Аккумуляторы и их перспективы.

[Олег Иванов]

Сегодня прошла новость про сколково о твердооксидных топливных элементах. Я стал в вопрос вникать и решил создать эту тему.

В вопросах источников энергии основным критерием качества является их удельная энергоемкость. Этим вопросом всю жизнь Гулия занимался и много чего сочинил, изобрел, проанализировал.

На сегодняшний день наиболее широко и активно используемыми являются сжигаемые топлива. У них разная теплотворная способность от 1 квтч\кг у плохого торфа до более 40 квтч\кг у водорода. За очень приемлемый стандарт удельной энергоемкости, к которой можно стремиться, можно взять 10 квтч\кг (близко к этому у бензина и солярки), при котором энерговооруженность может считаться высокой при пренебрежимых расходах на массу топлива.

Современные аккумуляторы топчутся в основном в пределах 0.1 квтч\кг. Это в 100 раз меньше, чем в солярке и даже торф существенно превосходит. Поэтому и не может быть пока создан массовый электромобиль. Поэтому мы постоянно вынуждены искать розетку для подзарядки наших гаджетов.

Если появятся достаточно компактные и технологичные в использовании топливные элементы, способные с кпд хотя бы 50% преобразовывать энергию сжигаемых топлив в электрическую, сам вопрос электрических аккумуляторов станет неважным. Какой в них смысл, если можно с большими эффективностью и удобством заправлять "батарейки" топливом и даже не думать об электрической розетке, как внешнем источнике энергии?! Ведь процесс подзарядки и использования аккумулятора еще и сам по себе далеко не 100% эффективный - много энергии теряется на внутреннее сопротивление электрических аккумуляторов. Да и сама идея централизованного электроснабжения может устареть, проиграть индивидуальным топливным элементам.

В Вики есть статья про электроаккумуляторы.
Там в конце упоминают Литий-фторный аккумулятор. В скудной информации о нем отмечается его Теоретическая энергоемкость: 6274 Вт·ч/кг.
И вот это уже приближается к нашим 10 квтч\кг от нефти. Т.е. даже если будут отработаны технологичные топливные элементы, аккумуляторы тоже не стоит сбрасывать со счетов.

В общем получается, что в этом разделе следует рассматривать как аккумуляторы (перезаряжаемые батареи), так и обобщенные топливные элементы (батареи, зарядка которых осуществляется не напряжением противоположной полярности, а залиправкой свежей порции энергоносителя, как вещества.

Предлагаю в этой теме делиться разными соображениями и информацией об автономных источниках электроэнергии, о новациях в этой сфере.

Зы. Конечно, выжными характеристиками источников энергии являются также удельная мощность, экологичность, предельные скорости зарядки и разрядки, себестоимость, запасы сырья для изготовления, утилизуемость, эффективная амортизация\количество циклов подзарядки и т.д. о которых тоже стоит писать в эту тему.

[KP580BE51]

Литий-фторный аккумулятор[/url]. В скудной информации о нем отмечается его Теоретическая энергоемкость: 6274 Вт·ч/кг.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D1% ... 0%B8%D1%8F
Температура плавления 848,2 °C

[perasperaadastra]

Современные аккумуляторы топчутся в основном в пределах 0.1 квтч\кг. Это в 100 раз меньше, чем в солярке и даже торф существенно превосходит. Поэтому и не может быть пока создан массовый электромобиль. Поэтому мы постоянно вынуждены искать розетку для подзарядки наших гаджетов.

Да, но 0.1 кВт*час/кг это готовая электроэнергия, а у торфа - тепло. Какая часть тепла может быть преобразована в электроэнергию в современных тепловых двигателях? Учитывая, что двигатели работают на разнице температур всего лишь в несколько сотен Кельвин, КПД (термодинамический) будет не более 60% в лучшем случае. А если учесть КПД механических частей и электрогенератора, не удивлюсь, если общий КПД будет в районе 5-20%. Ну а если посчитать энергоемкость торфа с учетом веса двигателя, то электро-энергоемкость будет совсем не на высоте.

