд талын бүсэд цайрын агууламж, мөн гүн эсвэл түүний арын давхаргад ижил хэмжээний цайрын цахилгаан химийн тунадас. Цайрын тунадасжилтын бүсэд анодын сүвэрхэг чанар буурч, электролитийн тодорхой агууламж буурдаг. Энэ үзэгдэл нь анодын гүн давхаргад цайрын идэвхгүй байдал, элементийн үйл ажиллагаанаас анодын материалын хэсгүүдийн хэсгийг хаахад хүргэдэг;

Сөрөг электрод дахь анодын материалыг (цайрыг) үр дүнгүй ашиглах нь том хэмжээний тодорхой гадаргуутай цайрын нунтаг хэрэглэснээс үүдэлтэй. Ийм нунтаг нь удаан хугацааны туршид (хэдэн мянган цаг) идэвхтэй анодын материалын ихээхэн хэмжээний (30% хүртэл) үр ашиггүй алдагдахад хүргэдэг өөрөө ялгадас ихэсдэгээрээ ялгагдана.

Шинэ бүтээлийн техникийн үр дүн нь идэвхтэй массын ашиглалтын түвшинг нэмэгдүүлж, үүнээс үүдэн VTsKhIT-ийн тодорхой хүчин чадлыг нэмэгдүүлэх явдал юм.

Тодорхойлсон техникийн үр дүнд цайрын агаар анхдагч байдаг химийн эх үүсвэрҮйлдвэрлэсний дараа шууд эсвэл ашиглахын өмнө VTSKHIT-д цэнэглэгдсэн шингэн шүлтлэг электролит бүхий гүйдэл (VTSKHIT) нь эерэг ба сөрөг гүйдэл дамжуулах терминалаар тоноглогдсон бүрээстэй, нэг буюу хэд хэдэн залгуураар хаалттай дүүргэх нүхтэй, эерэг терминалтай цахилгаанаар холбогдсон, "амьсгалах" нүхний систем бүхий хийн камеруудаар тоноглогдсон хийн диффузийн катодууд, сөрөг терминалтай холбогдсон цайрын нунтаг шахмал түлш хэлбэрийн цайрын анод, электрод хоорондын тусгаарлагч сүвэрхэг диэлектрик материал, харин анод нь хоорондоо харьцангуй зайтай байрлуулсан хэд хэдэн хавтгай сүвэрхэг шахмал түлшээр хийгдсэн, цахилгаанаар зэрэгцээ холбогдсон, харин шахмал түлшний хавтгайг катодын гадаргуутай перпендикуляр VTsKhIT-д суурилуулсан. VTsKhIT-ийн энэхүү хэрэгжилт нь идэвхтэй масс болон тодорхой хүчин чадлын ашиглалтын хурдыг нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог.

Анодын шахмал түлшийг цайрын нунтаг хуурай шахаж, электролитэд өргөсгөгчөөр шахаж, хамгийн багадаа 10-20% үлдэгдэл сүвэрхэгтэй шахмал түлшний хамгийн их нягтралыг хангах хүчин чармайлтаар хийж, электрод хоорондын тусгаарлагчаар ороосон байхыг зөвлөж байна. Ийм шахмал түлш үйлдвэрлэснээр шахмал түлшний гүнд электролитийн урсгалыг хязгаарлаж, улмаар эсийн үйл ажиллагааны явцад цайрын зэврэлтийг багасгах боломжтой болно. Шахмал түлш дэх цайрын гадаргуугийн давхарга нь үйл ажиллагааны элементийн гадагшлуулах процесст хүртээмжтэй хэвээр байна. Анодын шахмал түлш дэх цайрын гадаргуугийн давхарга нь экспандерийн электролитийн хаван үүсэхээс болж энэ бүсийн шахмал түлшний сүвэрхэг чанар нэмэгддэг. Сүвэрхэг чанар нэмэгдэх нь шахмал түлшний гүнд электролитийг цаашид нэвтрүүлэх, анодыг гадагшлуулах үйл явцыг хэвийн болгоход хувь нэмэр оруулдаг. Шахмал түлшний эргэн тойронд тусгаарлагчийг ашиглах нь анодын шахмал түлшийг будахаас сэргийлдэг бөгөөд энэ нь тэлэгч хавдах үед боломжтой байдаг.

Анодын шахмал түлш бүрийг сепаратор бүхий атираат ба цоолсон полимер материалаар хийсэн хоёр аяганы суудалд байрлуулахыг зөвлөж байна, харин аяганы ёроол ба шахмал түлшний гадаргуугийн хооронд хөндий үүсдэг. аяганы ёроол нь аяганы уртааш тэнхлэгийн өнцөгт байрладаг. VTsKhIT дахь шахмал түлшний ийм зохион байгуулалт нь анодыг гадагшлуулах бүх хугацаанд шахмал түлшний дагуух электролитийн хангалттай ионы дамжуулалтыг хадгалахад хувь нэмэр оруулдаг. Энэхүү цахилгаан дамжуулах чанар нь шахмал түлш дэх гүйдлийг тэнцүүлэх нөлөөг арилгах эсвэл эрс багасгаж, VTsKhIT-ийн үйл ажиллагааны явцад анод дахь цайрыг бараг бүрэн ашиглахад хувь нэмэр оруулдаг.

VTsKhIT-д цэнэглэгдсэн электролитийн хэмжээ нь анод дахь цайрын нийт масстай харьцуулахад 0.4 ÷ 0.6 см 3 / г байхыг зөвлөж байна. Практикт тогтоогдсон электролит ба цайрын хоорондох энэхүү харьцаа нь VTsKhIT-ийн эзэлхүүнийг хамгийн их ашиглах эсвэл хамгийн их хүчин чадалд хүрэх боломжийг олгодог.

Нэрлэсэн цэнэгийн гүйдлийг хангадаг "амьсгалах" нүхний физик параметрүүдийг (хэсэг, урт) хязгаарлах цэнэгийн гүйдлийн утгын (1 / 3-1 / 4) гэж тодорхойлохыг зөвлөж байна. Энэ хамаарал нь эсийн ачааллаас гадна гадагшлуулах гүйдлийн утга нь үйл ажиллагааны үүрэнд орж буй хүчилтөрөгчийн хэмжээнээс хамаардаг тул тодорхойлогддог. Катод дахь агаарын дутагдалтай үед хязгаарлах гүйдэл нь тогтмол цахилгаан ачаалалтай үед урсах гүйдэл ба VTsKhIT-ийн хүчдэл нэгэн зэрэг буурах үед үүсдэг. Элемент дэх агаарын хэт их урсгал нь VTsKhIT хүчдэлийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэггүй, харин элементийн хүрээлэн буй орчинтой массын дамжуулалтыг нэмэгдүүлдэг. Энэ тохиолдолд эсийн эргэн тойронд хуурай агаар байвал электролит хатаж, VTsKhIT задрах, эсвэл эргэн тойронд чийгтэй агаар байвал электролит нь атмосферийн чийгийг хэт их шингээж, улмаар электролитийг гадагшлуулахад хүргэдэг. эс. Хоёр тохиолдол хоёулаа VTsKhIT-ийн стандарт биш юм. VTsKhIT-д орох агаарын хэмжээг хэмжих хэмжүүр нь "амьсгалах" нүхний параметрүүд (хэсэг, урт) -аар тодорхойлогддог хязгаарлах гүйдлийн утга юм. Практикт "амьсгалах" нүхний параметрүүдийг өөрчилснөөр хязгаарлах гүйдлийн утгыг сонгосон бөгөөд энэ нь VTsKhIT-ийн нэрлэсэн гүйдэлээс 3-4 дахин их байх ёстой.

