Cum de a economisi energie electrică dacă să „reînvie“ bateria consumată cu unii meseriași știu cum să
Este posibil să „reînvie“ bateria epuizată? Unii meșteșugari știu cum se face: prin bateria uscată epuizat este trecut curent impulsuri speciale. Această operațiune, uneori, de a face de mai multe ori. Cu toate acestea, ea restabilește pe scurt elementul.
Stai, stai! Orice ar fi fost, se pare că o celulă galvanică - aceeași baterie! Încărcarea șocul electric, restabilirea, vom acumula energie în el, care poate cheltui apoi. Este adevărat? Se pare că sau nu. În primul rând, nu fiecare element poate fi reîncărcat. Este imposibil de a face acest lucru, de exemplu, cu un element în care există două electrolit lichid. Un exemplu este Daniel elementul, în care două lichide diferite separate printr-o cupă poroasă. Treptat curgând prin sticla, electrolitii se amestecă, reacționează unul cu celălalt și să emită curent. Acest element, în cazul în care acesta este deja împlinit termenul său, nu și-a revenit.
Alte elemente cu electrozi solide de reîncărcare, stoca energie în principiu, dar procesul de acumulare, astfel nerentabilă și ineficientă, că mulți consideră că este inutil. Acumulând doar o parte neglijabilă din energia electrică furnizată elementului și elementul în sine, după mai multe astfel distruse încărcări. Pentru a deveni o unitate de bun, o celulă galvanică ar trebui să fie suficient de bun pentru a efectua procesul de încărcare. Acest lucru în cele din urmă a reușit, în mijlocul secolului al XIX-lea. În 1859, om de știință și inginer francez Gaston Plante a petrecut o experiență interesantă, exterior foarte asemănătoare cu experiența Volta. Ca Volta, construit Plante celule electrochimice, cu toate acestea, așa cum a luat două plăci de electrozi de plumb, în condiții normale, acoperite cu o peliculă de oxid de plumb. Electrolitul a fost același - acid sulfuric diluat. Plante conectat la electrozii din sursa de curent constant și de ceva timp a trecut un curent prin elementul său, la fel ca atunci când reîncărcare celulele uscate. Apoi a oprit curentul și conectat la electrozii unui galvanometru. Aparatul a arătat că elementul PLANTE a devenit el însuși a genera curent electric, și, astfel, individualizata aproape toată energia cheltuită pentru exerciții. Încărcarea poate fi repetată
un număr mare de ori - întotdeauna un element lucrat bine, nu a distrus, cum ar fi bateriile uscate.
Această celulă electrochimică a fost numit element al doilea tip, sau o baterie. Pe măsură ce energia se acumulează în bateria Plante? Când un curent este trecut prin electrolit de acid sulfuric la o placă de plumb conectat la polul negativ al sursei de alimentare - catod, hidrogenul este eliberat, ceea ce reface oxidul de plumb în plumb pur. Electrodul conectat la polul pozitiv - anod, oxigenul este eliberat, care oxidează oxidul de plumb la peroxid. Bateria este încărcată când catod va conduce în întregime pură, iar anod - peroxid de plumb. Apoi va cea mai mare tensiune între electrozi.
Conectarea conductorului placă de electrozi cu puterea cheltuielilor de consum, vom descărca bateria. Direcția actuală atunci când evacuarea opusul a ceea ce a fost în timpul încărcării. Pozitiv placa încărcată se va recupera hidrogen și negativ - oxidabile cu oxigen. După ce plăcile vor fi la fel, bateria se oprește curentul dătător. Este necesar să se repete exercițiile.
Este clar că energia din baterie este stocată sub forma unei substanțe corporale - plumb, fier cu eliberarea de energie în peroxid de plumb. Chiar procesul de acumulare de energie și de eliberare se întâmplă aici în mod diferit decât în baterii pur electrice - condensatori. Prin urmare, o astfel de baterie se numește electrochimica.
