Электромобили
Во время остановок в пробках, перед светофорами и т. д. двигатель выключается
Оптимизация работы двигателя
Nissan Leaf
Полный цикла заряда 220В/30А – 8 часов, 80% емкости восполняются за 30 минут
Li-Ion батарея собрана из 192 ячеек. Состав: манганат лития(+),графит (-)
Мощность двигателя 80 кВт (108 л.с.)
Как правило, используются никель-металлгидридные батареи
При торможении энергия запасается в аккумуляторе благодаря рекуперативному торможению
Mitsubishi i MiEV
Максимальный пробег -120 км, максимальная скорость – 130 км/ч
Li-Ion батарея
Мощность двигателя – 47 кВт (63 л.с.)
Накопители энергии
Статические системы
системы со сжатым газом
гидроаккумулирующие установки
Электрохимические накопители
Гальванические элементы
Инерционные кинетические накопители
Кратковременное хранение энергии - десятки секунд
Высокая эффективность – до 90-95%
Эффективность современных топливных элементов составляет 40-55%.
Топливный элемент не требует зарядки, электричество производится, пока на электроды поступает топливо
Конструкция
Удерживающие слои – выполнены их пористого материала для подвода топлива к электродам
Падение напряжения на элементе оставляет порядка 0.7 В
Электроды разделены мембраной из полимерного электролита
Электроды состоят из пористого углерода с добавками наночастиц платины (катализатор)
Устройства для прямого преобразования химической энергии в электрическую, минуя малоэффективные процессы горения
Ионисторы (суперконденсаторы)
Емкость – до десятков-сотен фарад
Энергия запасается при заряде т.н. двойного электрического слоя
Отсутствие необходимости в специальных зарядных устройствах
Быстрый заряд и разряд, большой пиковый ток
Металло-воздушные аккумуляторы
При разряде происходит окисление металла анода и восстановление кислорода на катоде с образованием кислородсодержащих частиц
Проблемы – малая степень использования анода из-за осаждения продуктов и низкая скорость реакций на катоде
Важным элементом является воздушный катод
предназначены для использования в стационарных системах мощностью 10 кВт-10 МВт, а также в электромобилях
Проблема ванадиевого аккумулятора – низкая плотность энергии из-за ограниченной растворимости ванадия
Конверсия химической энергии в электрическую происходит при прокачке электролитов через электроды
Серно-натриевые аккумуляторы
опасность возгорания при контакте натрия и серы
Длительный срок службы
Доступность исходных материалов
Высокая удельная энергия
Литий-ионные аккумуляторы
высокая цена
относительно быстрое старение
необходимость схемы защиты по току и напряжению
простота обслуживания
отсутствует «эффект памяти»;
низкий саморазряд
высокая энергетическая плотность
Литий — самый легкий из металлов. Он имеет превосходный электрохимический потенциал и обеспечивает наилучшую энергетическую плотность на единицу массы.
Заряд NiMH аккумуляторов
Капельная зарядка
Быстрая зарядка
Фаза поддерживающей зарядки
Фаза дозарядки
Фаза быстрой зарядки
Фаза перехода к быстрой зарядке
Фаза предзарядки
Никель-металлгидридные АКБ
необходимость ухода
при хранении при повышенных температурах емкость батарей снижается
высокий саморазряд
необходимость более сложного алгоритма заряда
ограниченный ток разряда
ограниченный срок службы, особенно при высоких токах нагрузки
экологически чистые
Меньшая подверженность «эффекту памяти»
имеется потенциал для увеличения их энергетической плотности
Главным материалом, определяющим характеристики Ni-MH аккумулятора, является водород-абсорбирующий сплав
способ сохранения водорода в никель-водородных батареях, которые использовались в космических аппаратах
Никель-кадмиевые аккумуляторы
относительно высокий саморазряд — после хранения обязателен цикл заряда.
токсичность применяемых материалов
присущий этим батареям эффект памяти и необходимость проведения периодических работ по его устранению
относительно низкая по сравнению с новыми типами аккумуляторных батарей энергетическая плотность
широкий выбор батарей различного конструктивного исполнения и емкости
наибольшая приспособленность для работы в жестких условиях эксплуатации;
низкая цена
сохранение высокой емкости при низких температурах
длительные сроки хранения при любой степени заряда
хорошая нагрузочная способность и возможность работы при низких температурах
большое число циклов заряд/разряд
возможность быстрого и простого заряда
представляет собой пасту гидроксида никеля, смешанную с проводящим материалом и нанесенную на стальную сетку
Свинцово-кислотные аккумуляторы
Преимущества
Малый саморазряд
Допустимы высокие токи разряда
Отработанная, надежная и хорошо понятная технология обслуживания
Низкие требования по обслуживанию
Длительный срок службы – 3-12 лет
Эффективность – более 70%
Дешевизна и простота производства
Изобретены в 1859 г. французским ученым Гастоном Планте
Окислитель – атом, молекула или ион, принимающий электроны
Недостатки
При неправильном заряде возможен перегрев
Кислотный электролит и свинец оказывают вредное воздействие на окружающую среду
Допустимо лишь ограниченное количество циклов полного разряда
Низкая энергетическая плотность
Не допускается хранение в разряженном состоянии
Батареи третьего поколения —герметизированные батареи с абсорбированным сепараторами электролитом
Батареи второго поколения, которыми являются герметизированные гелевые батареи
Батареи первого поколения — батареи с жидким электролитом открытого или закрытого типа
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) - протекают с изменением степени окисления элементов
Окислительный потенциал - при соприкосновении химически или физически разнородных проводников между ними возникает разность потенциалов
Восстановитель – атом, молекула или ион, отдающий электроны
Химические источники тока и их применения
Основные типы аккумуляторов
Суперконденсаторы (ионисторы)
Проточные редокс-аккумуляторы
высокая мощность, простота перезарядки
Энергетика, электромобили (в перспективе)
Серно-натриевые
высокая удельная энергия
Стационарные аккумуляторы для энегетики (выравнивание энергопотребления)
Литий-ионные и литий-полимерные
высокая энергетическая плотность, малый вес
Мобильная электроника, электромобили
Никель-кадмиевые и никель-металлогидридные
большой срок службы и высокий выходной ток
Радиостанции, бортовая и медицинская аппаратура, электроинструмент
Свинцово-кислотные
энергоемкие приложения, где вопрос веса большого значения не имеет
автомобильная техника, электропогрузчики, источники бесперебойного питания и аварийного освещения
Принцип действия - окислительно-восстановительные реакции и окислительный потенциал
имеет два электрода (отрицательно заряженный анод, содержащий восстановитель, и положительно заряженный катод, содержащий окислитель), контактирующие с электролитом
Применения аккумуляторов
Автомобильная техника
Энергетика
Виды
Топливные элементы
Вторичные (аккумуляторы)
Первичные – одноразовые, неработоспособны после израсходования активных веществ
