Проект Malta: хранение энергии при помощи расплавленной соли выходит на новый уровень

Солнечные термоэлектростанции используют расплавленную соль в качестве теплоносителя. Работает система относительно просто: сфокусированные солнечные лучи направляются при помощи зеркал на башню с солью, соль плавится под воздействием температуры, переносит тепло. Его используют для превращения воды в перегретый пар, который вращает турбины, вырабатывающие электричество.

Как оказалось, при помощи расплавленной соли энергию можно не только вырабатывать, но и запасать. Именно этим занимается стартап Malta, который ранее являлся частью подразделения Х корпорации Alphabet. И этот стартап, уйдя из Alphabet, уже успел получить $26 млн от группы инвесторов Breakthrough Energy Ventures. Членами группы являются Джефф Безос, Билл Гейтс, Майкл Блумберг.

Зачем запасать энергию, да еще таким странным способом? Дело в том, что «зеленой» энергии с каждым годом вырабатывается все больше, зачастую образуются излишки, которые негде запасать. В Китае в 2017 году было потеряно 17% энергии, полученной при помощи ветровых турбин. Литиевые аккумуляторные системы пока что слишком дорогие, так что их не могут использовать все желающие. Стартап Malta утверждает, что запасать энергию можно при помощи более экономного способа.

О принципе работы системы, заложенной в основу Malta, рассказывалось еще в 2017 году. В основе всего — расплавленная соль, разогретая до высокой температуры и недорогой охлажденный антифриз. Сначала, используя тепловой насос, электричество превращают в тепло, запасая его в расплаве соли. Далее, когда электричество снова потребуется (например, ночью или в безветренный день), расплавленную соль объединяют с холодным антифризом, а тепловой насос преобразует тепло в электричество. Хранить тепло можно неделями.

Cейчас компания решила начать работать с целью получения прибыли, то есть стать коммерческой организацией, а не научно-популярным подразделением Google.

Преимущество Malta в том, что ее системы могут быть размещены где угодно (конечно, имеется в виду регион, где есть необходимость в запасании энергии). Кроме того, такая система получается не особенно дорогой, так что развертывание инфраструктуры такого рода не слишком ударит по карману налогоплательщикам или же какой-либо компании, решившей воспользоваться услугами Malta. Срок службы системы составляет 20-40 лет. В отличие от тех же литиевых аккумуляторов расплав соли не «потеряет емкость» и не испортится. Нет и выделения токсичных веществ.

Стоит отметить, что Malta базируется на разработке Нобелевского лауреата по физике Роберта Лафлина. В апреле этого года компания опубликовала патент своей разработки.

Пилотный проект будет реализован в Китае, правительство которого выразило готовность поддержать проект. Массивную систему сразу создать не получится, авторы развернут относительно небольшую инфраструктуру, которую, впрочем, легко масштабировать.

Солевые батареи для отопления

Солевая батарея своими руками

Выставляю на обозрение очередную самоделку.

Покопавшись на свалках интернета, я нашел много информации о том, как сделать походную солевуюсол батарейку.

Для получения гальванической пары нужны были такие металлы как цинк+медь, алюминий+медь. Это основные материалы, которые общедоступны. Но я поступил несколько иначе. Путем разных экспериментов выявил такую пару как магний+медь. Эта пара выдавала максимальное напряжение и ток в солевом растворе (1.2-1.4 вольта).

В качестве корпуса я использовал корпус аккумулятора от скутера (фото 1) (спросите там, где занимаются ремонтом скутеров — у них можно мешками набрать). Раздолбал его. Осторожно! Там кислота! Ее необходимо слить, а остатки деактивировать раствором соды! Пусть рядом также находится сода — потом руки помоете.

Где же взять магний? Ответ довольно прост. Корпус двигателя от запорожца, старых немецких автомобилей. На худой конец, аноды от электрических водогреек. Они так и называются — магниевые аноды (фото 2). Отпиливаем лишние штырьки (фото 3), распиливаем пополам. Таким образом, из 3-х анодов получаем 6 поменьше.

Берем медную проволоку и прикручиваем к магнию (я использовал болтики М3 с предварительной нарезкой резьбы) (фото 4 и 5). Все загружаем в заранее подготовленную емкость (фото 6). Помните, что на магнии будет отрицательный потенциал, а на меди — положительный.