VTsKhIT-ийн хувилбар нь цоолсон болон атираат хальсан материалаар хийсэн аяганы оронд шахмал түлш ба катодын хооронд шүлтлэг электролитийн тогтвортой байдалд тэсвэртэй, өндөр сүвэрхэг уян хатан гидрофил материалаар хийсэн капилляр матрицыг байрлуулсан хувилбар юм. Капилляр матриц нь гадагшлуулсан анодын шахмал түлшний нүх сүвний хэмжээнээс том хэмжээтэй байх ба нийт нүхний эзэлхүүн нь VTsKhIT-д цэнэглэгдсэн электролитийн эзэлхүүнээс их байх ёстой. Хэрэв эдгээр нөхцөл хангагдсан бол капилляр (электролит) матрицад электролит байгаа нь VCHIT ялгаралтын аль ч үе шатанд электролитийн өндөр дамжуулалт, анод шахмал түлш дэх электролитийн оновчтой тодорхой хэмжээг (0.4) хангахуйц хэмжээгээр хангана. -0.6 см 3 / г).

Капилляр матрицыг ашиглах гол онцлог нь хийн камерыг анодоос герметик байдлаар тусгаарлахгүйгээр катодыг үүрэнд суулгах боломж юм. Гидрофиль электролитийн матриц нь хялгасан судасны даралтын хүчнээс үүдэлтэй (гидрофиль матрицад даралт нь сөрөг байдаг), электролит нь бүхэлдээ матрицад агуулагддаг бөгөөд үүнээс урсдаггүй бөгөөд ингэснээр түүний хийн камерт байхгүй байхыг баталгаажуулдаг. катодууд ба VCHIT руу агаарын чөлөөтэй урсах боломж.

Эсийн анодын камерт чөлөөт электролит байхгүй байгаа нь шингэнийг блоклох гидрофобик давхарга байхгүй катодыг ашиглах боломжийг олгодог. Ийм катод нь зөвхөн идэвхтэй давхаргатай бөгөөд үүн дээр агаар дахь хүчилтөрөгчийн бууралтын цахилгаан химийн урвал явагддаг. Катод нь хялгасан судасны матрицад нягт наалддаг бөгөөд торон дээр нүүрстөрөгчийн хар ба идэвхжүүлсэн нүүрсээс бүрдсэн хэсэгчилсэн гидрофобжуулсан хольцыг дарснаар хийгдсэн байхыг зөвлөж байна. Энэ төрлийн электродууд нь бага зузаантай байдаг бөгөөд энэ нь анодын камерын эзэлхүүнийг нэмэгдүүлэх, улмаар VTsKhIT-ийн хүчин чадлыг нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог.

Урлагийн өмнөх үеийн дүн шинжилгээ нь нэхэмжлэлд тусгагдсан үндсэн шинж чанаруудын мэдүүлсэн багц тодорхойгүй болохыг харуулсан. Энэ нь "шинэлэг" гэсэн шалгуурыг хангасан гэж дүгнэх боломжийг бидэнд олгодог.

Нэхэмжлэгдсэн шинэ бүтээл нь "шинэ бүтээлийн үе шат"-ын шалгуурт нийцэж байгаа эсэхийг шалгахын тулд нэхэмжилсэн техникийн шийдлийн прототипийн ялгах шинж чанаруудтай давхцаж буй шинж чанаруудыг тодорхойлохын тулд мэдэгдэж буй техникийн шийдлүүдэд нэмэлт хайлт хийсэн. Нэхэмжлэгдсэн техникийн шийдэл нь өмнөх үеийнхээс тодорхой дагаагүй болох нь тогтоогдсон. Иймээс зарласан шинэ бүтээл нь "шинэ бүтээх алхам"-ын шалгуурыг хангасан байна.

Шинэ бүтээлийн мөн чанарыг зураг төсөл, VTsKhIT-ийн дизайны тайлбараар дүрсэлсэн болно.

Зураг 1-д санал болгож буй шинэ бүтээлийн дагуу хийгдсэн VTsKhIT-ийн загварыг харуулав.

Капилляр матриц бүхий VTsKhIT-ийн дизайны өөрчлөлтийг 2-р зурагт үзүүлэв.

Катодууд (2) нь эсийн биенд (1) эсрэг талын хананд бэхлэгдсэн байдаг. Катодуудын загвар нь мөн прототип катодуудтай төстэй юм. Эс доторх катодууд нь эсийн дотор идэвхтэй давхаргатай байрладаг. Тэдгээрийг эсийн биед суурилуулсан бөгөөд ингэснээр биеийн хана ба катодын хооронд тасалгаанууд (16) үүсдэг. Эдгээр камерууд нь катодын бүх гадаргуу дээр агаарыг жигд хуваарилахад зайлшгүй шаардлагатай. Агаарын камер бүр нь доод ба дээд хэсэгт байрлах дор хаяж хоёр "амьсгалах" нүхээр (13) хүрээлэн буй орчны агаар мандалтай холбогддог. Агаарын камер дахь катод ба элементийн хананы хооронд зай (4) суурилуулсан бөгөөд энэ нь дотоод даралтын нөлөөгөөр катодыг гулзайлгахаас сэргийлдэг. Катодын идэвхтэй давхарга нь электрод хоорондын тусгаарлагчаар (3) анодтой харьцахаас хамгаалагдсан байдаг. Цайрын нунтаг ба өргөсгөгч (цардуул, карбоксиметил целлюлоз, карбопол) -ийг хуурай шахах замаар хийсэн анод шахмал түлш (6) нь шахмал түлш бүрийн дунд байрладаг одоогийн коллектороор (15) тоноглогдсон байдаг. Шахмал түлш бүрийг нэхмэл бус полипропилен гэх мэт диэлектрик материалаар хийсэн сүвэрхэг тусгаарлагчаар (7) ороосон байна. Анодын шахмал түлшийг элементийн дотоод эзэлхүүнд босоо байдлаар хооронд нь зай завсараар суурилуулсан бөгөөд катодын гадаргуутай перпендикуляр байрладаг. Анодын шахмал түлш (6) тус бүрийг тусгаарлагч (7) бүхий Атираат ба цоолсон полимер материалаар хийсэн хоёр аяганд (14) байрлуулсан бөгөөд тэдгээр нь шахмал түлшийг байрлуулах суудалтай гадаргуутай, доод ба хоёр хэсгийн хооронд тасалгаа үүсгэдэг нэмэлт хөндийтэй байдаг. шахмал түлшний гадаргуу; аяганы ёроолд байрлах долгионы чиглэл нь түүний уртааш тэнхлэгт (12) (ойролцоогоор 45 °) өнцгөөр байрлана. Аяганы хөндийн гүн нь аяганд анодын шахмал түлшийг элементийн дотоод эзэлхүүнтэй нягт савлах боломжийг олгодог (5).

