1598005413-fed7095c5cc635c55b82ef4e37ea2648 (811209), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Батарея ЭА находится в прочном облегченном баллоне (рис. 4.6) из специальной стали, в котором хранится водород, выделяющийся при заряде ЭА. Давление водорода при заряде возрастает обычно до 3,5 МПа, при разряде — уменьшается до 0,4-0,6 МПа. По изменению давления можно судить о ' степени заряда или разряда ЭА. Возможно хранение водорода в виде гидридов, например Ьа%5Н„или Т(РеНт (см. з 2.7). В этом случае давление в ЭА не превышает 0,6 МПа. Среднее напряжение при разряде 1,2 В, при заряде 1,5-1,6 В [1Ц. Плотность разрядного тока может достигать 1 кА/мв.
УдельнаяэнергияЭА 40-75Вт ч/кги 45-80кВт ч/мз. При использовании гидридного способа хранения удельная объемная энергия может быть увеличена в 1,5 раза. Значения КПД ЭА составляют 60-70%. Аккумулятор имеет высокий ресурс — 1000- 2000 циклов при глубоких разрядах и до 10000 циклов — при разрядах до 30%. К недостаткам ЭА необходимо отнести высокий саморазряд из-за взаимодействия водорода с гидроксидом никеля.
4.2.5.0сноеныеобласти применения ЭА [9, 11, 18, 42]. Широкое применение ЭА, прежде всего стартерные, нашли на транс- никель в цеР; 3 — уп— концевая б — положи— сепаратор; ектрол; 9— «ак аварийные источники электроснабжения в больницах, гостиницах, кинотеатрах, промышленных предприятиях, вычислительных центрах и других объектах. В энергетике стационарные ЭА используются на электростанциях и подстанциях для литания вспомогательного оборудования и цепей постоянного тока. В качестве стационарных ЭА служат свинцовые, никель- железные, иногда никель-кадмиевые ЭА.
Кроме того, ЭА применяются для питания бытовых и переносных приборов, а также в новых отраслях техники: для космоса, в океанотехнике, электронике, медицине и Других областях. Суммарные энергозапасы ЭА можно оценить в 300- 400 млн кВт ч. На производство ЭА используется 55% всего добываемого свинца, 25% — кадмия, значительная часть никеля и серебра (1331 Развитие науки и техники открыло новые области применения ЭА: электромобили, аккумулирование энергии возобновляемых источников, сглаживание графика нагрузок в энергосетях.
Для этих целей совершенствуются традиционные и создаются новые аккумуляторы. порте. Автомобильные стартерные ЭА, предназначенные для запуска двигателей и питания приборов неработающего автомобиля, имеют напряжение 12 В, емкость 40-200 А ч. Учитывая, что в мире в 70-е годы насчитывалось более 300 млн автомобилей, рост парка автомобилей, общий энергозапас стартерных автомобильных аккумуляторов можно оценить в 250- 350 млн кВт ч. Кроме того, стартерные ЭА устанавливаются на самолетах, сельскохозяйственных, дорожных и строительных машинах. В качестве стартерных используются свинцовые ЭА (марки Ст). На транспорте ЭА применяются также для питания приборов и средств автоматики (железнодорожные вагоны, суда, аэродромы и др.). В качестве тяговых нашли применение аккумуляторы иа шахтных электровозах, электрокарах и электропогрузчиках.
В мире насчитывается около 1 млн электрокаров и электропогруз чиков с тяговыми ЭА [133]. В СССР годовой выпуск тяговых ЭА составляет около 1,5 млн.кВт ч. Для этих целей используются ! никель-железные и свинцовые ЭА емкостью от 40 до 1200 А Стационарные ЭА применяются для питания приборов иа метеостанциях, телефонных станциях, радиостанциях, а такж~ 808 4.3.
НОВЫЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ В лабораториях изучается большое число новых видов ЭА, некоторые из них находятся в стадии опытно.конструкторской разработки. Среди вновь разрабатываемых ЭА представляют интерес для крупномасштабного аккумулирования энергии низкотемпературные галогенно-цинковые ЭА, воздушно-металлические ЭА, редокс-ЭА и высокотемпературные серно-натриеаые ЭА и сульфидно-литиевые ЭА. Широким фронтом ведуется исследования аккумуляторов с Ш-анодом, с органическими полимерными электродами и с неводными и твердыми электролитами.
Хотя перспектива их пРименения для целей крупномасштабного аккумулирования энергии не ясна, однако их высокие удельные энергетические характеристики заслуживают внимания. 4.3.1.Хлор-цинковые ЭА. Хлорный электрод имеет положи~ельное значение потенциала и высокую электрохимическую активность, поэтому был предметом изучения специалистами, Работающими в области ХИТ. Однако хлор коррозионноактивен » токсичен, поэтому очень важно обеспечить его безопасное хранение.
Хлор может храниться в виде твердого хлоргидра С12 ° 6НЗО, который образуется при взаимодействии хлора водой при температуре ниже 9,6'С. Твердый хлоргидрат безоп сен в обращении и занимает небольшой объем. На основе системы хлоргидрат - цинк разработан новый Э [131; 135, с. 262-270, 317-319; 136, с.