Теперь заливаем обычную соленую воду и делаем замеры. Напряжение питания — 7.7 вольта (холостой ход) (фото 7). Теперь ток короткого замыкания почти 70 мА (фото 8). Поиграйтесь расстояниями между пластинами, площадью пластин и раствором воды с солью. Лично я получал и 150 мА (не изменяя форму пластин).

Если считаете ток недостаточно большим, его можно увеличить за счет увеличения площади пластин, в частности можно расплющить магний и медь навить на пластинку. Чем больше площадь, тем больше ток.

Ну и испытания просто на последовательно спаянных светодиодах мощностью по 0.2 ватта каждый (фото 9 и 10).

Помните, эта статья всего лишь рассказывает о возможности создания и применения такого девайса. Все доработки и нюансы — за вами!

Соляной пруд. Солнечный коллектор и тепловой аккумулятор одновременно

В природе миллионы лет существуют соляные озера, которые являются тепловыми аккумуляторами. Озеро Ванда (Антарктида) прогревается за счет лучистой энергии Солнца до самого дна на глубину 70 м через прозрачный лед толщиной 4 м. Температура воды в озере 27 градусов по Цельсию, снаружи минус 50. Электрическая мощность, которую можно «снять» с искусственного соляного пруда примерно 8 Вт/кв. м. В то же время с площади водохранилища Красноярской ГЭС, снимаемая мощность с 1 кв.м. составляет 3 Ватта. В районе Мертвого моря в Израиле удалось снять 20 Ватт с 1 квадратного метра соляного озера. Об особенностях и преимуществах соляных прудов в изложении статьи инженера Осадчего Геннадия Борисовича, г. Омск.

На Земле 2 основных источника энергии, доступных пока человеку – излучение Солнца и тепло от Земли. В последнее время много разговоров о возможности использования солнечной энергии для удовлетворения потребностей в электричестве и тепле. Детальное обследование территории России показали, что более 60 % территории России, включая многие северные районы, характеризуются существенными среднегодовым поступлением солнечной энергии 3,5 – 4,5 кВт∙ч/м2 день. Наиболее «солнечные» районы Дальнего Востока, Якутии, Прибайкалья и Алтай, Северного Кавказа. В целом технический (доступный технологически) потенциал использования солнечной энергии вдвое превышает общее энергопотребление страны. Способов трансформации энергии солнечной радиации в необходимые виды энергии довольно много. Один из них так называемый «Соляной пруд».

Солнечный соляной пруд — это неглубокий (2 – 4 м) бассейн с крутым рассолом в нижней его части. В качестве рассола, например, используется с насыщенный раствор, состоящий из 95 % хлорида магния и 5 % хлорида кальция. Во избежание растекания жидкости обеспечивается гидроизоляция бассейна. Для сокращения тепловых потерь через грунт рекомендуется обеспечивать теплоизоляцию дна и стенок бассейна.

Как работает Солнечный соляной пруд?

По своей сути соляной пруд является солнечным коллектором – тепловой ловушкой. В пруду часть солнечного излучения — инфракрасного спектра полностью поглощается верхним слоем пресной воды, коротковолнового поглощается более низкими слоями воды, а не поглощенная часть излучения, прошедшего сквозь воду, — темным дном. Энергия, отраженная от дна, частично поглотится водой на обратном пути. В обычном бассейне теплая и холодная вода перемешиваются благодаря естественной конвекции. Теплая вода имеет меньшую плотность и она поднимается к поверхности.

Насыщенный соляной раствор имеет большую плотность (примерно 1,5) и поэтому при нагревании не может подниматься наверх. Физические свойства промежуточного «градиентного» слоя с резким изменением плотности сродни составляет примерно 1,7 м2∙⁰С∙Вт-1, что соответствует значениям теплового сопротивления стен большинства эксплуатируемых зданий. При этом тепловое сопротивление поверхностного слоя воды в 1000 раз ниже теплового сопротивления градиентного слоя. Что касается поверхностного слоя – это зона наиболее интенсивного теплообмена с окружающей средой. Поэтому для повышения эффективности соляного пруда необходимо предпринимать меры по ограничению непосредственного теплового контакта с атмосферой, поскольку даже небольшой ветер способствует резкому выхолаживанию поверхности.