Дээрээс нь анодын шахмал түлш нь дотоод таглаатай (8) хучигдсан байдаг. Бүхэл бүтэн элемент нь бүрхэвч (9) -ээр тоноглогдсон бөгөөд үүн дээр электродуудын гүйдэл дамжуулагч, дүүргэх залгуур (11), электролитийн түвшний шингэн тогтворжуулагч (10) байдаг. Бүрхүүл (9) нь эсийн биед герметик байдлаар суурилагдсан. Элементийн загвар нь түүнийг нөөцлөх боломжийг олгодог. VTSKhIT нь хуурай цэнэгээр хийгдсэн бөгөөд шингэн шүлтлэг электролитээр дүүргэх залгуураар дүүргэж жолооддог. Битүүмжилсэн "амьсгалах" нүхтэй электролитгүй бол эсийг хэдэн жилийн турш чанараа алдалгүйгээр хадгалах боломжтой. VTSKHIT нь дараах байдлаар ажилладаг. Цооногийг бөглөх нүхээр дүүргэж, залгуураар (11) хааж, шингэн шүлтлэг электролитээр дүүргэж, "амьсгалах" нүхийг нээж хадгалсны дараа эсийн гаралтын терминал дээр хүчдэл гарч ирнэ.

Элементийг цэнэггүй болгоход асаалттай үед электродууд дээр цахилгаан химийн урвал явагдах бөгөөд эдгээрийг шинэ бүтээлийн оршил хэсэгт тайлбарласан болно. "Амьсгалах" нүхээр хүрээлэн буй орчноос агаар эхлээд катодын хийн камерт орж, дараа нь гидрофобик шингэнийг хаах давхаргын нүхээр дамжин тархах замаар хүчилтөрөгч ионжсон идэвхтэй давхарга руу нэвтэрдэг. Агаарын хүнд бүрэлдэхүүн хэсэг болох хүчилтөрөгчийн хэрэглээний улмаас агаарын найрлага өөрчлөгдөж, нягтрал нь буурдаг. Үүний улмаас катодын хийн камерт доороос дээш конвектив агаарын урсгал үүсдэг. Яндангийн агаар нь дээд "амьсгалах" нүхээр гарч ирдэг бөгөөд түүнийг солихын тулд цэвэр агаарын нэг хэсгийг доод "амьсгалах" нүхээр дамжуулан тасалгаанд сордог. Тиймээс катод дахь хүчилтөрөгчийн хэрэглээ нь цахилгаан химийн урвалын бүсэд агаарын шинэ хэсгүүдийг тасралтгүй нийлүүлэх боломжийг олгодог. "Амьсгалах" нүхний өөр нэг систем боломжтой бөгөөд энэ нь эсийн бүрхэвч эсвэл эсийн биеийн дээд түвшинг ашигладаг. Энэ системд Цэвэр агааркатодын хийн камерт байрлах хоолойгоор дамжуулан элемент рүү соруулж, бүрхэвч эсвэл орон сууцны дээд хэсэгт байрлах нүхийг катодын хийн камерын доод түвшинтэй холбодог. Гаралтын цэгүүд нь бүрхэвч эсвэл орон сууцны дээд хэсэгт байрладаг. Энэ систем дэх катодын камер дахь агаарын конвектив хөдөлгөөн нь өмнөхтэй төстэй байх болно. Конвектив агаарын урсгалын эрчмийг эсийн ялгаралын цахилгаан химийн урвалаар хүчилтөрөгчийн шингээлтийн хурдаар тодорхойлно, өөрөөр хэлбэл. гадагшлуулах гүйдлийн хэмжээ. Тиймээс гадагшлуулах гүйдэл ба конвектив агаарын урсгалын хэмжээ хоёрын хооронд автомат холбоосыг хангадаг. Энэ харилцааны зэрэг нь "амьсгалах" нүхний урсгалын эсэргүүцэл (диаметр ба урт) -аар тодорхойлогддог. Эдгээр нүхний хөндлөн огтлолын хангалтгүй байдал нь конвектив агаарын урсгалыг удаашруулж, хүчилтөрөгчийн хэмжээг хязгаарлах эсвэл үүнтэй адилаар эсийн гадагшлуулах гүйдлийн утгыг хязгаарлах болно. Нүхний хөндлөн огтлол нь нэрлэсэн хэмжээнээс их байвал гадагшлуулах гүйдлийн утга нэмэгдэхгүй, харин конвекцийн урсгалын эрч хүч нэмэгдэж, түүнтэй хамт элементийн хүрээлэн буй орчинтой массын солилцооны эрч хүч нэмэгдэнэ. Үүний үр дүнд эсийн электролитийн хэмжээ өөрчлөгдөж болно. Хэрэв орчны чийгшил дундаж (тооцсон) хэмжээнээс дээш байвал энэ нь нэмэгдэх эсвэл хуурай уур амьсгалд буурах болно. "Амьсгалах" нүхний физик параметрүүдийг (хэсэг, урт) эмпирик байдлаар хязгаарлах гүйдлийн утгыг үндэслэн сонгосон бөгөөд энэ нь нэрлэсэн цэнэгийн гүйдэлээс 3-4 дахин их байх ёстой.

Хязгаарлалтын гүйдлийн утгыг тогтмол эсэргүүцлийн цэнэгийн дор байгаа элементийн хүчдэл тогтворжихгүй, харин монотоноор буурдаг байдлаар тодорхойлно.

