© Copyright 2017. Все права защищены.

Сравнение радиаторов отопления по теплоотдаче

Реальная теплоотдача радиаторов отопления различных видов продолжает служить предметом споров, что не утихают на различных интернет-площадках и форумах. Споры ведутся в контексте, какие из них лучшие по этому показателю, что в итоге оказывает влияние на выбор тех или иных приборов отопления пользователями. Поэтому есть смысл провести сравнение тепловой мощности радиаторов разных типов, оценив их реальную теплоотдачу. О чем и говорится в материале, представленном вашему вниманию.

Как правильно рассчитать реальную теплоотдачу батарей

Начинать надо всегда с технического паспорта, что прилагается к изделию производителем. В нем вы точно обнаружите интересующие данные, а именно — тепловую мощность одной секции либо панельного радиатора определенного типоразмера. Но не спешите восхищаться отличными показателями алюминиевых или биметаллических батарей, указанная в паспорте цифра — не окончательная и требует корректировки, для чего и нужно сделать расчет теплоотдачи.

Зачастую можно услышать такие суждения: мощность алюминиевых радиаторов самая высокая, ведь общеизвестно, что теплоотдача меди и алюминия – самая лучшая среди других металлов. У меди и алюминия наилучшая теплопроводность, это верно, но передача тепла зависит от многих факторов, о коих будет сказано далее.

Прописанная в паспорте отопительного прибора теплоотдача соответствует истине, когда разница между средней температурой теплоносителя (t подачи + t обратки)/2 и в помещении равна 70 °С. С помощью формулы это выражается так:

Для справки. В документации на изделия от разных фирм данный параметр может обозначаться по-разному: dt, Δt или DT, а иногда просто пишется «при разнице температур 70 °С».

Что означает, когда в документации на биметаллический радиатор написано: тепловая мощность одной секции равна 200 Вт при DT = 70 °С? Разобраться поможет та же формула, только надо в нее подставить известное значение комнатной температуры – 22 °С и провести расчет в обратном порядке:

Зная, что разность температур в подающем и обратном трубопроводах не должна быть больше 20 °С, надо определить их значения таким образом:

Теперь видно, что 1 секция биметаллического радиатора из примера отдаст 200 Вт теплоты при условии, что в подающем трубопроводе будет вода, нагретая до 102 °С, а в комнате установится комфортная температура 22 °С. Первое условие выполнить нереально, поскольку в современных котлах нагрев ограничен пределом 80 °С, а значит, батарея никогда не сможет отдать заявленных 200 Вт тепла. Да и редкий случай, чтобы теплоноситель в частном доме разогревали до такой степени, обычный максимум – это 70 °С, что соответствует DT = 38—40 °С.

Порядок расчета

Получается, что реальная мощность батареи отопления гораздо ниже заявленной в паспорте, но для ее подбора надо понимать, насколько. Для этого есть простой способ: применение понижающего коэффициента к начальной величине тепловой мощности нагревателя. Ниже представлена таблица, где прописаны значения коэффициентов, на которые надо умножить паспортную теплоотдачу радиатора в зависимости от величины DT:

Алгоритм расчета настоящей теплоотдачи отопительных приборов для ваших индивидуальных условий такой:

1. Определить, какая должна быть температура в доме и воды в системе.
2. Подставить эти значения в формулу и рассчитать свою реальную Δt.
3. Найти в таблице соответствующий ей коэффициент.
4. Умножить на него паспортную величину теплоотдачи радиатора.
5. Подсчитать число отопительных приборов, нужное для обогрева комнаты.

Для приведенного выше примера тепловая мощность 1 секции биметаллического радиатора составит 200 Вт х 0.48 = 96 Вт. Стало быть, для обогрева помещения площадью 10 м2 понадобится 1 тыс. Вт теплоты или 1000/96 = 10.4 = 11 секций (округление идет всегда в большую сторону).

Представленная таблица и расчет теплоотдачи батарей надо использовать, когда в документации указана Δt, равная 70 °С. Но бывает, что для разных приборов от некоторых фирм – производителей дается мощность радиатора при Δt = 50 °С. Тогда пользоваться этим способом нельзя, проще набрать требуемое количество секций по паспортной характеристике, только взять их число с полуторным запасом.

Для справки. Многие производители указывают значения теплоотдачи при таких условиях: t подачи = 90 °С, t обратки = 70 °С, t воздуха = 20 °С, что соответствует Δt = 50 °С.

Сравнение по тепловой мощности

Если вы внимательно изучили предыдущий раздел, то должны понимать, что на теплоотдачу очень влияют температуры воздуха и теплоносителя, а эти характеристики мало зависят от самого радиатора. Но есть и третий фактор — площадь поверхности теплообмена, а тут конструкция и форма изделия играет большую роль. Поэтому идеально сравнить стальной панельный обогреватель с чугунным затруднительно, их поверхности слишком разные.

Четвертый фактор, влияющий на теплоотдачу, — это материал, из коего изготовлен отопительный прибор. Сравните сами: 5 секций алюминиевого радиатора GLOBAL VOX высотой 600 мм отдаст 635 Вт при DT = 50 °С. Чугунная ретро батарея DIANA (GURATEC) такой же высоты и таким же числом секций сможет выдать только 530 Вт при тех же условиях (Δt = 50 °С). Эти данные опубликованы на официальных сайтах производителей.

Примечание. Характеристики алюминиевых и биметаллических продуктов с точки зрения тепловой мощности практически идентичны, сравнивать их нет смысла.

Можно попытаться провести сравнение алюминия со стальным панельным радиатором, взяв ближайший типоразмер, подходящий по габаритам. Упомянутые 5 алюминиевых секций GLOBAL высотой 600 мм имеют общую длину около 400 мм, что соответствует стальной панели KERMI 600х400. Выходит, что даже трехрядный стальной прибор (тип 30) выдаст лишь 572 Вт при Δt = 50 °С. Но надо учитывать, что глубина радиатора GLOBAL VOX составляет всего 95 мм, а панели KERMI – почти 160 мм. То есть, высокая теплоотдача алюминия дает о себе знать, что отражается на габаритах.

В условиях индивидуальной системы отопления частного дома батареи одинаковой мощности, но из различных металлов, работать будут по-разному. Поэтому и сравнение довольно предсказуемо:

1. Биметаллические и алюминиевые изделия быстро прогреваются и остывают. Отдавая больше теплоты за промежуток времени, они возвращают более холодную воду в систему.
2. Стальные панельные радиаторы занимают среднюю позицию, так как передают тепло не настолько интенсивно. Зато они дешевле и проще в монтаже.
3. Самые инертные и дорогие – это обогреватели из чугуна, им присущ долгий разогрев и остывание, из-за чего появляется небольшое запаздывание при автоматическом регулировании расхода теплоносителя термостатическими головками.