Таким образом, энергия солнечного излучения пройдя через толщу раствора практически полностью задерживается в нижнем слое пруда и не имеет выхода наружу. Такое свойство сродни парниковому эффекту и приводит к резкому повышению температуры соляного раствора, которая может достигать 100 градусов. В отличие от обычных солнечных коллекторов, в которых роль тепловой ловушки играют имеющие незначительный объем колбы, объем и теплоемкость соляного пруда очень велики. Это позволяет использовать соляной пруд не только в качестве солнечного коллектора, но и в качестве аккумулятора тепловой энергии. Если перевести на привычные энергетикам термины коэффициента использования установленной мощности, то он для соляных прудов составляет примерно 0,73. Этому способствует так же свойство соляного пруда запасать энергию не только от солнечных лучей, но и от рассеянного излучения от облаков.

Все познается в сравнении. Электрическая мощность, которую можно «снять» с соляного пруда примерно 8 Вт/кв. м. В то же время, с учетом площади водохранилища Красноярской ГЭС, снимаемая мощность с 1 кв.м. составляет 3 Ватта при коэффициенте использования установленной мощности 0,38 (отражает сезонность выработки энергии ГЭС). В районе Мертвого моря в Израиле удалось снять 20 Ватт с 1 квадратного метра соляного озера.

В природе миллионы лет существуют соляные озера, которые работают в качестве тепловых аккумуляторов. Озеро Ванда (Антарктида) прогревается за счет лучистой энергии Солнца до самого дна на глубину 70 м через прозрачный лед толщиной 4 м. На поверхности озера снега нет из-за сильного ветра и высокого испарения. Коротковолновая солнечная радиация поэтому практически беспрепятственно проникает через очень прозрачный лед и воду и нагревает дно почти так же как и окружающее озеро скалы. От дна отражается уже длинноволновая радиация, которая почти вся поглощается водой, нагревая её. А поскольку озеро не вскрывается ото льда, то ветер не перемешивает воду. Не перемешивается она и под влиянием тепловой конвекции, т.к. нагретая у дна вода очень соленая и оказывается все же тяжелей верхней холодной, но пресной воды.

Использование соляных прудов

Площадь одного из демонстрационных бассейнов в Бет-ха-Араве составляет 250000 м2 . Фирма «Ормат», которой принадлежит приоритет в создании таких бассейнов, разработала специальную низкотемпературную турбину, которая позволяет горячей воде бассейна преобразовывать органическую жидкость в пар и таким образом вырабатывать электричество. В основе проекта лежит идея бассейна с соленой водой, около 2 метров глубиной, где искусственно поддерживается более высокий уровень засоленности придонного слоя по сравнению с поверхностным (что соответственно увеличивает и плотность ее нижнего слоя). Благодаря этому температура воды на дне бассейна достигает практически 100° С. Таким образом, благодаря своим размерам удается уверенно обеспечивать мощность генерации 750 кВт электрической энергии.

Имеются российские разработки, позволяющие достигнуть аналогичных показателей. В то же время, благодаря климатическим условиям, в энергетической установке можно накапливать не только тепло, но и холод, который в свою очередь можно использовать для повышения эффективности работы теплообменников и для иных хозяйственных нужд.
Использование солнечного пруда для непосредственного получения тепла еще более эффективно.

Так например:
• В бальнеологии для подогрева грязевых и минеральных ванн с температурой теплоносителя 25-50 градусовС;
• Для отопления при подогреве теплоносителя или поступающего в помещение воздуха с температурой теплоноститея от 45 до 95 градусовС;
• В сельском хозяйстве при выращивании овощей и фруктов в теплицах, обогреве грунта, разведении рыб, в пищевой промышленности;
• В малой энергетике при сбраживании в биогазовых установках и при работе теплонасосных станций;
• В промышленности там, где требуется недорогое тепло. Изготовление бетонных блоков, сушка пиломатериалов, обогрев помещений, работа различного вида химических реакторов и т.д.
• На дачных участках для отопления теплиц, дома, получения горячей воды для дома и бани.
• Или, например, гелиобаня со 100% готовностью воспользоваться ею в любое время.

1 – солнечное излучение, 2– концентратор солнечного излучения, 3 – солнечный соляной пруд, 4 – парная, 5 – банное отделение, 6 – комната отдыха

Имеются соответствующие проекты и примеры исполнения.

