1598005413-fed7095c5cc635c55b82ef4e37ea2648 (811209), страница 37
Текст из файла (страница 37)
10-20 кВт ч/кг,20-40 кВт ° ч/м' [!1; 18; 42]. Удельная энергия тяговых и стартерных ЭА в 1,5-2 раза выше (табл. 4.1). В настоящее время ведутся работы по увеличению удельной энергии ЭА по следующим основным направлениям: снижение толщины решеток; замена свинцовых токоотводов на освинцованные медные, алюминиевые и титановые, оптимизация структуры электродов; уменьшение толщины сепараторов, применение, полимерных моноблоков, оптимизация конструкции электро дов [11; 42; 98; !01; 119; 136]. Например, применение освинцован. ных медных решеток повысит энергию батареи ЭА мощностью 14,4 МВт на !2% [119].
При удельной мощности !О Вт/кг удельная энергия стадно нарных аккумуляторов достигает 20-40 Вт ° ч/кг, а при удельно" энергии 10 Вт ° ч/кг удельная мощность ЭА достигает 50- 100 Вт/кг. Плотность энергии на единицу площади на земле достигает 96 кВт. ч/мз [136, с. 1091-1096]. Коэффициент полезно' 202 тяговыо ЬВООН1КОН~С4 ЬВООН)КОН)ре ЬВООН~КОН~Еп ыгоон| кон |н С!2 6Н 20 ~ ЕпС12 ~ Еп Вгг ~ ЕпВгг ~ Еп Ре 3+„Ре2+ ~ Сгг+, Сгз+ (Ре(сааб)3,(ре(СХ)6) ~,~КОН~Ел 1,85 1,75 100 230 190 420 1000-5000 го действия зависит от режима заряда и разряда и лежит в пределах 70-80%. Ресурс ЭА составляет 800-1000 циклов у тяговых и !000-3000 циклов у стационарных ЭА, срок службы 4-!О лет у тяговых и !0-30 лет у стационарных ЭА.
Ведутся исследования по повышению ресурса путем введения добавок (а- — нафтола, фосфорной кислоты), улучшения сепараторов, применения воздушного перемешивания и др. Так, имеется сообщение о ресурсе ЭА с воздушным перемешиванием 5000 циклов при глубине разряда 80% [136, с 109 !]. Зкономические показатели зависят как от удельных харак. теристик ЭА, так и от режима разряда. С увеличением времени Разряда (уменьшением плотности тока) удельные капитальные затраты на единицу мощности растут, а на единицу энергозапаса падают (рис.
4.4). удельные затраты на ЭА изменяются из-за колебаний цен на свинец и другие материалы. Удельные затра- 203 Т а б л и ц а 4.2. Параметры энергоустзновкн на основе свинцовмс ЭА с знергозапесом 10 МВт ч Капитальные затраты Единица Ток измерения Удельные капи- тальные затраты при 1+6- часов он разряде долл/квт долл/(кВт ч) долл/кВт 300-850 Постоянный 300-140 Переменный 60-465 На батарею ЭА На выпрямители, ин- верторы На здание и вспомога- тельное оборудование долл/(кВт ч) Постоянный 120-28 2%00Н + Ге + 2Н20 а'р"д 2Х((ОН)2 + Ге(ОН)2. (4.256) Заряд Напряжение разомкнутой цепи после заряда равно 1,44 В у никель-кадмиевого ЭА и 1,48 В - у никель-железного ЭА. Ше лочные ЭА выпускаются в ламельном и безламельном испол 204 ты складываются из затрат на единицу мощности (60 80 руб/кВт) и на единицу энергии [60-100 руб/(кВт чЦ.
Удель. ные затраты на новые ЭА за рубежом оцениваются в пределах 40-420 долл/кВт [50 фунтов ст./(кВт ч)1 [98, с. 201-214; 120; 136, 0.1091-10961. В [122, с. 1589-1594) были оценены экономические показатв. ли энергоустановок на основе свинцовых ЭА с энергозапасом 10 МВт ч (табл. 4.2) с учетом расходов на выпрямление и инверсию тока, здания, вспомогательные устройства (вентиляторы, противопожарные устройства и др.). Энергоустановка на свинцовых ЭА с энергоемкостью 50МВт ч (5-часовой разряд) оценивается в 11 млн. долл., т.е. 220 долл/(кВт ° ч) или 1100 долл/кВт [123].
4.2.2. Шелочные никель-кадмиевые и никель-железные аккумуляторы. Электрохимические системы щелочных ЭА включают в себя гидроксид никеля, кадмий или железо и гидроксид калия или натрия. Токообразующие реакции в ЭА описываются уравнениями: 2%0ОН + Сс( + 2Н20 тр д 2%(ОН)2 + Сб(ОН)2, (4.25а) заряд иениях. В первом случае активные вещества заключены в перфорированные коробки-ламели.
Во втором случае применязттся спеченные электроды, это повышает капитальные затраты иа ЭА. Активная масса положительного электрода, кроме гидроксида никеля, содержит атомных долей, %: графит - до 20, Ва(ОН)2 - 2-3 или Со 1-5. В активную массу отрицательного элвктродадобавляютГе304 и соляровое масло (к кадмию), а также графит, Геб и %504 (к железному порошку). Электролитом служит раствор КОН (массовая доля 20-22%) с добавкой 5-20г/лЬЮН или раствор ХаОН (массовая доля 15-18%) с добавкой 15 г/л ЬЮН. Параметры ЭА. Среднее напряжение ЭА равно 1,24-1,2 В, конечное - 1,1-1 В при1С 0,1+0,2 (10-5 ч, 0,02-0,06 кА/мз).