Из всего вышесказанного напрашивается простой вывод. Не суть важно, из какого материала изготовлен радиатор, главное, чтобы он был верно подобран по мощности и подходил пользователю во всех отношениях. А вообще, для сравнения не помешает ознакомиться со всеми нюансами работы того или иного прибора, а также где какой можно устанавливать.

Сравнение по другим характеристикам

Об одной особенности работы батарей – инертности – уже было упомянуто выше. Но для того чтобы сравнение радиаторов отопления было корректным, его надо производить не только по теплоотдаче, но и по другим важным параметрам:

• рабочему и максимальному давлению;
• количеству вмещаемой воды;
• массе.

Ограничение по величине рабочего давления определяет, можно ли устанавливать отопительный прибор в многоэтажных зданиях, где высота столба воды может достичь сотни метров. Кстати сказать, это ограничение не касается частных домов, где давление в сети не бывает высоким по определению. Сравнение по вместительности радиаторов может дать представление об общем количестве воды в системе, которое придется нагревать. Ну а масса изделия важна при определении места и способа его крепления.

В качестве примера ниже показана сравнительная таблица характеристик различных радиаторов отопления одинакового размера:

Примечание. В таблице за 1 единицу принят отопительный прибор из 5 секций, кроме стального, представляющего собой единую панель.

Заключение

Если провести сравнение более широкого круга производителей, то все равно выяснится, что по теплоотдаче и другим характеристикам первое место прочно удерживают алюминиевые радиаторы. Биметаллические обойдутся дороже, что не всегда оправдано, так как они лучше только по рабочему давлению. Стальные батареи – это скорее бюджетный вариант, а вот чугунные, наоборот, — для ценителей. Если не принимать во внимание советские чугунные «гармошки» МС140, то ретро радиаторы – самые дорогие из всех существующих.

Рекомендуем:

Какие краны лучше выбрать для радиаторов отопления Какие радиаторы отопления лучше выбрать — алюминиевые или биметаллические Кварцевый обогреватель для дома – решение вопроса или очередная проблема

Радиаторы и обогреватели > Сравнение радиаторов отопления по теплоотдаче

Источники: http://gidroguru.com/otoplenie/otopit-pribory/radiatory/2864-teplootdacha-bimetallicheskih-radiatorov, http://holodine.net/dopolnitelnoe-uteplenie/radiator/type/tablicy-teplootdachi-radiatorov-otopleniya/, http://otivent.com/sravnenie-radiatorov-otopleniya-po-teplootdache

аккумуляторов | Бесплатный полнотекстовый | Экспериментальное исследование скорости тепловыделения при разряде ячеек пакета LiFePO4 различной номинальной емкости и толщины

4.1. Влияние температуры

Фактически, карманный элемент на 8 Ач генерирует примерно на 1,5 Вт больше тепла, чем выделяемое элементом на 15 или 20 Ач в секунду в диапазоне DOD от 20% до 38% и почти на 1 Вт с этого момента до DOD 70%.Также видно, что, хотя показатели тепловыделения для аккумуляторного элемента на 8 Ач и пакетного элемента на 15 Ач приблизительно равны при DOD 95%, дополнительные 0,7 Вт должны быть отведены из элемента на 8 Ач в конце разряда. процесс, если его температура должна поддерживаться на уровне 50 ° C. Это заметное различие в скоростях тепловыделения трех ячеек пакета, работающих в идентичных условиях испытаний, можно объяснить изменением их внутреннего сопротивления, что подробно объяснено позже.Высокое внутреннее сопротивление приводит к увеличению скорости тепловыделения и, как следствие, к более высокой температуре элемента батареи, особенно на участках, близких к сердцевине элемента.

Преобразование электрической энергии в химическую форму во время зарядки и наоборот во время разряда электрохимического элемента — сложный процесс. Это происходит в несколько этапов, которые включают транспортировку положительных и отрицательных носителей заряда через различные части аккумуляторной батареи. Часть электрической энергии, хранящейся в ячейке, преобразуется в тепло, преодолевая при этом необратимость, связанную с этими процессами транспортировки.Различные компоненты, ответственные за эту необратимую потерю, можно перечислить следующим образом:

• Сопротивление диффузии ионов Li фазой раствора пористого электрода;

• Сопротивление разделителя ячеек диффузии литий-ионных ионов;

• Сопротивление межфазной границы твердого электролита ионам Li;

• Сопротивление твердой фазы пористого электрода переносу электронов через нее;

• Удельное сопротивление токоприемников.

• толстых аккумуляторных элементов для электромобилей, которые должны эксплуатироваться при низких температурах окружающей среды, и

• тонких элементов для электромобилей, которые могут использоваться при температуре окружающей среды выше 35 ° C.

4.2. Комментарии к наличию «второго плато разрядки»

4.3. Влияние скорости разряда

Сравнительная таблица нагревателей для лыжных ботинок Therm-ic и Hotronic

Границы | Сравнение электрохимических характеристик и термической стабильности для трех типов заряженных катодов

Введение

Литий-ионные батареи (LIB) широко используются в различных областях из-за их высокой плотности энергии, таких как портативные телефоны, компьютеры и электромобили (EV) (Sun et al., 2009; Hannan et al., 2017). Однако нельзя игнорировать проблему безопасности, потому что существует очень много аварий, связанных с пожарами и взрывами, которые часто происходят из-за потенциальной опасности батарей (Wang et al., 2012). Между тем, в качестве важной части батареи катодные материалы, такие как Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ (NCM523), LiMn ₂ O ₄ (LMO) и LiFePO ₄ (LFP) в последнее время привлекли большое внимание. Следует принимать во внимание такие характеристики, как стоимость, производительность и безопасность.

Для материала катода LiMn ₂ O ₄ он дешев и обладает хорошей термической стабильностью. В то время как LiMn ₂ O ₄ относится к структуре шпинельного типа с худшими характеристиками цикла, на которую влияет ян-теллеровское искажение, сопровождающееся структурным преобразованием в процессе заряда-разряда (Ouyang et al., 2009). Была проведена большая работа по улучшению характеристик LiMn ₂ O ₄ путем легирования различными элементами, такими как F (Chen et al., 2010; Feng et al., 2010), Cr (Xu et al., 2011), Nb (Yi et al., 2013), Mg (Susanto et al., 2015). LiFePO ₄ более стабилен, но имеет плохую проводимость. Загиб и др. улучшенная тепловая безопасность и высокие энергетические характеристики LiFePO ₄ с углеродным покрытием (Zaghib et al., 2012). В то время как Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ имеет высокую плотность энергии, но хрупкую структурную стабильность, были внесены некоторые модификации для улучшения рабочих характеристик цикла и термической стабильности, например оксид графена с V ₂ O ₅ покрытие (Luo and Zheng, 2017), AlF ₃ покрытие (Yang et al., 2012). Gong et al. проанализировали общее экзотермическое тепло никель-кобальт-литий-марганца с различным содержанием никеля, и оно увеличивалось по мере увеличения содержания никеля (Gong et al., 2017). Кроме того, Pang et al. рассмотрели применение MnO (Chen et al., 2018), FeO _x (Ma et al., 2018) и M _x S _y (M = Cu, Ag, Au ) (Lu et al., 2017) в LIB.