Из интересного отмечу "горячие" батареи - molten-salt batteries.

[OtecFedor]

Че-то фингя какая-то, литиии-фтор!? Проше lithium-air до ума довести, вроде недавно в Nature статья про очереднои прорыв (я их видел штук 20 правда). Про батаерики, fuel cells столько сказано/написано, даже не знаю чего добавить. Мне кажется решение проблемы лежит в совсем другои плоскости. Типа как air force лет 30 старался сделать самолет все менее заметным, а решение в том чтобы убрать пилотов.

[KP580BE51]

Современные аккумуляторы топчутся в основном в пределах 0.1 квтч\кг. Это в 100 раз меньше, чем в солярке и даже торф существенно превосходит. Поэтому и не может быть пока создан массовый электромобиль. Поэтому мы постоянно вынуждены искать розетку для подзарядки наших гаджетов.

Да, но 0.1 кВт*час/кг это готовая электроэнергия, а у торфа - тепло. Какая часть тепла может быть преобразована в электроэнергию в современных тепловых двигателях? Учитывая, что двигатели работают на разнице температур всего лишь в несколько сотен Кельвин, КПД (термодинамический) будет не более 60% в лучшем случае. А если учесть КПД механических частей и электрогенератора, не удивлюсь, если общий КПД будет в районе 5-20%. Ну а если посчитать энергоемкость торфа с учетом веса двигателя, то электро-энергоемкость будет совсем не на высоте.

Каким боком энергоемкость топлива к весу двигателя? КПД электростанций под 50%.

Из интересного отмечу "горячие" батареи - molten-salt batteries.

Вот я и привел температуру плавления фторида лития.

[KP580BE51]

Мне кажется решение проблемы лежит в совсем другои плоскости.

А проблемы в общем-то и нету. Если вдруг завтра закончится нефть, то углеводороды можно будет синтезировать из водорода сгенеренного на высокотемпретурных АЭС. Тогда вообще ничего не нужно будет менять. Да и кол-во серы в топливе будет ровно ноль процентов.

[Олег Иванов]

Да, но 0.1 кВт*час/кг это готовая электроэнергия, а у торфа - тепло. Какая часть тепла может быть преобразована в электроэнергию в современных тепловых двигателях? Учитывая, что двигатели работают на разнице температур всего лишь в несколько сотен Кельвин, КПД (термодинамический) будет не более 60% в лучшем случае. А если учесть КПД механических частей и электрогенератора, не удивлюсь, если общий КПД будет в районе 5-20%. Ну а если посчитать энергоемкость торфа с учетом веса двигателя, то электро-энергоемкость будет совсем не на высоте.

Это понятно и цикл Карно никто не отменял. Тем не менее современные электростанции, на нем основанные, сумели превзойти 55%. В них Сначала двс с очень высокой степенью сжатия и кпд около 40%. Потом вторичный цикл, собирающий тепло выхлопа на паровую машину - еще около 25%. В германии такие электростанции уже довольно давно строят. Одну и где-то на севере Москвы, как я слышал, построили. Да и автомобильные дизеля на оптимальных режимах к 40% приближаются.

ТЭЦ, так хорошо вписавшиеся в централизованную экономику СССР - пример успешной борьбы за повышение кпд. Сначала механика, основанная на цикле Карно, преобразует треть энергии сгораемого топлива в электричестао. Оставшееся тепло утилизируется в теплоноситель, несущий отопление по домам.