Анод дээр катодуудтай хамгийн ойр байрлах цайрын хэсгүүд исэлддэг. Энэ процесстой зэрэгцэн тэлэгч хэсгүүд нь электролиттэй харилцан үйлчилдэг. Экспандер нь электролитэд хавдаж, эзэлхүүнийг нэмэгдүүлнэ. Хавдсан тэлэгч хэсгүүд нь зэргэлдээх цайрын хэсгүүдийг түлхэж, орон нутгийн электролитийн агууламжийг нэмэгдүүлж, улмаар хуримтлагдсан ялгадас бүтээгдэхүүн болох цайрын ислийн сөрөг нөлөөг бууруулдаг. Цайрын исэл нь цайраар хэт ханасан үед ялгарах бүсэд электролитийн уусмалаас тунадас үүсгэдэг. Анодын шахмал түлш нь байгалийн хамгийн их нягтралдаа хүрэх хүртэл даралтаар дарагдсан тул анодын шахмал түлшний дотоод хэсгүүдэд электролит хүрэх боломжгүй байдаг. Эдгээр "хуурай" хэсгүүд нь электролиттэй харьцдаггүй тул идэмхий процесст ордоггүй. Зэврэлтийн процессыг багасгах нэмэлт нөлөө нь хайлмал шүрших замаар олж авсан цайрын нунтаг ашиглах явдал юм. Ийм нунтаг нь тодорхой гадаргуугийн том талбайтай байдаггүй тул тэдгээрийн электролиттэй харилцан үйлчлэлийн хурдыг маш дутуу үнэлдэг. Анодын гадагшлуулах үйл явц нь тэдгээрийн гаднах давхаргад ордог бөгөөд энэ нь электролит дахь тэлэгч хавдсаны улмаас хэмжээ нэмэгдэж, аяганы хөндийг аажмаар дүүргэдэг. Анодын гадагшлуулах бүс гүнзгийрэх тусам цэнэггүй болсон бүсийн нүх сүв дэх электролитийн эсэргүүцэл нэмэгддэг. Цутгасан бүсийн нүх сүвээр дамжин өнгөрөх урсгалтай зэрэгцээ чөлөөт электролитээр дүүргэсэн шахмал түлшний хооронд цоорхой бий. Энэ тохиолдолд анодын шахмал түлшний гаднах гадаргуу нь гадагшлуулах процесстой холбогдож, тэдгээрийн гадагшлах урсгал нь гаднах гадаргуугаас шахмал түлш рүү урсах байдлаар анодын шахмал түлшинд ионы ялгаруулах гүйдлийг хуваарилдаг. Шахмал түлшний зузаан нь нийт хэмжээнээс бага тул шахмал түлшний захаас төв рүү цутгадаг. Энэ нөлөө нь шахмал түлш дэх цайрыг бүрэн гадагшлуулах нөхцлийг бүрдүүлдэг. Хязгаарт өргөжиж буй анодын шахмал түлш нь аяганы бүх эзэлхүүнийг дүүргэдэг. Атирааг аяганы тэнхлэгт налуу байрлуулснаар зэргэлдээх аягануудын хооронд хамгийн бага зайг бий болгож, атираатны өндрөөс хоёр дахин их байх болно. Аяганы атираат ёроолын хөшүүн чанар нь шахмал түлшинд цайрыг бүрэн гадагшлуулах хүртэл шахмал түлшний хоорондох хамгийн бага зайг хадгалахад хангалттай. Энэ завсар дахь электролитийн дамжуулалт нь шахмал түлшний урсацын горимыг урдаас төв рүү чиглүүлдэг. Анодын шахмал түлшний дээш тэлэлт нь дотоод бүрээсээр хязгаарлагддаг (8). Энэхүү бүрхэвч нь эсийн дээд хэсэгт чөлөөт орон зайг хадгалдаг бөгөөд үүнд электролитийн нэмэлт эзэлхүүн хуримтлагдаж, жишээлбэл, электролит нь агаар мандлаас усны уурыг шингээж авснаас болж үүсдэг. эсийн зориулалтын талбайн хувьд тооцоолсон хэмжээнээс өндөр харьцангуй чийгшил.

Сепаратор бүхий анод шахмал түлшийг аяганд хийж байрлуулсан элементийн дизайны нэг хувилбар нь шүлтлэг электролитэд тогтвортой, өндөр сүвэрхэг уян гидрофил материалаар хийгдсэн капилляр матрицыг 2-р зурагт үзүүлсэн капилляр матрицтай загвар юм. шахмал түлш болон катодын хоорондох зайнд байрлуулсан бөгөөд нүх нь гадагшлуулсан шахмал түлшний нүхний хэмжээнээс том хэмжээтэй, нүхний эзэлхүүн нь үүрэнд цэнэглэгдсэн электролитийн эзэлхүүнээс их байна. Капилляр матрицыг (14) анодын шахмал түлшний (6) хооронд байрлуулж, эсийн ажиллахад шаардагдах электролитийн бүх эзэлхүүнийг хадгална.

Матриц дахь электролит нь капиллярын хүчээр хадгалагддаг. Капилляр матрицыг ашиглах нь одоогийн эх үүсвэрийн найдвартай байдлыг нэмэгдүүлдэг, учир нь энэ тохиолдолд катодын битүүмжлэлийг зөрчсөний улмаас катодын хийн камерт орж болох электролитээр хийн камерыг дүүргэх үндсэн боломж бий. элемент дэх нэгж, хасагдсан байна. Хийн камерыг электролитээр дүүргэх үед түүний "амьсгалах" нээлхийг хааж, катод руу агаар орохыг зогсооно. Катод дахь хүчилтөрөгчийн дутагдал нь одоогийн үүсэх цахилгаан химийн процессыг зогсоож, улмаар эсийг унтраадаг. Матрицын материал нь цахилгаан дамжуулах чадваргүй бөгөөд электролиттэй химийн харилцан үйлчлэлцдэггүй. Энэ нь мөн шахалтын хүчний нөлөөн дор матрицыг уян харимхай хэлбэрт оруулах боломжийг олгодог. Матриц дахь нүх сүвний хэмжээ нь нэг талаас, эсийн дээд хэсэгт байрлах электролитийн эзэлхүүнийг цайрын шахмал түлшний зэргэлдээ хэсгүүдийг гадагшлуулах боломжийг хангахуйц хэмжээнд байлгах ёстой. түүний нүхнүүд нь анодын шахмал түлшний хаягдал бүсэд үүссэн том нүхнүүд байх ёстой. Хэрэв эдгээр нөхцөл хангагдсан бол системийн ионы дамжуулалт хадгалагдана: капилляр матриц нь шахмал түлшний аль ч түвшинд анодын шахмал түлш юм. Цэнэглэх явцад өргөжиж буй анодын шахмал түлш нь капиллярын матрицыг шахаж, электролитийг матрицаас шахаж шахдаг. Энэ процесс нь хамтарсан сүвэрхэг матриц-шахмал түлшний систем дэх электролитийн эзэлхүүний тогтвортой байдлыг хангадаг. Капилляр матрицыг ашиглах үед катодыг эсийн биед чөлөөтэй (герметикээр битүүмжлэхгүй) суулгаж, матрицад нягт нийцэж болно. Капилляр матрицын шинж чанарыг ашиглан электролитийг шингээхийн тулд капилляр матрицтай нягт зэргэлдээх катодыг ашиглах боломжтой бөгөөд энэ нь техникийн нүүрстөрөгчийн нунтаг ба идэвхжүүлсэн нүүрсээс бүрдсэн хэсэгчилсэн гидрофобжуулсан хольцыг торон дээр дарж болно. Ийм электродыг үйлдвэрлэхэд хялбар бөгөөд элементийн үйл ажиллагааны явцад багагүй идэвхтэй байдаг. Электролитийн алдагдал байхгүй нь физик үзэгдлийг бий болгодог - капилляр даралт нь гидрофил матрицын хувьд сөрөг утгатай байдаг. Капилляр массивыг ашиглах нь Атираат болон цоолсон аяганы хэрэгцээг арилгадаг. Элементийг гадагшлуулах явцад электролит нь сүвэрхэг орчны системийн хялгасан судасны тэнцвэрт байдлын физик хуулийн дагуу матрицад байнга хадгалагдаж, тэдгээрийн ялгаралттай (өсөлтийн зэрэг) пропорциональ анод шахмал түлшинд өгдөг. эзлэхүүн). Өндөр сүвэрхэг матриц дахь электролитийн эсэргүүцэл нь анодын цэнэггүй хэсгийн нүхний эсэргүүцэлээс бага байна. Ийм учраас анодын шахмал түлшний гаднах гадаргууг гадагшлуулах процесст холбож, гадагшлуулах урсгал нь гаднах гадаргуугаас шахмал түлш рүү урсах үед ялгарах ионы гүйдэл нь чөлөөт электролит бүхий үүрнүүдийн нэгэн адил анодын шахмал түлш дээр тархдаг. . Шахмал түлшний зузааныг харьцангуй бага хэмжээгээр сонгосон тул тэдгээрийн ялгаралт нь өндөр коэффициенттэй бараг бүрэн явагддаг. ашигтай хэрэглээцайр (KPI). KPI-ийн бараг хүрсэн утга нь 0.92-0.95 түвшинд байна. Энэхүү шинэ бүтээлд заасан цайрын агаарын элементийн дизайны бүх шинж чанарыг ашиглах том хүчин чадалтай 500 Wh / kg ба 1100 Wh / L хүртэлх эрчим хүчний тодорхой түвшинд хүрдэг.