Хотя улучшение этих катодных материалов было исследовано (Julien et al., 2014b; Du et al., 2016), однако подробное сравнение электрохимических характеристик и термической стабильности редко упоминалось в предыдущей работе. В данной работе анализируются и сравниваются электрохимические характеристики и термическая стабильность заряженного Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ , LiMn ₂ O ₄ и LiFePO ₄ .

Экспериментальный

Электрохимические измерения

Положительные электроды содержат промышленные катодные материалы, включая Li (Ni _0.5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ , LiMn ₂ O ₄ и LiFePO ₄ , ацетиленовая сажа и поливинилиденфторид, а также массовое соотношение активного материала, ацетиленовой сажи и поливинилидена фторид — 8: 1: 1. Использовали промышленный органический электролит с 1,0 М солью LiPF ₆ и смесь растворителей этиленкарбоната (EC) и диэтилкарбоната (DEC) (1: 1, вес: вес) и сепаратор, сделанный из полиэтилена Celgard 2,400.Монетный полуэлемент типа CR2032 был собран в перчаточном ящике, заполненном атмосферой аргона (SG2400 / 750TS, Vigor, Сучжоу, Китай, O ₂ <1 ppm, H ₂ O <1 ppm). Испытания гальваностатического заряда и разряда при 0,7 C проводились на многоканальном аккумуляторном цикле (Neware, BTS-6V 10 мА, Китай) с диапазоном напряжений от 2,5 до 4,2 В при комнатной температуре и 55 ° C соответственно. Импульс по переменному току и циклическую вольтамперометрию измеряли с помощью электрохимической рабочей станции CHI 604A.

Методы термического анализа

Чтобы оценить термическую стабильность катодного материала в наиболее опасном состоянии заряда, полуэлемент с тремя видами катодных материалов был предварительно проциклирован три раза, а затем полностью заряжен до 4.2 В. После этого полностью заряженные катодные материалы разбирали в атмосфере аргона. Полученные катоды промывали диметилкарбонатным (ДМК) растворителем, чтобы обезвредить остаточный электролит. Потеря массы материалов проверялась на термоанализаторе STA490C при скорости нагрева / охлаждения 10 ° C / мин с потоком N ₂ 200 мл / мин в диапазоне температур 30–800 ° C. Тепловой поток материалов измеряли прибором C80, заполненным атмосферой аргона, со скоростью 0,2 ° C / мин в диапазоне температур от комнатной температуры до 300 ° C.Таким образом, тепловые эффекты каждого образца регистрировались автоматически, а расчеты C80 основывались на массе сухой пленки электродного материала.

Анализ характеристик

Данные рентгеновской дифракции (XRD) (Cu Kα, MXPAHF) и изображения с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM, FEI Sirion200) Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ , LiMn ₂ O ₄ и LiFePO ₄ до и после термообработки.

Результаты и обсуждение

Сравнение электрохимических характеристик

На рис. 1А показаны характеристики трех видов катодных материалов при длительном цикле зарядки при скорости заряда 0,7 ° С. Видно, что LiFePO ₄ показывает лучшую производительность цикла. Первый кулон КПД LiFePO ₄ составляет 87%, что выше, чем у Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ и LiMn ₂ O ₄ (84%). Настоящие результаты также показывают, что степень сохранения емкости после 100 циклов Li (Ni _0.5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ составляет 57%, тогда как степень сохранения емкости после 100 циклов LiMn ₂ O ₄ и LiFePO ₄ выше, на 82 и 95% соответственно . Следовательно, циклическая стабильность Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ относительно низкая. Как показано на Рисунке 1B, производительность LiFePO ₄ хорошо сохраняется при низкой скорости заряда и разряда, а производительность Li (Ni _0.5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ согласуется с характеристиками цикла, но большая потеря емкости происходит в области высоких скоростей. На рис. 1C впервые показан цикл заряда-разряда трех видов катодных материалов. Платформа заряда-разряда LiMn ₂ O ₄ выше, чем у других. Электролит имеет тенденцию к разложению на платформе с высоким зарядом-разрядом. Таким образом, платформа с высоким уровнем заряда-разряда влияет как на электрохимические характеристики, так и на безопасность батареи.Для дальнейшего сравнения циклических характеристик трех катодных материалов при более высокой температуре были проведены испытания с длительным циклом со скоростью 0,7 C при 55 ° C. Как показано на Рисунке 1D, очевидно влияние на циклические характеристики трех типов катодов, и емкость LiMn ₂ O ₄ быстро падает при более высокой температуре, а LiFePO ₄ по-прежнему показывает лучшие характеристики, чем LiMn. ₂ O ₄ и Li (Ni _0,5 Co _0.2 Mn _0,3 ) O ₂ .

Рисунок 1. (A) Характеристики при длительном цикле работы Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ , LiMn ₂ O ₄ и LiFePO ₄ при заряде 0,7 C скорость при комнатной температуре. (B) Производительность Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ , LiMn ₂ O ₄ и LiFePO ₄ при комнатной температуре. (C) Кривые заряда и разряда Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ , LiMn ₂ O ₄ и LiFePO ₄ при 0,2 C. ( D) Длительный цикл работы Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ , LiMn ₂ O ₄ и LiFePO ₄ при скорости заряда 0,7 C и температуре 55 ° C.

Сравнение сопротивления импеданса переменного тока и циклической вольтамперометрии представлено на рисунке 2.Результаты испытания сопротивления импеданса переменного тока показаны на рисунке 2A, согласно формуле, представленной в предыдущем исследовании (Wang et al., 2011), рассчитанные коэффициенты диффузии литий-ионных ионов Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ , LiMn ₂ O ₄ и LiFePO ₄ составляют 6,85 × 10 ^–9 , 3,22 × 10 ^–8 и 2,12 × 10 ^–7 соответственно. Таким образом, лучшая скорость и рабочие характеристики LiFePO ₄ могут быть связаны с более высоким коэффициентом диффузии ионов лития.На рисунках 2B – D показана циклическая вольтамперометрия Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ , LiMn ₂ O ₄ , LiFePO ₄ соответственно. В соответствии с кривыми заряда и разряда, показанными на рисунке 1C, LiFePO ₄ показывает платформу с самым низким напряжением и лучшую обратимость, что способствует лучшей производительности цикла, в то время как платформы напряжения LiMn ₂ O ₄ и Li (Ni _0,5 Co _0.2 Mn _0,3 ) O ₂ высоки, и обратимость не так хороша, как у LiFePO ₄ .

Рис. 2. (A) Спектры электрохимического импеданса трех видов катодных материалов. График циклической вольтамперометрии (B) Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ , (C) LiMn ₂ O ₄ и (D) LiMn 2 О ₄ .