Удельная энергия 20-34 Вт ч/кг - ламельных никель-кадмиеэых ЭА и 20-35 Вт ч/кг - никель-железных ЭА. Никель-кадмиевые ЭА имеют более высокую удельную мощность (см. рис. 4.3), меньший саморазряд, чем никель-железные ЭА. В отличие от никель-железных ЭА, никель-кадмиевые ЭА сохра. няют работоспособность и при температурах ниже 0'С (до -50'С). Вследствие невысокого перенапряжения побочных реакций при заряде КПЛ никель-кадмневых ЭА лежит в пределах 50-57%, никель-железных 45-50%.
Ресурс ЭА — 1000-2500 циклов, срок службы 8-10 лет. Удельные капитальные затраты составляют 90- 180 руб/(кВт ч) и 30-60 руб/кВт у никель-кадмиевых ламельных~ ЭА, 80-150 руб/(кВт ч) (100-200 долл/(кВт ° ч) у%-Сббезламелы ных ЭА и 30-50 руб/кВт у ламельных никель-железных ЭА. Ведутся научно-исследовательские работы, направленные на повышение удельных электрических характеристик и КПД.
Так, предложено вводить в электроды полимерные связующие, оптимизировать структуру электродов. О.А. Маландин с сотрудниками [59, т. 3, с. 156-158) предложили металлокерамические оксидно-никелевые и кадмиевые электроды на основе высокопористой крупноячеистой матрицы, состоящей из большого числа полых перемычек треугольной формы с размерами сторон 150-200 мкм и толщиной стенки 5-15 мкм. Удельная поверхность матрицы 3000-7000 мз/мз. Матрица заполняется активной массой (соответственно кадмием или оксидом никеля). Удельная энергия новых ЭА 60- 65 Вт ч/кг при удельной мощности 10 Вт/кг. и,в г,о Рыо.
440 Зарядные я разрядные крывые никель-цинкового ЭА 11 1,о О,о о го яа до до ~ао Сгпеяень заряда аяа разряда,% Разрабатываются никель-железные ЭА с использованием железа высокой степени чистоты и с оптимальной структурой электрода. Удельная энергия новых ЭА достигает 50- 56 Вт ч/кг, КПД - 60«65 % [9, 11; 42]. 4.2.3. Никель-цинковые ЭА.
Никель-цинковые ЭА были преп. ложены в 1895 г. Г. Михайловским. Интерес к ним возрос в пос. ледние годы в связи с разработкой электромобилей. Сейчас они выпускаются небольшими сериями. Токообразующая реакция в ЭА может быть записана в виде Разряд 2%00Н + Еп + НзО кг ЕпО + 2%(ОН)т. (4.26) зар д Значение ЭДС равно 1,88 В, напряжение разомкнутой цепи составляет 1,74-1,78 В.
В элементе используют электролит, содержащий массовых долей,%: КОН -30-40 и Ь(ОН вЂ” 1. Акку. мулятор работает при температурах, близких к комнатным. Зарядные и разрядные кривые ЭА приведены на рис. 4.5 [11]. Как видно, напряжение относительно мало изменяется при разряде, номинальное напряжение равно 1,6 В при рабочей плотности тока около 0,6 кА/мз [1ЗЦ. Удельная энергия ЭА при] = 0,1+0,5 лежит в пределах 50- 70 Вт ° ч/кг и 100-150 Вт ° ч/мз [11; 16], а КПД - 55-60% [42; 131]. Характеристики ЭА приведены в табл. 4.1 и на рис. 4.3 (кривая 3).
Наиболее сложной при разработке ЭА оказалась задача повы щения ресурса. Ухудшение характеристик ЭА вызывается отравляющим воздействием цинкат-ионов на положительны" электрод, перемещением активной массы цинка, разрушениеМ сепаратора и другими факторами. 206 Для повышения ресурса вместо ламельных применяют металлокерамические положительные электроды, вводят добавки в раствор (Ь(ОН, КзНР04), в электроды [Са(ОН)т, КгНРО4,М80], используют стабильные сепараторы. Все это позволяет увеличить ресурс до 400 и более циклов [1ЗЦ, а срок службы до трех лет и более. Капитальные затраты нк ЭА оцениваются в 300 марок/(кВт ° ч) [42], 100 долл/(кВт ° ч), 50 фунтов ст./(кВт ° ч) [120].
4.2.4.Никель-еодородныеЭА. Никель-водородные ЭА были предложены в СССР в 1964 г. [129]. Сейчас они разрабатываются во многих странах и выпускаются небольшими сериями [9; 11; 42; 132, с. 286-292]. Токообразующая реакция записывается в виде Разряд 2%ООН+Нт 2%(ОН)т. (4.27) Аккумулятор состоит из металлокерамического оксидноникелевого электрода, матричного электролита (КОН в асбесте или в титанате калия) и пористого водородного отрицательною электрода с катализатором (платиной 30 г/мз или скелетным никелем).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