Дээр дурдсан зүйлс дээр үндэслэн зарласан VTsKhIT-ийг зарласан техникийн үр дүнд хүрэх замаар практикт хэрэгжүүлэх боломжтой гэж дүгнэж болно. Энэ нь "үйлдвэрлэлийн хэрэглээ" гэсэн шалгуурыг хангасан.

Нэхэмжлэх

1. Үйлдвэрлэсний дараа шууд буюу хэрэглэхийн өмнө шууд ВЦХИТ-д цэнэглэгдсэн, эерэг ба сөрөг гүйдэл дамжуулах терминалаар тоноглогдсон таглаатай, дүүргэх нүхтэй, шингэн шүлтлэг электролит бүхий цайр-агаарын анхдагч химийн гүйдлийн эх үүсвэр (ВЦХИТ). залгуур, нэг буюу хэд хэдэн хийн диффузийн катод, эерэг терминалтай цахилгаанаар холбогдсон ба "амьсгалах" нүхний систем бүхий хийн камеруудаар тоноглогдсон, сөрөг терминалтай холбогдсон цайрын нунтаг шахмал түлш хэлбэрийн цайрын анод, ба сүвэрхэг диэлектрик материалаар хийсэн электрод хоорондын сепаратор нь анодыг хэд хэдэн хавтгай сүвэрхэг шахмал түлшээр хийж, хоорондоо харьцангуй зайтай байрлуулж, цахилгаанаар зэрэгцүүлэн холбож, шахмал түлшний хавтгайг VTsKhIT-д перпендикуляр суурилуулсан гэдгээрээ онцлогтой. катодын гадаргуу.

2. Нэхэмжлэлийн 1-д заасны дагуу VTsKhIT нь анод шахмал түлшийг цайрын нунтаг хуурай шахаж, электролитэд тэлэгч шахмал түлшний хамгийн их нягтыг хамгийн багадаа 10% -20% үлдэгдэл сүвэрхэг чанараар хангаж, ороосон байдлаар хийдэг онцлогтой. электрод хоорондын тусгаарлагчид.

3. 1-р зүйлд заасны дагуу ВЦХИТ, ялгагчтай анод шахмал түлш бүрийг Атираат ба цоолсон полимер материалаар хийсэн хоёр аяганы суудалд байрлуулж, аяганы ёроол ба шахмал түлшний гадаргуугийн хооронд хөндий үүссэнээр тодорхойлогддог. , аяганы ёроолд байрлах corrugations-ийн чиглэл нь түүний уртааш тэнхлэгтэй өнцөгтэй байна.

4. 1-р зүйлийн дагуу VTsKhIT, VTsKhIT-д цэнэглэгдсэн электролитийн эзэлхүүн нь анод дахь цайрын нийт масстай харьцуулахад 0.4 ÷ 0.6 см 3 / г байхаар тодорхойлогддог.

5. 1-р зүйлийн дагуу VTsKhIT нь "амьсгалах" нүхний физик үзүүлэлтүүдийг (хэсэг, урт) хязгаарлах гүйдлийн утгыг үндэслэн сонгосон бөгөөд энэ нь нэрлэсэн гүйдэл 3-4 дахин их байдаг.

6. 1-р зүйлийн дагуу ВЦХИТ-ийн онцлог нь өндөр сүвэрхэг, уян харимхай, шүлтлэг электролитэд тэсвэртэй, гидрофиль материалаар хийгдсэн капилляр матрицыг шахмал түлш ба катодын хоорондох цоорхойд байрлуулсан бөгөөд нүхний хэмжээ нь 1-ээс том байна. хаягдсан анодын шахмал түлш дэх нүх сүвний хэмжээ, нийт эзэлхүүний нүхнүүд нь VTsKhIT-д цэнэглэгдсэн электролитийн эзэлхүүнээс их байна.

7. 1 ба 6-д заасны дагуу VTsKhIT нь катод нь хялгасан судасны матрицад нягт наалддаг ба техникийн нүүрстөрөгч болон идэвхжүүлсэн нүүрсээс бүрдсэн хэсэгчилсэн гидрофобжуулсан хольцыг торон дээр дарж хийгдсэнээр тодорхойлогддог.

Урт хугацааны хамрах хүрээ цайрын агаарын батерейанагаах ухаанаас хэтрээгүй. Өндөр хүчин чадалтай ба урт хугацааныүйлчилгээ (идэвхгүй) нь нэг удаагийн сонсголын аппаратын батерейг саадгүй эзлэх боломжийг олгосон. Гэвч сүүлийн жилүүдэд автомашин үйлдвэрлэгчдийн зүгээс энэ технологийг сонирхох нь ихэссэн. Зарим нь литийн өөр хувилбар олдсон гэж үздэг. Тийм юм уу?

Цахилгаан тээврийн хэрэгслийн цайр-агаарын батерейг дараах байдлаар байрлуулж болно: электродуудыг тасалгаанд хуваасан тасалгаанд оруулж, агаарын хүчилтөрөгчийг шингээж, багасгадаг, мөн тусгай зөөврийн кассетаар дүүргэдэг. хэрэглээнийанод, энэ тохиолдолд цайрын мөхлөг. Сөрөг ба эерэг электродуудын хооронд тусгаарлагчийг байрлуулна. Электролит болгон ашиглаж болно усны уусмалкалийн гидроксид, эсвэл цайрын хлоридын уусмал.

Катализаторын тусламжтайгаар гаднаас орж буй агаар нь усан электролитийн уусмал дахь гидроксил ионыг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь цайрын электродыг исэлдүүлдэг. Энэ урвалын үед электронууд ялгарч, цахилгаан гүйдэл үүсгэдэг.

Давуу тал

Зарим тооцоогоор дэлхийн цайрын нөөц 1.9 гигатонн орчим байдаг. Хэрэв бид дэлхийн цайрын металлын үйлдвэрлэлийг одоо эхлүүлбэл хэдхэн жилийн дараа тус бүр нь 10 кВт*цаг хүчин чадалтай нэг тэрбум цайрын агаарын батерейг угсрах боломжтой болно. Жишээлбэл, одоогийн литийн олборлолтын нөхцөлд ижил хэмжээний хөрөнгийг бий болгоход 180 гаруй жил шаардлагатай. Мөн цайрын олдоц нь батерейны үнийг бууруулахад тусална.