Сравнение по термической стабильности

Изменение массовых процентов заряженных катодных материалов показано на рисунке 3.Три материала стабильны примерно до 150 ° C, после этого их вес уменьшается на разных уровнях, поскольку при разложении материала образуется газ. В частности, LiFePO ₄ начинает разлагаться при температуре около 245 ° C, и общая потеря веса приближается к 10% в течение всего процесса. Для LiMn ₂ O ₄ выделяют три стадии потери веса, которые представлены I (до 260 ° C), II (от 260 до 462 ° C) и III (после 462 ° C) соответственно. До 260 ° C потеря веса может быть связана с потерей LiPF ₆ или других загрязняющих веществ.На стадии II PVDF разлагается с удалением фтороводорода в заметном количестве вместе с небольшим количеством C ₄ H ₃ F ₃ (Li et al., 2007). На стадии III потеря веса в основном вызвана ацетиленовой сажей и ПВДФ. Что касается Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ , то на этапе I вес уменьшается почти до 71% от исходного значения. Настоящие результаты показывают, что LiFePO ₄ имеет лучшую термическую стабильность, чем Li (Ni _0.5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ на высокотемпературной стадии. Исходя из данных похудания и предыдущих исследований (Zaghib et al., 2012; Julien et al., 2014a), LiFePO ₄ достаточно стабилен, а процесс разложения Li (Ni _0,5 Co _0,2 Mn _0,3 ) O ₂ и LiMn ₂ O ₄ можно предположить следующим образом:

Рисунок 3 .Зависимость потери веса от температуры заряженных катодных материалов.

Другой тепловой эксперимент был проведен с помощью калориметра C80, кривые теплового потока представлены на рисунке 4A. Согласно интегрированному тепловому потоку, общее тепловыделение Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ , LiMn ₂ O ₄ , LiFePO ₄ составляет -405, — 240 и −100 Дж / г соответственно. На этом графике экзотермический пик LiFePO ₄ около 80 и 160 ° C может принадлежать разложению поверхностных пленок, но без достаточного выделения тепла.При разложении LiFePO ₄ начинает реагировать после 250 ° C с -38 Дж / г. В то время как LiMn ₂ O ₄ и Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ имеют только один экзотермический пик при 229 и 258 ° C соответственно. Хотя экзотермическая температура LiMn ₂ O ₄ ниже примерно на 20 ° C по сравнению с Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ , Li (Ni _0,5 Co _0,2 млн _0.3 ) O ₂ имеет особенно острый экзотермический пик с тепловыделением -405 Дж / г. Видно, что LiFePO ₄ имеет лучшую термическую стабильность среди экспериментальных материалов, в то время как Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ имеет худшую термическую стабильность среди них. Как показано на рисунке 4B, чистый Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ начинает саморазлагаться при температуре около 250 ° C, что более безопасно, чем смешивание с электролитом.Тепловыделение чистого Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ в целом составляет -88 Дж / г. Кривая теплового потока Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ –Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ полная батарея показана на рисунке 4C. Общее тепловыделение составляет -810 Дж / г с экзотермической пиковой температурой 242 ° C. Весь процесс можно разделить на три этапа. Первая стадия относится к разложению анодного материала с небольшим тепловыделением около 78 ° C.Затем происходит плавление мембраны при температуре около 171 ° C с эндотермической реакцией из-за накопления тепла на первой стадии. Наконец, реакции между катодными материалами и электролитом на третьей стадии выделяют наибольшее количество тепла во всем процессе. Кроме того, чтобы лучше понять изменения структуры после термической обработки трех катодов, были проведены тесты XRD и SEM для сравнения материалов трех катодов до и после термической обработки. На рисунке 5 представлены результаты XRD-теста, сравнивая результат каждого образца до и термической обработки, можно увидеть, что нет явных изменений кристаллической структуры материала LiFePO ₄ , а результат теста SEM на рисунках 6E, F почти равен такой же.Но для материалов Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ и LiMn ₂ O ₄ появляются новые дифракционные пики, а некоторые старые дифракционные пики исчезают, а кристалличность уменьшается, что все объясняет что кристаллическая структура материалов Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ и LiMn ₂ O ₄ разрушена. Кроме того, на рисунках 6A – D четко представлены изменения в структуре и внешний вид агломерированных частиц.Эти результаты согласуются с результатами термического анализа.

Рисунок 4 . Кривые теплового потока (A), материалов заряженного катода и (B) чистого Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ и (C) заряженного Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ –Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ полная батарея.

Рисунок 5 .Данные XRD Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ , LiMn ₂ O ₄ и LiFePO ₄ до и после термообработки C80.

Рисунок 6 . СЭМ-изображения Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ , LiMn ₂ O ₄ и LiFePO ₄ до и после термообработки C80. (а) Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0.3 ) O ₂ до термообработки. (б) Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ после термообработки. (в) LiMn ₂ O ₄ до термической обработки. (г) LiMn ₂ O ₄ после термообработки. (д) LiFePO ₄ до термообработки. (е) LiFePO ₄ после термообработки.

Для дальнейшего анализа и сравнения термической стабильности трех материалов катода, химические кинетические параметры материалов катода рассчитываются с данными C80 на основе закона Аррениуса, который можно записать как Wang et al.(2006).

где d H / d t — тепловой поток, Δ H — общая теплота реакции, M ₀ — начальная масса реагента, E энергия активации, R газовая постоянная, T, температура и A, предэкспоненциальный множитель. Как показано на рисунке 7, подобранная линия Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ была взята в качестве примера путем построения кривой ln (d H / d t / Δ HM ₀ ) vs.обратная температура (1/ T ). Энергия активации Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ -электролитная система составляет 539 кДж / моль, а предэкспоненциальный множитель равен 7,48 × 10 ⁵³ с ⁻¹ . Температурные кинетические параметры для других экспериментальных материалов приведены в таблице 1 по той же методике. Результаты показывают, что LiFePO ₄ имеет минимальную энергию активации разложения поверхностных пленок. Однако нецелесообразно выбирать энергию активации для оценки термической стабильности LiFePO ₄ , поскольку этот параметр не рассчитывается в соответствии с разложением самого материала.

Рисунок 7 . Тепло-кинетические параметры заряженного Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ оценены из ln (d H / d t / Δ HM ₀ ) vs. Т ^-1 .

Таблица 1 . Тепловые параметры различных образцов при повышенной температуре в атмосфере аргона.

Выводы

Сравнение электрохимических характеристик и термической стабильности заряженного Li (Ni _0.5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ , LiMn ₂ O ₄ и LiFePO ₄ . С помощью циклического заряда-разряда и измерения импеданса можно увидеть, что характеристики цикла Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ не так стабильны, как LiMn ₂ O ₄ и LiFePO ₄ . Кроме того, сравнение и анализ термостабильности проводится с помощью термогравиметрического (ТГ) прибора и прибора C80.Настоящие результаты показывают, что LiFePO ₄ имеет лучшую термическую стабильность с выделением тепла −100 Дж / г среди протестированных материалов, тогда как Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ дает тепло -405 Дж / г. Наконец, термическая стабильность этих материалов дополнительно оценивается путем расчета тепловых кинетических параметров на основе закона Аррениуса. Настоящие результаты показывают, что полная батарея Li (Ni _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 ) O ₂ имеет высокий риск теплового разгона.