Fig. 322. baterie Automotive plumb-acid
In modele de baterii cu plumb acid auto (Fig. 322), cât mai mulți cercetători au încercat să crească suprafața electrodului posibil, fără a compromite rezistența lor. După toate din suprafața depinde de puterea bateriei. Acum plăcile de baterii sunt realizate sub forma unor grile de plumb acoperite cu peroxid de plumb (electrodul pozitiv) și un burete de plumb (electrodul negativ). Electrolitul este o soluție apoasă de acid sulfuric de 25-35%. baterie de mașină încărcată are o tensiune (mai precis - forța electromotoare) la bornele din 2 - 2.2 V. Când descărcare această tensiune scade, iar atunci când ajunge la 1,8 V, de descărcare este de obicei oprită, în caz contrar grila poate duce prea diluata în timpul reacției, și plăci, pierde puterea, se năruie. Vrei să știi ce se va întâmpla cu bateria, dacă încercați să obțineți cel puțin un curent de mare putere pe termen scurt de la ea? Apoi rotiți demarorul, alimentat de o baterie, dar fără alimentarea cu combustibil a motorului. Motorul, desigur, nu va porni, și după 15-20 de secunde, demarorul începe să vânt în jos. Ceva timp mai târziu, el sa oprit. Se va completa impresia că bateria este mort, și mai mult de ea pentru a „stoarce“ nu poate fi nimic. Dar apoi, după câteva minute, demarorul va lucra din nou! În cazul în care sunt forțele în baterie? El nu poate, ca o ființă vie, să se relaxeze? De fapt, comportamentul bateriei și organismul viu sunt izbitor de asemănătoare. Atunci când oboseala musculară din forța lor de muncă grea este redus drastic, și este nevoie de timp, astfel încât acesta și-a revenit. Omul va face mult mai mult dacă va funcționa în mod egal, cu o putere de încărcare constantă, dar mici. De exemplu, dacă încercați să executați până la etajul 20 al casei, cu este puțin probabil să reușească o singură dată, aceasta trebuie să se odihnească. Da, și obosit după acest lucru se va simți considerabil. Și dacă te duci în liniște, cele 20 de etaje pot fi depășite fără prea multă oboseală. Și în acumulator: atunci când sunt încorporate într-un acid sulfuric de mare capacitate, care a fost în porii plăcilor consumate rapid în reacție este transformată în apă și izolarea opritoarele curente. Numai după ceva timp, atunci când acidul sulfuric este treptat re-umple porii, se pot descărca din nou bateria.
Prin urmare, încărcat și descărcat de baterii (acest lucru este valabil pentru aproape toate tipurile de baterii electrochimice), de obicei, cu o suficient de mici curenți de sarcină și mici pentru o lungă perioadă de timp - de mai multe ore. Aici se află unul dintre principalele dezavantaje ale bateriilor electrochimice - puterea redusă la 1 kg de greutate a bateriei, așa-numita densitate de putere sau densitate de putere. baterii plumb-acid sunt destul de economic, dar ele sunt capriciosi, adesea perisabile, de scurtă durată. In afara de plumb - metale relativ rare și scumpe și de acid este periculos de manevrat. Desigur, că oamenii de știință au început să caute noi materiale și noi principii de viață a bateriei. Deci, a fost al doilea tip principal de baterii electrochimice - Baterii alcaline. Ceea ce le face este strâns legată de numele celebrului om de știință american și inventator Thomas Edison (1847-1931).
Fig. 323. Bateria de sodiu-sulf
Dar care ar putea înlocui mașinile electrice, el are nevoie de o baterie decentă, demarorul de obicei nu va fi suficient. Acum oamenii de știință speranțele lor cu baterie neobișnuit aparent care utilizează cuplurile galvanice sulf-sodiu (Fig. 323) și clor-litiu (Fig. 324). Metale - sodiu sau litiu - acolo topit, ca temperatura lor ajunge la câteva sute de grade. Topitură de sodiu conectează acumulatorul cu sulf lichid fierbinte și litiu reacționează cu un gaz fierbinte - clor. Datorită faptului că conținutul acumulatorului în timpul funcționării este încălzit la 300-800 ° C, acestea sunt numite fierbinte.