1069-1074, 1051-1056; 13 Токообразующая реакция может быть представлена уравн нием разряд С12 6Н20 + Еп ЕпС12 + 6Н20. Заряд Аккумулятор состоит из отрицательного цинкового влек тре да и положительного электрода (пористый графит, активировал. ный окислением, платинированный титан). Напряжение ре. зомкнутой цепи - 2,12 В, разрядное напряжение 1,95; 1,7 и 1,58 пРи Ур соответственно 0,4; 0,5 и 1,6 кА/ма. Аккумуляторная энергоустановка состоит из батарей акку.
муляторов, контуров циркуляции растворов С!2 И ЕпС12 (РН сое. тавляет 2-5), емкости для хранения С!2 6Н20 и системы термо. регулирования. Для уменьшения опасности дендритообразова. ниявэлектролитвводятдобавкиНаС! и КС1. Система должна работать в узких пределах температур, так как при температуре выше 9'С не образуется хлоргидрат, а при температуре ниже -10'С раствор замерзает после заряда ЭА.
Растворимость хлора в растворе при Р = 10а Па невелика (,1 моль/л) н уменьшается при увеличении температу ы и конго Р центрации ЕпС!2. Удельная энергия при 4-часовом режиме Раз. ряда((,р= 0,25) составляет 70-150 Вт ° ч/кг и 80-180 кВт ч/ма. К ПД установки, однако, невелик (55-65%), но прогнозируется вго увеличение до 70%. Ресурс ЭА составляет 500-1500 клов. К ци апитальные затраты оцениваются в пределах 40- 10 0 долл/кВт ч (500-700 долл/кВт).
Характеристики установки приведены в табл. 4.1 и рис. 4.3 (кривая 4). Из новых аккумуляторов хлор-цинковые ЭА относятся к ная более разработанным. В США испытаны установки с энергозапа. сом 50 кВт ч, 500 кВт ° ч (10 кВт и 125 кВт). Планируются испыта. ния установки мощностью 2 МВт (6 МВт ч) и создание устано" вок мощностью до 20 МВт.
В Японии предложена также энерго установка, в которой хлор абсорбируется органическим раство рителем (45, с. 986). Собрана и испытывается установка мою 210 рааряд Вгз + Еп ЕпВг2. зар д (4.29) Напряжение разомкнутой цепи 1,85 В. Аккумулятор состоит из цинкового электрода, катионообменной или микропористой мембраны, положительного бромного электрода (пористого графита или титана). Рабочая температура — 25-35'С. Для снижения потерь брома и саморазряда предло. жено связывать бром в комплексные соединения путем введения в католитный раствор бромида цинка и НВг (РН Составляет 2-3), лигандов (например, четвертичных соединений аммония).
Для уменьшения дендритообразования в анолит вводят специальные ингибиторы. Разрядное напряжение при у = 0,2+0,5 кА/ма лежит в пределах 1,75-1,70 В. Неполностью пока решены проблемы коррозии электродов и других материалов. Аккумуляторная установка состоит из батареи ЭА, контуров циркуляции анолита и католита, баков хранения электролита и Реагентов, а также комплексообразователя, сепаратора (от В2); систем терморегулирования и автоматики.
Удельная энергия установки при 8-часовом режиме разряда составляет 40-70 Вт ч/кг и 10-30 кВт ч/мэ, КПД лежит в пределах 58-80%. Ресурс ЭА составляет пока 300-500 циклов. Удельные капитальные вложения оцениваются в пределах 40- 100 долл/(кВт ° ч). Характеристики ЭА приведены в табл. 4.1. 211 вестью 10 кВт с КПД 72%. Готовится к испытанию установка мощностью 60 к Вт. К недостаткам ЭА относится высокий саморазряд (50% за 50ч). Однако применение ионообменных мембран позволяет снизить скорость саморазряда до 0,1% за 1 час.
Недостатком ЭА также следует считать наличие в системе большого количества токсичного реагента — хлора. 4.3.2. Бром-цинковые ЭА. Аналог хлора - бром при комнатной температуре находится в жидком состоянии, что облегчает его хранение и обращение с этим окислителем, поэтому ведется Разработка бром-цинковых ЭА в нескольких лабораториях и фирмах (42; 45, с.992-998; 98, с.733-.797; 131; 132, с.63-78; 135, с.
262,. 331; 136, с. 863-867, 1063-1068 1091-1096, 1156-1163; 175, с. 33). Токообразующая реакция может быть записана в виде Созданы и испытаны батареи ЭА мощностью 10 кВт, испыт, . вается батарея ЭА мощностью 100 кВт [500 кВт ° ч), разрабаты. вается энергоустановка мощностью 5 МВт [25 МВт ° ч). Предстоит еще решить ряд проблем перед широкомасштаб. ным применением ЭА: увеличение ресурса, в частности снижение дендритообразовання цинка, уменьшение скорости саморазрзь да, коррозии и др.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