Хаягдал цайрыг ил тод дахин боловсруулах схем бүхий цайрын агаарын эсүүд нь байгаль орчинд ээлтэй бүтээгдэхүүн байх нь маш чухал юм. Энд ашигласан материал нь байгаль орчныг бохирдуулахгүй бөгөөд дахин боловсруулах боломжтой. Цайр-агаарын шим тэжээлийн урвалын бүтээгдэхүүн (цайрын исэл) нь хүн болон хүрээлэн буй орчинд туйлын аюулгүй байдаг. Цайрын ислийг хүүхдийн нунтагны үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг болгон ашигладаг нь дэмий хоосон зүйл биш юм.

Цахилгаан машинуудыг энэ технологийг тэсэн ядан хүлээж байгаа гол давуу тал нь өндөр нягтралтайэрчим хүч (ли-ионоос 2-3 дахин их). Цайр-Агаарын эрчим хүчний хэрэглээ аль хэдийн 450 Вт * ц / кг хүрч байгаа боловч онолын нягтрал нь 1350 Вт * ц / кг байж болно!

Алдаа дутагдал

Цайрын агаарын батерейтай цахилгаан машин жолооддоггүй учраас сул тал бас бий. Нэгдүгээрт, ийм элементүүдийг цэнэглэх боломжтой болгоход хэцүү байдаг хангалттайцэнэглэх / цэнэглэх мөчлөг. Цайрын агаарын зайг ажиллуулах явцад электролит нь зүгээр л хатаж эсвэл агаарын электродын нүхэнд хэт гүн нэвтэрдэг. Мөн хуримтлагдсан цайр нь жигд бус тархаж, салаалсан бүтэц үүсгэдэг тул электродуудын хооронд богино холболт үүсдэг.

Эрдэмтэд үүнээс гарах арга замыг хайж байна. Америкийн ZAI компани энэ асуудлыг зүгээр л электролитийг сольж, цайрын шинэ хайрцаг нэмж оруулснаар энэ асуудлыг шийдсэн. Мэдээжийн хэрэг, энэ нь анодын кассет дахь исэлдсэн идэвхтэй материалыг шинэ цайраар солих шатахуун түгээх станцуудын сайн хөгжсөн дэд бүтцийг шаарддаг.

Төслийн эдийн засгийн бүрэлдэхүүн хэсэг хараахан боловсруулагдаагүй байгаа ч үйлдвэрлэгчид ийм "цэнэглэх" зардал нь дотоод шаталтат хөдөлгүүртэй машиныг цэнэглэхээс хамаагүй бага байх болно гэж үйлдвэрлэгчид мэдэгджээ. Үүнээс гадна идэвхтэй материалыг өөрчлөх үйл явц нь 10 минутаас ихгүй хугацаа шаардагдана. Энэ хугацаанд маш хурдан хүмүүс ч гэсэн боломжийнхоо 50 хувийг л нөхөх боломжтой. Өнгөрсөн жил Солонгосын Лео Моторс компани цахилгаан ачааны машин дээрээ ZAI цайрын агаарын батерейг аль хэдийн үзүүлжээ.

Компакт цайрын агаарын батерейны зах зээлд гарах нь жижиг эрчим хүчний зах зээлийн сегментийг эрс өөрчилж чадна бие даасан цахилгаан хангамжзөөврийн компьютер болон дижитал төхөөрөмжүүдэд зориулагдсан.

Эрчим хүчний асуудал

Сүүлийн жилүүдэд зөөврийн компьютер болон төрөл бүрийн дижитал төхөөрөмжүүдийн флот ихээхэн өссөн бөгөөд тэдгээрийн ихэнх нь зах зээлд саяхан гарч ирсэн. Олны танил болсонтой холбоотойгоор энэ үйл явц мэдэгдэхүйц хурдассан гар утас... Хариуд нь зөөврийн тоо хурдацтай өсч байна электрон тоног төхөөрөмжЭнэ нь бие даасан цахилгаан эрчим хүчний эх үүсвэр, ялангуяа янз бүрийн төрлийн батерей, аккумляторын эрэлт хэрэгцээг эрс нэмэгдүүлсэн.

Гэсэн хэдий ч хангах шаардлагатай байна их хэмжээнийбатерейтай зөөврийн төхөөрөмжүүд нь асуудлын зөвхөн нэг тал юм. Ийнхүү зөөврийн электрон төхөөрөмж хөгжихийн хэрээр элементүүдийн угсралтын нягтрал, тэдгээрт хэрэглэгддэг микропроцессоруудын хүч нэмэгдэж байна - ердөө гуравхан жилийн дотор ашигласан PDA процессоруудын цагийн давтамж нь дарааллаар нэмэгдсэн байна. Жижиг монохром дэлгэцийг өнгөт дэлгэцээр сольж байна өндөр нарийвчлалтайболон томруулсан дэлгэцийн хэмжээ. Энэ бүхэн нь эрчим хүчний хэрэглээг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Нэмж дурдахад зөөврийн электроникийн салбарт цаашид жижигрүүлэх хандлага тодорхой байна. Бодлоготойгоор дээрх хүчин зүйлүүдАшигласан батерейны эрчим хүч, хүч чадал, бат бөх чанар, найдвартай байдлыг нэмэгдүүлэх нь тодорхой хүчин зүйлүүдийн нэг юм. зайлшгүй нөхцөлзөөврийн электрон төхөөрөмжийн цаашдын хөгжлийг хангах.

Зөөврийн компьютерийн сегментэд бие даасан эрчим хүчний хангамжийн сэргээгдэх эх үүсвэрийн асуудал маш хурцаар тавигдаж байна. Орчин үеийн технологифункциональ төхөөрөмж, гүйцэтгэлийн хувьд бүрэн хэмжээний ширээний системээс бараг дутахгүй зөөврийн компьютер бүтээх боломжийг танд олгоно. Гэсэн хэдий ч бие даасан цахилгаан хангамжийн хангалттай үр дүнтэй эх үүсвэр байхгүй байгаа нь зөөврийн компьютерын хэрэглэгчдийг энэ төрлийн компьютерийн гол давуу талуудын нэг болох хөдөлгөөнт байдлаас холдуулж байна. Лити-ион батерейгаар тоноглогдсон орчин үеийн зөөврийн компьютерын сайн үзүүлэлт бол батерейны ашиглалтын хугацаа 4 цаг 1, гэхдээ бүрэн ажиллагаатай ажиллахад зориулагдсан. хөдөлгөөнт нөхцөлЭнэ нь хангалттай биш (жишээлбэл, Москвагаас Токио руу нисэхэд 10 цаг, Москвагаас Лос Анжелес хүртэл бараг 15 цаг зарцуулдаг).

Зөөврийн компьютерийн батерейны ашиглалтын хугацааг нэмэгдүүлэх асуудлыг шийдэх нэг хувилбар бол одоо өргөн тархсан никель-металл гидрид ба лити-ион батерейгаас химийн түлшний эсүүд 2 руу шилжих явдал юм. PEM (Протон солилцооны мембран) ба DMCF (Шууд метанол түлшний эсүүд) зэрэг бага температурт ажилладаг түлшний эсүүд нь зөөврийн электрон төхөөрөмж болон компьютерт хэрэглэхэд хамгийн ирээдүйтэй юм. Метилийн спирт (метанол) 3-ийн усан уусмалыг эдгээр элементүүдийн түлш болгон ашигладаг.