concluzia іazoїї
clorură
JJHTHH
Fig. 324. Chlor-in baterie cu litiu:
W
1 - electrod de clor; canal de intrare clor - 2; 3 - un electrod de litiu; 4 - separator
Ceea ce se întâmplă în interiorul bateriei fierbinte seamănă cu un iad mitologică. Este suficient pentru a furniza un sulf topit, care este preparată ca topită de sodiu, la fel ca și cea a apei-luminile și chiar exploda! Pe de clor și nu spun nimic - acesta este unul dintre gazele cele mai otrăvitoare sunt extrem de activi, chiar și la temperatura camerei, adică la 800 ° C! Nu e de mirare oamenii de știință nu știu câta ani se lupta cu crearea corpului la această unitate infernal - un material pic poate rezista la o astfel de umplutură.
Cu toate acestea, la creditul bateriei la cald, acestea sunt la un cost redus de a dezvolta o densitate de energie este de aproximativ 10 ori mai mult decât bo2l- Sua baterii plumb-acid, și densitatea de putere au semnificativ mai mare. Dacă bateriile cu plumb acid se acumulează în 1 kg de greutate sale de 60-80 kJ și alcaline - 110, fierbinte sulf-sodiu - 400 -700 kJ!
Masina pentru a rula cu 100 km ar fi de ajuns pentru doar 50 kg de baterie sulf-sodiu. 150 kg pe 300 de kilometri - este rezultate bune. Dar bateriile calde înainte de a începe lucrul, este necesar să se încălzească coajă lor pentru o lungă perioadă de timp nu reprezintă un iad al conținutului. Și când accidentul de mașină cu o baterie prezentă, chiar și publicul pentru oricine nu vrea. natura mai calm în baterii noi, cupru-litiu. Acestea sunt realizate din aliaj de cupru catod și un anod de litiu poros. Un electrolit organic cu conductivitate ridicată. Densitatea de energie în probele de testare ale acestor baterii este de 1,5 ori mai mare decât cea a argintului-zinc, dar, cel mai important, ei au posibilitatea de a obține o densitate de mare putere. Dacă în loc de cupru pentru a lua nichel fluorura, iar procesul de încărcare a bateriei poate fi în mare măsură
a redus la câteva minute, ceea ce este, de asemenea, foarte important.
Interesant de zinc bazate pe baterii și. aer obișnuit. Zinc anod este pur și simplu oxidat de oxigenul atmosferic, astfel încât toată energia stocată în baterie se datorează numai cantitatea de zinc. Catodul este fabricat din nichel poros și aproape nu sunt consumate, iar anodul este înlocuit atunci când este purtat noi sau restaurate prin trecerea unui curent de încărcare (Fig. 325).
/ E_T | SK „їrOLIT
Fig. 325. zinc-aer acumulator:
1 - pompa de electrolit; 2 - compresor; 3 - zinc celule Particularitatea acestor baterii este că acestea pot funcționa ca un mod de baterie, iar modul de celule electrochimice convenționale, pur și simplu „ardere“ - oxidant zinc în oxigen aer. Acest lucru este în cazul în care anozi de zinc trebuie să fie înlocuit, dar elementul densitatea de energie în acest caz se obține aproape de două ori mai mare decât cea a bateriei. Dar problema principală nu este bateriile electrice ale vehiculului și ce trebuie să încărcați aceste baterii, pur și simplu nu au suficiente centrale electrice peste tot în lume, pentru puterea motoarelor de toate mașinile depășește cu mult capacitatea tuturor centralelor electrice. Acesta poate fi transformat în vehicule electrice doar o proporție minoră, de preferință în orașe. De aceea, trebuie să învățăm cum să genereze electricitate din combustibil direct la vehicul (acum astfel încât să poată fi numit un vehicul în mod justificat electric). Și această sarcină efectua cu succes celule de combustibil. Acestea sunt inofensive pentru mediu și de a converti energia chimică fără zgomot a unui combustibil în energie electrică cu o eficiență mai mare decât eficiența energetică. Chiar și în secolul al XIX-lea. s-a observat că, dacă o soluție fierbinte de hidroxid de potasiu pentru a reduce electrozii de platină și unul dintre ele alimentează lent hidrogen și oxigen la celălalt, apoi o diferență de potențial de electrozi. catalizator de platină a jucat rolul reacției de oxidare-reducere a hidrogenului și oxigenului. Conectarea electrozilor, oamenii de știință obținut electrice
curent (Fig. 326). Curentul a fost mic la început, și toate lucrările ulterioare privind conversia directă a energiei de combustibil în energie electrică este tocmai creșterea puterii acestui proces.