Расплавленная соляная батарея — Molten-salt battery

Батареи с расплавленной солью — это класс батарей , в которых в качестве электролита используются расплавленные соли, и они обладают как высокой плотностью энергии, так и высокой удельной мощностью . Традиционные неперезаряжаемые тепловые батареи могут храниться в твердом состоянии при комнатной температуре в течение длительных периодов времени, прежде чем они будут активированы нагреванием. Перезаряжаемые жидкометаллические батареи используются для резервного питания промышленных предприятий, специальных электромобилей и для хранения энергии в сети , чтобы сбалансировать периодически возникающие возобновляемые источники энергии, такие как солнечные панели и ветряные турбины .

СОДЕРЖАНИЕ

История

Термические батареи возникли во время Второй мировой войны, когда немецкий ученый Георг Отто Эрб разработал первые практические элементы, использующие солевую смесь в качестве электролита. Эрб разработаны батареи для военных целей, в том числе летающей бомбы V-1 и V-2 ракеты и системы артиллерийских взрывательной. Ни одна из этих батарей не использовалась в полевых условиях во время войны. После этого Эрба допросила британская разведка. Его работа была опубликована в «Теории и практике тепловых ячеек». Эта информация впоследствии была передана в Отдел разработки боеприпасов Национального бюро стандартов США . Когда эта технология достигла Соединенных Штатов в 1946 году, она была немедленно применена для замены проблемных жидкостных систем, которые ранее использовались для питания артиллерийских неконтактных взрывателей . Они использовались для боеприпасов (например, неконтактные взрыватели) со времен Второй мировой войны, а затем и в ядерном оружии . Та же технология изучалась Аргоннскими национальными лабораториями и другими исследователями в 1980-х годах для использования в электромобилях .

Перезаряжаемые конфигурации

С середины 1960-х годов было проведено много разработок аккумуляторных батарей с использованием натрия (Na) в качестве отрицательных электродов. Натрий привлекателен благодаря своему высокому восстановительному потенциалу -2,71 В, малому весу, нетоксичной природе, относительному распространению, доступности и низкой стоимости. Чтобы построить практичные батареи, натрий должен быть в жидкой форме. Температура плавления натрия 98 ° C (208 ° F). Это означает, что натриевые батареи работают при температурах от 245 до 350 ° C (от 470 до 660 ° F). В ходе исследований были изучены комбинации металлов с рабочими температурами 200 ° C (390 ° F) и комнатной температурой.

Натрий-сера

В натрий-серных батареях (NaS-батареях) и в соответствующей литий-серной батарее используются дешевые и доступные электродные материалы. Это была первая коммерческая щелочно-металлическая батарея. В нем использовалась жидкая сера для положительного электрода и керамическая трубка из твердого электролита из бета-оксида алюминия (BASE). Коррозия изолятора была проблемой, потому что они постепенно становились проводящими, и скорость саморазряда увеличивалась.

Из-за их высокой удельной мощности батареи NaS были предложены для использования в космосе. Батарея NaS для использования пространства была успешно испытана на Спейс Шаттл миссии STS-87 в 1997 году, но батареи не используются в оперативном в пространстве. Батареи NaS были предложены для использования в высокотемпературной среде Венеры .

Консорциум, образованный TEPCO (Tokyo Electric Power Co.) и NGK (NGK Insulators Ltd.), объявил о своей заинтересованности в исследовании NaS-батареи в 1983 году и с тех пор стал основной движущей силой разработки этого типа. Компания TEPCO выбрала NaS-батарею, потому что все ее составляющие (натрий, сера и керамика) широко распространены в Японии. Первые крупномасштабные полевые испытания были проведены на подстанции TEPCO в Цунашиме в период с 1993 по 1996 год с использованием батарейных блоков 3 × 2 МВт, 6,6 кВ. На основе результатов этого испытания были разработаны улучшенные аккумуляторные модули, которые стали коммерчески доступны в 2000 году. Коммерческий банк аккумуляторов NaS предлагает:

• Мощность: 25–250 кВтч на банк.
• КПД 87%
• Срок службы 2500 циклов при 100% глубине разряда (DOD) или 4500 циклов при 80% DOD

Натрий-никельхлоридная батарея (Zebra)

Низкотемпературный вариант аккумуляторов с расплавленной солью был разработан в 1985 году батареей ZEBRA (первоначально «Zeolite Battery Research Africa»; позже — «Zero Emission Batteries Research Activity»), первоначально разработанной для электромобилей. В батарее используется NaAlCl ₄ с керамическим электролитом Na + -бета-оксид алюминия.