Гэсэн хэдий ч, энэ үе шатанд зөвхөн химийн түлшний эсийн ирээдүйг тайлбарлах болно ягаан өнгөхэт өөдрөг байх болно. Зөөврийн электрон төхөөрөмжид түлшний эсийг массаар тараахад дор хаяж хоёр саад бэрхшээл байгаа нь баримт юм. Нэгдүгээрт, метанол бол нэлээд хортой бодис бөгөөд түлшний хайрцагны нягт, найдвартай байдалд тавигдах шаардлагыг нэмэгдүүлдэг. Хоёрдугаарт, зөвшөөрөгдөх хурдыг хангах химийн урвалажиллах температур багатай түлшний эсүүдэд катализаторыг ашиглах шаардлагатай. Одоогийн байдлаар цагаан алт, түүний хайлшаар хийсэн катализаторыг PEM болон DMCF эсүүдэд ашигладаг боловч энэ бодисын байгалийн нөөц бага, өртөг нь өндөр байдаг. Платиныг бусад катализатороор солих нь онолын хувьд боломжтой боловч өнөөг хүртэл энэ чиглэлээр судалгаа хийж буй багуудын аль нь ч хүлээн зөвшөөрөгдөх хувилбарыг олж чадаагүй байна. Өнөөдөр цагаан алтны асуудал гэж нэрлэгддэг асуудал нь зөөврийн компьютер болон электрон төхөөрөмжүүдэд түлшний эсийг өргөнөөр нэвтрүүлэхэд хамгийн ноцтой саад тотгор болж магадгүй юм.

1 Энэ нь стандарт батерейгаас ажиллах хугацааг хэлнэ.

2 Түлшний эсийн талаар 2005 оны №1-д хэвлэгдсэн "Түлшний эсүүд: Найдвартай жил" нийтлэлээс уншина уу.

Хийн устөрөгчөөр тэжээгддэг 3 PEM эсүүд нь метанолоос устөрөгч үйлдвэрлэх нэгдсэн хөрвүүлэгчээр тоноглогдсон байдаг.

Цайрын агаарын эсүүд

Хэдийгээр хэд хэдэн нийтлэлийн зохиогчид цайрын агаарын батерей, аккумляторыг түлшний эсийн дэд төрлүүдийн нэг гэж үздэг ч энэ нь бүхэлдээ үнэн биш юм. Цайр-агаарын эсүүдийн төхөөрөмж, үйл ажиллагааны зарчимтай танилцсаны дараа тэдгээрийг бие даасан цахилгаан хангамжийн тусдаа анги гэж үзэх нь илүү зөв гэсэн хоёрдмол утгагүй дүгнэлт хийж болно.

Цайрын агаарын эсийн загвар нь шүлтлэг электролит болон механик тусгаарлагчаар тусгаарлагдсан катод ба анодыг агуулдаг. Хийн диффузын электродыг (GDE) катод болгон ашигладаг бөгөөд нэвчих мембран нь түүгээр эргэлдэж буй агаар мандлын агаараас хүчилтөрөгч авах боломжийг олгодог. "Түлш" нь эсийн үйл ажиллагааны явцад исэлддэг цайрын анод бөгөөд исэлдүүлэгч бодис нь "амьсгалын нүх" -ээр орж буй агаар мандлын агаараас гаргаж авсан хүчилтөрөгч юм.

Хүчилтөрөгчийн цахилгаан бууралтын урвал нь катод дээр явагддаг бөгөөд бүтээгдэхүүн нь сөрөг цэнэгтэй гидроксидын ионууд юм.

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

Гидроксидын ионууд нь электролит дотор цайрын анод руу шилждэг бөгөөд энд цайрын исэлдэлтийн урвал нь электронуудыг ялгаруулж, гадаад хэлхээгээр катод руу буцаж ирдэг.

Zn + 4OH - Zn (OH) 4 2– + 2e.

Zn (OH) 4 2– ZnO + 2OH - + H 2 O.

Цайрын агаарын эсүүд нь химийн түлшний эсийн ангилалд хамаарахгүй нь тодорхой байна: нэгдүгээрт, тэдгээр нь хэрэглээний электрод (анод) ашигладаг, хоёрдугаарт, түлшийг эхлээд эсийн дотор байрлуулж, үйл ажиллагааны явцад нийлүүлдэггүй. гадна.

Нэг цайрын агаарын эсийн электродуудын хоорондох хүчдэл нь 1.45 В бөгөөд энэ нь шүлтлэг (шүлтлэг) батерейны хүчдэлтэй маш ойрхон байна. Шаардлагатай бол илүү өндөр хүчдэл авахын тулд цувралаар холбогдсон хэд хэдэн эсийг батарей болгон нэгтгэж болно.

Цайр нь нэлээд түгээмэл бөгөөд хямд материал, үүний ачаар цайр-агаарын эсийн масс үйлдвэрлэлийг нэвтрүүлэхэд үйлдвэрлэгчид түүхий эдэд асуудал гарахгүй. Түүнээс гадна, бүр дээр эхний шатийм цахилгаан хангамжийн өртөг нь нэлээд өрсөлдөхүйц байх болно.

Цайрын агаарын эсүүд нь байгаль орчинд ээлтэй бүтээгдэхүүн байх нь бас чухал юм. Тэдгээрийг үйлдвэрлэхэд ашигласан материал нь байгаль орчныг бохирдуулахгүй бөгөөд дахин боловсруулсны дараа дахин ашиглах боломжтой. Цайр-агаарын элементүүдийн урвалын бүтээгдэхүүн (ус ба цайрын исэл) нь хүн болон хүрээлэн буй орчинд туйлын аюулгүй байдаг - цайрын ислийг хүүхдийн нунтагны үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг болгон ашигладаг.

Цайр-агаарын эсийн үйл ажиллагааны шинж чанаруудын дотроос идэвхигүй байдалд өөрөө ялгарах хурд бага, цэнэг алдагдах тусам хүчдэлийн утга бага зэрэг өөрчлөгддөг (хавтгай урсах муруй) зэрэг давуу талуудыг тэмдэглэх нь зүйтэй.

Цайр-агаарын эсийн тодорхой сул тал бол орж ирж буй агаарын харьцангуй чийгшил нь элементийн шинж чанарт үзүүлэх нөлөө юм. Жишээлбэл, 60% RH-д ажиллах зориулалттай цайрын агаарын эсийн хувьд чийгшил 90% хүртэл өсөхөд ашиглалтын хугацаа 15% орчим буурдаг.