Любое преобразование энергии не может происходить совсем без потерь. Те же зарядки-разрядки аккумуляторов.
Но принятие того или иного технического решения основывается на учете всего комплекса свойств и требований. И не один лишь кпд влияет. ДВС, например, имеет очень хорошее соотношение массы и объема к мощности. Особенно двигптель Ванкеля. Не всякий электродвигатель таким может похвастаться. Но улучшения придумываются везде. Думаю, будущее самодвижущихся повозок все же за электроэнергией. Хотя не исключено, что сделают какое-нибудь новое открытие, радикально меняющее жизнь. Например, антиграв... Хотя и сегодня такие изобретения и открытия есть. Тот же Интернет позволяет на порядок снизить необходимость перемещений. ... Однако мы обсуждаем в этой теме аккумуляторы\топливные ячейки. Т.е. устройства, преобразующие, по сути, массу в электроэнергию.
PS И маленькое, но главное по теме замечание:
Даже при 20% кпд из одного кг сгораемого топлива получается 2 квтч полезной энергии, а мы тут мечтаем для аккумуляторов хотя бы об 1 квтч\кг

[Олег Иванов]

Мне кажется решение проблемы лежит в совсем другои плоскости.

А проблемы в общем-то и нету. Если вдруг завтра закончится нефть, то углеводороды можно будет синтезировать из водорода сгенеренного на высокотемпретурных АЭС. Тогда вообще ничего не нужно будет менять. Да и кол-во серы в топливе будет ровно ноль процентов.

Решений много. Имхо, более вероятно, что перейдем на сжиженный водород. Но, надеюсь, к тому времени и он не понадобится.

А неприхотливые батарейки с более чем в 1квтч\кг уже сегодня радикально изменили бы жизнь. С такими св-вами их даже для костюмов с подогревом можно использовать. Не говоря о лаптопах и пр.гаджетах, компактных индивидуальных средств передвижения (те же сигвеи, автосамокаты и т.п.))

[Олег Иванов]

Литий-фторный аккумулятор[/url]. В скудной информации о нем отмечается его Теоретическая энергоемкость: 6274 Вт·ч/кг.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D1% ... 0%B8%D1%8F
Температура плавления 848,2 °C

А что, где то сказано, что они должны при этой Т функционировать? Я про это не читал, но про них вообще скудно с информацией

[KP580BE51]

Но, надеюсь, к тому времени и он не понадобится.

Не понял. Вы про конец света?

[KP580BE51]

Литий-фторный аккумулятор[/url]. В скудной информации о нем отмечается его Теоретическая энергоемкость: 6274 Вт·ч/кг.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D1% ... 0%B8%D1%8F
Температура плавления 848,2 °C

А что, где то сказано, что они должны при этой Т функционировать? Я про это не читал, но про них вообще скудно с информацией

Батарейки на расплаве солей. В этой теме уже ссылались.

[Олег Иванов]

Но, надеюсь, к тому времени и он не понадобится.

Не понял. Вы про конец света?

Нет, я надеюсь, что найдутся решения пооптимальнее

[Leonid_V]

Есть такой блог
http://www.greencarcongress.com/batteries/index.html
там регулярно “вести с полей“ про аккумуляторы и много другое.
Любопытно для любопытных

[Leonid_V]

, массу в электроэнергию.

к теме не относится, но преобразование энергии в энергию тоже перспективное дело. Во всяком случае в настоящий момент народ на этом сидит очень плотно.

а еще неплохо бы иметь маленький домашний котел, типа скороварки, который потреблял бы воду температуры окружающей среды, выбрасывал бы очень холодную воду, а на разницу занимался бы термолизом оной воды. Супер-пуппер катализатор и дело в шляпе.
Но самое крутое это какие-нибудь “квантовые точки“, которые проглотив пригорошню инфракрасных квантов (тепло) где-нибудь 1000 и больше нанометриков выдавали бы квант один, но зеленый. А уже его-то мы бы направили в маленькую такую “солнечную“ батарейку. Ну или какой иной термоэлектрический эффект с высоким КПД. Тогда запитать дом можно будет прямо от “глобального потепления“. А еще лучше автомобиль (раз уж начали фантазировать, то лучше не останавливаться ) едешь, так, поглощаешь воздух +22, выбрасываешь - 33, а на разницу едешь так. И все экологи с Чириковой во главе борются с тобой как с глобальным охладителем атмосферы.

[KP580BE51]

едешь, так, поглощаешь воздух +22, выбрасываешь - 33, а на разницу едешь так. И все экологи с Чириковой во главе борются с тобой как с глобальным охладителем атмосферы.