Na-NiCl
2 батарея работает при 245 ° C (473 ° F) и использует расплав тетрахлоралюмината натрия ( NaAlCl
4 ), который имеет температуру плавления 157 ° C (315 ° F) в качестве электролита. Отрицательный электрод — это расплавленный натрий. Положительный электрод — это никель в разряженном состоянии и хлорид никеля в заряженном состоянии. Поскольку никель и хлорид никеля почти нерастворимы в нейтральных и основных расплавах, контакт разрешен, что обеспечивает небольшое сопротивление переносу заряда. Поскольку оба NaAlCl
4 и Na являются жидкими при рабочей температуре, натрийпроводящая керамика из β-оксида алюминия используется для отделения жидкого натрия от расплавленного NaAlCl.
4 . Первичные элементы, используемые при производстве этих батарей, имеют гораздо более высокие мировые запасы и годовой объем производства, чем литий.

Он был изобретен в 1985 году группой Африканского проекта по исследованию цеолитных батарей (ZEBRA) Совета по научным и промышленным исследованиям (CSIR) в Претории, Южная Африка . Его можно собрать в разряженном состоянии с использованием порошка NaCl, Al, никеля и железа. Положительный электрод состоит в основном из материалов в твердом состоянии, что снижает вероятность коррозии и повышает безопасность. Его удельная энергия составляет 100 Втч / кг; удельная мощность 150 Вт / кг. Твердая керамика из β-оксида алюминия не реагирует с металлическим натрием и хлоридом натрия-алюминия. Срок службы более 2000 циклов и двадцати лет был продемонстрирован с полноразмерными батареями и более 4500 циклов и пятнадцать лет с 10- и 20-элементными модулями. Для сравнения: литий-железо-фосфатные батареи LiFePO ₄ хранят 90–110 Втч / кг, а более распространенные литий-ионные аккумуляторы LiCoO ₂ — 150–200 Втч / кг. Нано- литий-титанатная батарея вмещает 72 Втч / кг и может обеспечивать мощность 760 Вт / кг.

Жидкий электролит ZEBRA замерзает при 157 ° C (315 ° F), а нормальный диапазон рабочих температур составляет 270–350 ° C (520–660 ° F). Добавление железа в клетку увеличивает ее энергетический отклик. Батареи ZEBRA в настоящее время производятся компанией FZSoNick и используются в качестве резервного источника питания в телекоммуникационной отрасли, нефтегазовой отрасли и на железных дорогах. Он также используется в специальных электромобилях, используемых в горнодобывающей промышленности. В прошлом он использовался в моделях Modec Electric Van, 3,5-тонном грузовом автомобиле Iveco Daily , прототипе Smart ED и Th! Nk City . В 2011 году Почтовая служба США начала испытания полностью электрических автофургонов, один из которых питается от батареи ZEBRA.

В 2010 году General Electric объявила о выпуске Na-NiCl
2 батарея, которую она назвала натриево-металлогалогенной батареей, со сроком службы 20 лет. Его катодная структура состоит из проводящей никелевой сетки, расплавленного солевого электролита, металлического токоприемника, резервуара электролита из углеродного войлока и активных солей галогенидов натрия и металла. В 2015 году в результате глобальной реструктуризации компания отказалась от проекта . В 2017 году китайский производитель аккумуляторов Chilwee Group (также известный как Chaowei) создал новую компанию с General Electric (GE), чтобы вывести на рынок Na-NiCl-аккумуляторы для промышленных применений и аккумуляторов энергии.

Когда не используется, Na-NiCl
2 Батареи обычно хранятся в расплавленном состоянии и готовы к использованию, потому что, если они затвердеют, им обычно требуется двенадцать часов для повторного нагрева и зарядки. Это время разогрева зависит от температуры аккумуляторной батареи и мощности, доступной для разогрева. После выключения полностью заряженный аккумуляторный блок теряет достаточно энергии, чтобы остыть и затвердеть в течение пяти-семи дней.