Батерейгаас эхлээд цэнэглэдэг батерей хүртэл

Нэг удаагийн зай нь цайрын агаарын эсийг хэрэгжүүлэхэд хамгийн хялбар сонголт юм. Цайрын агаарын эсийг үүсгэх үед том хэмжээболон эрчим хүч (жишээлбэл, цахилгаан станцуудыг хангах зориулалттай Тээврийн хэрэгсэл) цайрын анодын кассетыг солих боломжтой болгож болно. Энэ тохиолдолд эрчим хүчний хангамжийг шинэчлэхийн тулд зарцуулсан электродтой кассетыг салгаж, оронд нь шинээр суурилуулахад хангалттай. Мэргэшсэн үйлдвэрүүдэд хаягдал электродыг дахин цахилгаан химийн аргаар дахин ашиглах боломжтой.

Хэрэв бид зөөврийн компьютер, электрон төхөөрөмжид ашиглахад тохиромжтой авсаархан батерейны талаар ярих юм бол батерейны хэмжээ бага тул сольж болох цайрын анод кассет бүхий сонголтыг бодитоор хэрэгжүүлэх боломжгүй юм. Тийм ч учраас одоо зах зээл дээр байгаа авсаархан цайрын агаарын эсүүдийн ихэнх нь нэг удаагийнх байдаг. Нэг удаагийн цайрын агаарын батерей жижиг хэмжээ Duracell, Eveready, Varta, Matsushita, GP компаниуд, мөн дотоодын аж ахуйн нэгж Energia үйлдвэрлэдэг. Ийм эрчим хүчний эх үүсвэрийг ашиглах гол талбар нь сонсголын аппарат, зөөврийн радио, гэрэл зургийн төхөөрөмж гэх мэт.

Одоо олон компаниуд нэг удаагийн цайрын агаарын батерей үйлдвэрлэдэг

Хэдэн жилийн өмнө AER нь зөөврийн компьютерт зориулсан Power Slice цайрын агаарын батерейг үйлдвэрлэсэн. Эдгээр зүйлсийг Hewlett-Packard Omnibook 600 болон Omnibook 800 цуврал дэвтэрт зориулан бүтээсэн; Тэдний батерейны ашиглалтын хугацаа 8-12 цаг байв.

Зарчмын хувьд, холбогдсон үед цайрын агаарын эсийг (батарейг) үүсгэж, цэнэглэх боломжтой байдаг. гадаад эх үүсвэранод дахь гүйдэл, цайрыг багасгах урвал явагдана. Гэсэн хэдий ч ийм төслүүдийг бодитоор хэрэгжүүлэхэд удаан хугацаагаар саад болж байсан. ноцтой асуудлуудцайрын химийн шинж чанараас шалтгаална. Цайрын оксид нь шүлтлэг электролитэд сайн уусдаг бөгөөд ууссан хэлбэрээр анодоос холдож, электролитийн бүх эзлэхүүнд тархдаг. Үүнээс болж гадны гүйдлийн эх үүсвэрээс цэнэглэх үед анодын геометрийн хэлбэр ихээхэн өөрчлөгддөг: исэлээс гаргаж авсан цайрын исэл нь анодын гадаргуу дээр урт наалттай төстэй тууз талст (дендрит) хэлбэрээр хуримтлагддаг. Дендрит нь тусгаарлагчийг цоолж, зайны дотор богино холболт үүсгэдэг.

Эрчим хүчийг нэмэгдүүлэхийн тулд цайрын агаарын эсийн анодыг буталсан нунтаг цайраар хийсэн (энэ нь электродын гадаргуугийн талбайг ихээхэн нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог) энэ асуудлыг улам хүндрүүлж байна. Иймээс цэнэглэх цэнэгийн мөчлөгийн тоо нэмэгдэхийн хэрээр анодын гадаргуугийн талбай аажмаар буурч, Сөрөг нөлөөэлементийн гүйцэтгэлийн талаар.

Өнөөдрийг хүртэл Zinc Matrix Power (ZMP) нь авсаархан цайрын агаарын батерейнд хамгийн их амжилтанд хүрсэн. ZMP-ийн мэргэжилтнүүд батерейг цэнэглэх явцад үүссэн гол асуудлыг шийдсэн цайрын матрицын өвөрмөц технологийг боловсруулсан. Энэхүү технологийн мөн чанар нь гидроксидын ионуудын саадгүй нэвтрэлтийг баталгаажуулдаг полимер холбогчийг ашиглах явдал юм, гэхдээ нэгэн зэрэг электролитэд уусдаг цайрын ислийн хөдөлгөөнийг хаадаг. Энэхүү шийдлийг ашигласнаар анодын хэлбэр, гадаргуугийн талбайд дор хаяж 100 цэнэглэх цэнэгийн мөчлөгийн мэдэгдэхүйц өөрчлөлтөөс зайлсхийх боломжтой.

Цайрын агаарын батерейны давуу талууд нь урт хугацааажил, эрчим хүчний тодорхой эрчим хүч нь хамгийн сайн лити-ион батерейнуудаас дор хаяж хоёр дахин өндөр. Цайр-агаарын батерейны тодорхой эрчим хүчний хэрэглээ 1 кг жинд 240 Вт цаг хүрдэг бөгөөд хамгийн их хүч нь 5000 Вт / кг байна.

ZMP-ийн хөгжүүлэгчдийн үзэж байгаагаар өнөөдөр 20 Вт цаг орчим эрчим хүчний хүчин чадалтай зөөврийн электрон төхөөрөмж (гар утас, дижитал тоглуулагч гэх мэт) -ийн цайр-агаарын зайг бий болгох боломжтой. Ийм тэжээлийн хангамжийн хамгийн бага зузаан нь ердөө 3 мм байна. Зөөврийн компьютерт зориулсан цайр-агаарын батерейны туршилтын загварууд нь 100-аас 200 Вт цаг эрчим хүчний хүчин чадалтай.

Zinc Matrix Power компанийн цайрын агаарын прототип батерей

Цайр-агаарын батерейны өөр нэг чухал давуу тал нь санах ойн эффект гэж нэрлэгддэг зүйл бүрэн байхгүй байх явдал юм. Бусад төрлийн батерейгаас ялгаатай нь цайрын агаарын эсүүд нь эрчим хүчний хүчин чадлыг нь алдагдуулахгүйгээр ямар ч цэнэгийн түвшинд цэнэглэгддэг. Үүнээс гадна цайрын агаарын эсүүд нь лити батерейгаас хамаагүй аюулгүй байдаг.

Дүгнэж хэлэхэд, цайрын агаарын эсийг худалдаанд гаргах замын бэлгэдлийн эхлэл болсон нэг чухал үйл явдлыг дурдахгүй өнгөрч болохгүй: өнгөрсөн оны 6-р сарын 9-нд Zinc Matrix Power компани Intel корпорацитай стратегийн гэрээ байгуулснаа албан ёсоор зарлав. Энэхүү гэрээний нөхцлийн дагуу ZMP болон Intel компаниуд хүчээ нэгтгэн хөгжүүлнэ шинэ технологизөөврийн компьютерын цэнэглэдэг батерей. Эдгээр ажлын гол зорилтуудын нэг нь зөөврийн компьютерын батарейн ажиллах хугацааг 10 цаг хүртэл нэмэгдүүлэх явдал юм. Одоо байгаа төлөвлөгөөний дагуу цайр-агаарын батерейгаар тоноглогдсон дэвтэрийн анхны загварууд 2006 онд худалдаанд гарах ёстой.