Авторские взносы

Все перечисленные авторы внесли существенный, прямой и интеллектуальный вклад в работу и одобрили ее к публикации.

Заявление о конфликте интересов

GZ, CW и KX использовались компанией Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co., Ltd.

Остальные авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Эта работа поддержана Научно-технологическим проектом компании China Southern Power Grid (№ GDKJQQ20152008).

Список литературы

Chen, L., Guo, X., Lu, W., Chen, M., Li, Q., Xue, H., et al. (2018). Материалы на основе монооксида марганца для современных аккумуляторов. Координат. Chem. Ред. 368, 13–34. DOI: 10.1016 / j.ccr.2018.04.015

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, Ю.-Б., Ху, Ю., Лянь, Ф., и Лю, К.-Г. (2010). Синтез и характеристика шпинели Li _1,05 Cr _0,1 Mn _1,9 O _{4 − z} F _z в качестве катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов. Внутр. J. Мин. Металл. Матер. 17, 220–224. DOI: 10.1007 / s12613-010-0217-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ду Ю., Хуанг X., Чжан К., Лян Ф., Ли К., Яо Ю. и др. (2016). Термическая стабильность смешанных катодных материалов LiFePO ₄ / C-LiMn ₂ O ₄ . Sci. China Technol. Sci. 60, 58–64. DOI: 10.1007 / s11431-016-0329-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фэн, К., Ли, Х., Чжан, П., Го, З., и Лю, Х. (2010). Синтез и модификация нестехиометрической шпинели (Li _1,02 Mn _1,90 Y _0,02 O _{4 − y} F _0,08 ) для литий-ионных аккумуляторов. Mater. Chem. Phys. 119, 82–85. DOI: 10.1016 / j.matchemphys.2009.07.049

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гонг, Дж., Ван, К., и Сан, Дж. (2017). Термический анализ никель-кобальт-литий-марганца с различным содержанием никеля, используемого для литий-ионных аккумуляторов. Thermochim. Acta 655, 176–180. DOI: 10.1016 / j.tca.2017.06.022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ханнан, М.А., Липу, М.С.Х., Хуссейн, А., Мохамед, А. (2017). Обзор системы оценки и управления состоянием заряда литий-ионных аккумуляторов в электромобилях: проблемы и рекомендации. Обновить.Поддерживать. Energy Rev. 78, 834–854. DOI: 10.1016 / j.rser.2017.05.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Жюльен, К.М., Могер, А., Граулт, Х., и Загиб, К. (2014a). Модификация поверхности материалов положительных электродов литий-ионных аккумуляторов. Тонкие твердые пленки 572, 200–207. DOI: 10.1016 / j.tsf.2014.07.063

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Жюльен, К.М., Могер, А., Загиб, К., и Гроулт, Х. (2014b). Сравнительные вопросы катодных материалов литий-ионных аккумуляторов. Неорганика 2, 132–154. DOI: 10.3390 / неорганика2010132

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Л., Чжу, З.Х., Янь, З.Ф., Лу, Г.К., и Ринтул, Л. (2007). Каталитическое разложение аммиака на катализаторах Ru / углерод: важность структуры углеродного носителя. Заявл. Catalysis A Gen. 320, 166–172. DOI: 10.1016 / j.apcata.2007.01.029

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лу, Ю., Ли, Б., Чжэн, С., Сюй, Ю., Сюэ, Х., и Панг, Х. (2017). Приложения для синтеза и хранения энергии M _x S _y (M = Cu, Ag, Au) и их композитов: аккумуляторные батареи и суперконденсаторы. Adv. Функц. Матер. 27: 1703949. DOI: 10.1002 / adfm.201703949

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ло, В., и Чжэн, Б. (2017). Улучшенные электрохимические характеристики катодного материала LiNi _0,5 Co _{0,2 ​​} Mn _0,3 O ₂ за счет двухслойного покрытия оксидом графена и V ₂ O ₅ для литий-ионных аккумуляторов. Заявл. Surface Sci. 404, 310–317. DOI: 10.1016 / j.apsusc.2017.01.200

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ouyang, C.Y., Shi, S.Q., and Lei, M.S. (2009). Ян-Теллеровское искажение и электронная структура LiMn ₂ O ₄ . J. Соединения сплавов 474, 370–374. DOI: 10.1016 / j.jallcom.2008.06.123

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сун, Ю.К., Мён, С.Т., Парк, Британская Колумбия, Пракаш, Дж., Белхаруак, И., и Амин, К.(2009). Катодный материал с высокой энергией для долговечных и безопасных литиевых батарей. Nat. Матер. 8, 320–324. DOI: 10.1038 / nmat2418

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Susanto, D., Kim, H., Kim, J.-Y., Lim, S., Yang, J., Choi, S.A., et al. (2015). Влияние двойного легирования (Mg, Al) на термическое разложение катодов LiMn ₂ O ₄ исследовано методом дифракции рентгеновских лучей с временным разрешением. Curr. Прил. Phys. 15, S27 – S31.DOI: 10.1016 / j.cap.2015.01.027

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, К., Пинг, П., Чжао, X., Чу, Г., Сунь, Дж., И Чен, К. (2012). Из-за теплового разгона произошел пожар и взрыв литий-ионного аккумулятора. J. Источники энергии 208, 210–224. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2012.02.038

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, К., Сан, Дж., Яо, X., и Чен, К. (2006). Микрокалориметрическое исследование термостабильности электролитов литий-ионных аккумуляторов. J. Предотвращение потерь. Индекс процесса 19, 561–569. DOI: 10.1016 / j.jlp.2006.02.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван Х., Хао Х., Лю Дж., Хуанг Т. и Ю А. (2011). Новый метод получения макропозитного литий-никель-марганцевого кислорода в качестве катодного материала для литий-ионных аккумуляторов. Электрохим. Acta 56, 4065–4069. DOI: 10.1016 / j.electacta.2010.12.108

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сюй В., Юань А., Тиан, Л., и Ван, Ю. (2011). Улучшенная высокоскоростная циклируемость золь-гель производной шпинели, легированной хромом LiCr _y Mn _2-y O ₄ в водном электролите. J. Appl. Электрохим. 41, 453–460. DOI: 10.1007 / s10800-011-0255-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ян К., Фань Л.-З., Го Дж. И Цюй X. (2012). Значительное улучшение электрохимических свойств LiNi с покрытием AlF _{3 0,5} Co _{0,2 ​​} Mn _0.3 O ₂ катодных материалов. Электрохим. Acta 63, 363–368. DOI: 10.1016 / j.electacta.2011.12.121

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Yi, T.-F., Yin, L.-C., Ma, Y.-Q., Shen, H.-Y., Zhu, Y.-R., and Zhu, R.-S. (2013). Кинетика внедрения литий-ионного материала положительного электрода LiMn, легированного ниобием ₂ O ₄ . Ceramics Int. 39, 4673–4678. DOI: 10.1016 / j.ceramint.2012.10.256

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Загиб, К., Dubé, J., Dallaire, A., Galoustov, K., Guerfi, A., Ramanathan, M., et al. (2012). Повышенная термобезопасность и высокие энергетические характеристики покрытого углеродом оливинового катода LiFePO ₄ для литий-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии 219, 36–44. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2012.05.018

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тепловые батареи: часто упускаемое из виду решение с низким содержанием углерода и Warmstone от Caldera, предлагающее

Необходимость декарбонизации тепла в Великобритании становится все более актуальной, поскольку страна начинает переключать свое внимание с энергетики на другие секторы с высоким уровнем загрязнения.