Хлоридно-натриевые батареи очень безопасны; тепловой пробой может быть активирована только путем прокалывания батареи , а также, в этом маловероятном случае, не будет сгенерировано никакого пожара или взрыва. По этой причине, а также из-за возможности установки вне помещений без систем охлаждения, хлоридно-натриевые батареи очень подходят для промышленных и коммерческих систем хранения энергии.

Sumitomo изучала батарею, используя соль, плавящуюся при 61 ° C (142 ° F), что намного ниже, чем у натриевых батарей, и работающую при 90 ° C (194 ° F). Он обеспечивает плотность энергии до 290 Втч / л и 224 Втч / кг и скорость заряда / разряда 1С при сроке службы от 100 до 1000 циклов зарядки. В аккумуляторе используются только негорючие материалы, он не воспламеняется при контакте с воздухом и не имеет риска теплового разгона. Это исключает накопление отработанного тепла или противопожарное и взрывобезопасное оборудование и позволяет более плотную упаковку ячеек. Компания утверждала, что для батареи требуется половина объема литий-ионных батарей и четверть объема натриево-серных батарей. В ячейке использовались никелевый катод и анод из стеклоуглерода.

В 2014 году исследователи определили жидкий натрий-цезиевый сплав, который работает при 50 ° C (122 ° F) и производит 420 миллиампер-часов на грамм. Новый материал смог полностью покрыть или «смачивать» электролит. После 100 циклов зарядки / разрядки тестовая батарея сохранила около 97% своей первоначальной емкости. Более низкая рабочая температура позволила использовать менее дорогой полимерный внешний кожух вместо стали, что частично компенсировало повышение стоимости цезия.

Жидкометаллические батареи

Профессор Дональд Садоуей из Массачусетского технологического института стал пионером в исследовании жидкометаллических аккумуляторных батарей с использованием как магния-сурьмы, так и свинца-сурьмы . Слои электрода и электролита нагреваются до тех пор, пока они не станут жидкими и не расслаиваются из-за плотности и несмешиваемости . Такие батареи могут иметь более длительный срок службы, чем обычные батареи, поскольку электроды проходят цикл создания и разрушения во время цикла заряда-разряда, что делает их невосприимчивыми к деградации, которая поражает электроды обычных батарей.

Технология была предложена в 2009 году на основе разделения магния и сурьмы в солевом расплаве. Магний был выбран в качестве отрицательного электрода из-за его низкой стоимости и низкой растворимости в солевом расплаве электролита. Сурьма была выбрана в качестве положительного электрода из-за ее низкой стоимости и более высокого ожидаемого напряжения разряда.

В 2011 году исследователи продемонстрировали элемент с литиевым анодом и свинцово-сурьмянистым катодом, который имел более высокую ионную проводимость и более низкие температуры плавления (350–430 ° C). Недостаток литиевой химии — более высокая стоимость. Элемент Li / LiF + LiCl + LiI / Pb-Sb с потенциалом холостого хода около 0,9 В, работающий при 450 ° C, имел затраты на электроактивные материалы в размере 100 долларов США / кВтч и 100 долларов США / кВт и предполагаемый срок службы 25 лет. Его мощность разряда при 1,1 А / см 2 составляет всего 44% (и 88% при 0,14 А / см 2 ).

Экспериментальные данные показывают эффективность хранения 69% при хорошей емкости хранения (более 1000 мАч / см 2 ), низкой утечке ( 2 ) и высокой максимальной разрядной емкости (более 200 мА / см 2 ). К октябрю 2014 года команда Массачусетского технологического института достигла эксплуатационной эффективности примерно 70% при высоких скоростях заряда / разряда (275 мА / см 2 ), аналогичной эффективности гидроаккумулирующей гидроэлектроэнергии и более высокой эффективности при более низких токах. Испытания показали, что после 10 лет регулярного использования система сохранит около 85% своей первоначальной мощности. В сентябре 2014 года в исследовании описывалось устройство, в котором для положительного электрода использовался расплавленный сплав свинца и сурьмы, а для отрицательного электрода — жидкий литий; и расплавленная смесь солей лития в качестве электролита.