Уж проще мембрану сортирующую молекулы на быстрые/медленные. Или еще какой вечный двигатель.

[perasperaadastra]

Определенно надо что-то делать с энтропией!

Коллеги, у меня вопрос. Что круче Ли-Ион или Ли-По? Первый емче, второй тоньше... но хотя бы в теории, кто победит?

[vm__]

Уж проще мембрану сортирующую молекулы на быстрые/медленные.

Проще.
Только Церковь шабаша демонов не допустит!

[KP580BE51]

Определенно надо что-то делать с энтропией!

Коллеги, у меня вопрос. Что круче Ли-Ион или Ли-По? Первый емче, второй тоньше... но хотя бы в теории, кто победит?

Разумеется конец света в Декабре.

[KP580BE51]

Уж проще мембрану сортирующую молекулы на быстрые/медленные.

Проще.
Только Церковь шабаша демонов не допустит!

Ну а раз так, то зачем мозговым онанизмом страдать?

[vm__]

Ну а раз так, то зачем мозговым онанизмом страдать?

Хм, новый поворот темы, однако!

- И давно Вы страдаете от этих кошмаров?
- Страдаю?! Я ими наслаждаюсь!
(с)

[Sluh]

Коллеги, у меня вопрос. Что круче Ли-Ион или Ли-По? Первый емче, второй тоньше... но хотя бы в теории, кто победит?

afaik li-po позволяет придать более вольную форму и толщину меньше при сопоставимой емкости на массу. Поэтому он выжил li-ion во всех компактных гаджетах.

[KP580BE51]

Коллеги, у меня вопрос. Что круче Ли-Ион или Ли-По? Первый емче, второй тоньше... но хотя бы в теории, кто победит?

afaik li-po позволяет придать более вольную форму и толщину меньше при сопоставимой емкости на массу. Поэтому он выжил li-ion во всех компактных гаджетах.

Я бы на такой поставил.
http://www.a123systems.com/prismatic-cell-amp20.htm

И вообще
http://www.electriccarinternational.com ... teries.php
Надеюсь что электромобили войдут в моду. Тогда можно будет на разборке купить батареек и сделать себе резервное электроснабжение дома без ДВС.

[Sluh]

На разборке не надергаете, их будут в ресайклинг отправлять без вариантов.

Приведенная ссылка на а123 это просто маркетинговое бла-бла. Никакой конкретики, сколько вт.ч/кг(л)?

[KP580BE51]

На разборке не надергаете, их будут в ресайклинг отправлять без вариантов.

У вас, да. А у нас будут продавать то что у вас направили в рецайклинг.

Приведенная ссылка на а123 это просто маркетинговое бла-бла. Никакой конкретики, сколько вт.ч/кг(л)?

Гуглить не умеете? Все есть. Только дорого.

[Sluh]

У вас, да. А у нас будут продавать то что у вас направили в рецайклинг.

Смысл какой на луну отправлять старые батарейки?

Гуглить не умеете? Все есть. Только дорого.

Умею. вики говорит, этот тип батарей имеет specific power на уровне или хуже li-on и li-po, заметно проигрывает им обоим в energy density, выигрывает в power density (которая нужна куда меньше, чем energy density в любом применении, кроме авто-гибрида где батарейка работет только в коротких эпизодах и ее общая емкость не столь важна, как компактность). Ну, абьюзоустойчивость, срок жизни побольше и количество заряд-разрядов. Как раз для резервной системы питания дома они малопригодны. Ну разве что вас устроит уровень защиты компьютерного бесперебойника - сохранить доки и выйти из винды за 15 минут (типа повесить замок на холодильник, вскипятить чайник и набрать воду в ванну, если на колодце). Где апплодировать-то? Они дороже и хуже в большинстве применений кроме гибридов. Они возможно даже менее привлекательны для плаг-инов, чем Li-Co/Mn

А еще необычайно тронут компанией, которая на попытку скачать даташит или whitepaper своих немногочисленных и несекретных продуктов черерз зазывающую иконку требует чуть ли не паспортные данные.