Fig. 326. Circuitul celulei combustibil
Pacj hidroxid de potasiu hoț
moshys cu plată> electrod
Astăzi există mai multe tipuri de instalații de conversie a energiei, numite celule de combustibil, generatoare electrochimice sau, în cazul în care funcționează cu hidrogen, generatoare de hidrogen. Orice temperatură înaltă (baterii ca la cald), celule de combustibil, și este utilizat la temperatura camerei. utilizate, de asemenea, elemente cu temperaturi intermediare: 100-200 ° C Electrolitii poate servi drept alcalin și acid, în care o formă solidă sau lichidă.
Și combustibil în diferite moduri, care se hrănesc cu astfel de elemente. Acesta gaz (de exemplu, hidrogen); fluid - alcool, hidrazină; solide - cărbune, metale. Oxidantul este oxigen, peroxid de hidrogen. Eficiența celulei de combustibil este ridicată, ajunge la 70%, care este de cel puțin două ori mai mare decât motorul.
Cum se face că are o celulă modernă de combustibil? În celula de hidrogen-oxigen, hidrogen este furnizat la suprafața electrodului negativ, iar oxigenul - suprafața electrodului pozitiv. Aceste gaze sunt livrate la electrozi prin tuburi. Ionii de hidrogen din recuperarea procesului reacției okisleniya- legătură cu ioni de oxigen pentru a forma apă simplă. Energia unei reacții chimice este transferată la electrozi ca energie electrică. Apa rezultată de celule de combustibil este îndepărtată din acesta printr-un fitil special (Fig. 327). Este atât de pur încât să poată fi folosit pentru băut și gătit. Deci vin, de exemplu, astronauți pe un zbor lung - stații spațiale, de asemenea
Fig. 327. Celula de combustie cu hidrogen oxigen
Celulele de combustibil sunt instalate. Acesta este un alt avantaj al conversie directă de combustibil în curent.
Celulele de combustie a hidrogenului de oxigen, dacă luăm în considerare numai greutatea combustibilului hidrogen și oxigen, au o densitate de energie enormă - aproximativ MJ / kg. Dar trebuie să ia în considerare greutatea dispozitivului - celula de combustibil cu echipament auxiliar. Și reduce deja densitatea de energie la nivelul de acumulatoare electrice obișnuite - celule de combustibil sunt foarte grele. Numai după multe ore de funcționare, când se va petrece o cantitate semnificativă de hidrogen și pile de combustie cu oxigen vor fi bateriile electrochimice mai ușor cu același set de energie stocată.
Densitatea de putere în celula de combustibil este foarte mic, de aproximativ 60 W per 1 kg de greutate corporală, de trei ori sau mai mică decât cea a bateriilor fierbinți. Pentru mașinile acest lucru nu este suficient.
Dar, dacă puterea de a acumula, de exemplu, un volant (sau supermahovika), împrăștierea lor motor electric viteza luminii, celulele de combustibil prin dezvoltarea o densitate de putere mică, va fi capabil să-l ofere la orice mod de deplasare. La urma urmei, direct la roțile motoare ale puterii vor fi furnizate de la volantă, care se poate dezvolta în cantități nelimitate. Transmiterea în acest caz, poate servi ca un variator mecanic, ușor și economic. Desigur, cel puțin la prima realimentare de pile de combustibil electric va fi combustibili convenționali - GPL, benzină sau motorină. Deja pe mașina va trece prin convertor de combustibil care generează acestea pile de combustie cu alimentare cu hidrogen. Oxigenul va fi scos din aer.
În opinia noastră, viitorul unitate de putere masina este de a utiliza un sistem de celule de combustibil hibrid cu energie stocată. Și să lucreze la acest lucru a fost întâmplă astăzi.