В настоящее время подавляющее большинство бытовых систем отопления работает на ископаемом топливе, но это необходимо изменить, чтобы достичь нулевого значения. Ключевыми технологиями, рассматриваемыми для этого, являются тепловые насосы и водород, а также тепловые батареи.

Британский стартап Caldera недавно запустил крупномасштабную бытовую тепловую батарею, предлагающую альтернативный экологически чистый источник тепла, который особенно подходит для автономных объектов и тех, которые работают на масле.

«Есть 1.2 миллиона домов в Великобритании, которые используют нефть или сжиженный нефтяной газ », — сказал недавно основатель и генеральный директор Caldera Джеймс Макнахтен Current ± . «В Европе это 14 миллионов. В настоящее время правительство Великобритании не решило, как обезуглерожить дома, подключенные к газовой сети. Если Великобритания будет использовать всю электроэнергию для отопления или водорода, то мы считаем, что сможем конкурировать на текущем рынке газа. Наше решение затем применимо примерно к 25% домов в Великобритании (полностью отдельно стоящие с местом для установки снаружи) ».

Switching имеет ряд преимуществ: нефть стоит дороже и выделяет на 40% больше CO2 на киловатт-час, чем тепловой насос.

Caldera лежит запатентованная технология Warmstone, идея которой пришла к Макнахтену посреди ночи. «На следующий день я пошел на фабрику, и мы с Гаем [Уинстенли, операционным директором Caldera] попытались сделать кусок теплого камня в форме для хлеба», — объяснил он. «Через три формы для хлеба оказалось, что это сработало. Мы начали делать блоки все больше и больше, и теперь можем изготавливать их до 1,3 тонны ».

Warmstone предназначен для нагрева до 500 ° C в течение ночи с использованием дешевой экологически чистой электроэнергии в непиковые периоды, с использованием тарифа по времени использования, интеллектуального счетчика и интеллектуального программного обеспечения для оптимизации зарядки.Достижение этой температуры особенно важно, поскольку она эквивалентна традиционному котлу и, следовательно, может обеспечить аналогичный уровень нагрева для собственности, использующей оригинальные трубы, без необходимости в усилении изоляции и мер по повышению энергоэффективности.

«У меня было несколько действительно хороших, интересных разговоров с людьми, куда они бывают:« Мой трубопровод радиатора имеет небольшой диаметр, и он находится под полом в бетоне. По сути, мне пришлось бы отбойным молотком поднять пол [для установки новой системы], и я не могу купить ту же плитку, потому что она сейчас снята с производства », — продолжил Макнахтен.«Так что для меня, поскольку мы можем делать эквивалентные температуры, это действительно помогает им, но также потому, что это эквивалентная мощность и температуры, вы действительно можете смешивать и сочетать».

Ожидается, что блоки будут иметь КПД 90% для дома, которому требуется 16 000 кВт · ч энергии, при этом команда разработчиков работала на протяжении всего процесса разработки, чтобы минимизировать потери тепла из системы. Поэтому он разработан с высококачественной вакуумной изоляцией, что позволяет удерживать энергию в течение нескольких дней или даже недель.

«Текущий блок, если он не используется, остынет с 500 ° C до 200 ° C за 19 дней», — сказал Макнахтен.«Для сравнения, традиционные обогреватели ночного хранения могут потерять до 40% своей энергии всего за 12 часов».

Несмотря на то, что на рынке есть несколько тепловых батарей, МакНагтен считает, что сочетание эффективности модулей, стоимости в 12 000 фунтов стерлингов, включая НДС при установке, мощности зарядки 20 кВт и накопленной энергии 100 кВт · ч, делает их ведущим решением. для более крупных объектов.

Цена на тепловую батарею vs.тепловой насос

Сравнение стоимости с другими технологиями является ключевым для технологии, а затраты на обезуглероживание тепла являются одной из основных проблем. Это означает другие низкоуглеродные технологии, такие как водород и тепловые насосы. Комитет по экологическому аудиту в прошлом году предупредил, что декарбонизация тепла может потерпеть неудачу из-за высокой цены на электроэнергию, что делает тепловые насосы неэкономичными по сравнению с существующими газовыми котлами.

Еще одним соображением относительно стоимости тепловых насосов является то, что они часто требуют установки дополнительной изоляции или мер по повышению энергоэффективности, поскольку они производят меньше тепла.

«По нашим оценкам, там, где вам необходимо модернизировать дом перед установкой теплового насоса, тепловой насос стоит на 50% больше в год для обогрева вашего дома в течение 15 лет», — сказал МакНагтен. «Если у вас есть новостройка или более современный дом с уже установленными полами с подогревом, мы ожидаем, что тепловой насос будет лучшим вариантом».

Caldera поручила компании Gemserv провести независимое исследование стоимости ее технологии Warmstone по сравнению с другими низкоуглеродистыми технологиями нагрева.В нем был взят пример дома большой площадью 153 м2, который ежегодно потребляет 25 236 кВт / ч тепла и в настоящее время работает на мазуте.

Для такой собственности Gemserv обнаружила, что необходимо установить изоляцию чердака, изоляцию сплошных стен, двойное остекление и дверь из ПВХ, чтобы сделать тепловой насос жизнеспособным, при общей стоимости, включая насос 27 690 фунтов стерлингов для удовлетворения требований потребность в энергии 16 068 кВт · ч в год.

Для сравнения, установка теплового насоса будет стоить 10 000 или 10 600 фунтов стерлингов с изоляцией чердака, чтобы удовлетворить потребность в 25 236 кВт / ч и 24 208 кВт / ч соответственно.Хотя после модификации теплового насоса дешевле эксплуатировать тепловой насос — 889 фунтов стерлингов в качестве счета за топливо в год, в то время как батарея стоит 1493 фунтов стерлингов, — эта резкая разница в первоначальных затратах приводит к годовой стоимости отопления Caldera. аккумулятор до 2297 фунтов стерлингов без модернизации и тепловой насос без модернизации до 3512 фунтов стерлингов, тогда как с модернизацией это будет 3569 фунтов стерлингов.