Недавняя инновация — это сплав PbBi, который позволяет использовать литиевые батареи с более низкой температурой плавления. Он использует расплавленный солевой электролит на основе LiCl-LiI и работает при 410 ° C.

Было доказано, что ионные жидкости пригодны для использования в перезаряжаемых батареях. Электролит представляет собой чистую расплавленную соль без добавления растворителя, что достигается за счет использования соли, имеющей жидкую фазу при комнатной температуре. Это приводит к образованию высоковязкого раствора и, как правило, состоит из солей большого размера с податливой структурой решетки.

Тепловые батареи (неперезаряжаемые)

Технологии

В тепловых батареях используется твердый и неактивный электролит при температуре окружающей среды. Их можно хранить неограниченное время (более 50 лет), но при необходимости мгновенно обеспечивать полную мощность. После активации они обеспечивают всплеск высокой мощности на короткий период (от нескольких десятков секунд до 60 минут и более) с выходной мощностью от ватт до киловатт . Высокая мощность обусловлена ​​высокой ионной проводимостью расплавленной соли (что приводит к низкому внутреннему сопротивлению), которое на три порядка (или более) больше, чем у серной кислоты в свинцово-кислотном автомобильном аккумуляторе .

В одной конструкции используется полоса взрывателя (содержащая хромат бария и металлический цирконий в порошке в керамической бумаге) вдоль края тепловых гранул для инициирования электрохимической реакции. Взрыватель обычно запускается с помощью электрического воспламенителя или пиропатрона, который активируется электрическим током.

В другой конструкции используется центральное отверстие в середине батарейного блока, в которое высокоэнергетический электрический воспламенитель запускает смесь горячих газов и раскаленных частиц. Это позволяет значительно сократить время активации (десятки миллисекунд) по сравнению с сотнями миллисекунд для конструкции с кромочной полосой. Активация батареи может быть произведена ударным капсюлем , похожим на патрон для дробовика . Источник тепла должен быть безгазовым. Стандартный источник тепла обычно состоит из смесей порошка железа и перхлората калия в весовых соотношениях 88/12, 86/14 или 84/16. Чем выше уровень перхлората калия, тем выше тепловая мощность (номинально 200, 259 и 297 кал / г соответственно). Это свойство неактивированного хранения имеет двойное преимущество: предотвращает порчу активных материалов во время хранения и устраняет потерю емкости из-за саморазряда до тех пор, пока батарея не активируется.

В 1980-х годах аноды из литиевых сплавов заменили кальциевые или магниевые аноды катодами из хромата кальция , ванадия или оксидов вольфрама . Литиевоподобных кремниевые сплавы отдается предпочтение по сравнению с более ранними литий-алюминиевых сплавов. Соответствующий катод для использования с анодами из литиевого сплава в основном представляет собой дисульфид железа (пирит), замененный дисульфидом кобальта для мощных применений. Электролита обычно представляет собой эвтектическую смесь из хлорида лития и хлорида калия .

Совсем недавно, другое более низкое плавление, эвтектические электролиты на основе бромида лития , бромид калия и хлорид лития или литиевый фторид также были использованы , чтобы обеспечить более оперативные сроки службы; они также лучшие проводники. Так называемый «все-литиевый» электролит на основе хлорида лития , бромид лития , и литий — фториде (без калиевых солей) также используется для применений высокой мощности, из — за его высокой ионной проводимости. Тепловой радиоизотопный генератор , например, в форме гранул 90 SrTiO ₄ , может быть использован для долгосрочнога доставки тепла для батареи после активации, держа его в расплавленном состоянии.

Использует

Тепловые батареи используются почти исключительно в военных целях, особенно для управляемых ракет . Они являются основным источником энергии для многих ракет, таких как AIM-9 Sidewinder , MIM-104 Patriot , BGM-71 TOW , BGM-109 Tomahawk и других. В этих батареях электролит при расплавлении иммобилизируется оксидом магния особого сорта, который удерживает его на месте за счет капиллярного действия . Эта порошкообразная смесь прессуется в таблетки, чтобы сформировать разделитель между анодом и катодом каждого элемента в батарее. Пока электролит (соль) твердый, аккумулятор инертен и остается неактивным. Каждая ячейка также содержит пиротехнический источник тепла , который используется для нагрева ячейки до типичной рабочей температуры 400–550 ° C.