Экономические показатели такой собственности могут улучшиться, если налоги на выбросы углерода для нефти будут повышены, что, по мнению МакНэгтена, вполне вероятно, учитывая постоянное стремление к достижению чистого нуля к 2050 году.Таким образом, по данным Gemserv, годовая стоимость нефтяного котла без модернизации составит примерно 2,129 фунтов стерлингов в год до 2,583 фунтов стерлингов, что сделает стоимость тепловых батарей конкурентоспособной с 2030 года и в последующий период.

Следующие шаги для Caldera

Caldera собирается установить 12 тепловых батарей Warmstone в течение следующего года, чтобы подтвердить эту технологию, после новостей о ее запуске в мае. Однако, по словам МакНэгтена, всего за две недели у компании было 150 предварительных заказов.

«Это всегда был один и тот же разговор: они на нашем целевом рынке, они на нефти, они в старой собственности, они хотят что-то сделать, чтобы уменьшить свой углеродный след. И они не хотели делать тепловой насос из-за типа собственности, в которой живут ».

Хотя Великобритания является лучшим местом для начала внедрения технологии, предположил МакНэгтен, учитывая внедрение интеллектуальных счетчиков и распространение возобновляемых источников энергии, ведущих к увеличению числа периодов отрицательных оптовых цен на энергию, компания будет стремиться к расширению в Европе в следующем пять лет, пока энергетические системы по всему континенту продолжают переходить.

Caldera проводит краудфандинг на Crowdcube, достигнув 100% своей цели в день запуска. Раунд финансирования в настоящее время открыт для общественности, но завершится 10 июня 2021 года.

Battery Heat Testing | Приложения ESPEC North America

Тестирование нагрева батареи

Промышленные печи серии SPH от ESPEC подходят для испытаний аккумуляторов на тепловую нагрузку в соответствии со стандартами IEC, UL и SAE. В этих печах предусмотрены меры безопасности на случай катастрофического отказа аккумуляторной батареи.

Температурные испытания, требуемые стандартами на литий-ионные батареи:

• IEC 62133 — Испытание на короткое замыкание при 55 ° C
• IEC 62133 — Испытание на снятие напряжения пресс-формы при 70 ° C
• IEC 62133 — Термическое воздействие: нарастание от 5 ° C / м до 130 ° C
• UL 2054 — Испытание на снятие напряжения пресс-формы при 70 ° C
• UL 2054 — Испытание на нагрев: от 5 ° C / м до 150 ° C
• UL 1642 — Испытание на короткое замыкание при 60 ° C
• UL 1642 — Испытание на нагрев: от 5 ° C / м до 150 ° C
• SAE J2464 — Термическая стабильность: повышение температуры с шагом 5 ° C

Обратите внимание, что скорость нагрева, необходимая для некоторых тестов, зависит от возможностей печи и массовой нагрузки тестируемых батарей

Функции безопасности для потенциально взрывоопасных условий включают:

Низкотемпературные нагреватели
Нагреватели с большой массой «в оболочке» используются для нагрева духовки без раскаленного элемента, который может воспламенить горючие газы, выделяющиеся из неисправной батареи.

Защитное отверстие для взрыва
Выдувная панель в потолке обеспечивает вентиляцию в случае взрыва. Защелка двери надежно запирается, чтобы не открыться, если такое событие произошло. Даже если оператор случайно включит электропитание при разблокированной дверце, переключатель обнаружения блокировки дверцы предотвратит запуск духовки.

В случае взрыва внутри испытательной камеры, как показано на этом рисунке, изоляционный материал изгибается и выдувается вверх вместе с алюминиевой пластиной к металлическому экрану в верхней части камеры.Таким образом, взрыв безопасно направляется и выпускается через верхний металлический экран. Для нашего размера «402» взрыв происходит через верхний металлический экран за счет изгиба изоляционного материала на задней стенке.

Характеристики духовки безопасности

• Взрывоотводчик и защитная дверь для безопасности
• Дверь с рычагом простого действия с обнаружением блокировки для предотвращения работы при открытой двери
• Внутренняя часть из нержавеющей стали
• Эксклюзивный контроллер ESPEC с большим светодиодным дисплеем
  • Двухэтапное программирование с функциями автоматического пуска, останова, линейного изменения и повторения
  • Визуальная и звуковая сигнализация с диагностическим кодом неисправности
• Двухэтапное программирование с функциями автоматического пуска, останова, линейного изменения и повторения
• Четырехуровневая система защиты от перегрева
• Две полки включены в стандартную комплектацию, рассчитаны на 40 фунтов.или больше
• Вытяжная заслонка для вентиляции духовки и быстрого охлаждения

Воспламеняющиеся или содержащие их материалы можно подвергать сушке (термообработке) в этой камере. Однако, чтобы избежать взрыва, хорошо проветривайте камеру и используйте камеру ниже предела взрываемости. См. Брошюру и / или руководство для получения дополнительной информации, включая правильную работу и допустимые легковоспламеняющиеся и горючие газы.

Тепловые регенеративные медные проточные батареи с наношламом для преобразования тепла в энергию с низкопотенциальной тепловой энергией

Низкопотенциальное тепло (ниже 200 ° C) в больших количествах поступает от промышленности или от стандартных солнечных тепловых коллекторов на крыше.Однако производство электроэнергии из этих источников тепла затруднено существующими технологиями. Аккумуляторы с рекуперацией тепла позволяют как преобразовывать, так и сохранять тепловую энергию в электрическую, но они страдают от низкого рабочего напряжения и низкой выходной мощности. Здесь мы предлагаем терморегенерирующую батарею потока наношламов на основе комплексообразования меди с ацетонитрилом в неводных растворах, работающих при напряжении выше 1 В. Комплекс Cu ( I ) может быть дестабилизирован удалением ацетонитрила дистилляцией, что приводит к производство твердых наночастиц меди и Cu ( II ) в растворе, тем самым заряжая аккумулятор.Мы демонстрируем производство электроэнергии при средней плотности мощности 90 Вт м ⁻² и пиковой мощности до 150 Вт м ⁻² и оцениваем теоретическую эффективность всей системы в 2%. Результаты демонстрируют доказательную концепцию сбора и хранения электроэнергии из некачественного тепла.

Эта статья в открытом доступе

Являются ли тепловые батареи альтернативой литий-ионным?

Даже те, кто проявляет незначительный интерес к энергетике, слышали о литий-ионных батареях, которые многие считают решением для революции в области аккумуляторных батарей для электромобилей.Но может быть менее известная и потенциально более эффективная альтернатива тепловым батареям.

Основной принцип работы тепловой батареи прост. Катушки электрического сопротивления нагревают недорогой теплоноситель (кварцевый песок), используя дешевую избыточную электроэнергию, такую ​​как периодические солнечные и ветровые источники энергии.

Энергия хранится в виде тепла сверхвысокой температуры (до 1000 ℃ / 1850 ℉) — за небольшую часть стоимости батарей. При необходимости специализированная турбина преобразует тепло в электричество.Инновационная турбина может сделать это без сгорания, поскольку воздух атмосферного давления проходит через «накопитель тепла» и приводит в действие «турбину» для выработки электроэнергии.

За счет добавления камеры сгорания аккумулятор может также производить еще более управляемую резервную мощность, в идеале используя в процессе сгорания топливо без выбросов, такое как зеленый водород. Таким же образом аккумулятор может обеспечить вращающийся резерв.

Thermal были недавно улучшены благодаря новому исследованию Университета штата Аризона (ASU), в котором оценивались рыночные возможности шведской экологически чистой компании TEXEL Energy Storage и было установлено, что TEXEL предлагает более низкую стоимость литий-ионных батарей для американского рынка.

Исследование показывает, что технология TEXEL может быть успешной в Калифорнии, и предлагает компании использовать все клиентские сегменты калифорнийского рынка для комбинированных приложений хранения и генерации, где технология TEXEL в сочетании с солнечными фотоэлектрическими батареями стоит в среднем 8 центов за кВтч (5 центов). включая тепловую) по сравнению с 14 центами за кВтч для солнечных фотоэлектрических и литий-ионных аккумуляторов для крупных коммерческих и промышленных приложений.

В Нью-Йорке разница в ценах между тарифами на электроэнергию в непиковый и непиковый периоды достаточно велика, чтобы создать возможность для использования TEXEL на бытовом и коммерческом рынках при рассмотрении арбитража при хранении — по сути, зарядка аккумуляторов с низкими ценами на сеть и разрядка аккумуляторов во избежание более высокие, пиковые сетевые цены.Например, TEXEL может дать среднюю стоимость поставленной электроэнергии для жилых домов на уровне 7 центов за кВтч по сравнению с литий-ионными батареями при 14 центах за кВтч.

Кроме того, в отчете подчеркивается возможность для рынка соглашений о закупке электроэнергии (PPA) с объединенным хранением и генерацией. Недавнее 4-часовое литий-ионное хранилище плюс солнечный PPA дало смешанную стоимость 43 доллара за МВтч по сравнению с 26 долларами за МВтч, которые были бы возможны с 4-часовым TEXEL плюс солнечным PPA.

Ларс Якобссон, основатель и генеральный директор шведской компании по чистым технологиям Texel Energy Storage, которая намеревается производить эту технологию в США, сказал, что исследование ASU показывает, что TEXEL имеет большие возможности на американском рынке и имеет «правильную направленность» в отношении Калифорнии. .«Это также показывает, что наша технология представляет собой чрезвычайно конкурентоспособную альтернативу существующим технологиям хранения энергии, таким как литий-ионные батареи. Экономически жизнеспособная и циклическая технология хранения энергии необходима, чтобы иметь возможность внести изменения в производство и распределение энергии в будущем и достичь будущих целей и законодательства в таких штатах, как Калифорния ».

TEXEL представляет собой новое решение, которое может хранить энергию и обеспечивать как электрическую, так и тепловую мощность.Кроме того, химия для хранения TEXEL изготовлена ​​из экологически безвредных химикатов, которые стабильны в течение длительного времени и имеют ожидаемый жизненный цикл 40 лет.

Эти химические вещества могут быть утилизированы и переработаны, что помогает создать механизм замкнутого рынка для снижения воздействия на окружающую среду по сравнению с одноразовыми батареями, которые практически не подвергаются переработке. Кроме того, остаточная стоимость в конце жизненного цикла повышает экономичность проекта за счет возмещения части капитальных вложений.

«Переход к низкоуглеродной, устойчивой энергетической системе и эволюция к безуглеродному будущему потребует сверхдешевых хранилищ, изготовленных из экологически безвредных материалов, стабильных в течение длительного времени без деградации и потерь энергии и пригодных для вторичной переработки. «Технология хранения TEXEL представляет собой новое решение, которое не только сохраняет энергию, но и может обеспечивать как электрическую, так и тепловую мощность», — сказал доцент ASU Натан Джонсон, директор Лаборатории энергетических и энергетических решений (LEAPS) и главный исследователь учиться.

Результаты исследования также указывают на возможности TEXEL обеспечивать конкурентоспособные, устойчивые и надежные источники энергии для других регионов.

Рынок электромобилей (EV) быстро растет и даже доказал свою устойчивость к отключениям, связанным с COVID-19, демонстрируя годовой рост в течение 2020 года, что, в свою очередь, является стимулом для крупных инноваций в секторе аккумуляторов.

Battery Resourcers, вертикально интегрированная компания по переработке и производству литий-ионных аккумуляторов, недавно объявила о соглашении с American Honda Motor Co.по переработке аккумуляторов для электромобилей Honda и Acura. Аккумуляторы Honda первоначально будут перерабатываться на недавно расширенном заводе компании в Вустере, штат Массачусетс, а затем на новом заводе промышленного масштаба, который начнет работать весной 2022 года. Новый завод, который будет способен перерабатывать более 20 миллионов фунтов батареи.

Корпорация Albemarle открыла свой Центр инноваций в области аккумуляторных материалов (BMIC), расположенный на территории Кингс-Маунтин, штат Северная Каролина. Ожидается, что он будет полностью введен в эксплуатацию в этом месяце и будет поддерживать платформы Albemarle для производства гидроксида лития, карбоната лития и передовых материалов для хранения энергии.Он был оборудован для синтеза новых материалов, определения характеристик и анализа свойств материалов, возможности масштабирования материалов и интеграции материалов в аккумуляторные элементы для тестирования производительности.

Comau разработала крупносерийную линию по производству модулей для производства литий-ионных аккумуляторов нового поколения для Leclanché, ведущего мирового поставщика решений по хранению энергии для тяжелого транспорта, военно-морской и железнодорожной промышленности. Эта высокоавтоматизированная линия является результатом одновременного процесса проектирования и сочетает в себе промышленных роботов, системы технического зрения, лазерную сварку и автоматизированную поточную проверку соединений с помощью искусственного интеллекта.

Это позволит Leclanché производить в шесть раз больше текущих мощностей компании, достигая выпуска более 60 000 модулей в год. Также ожидается, что это решение снизит затраты на 20%, поддержит 50 различных конфигураций продукта и сэкономит драгоценное время Leclanché при внедрении новых форматов в производственную линию.

В мае была представлена ​​новая батарея от 247Solar Inc., дочернего предприятия MIT, работающая как электрохимическая батарея, но со значительными преимуществами при более длительном сроке службы.Он разработан для замены традиционных дизельных генераторов на удаленных шахтах, и компания утверждает, что он обеспечивает круглосуточную высоконадежную работу с более высоким проникновением возобновляемых источников энергии, значительной экономией топлива и значительным снижением эксплуатационных расходов в течение всего срока службы.

МЭА поставило перед собой цель электрифицировать 30% мирового автопарка к 2030 году. Это означает, что к 2030 году будет электрифицировано 44 миллиона электромобилей, революция в области мобильности, которая должна питаться от примерно 220 миллиардов литий-ионных аккумуляторных элементов.