Типы и характеристики опытных и разрабатываемых вторичных ХИТ

Справочная информация > Вторичные ХИТ - аккумуляторы. Характеристики, основные понятия. >

ТИПЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПЫТНЫХ И РАЗРАБАТЫВАЕМЫЙ ВТОРИЧНЫХ ХИТ

Основные виды новых вторичных ХИТ. Под опытными в данном разделе понимаются ХИТ, которые проходят испытания в тех или иных устройствах или машинах: механически перезаряжаемые воздушно-цинковые ХИТ, бромно-цинковые, серно-натриевые и никель-хлоридно-натриевые аккумуляторы. Основными областями применения этих вторичных ХИТ могут быть электромобили и энергетика. В стадии разработки находятся воздушно-цинковые электрически перезаряжаемые ХИТ, железохлоридно-натриевые аккумуляторы, желе-зосульфидно-литиевые, литий-ионные аккумуляторы с положительным электродом на основе оксидно-марганцевой шпинели и литиевые аккумуляторы с твердополимерным электролитом (ТПЭ).

Воздушно-цинковые электрически перезаряжаемые ХИТ. Отрицательным электродом является цинковый, положительным — углеродистый газодиффузионный, содержащий катализатор электрод, на котором обратимо восстанавливается кислород воздуха и окисляется гидроксид-ион. Электролитом служит раствор щелочи. К достоинствам можно отнести высокую удельную энергию (см. табл. 4.1.3) и невысокую стоимость. Основными задачами разработчиков является повышение срока службы и удельной мощности. После решения этих задач ХИТ может найти применение в электромобилях.

Воздушно-цинковые механически перезаряжаемые ХИТ. После разряда ХИТ проводятся замена электродов и электролита и их регенерация на специальном предприятии. ХИТ имеет высокую удельную энергию (см. табл. 4.1.3), среднюю удельную мощность и невысокую стоимость. К недостаткам ХИТ следует отнести необходимость специального обслуживания и регенерации электролита и электродов. Построено несколько предприятий по обслуживанию и регенерации ХИТ, проводятся испытания нескольких типов электромобилей с такими ХИТ.

Бромно-цинковые аккумуляторы. Активным веществом положительного электрода служит бром, входящий в состав комплекса с аминами, отрицательным электродом — цинк. Католит отделяется мембраной от анолита. Католит и анолит хранятся в отдельных резервуарах и подаются к электродам и отводятся от электродов по като-литным и анолитным циркуляционным контурам. Аккумуляторы имеют среднюю удельную энергию (см. табл. 4.1.3) и невысокую стоимость. К их недостаткам можно отнести относительно невысокую удельную мощность, высокую скорость саморазряда и наличие токсичного брома. Аккумуляторы испытываются на электромобилях и в системах сглаживания графика нагрузок в электросетях. Применение этих аккумуляторов для сглаживания нагрузок в энергосистемах представляется достаточно перспективным.

Серно-натриевые аккумуляторы. Материалом отрицательного электрода является расплавленный натрий, положительного электрода — сульфиды натрия, электролитом служит твердый бета-глинозем, содержащий оксиды алюминия и натрия. Аккумулятор работает при повышенной температуре (см. табл. 4.1.3), характеризуется высокой удельной энергией и мощностью, относительно высокой стоимостью и требует специальных мер по обеспечению безопасности. Испытывается на электромобилях и в устройствах для сглаживания графика нагрузок в энергосистемах.

Никельхлоридно-натриевыс и железохлоридно-натриевые аккумуляторы. Материалом положительного электрода служит либо хлорид никеля, либо хлорид железа. Электролит в аккумуляторах двойной: твердый бета-глинозем у натриевого электрода и расплавленный хлоридный около положительного электрода. Аккумуляторы имеют высокие удельную энергию и мощность (см. табл. 4.1.3) и приемлемую стоимость. Никельхлоридно-натриевый аккумулятор испытывается на электромобилях. Из-за более сложной технологии изготовления железохлоридно-натриевыи аккумулятор пока не вышел на уровень испытаний, но разработка его продолжается, поскольку стоимость хлорида железа существенно ниже стоимости хлорида никеля.

Сульфидно-литиевые аккумуляторы. Активными материалами положительного электрода являются сульфиды железа, отрицательного электрода — сплав лития с алюминием, электролита — расплавленные хлориды щелочных металлов. Аккумуляторы работают при высокой температуре (см. табл. 4.1.3), имеют высокие удельные энергию и мощность, однако требуют специальных мер по обеспечению безопасности. Рассматриваются в качестве источника энергоснабжения электромобиля.

Литий-ионные аккумуляторы с марганцевой шпинелью и оксидами ванадия на катоде. В промышленно выпускаемых литий-ионных аккумуляторах активным материалом катода обычно служит дорогой оксид кобальта. В лабораториях разрабатываются литий-ионные аккумуляторы, в которых в качестве активного материала положительного электрода используются более дешевые марганцевая шпинель и оксиды ванадия. Наиболее сложной задачей является повышение ресурса катода и соответственно аккумулятора.

Литиевые аккумуляторы с твердым полимерным электролитом и металлическим анодом. В выпускаемых литий-полимерных аккумуляторах применяются не сухие полимерные электролиты, а пластифицированные полимеры или микропористые мембраны, содержащие растворитель. Обычно в таких аккумуляторах применяется углеродистый анод, в который обратимо внедряется литий. Более высокие характеристики будут иметь аккумуляторы с металлическим литиевым анодом. Однако применение металлического лития ограничивает срок службы и снижает безопасность аккумуляторов, содержащих жидкие растворители. Поэтому ведутся активные работы по созданию литиевого аккумулятора с твердым (сухим) полимерным электролитом либо с полимерным пластифицированным электролитом, обеспечивающим высокий ресурс и безопасность аккумулятора.

Характеристики опытных и разрабатываемых вторичных ХИТ. Как следует из табл. 4.1.3, большинство разрабатываемых вторичных ХИТ имеет разрядное напряжение 1,5 В и более. Разрядные кривые у этих ХИТ пологие. Исключение составляют новые литиевые вторичные ХИТ, которые характеризуются наклонными разрядными кривыми. Удельная энергия новых вторичных ХИТ, за исключением бромно-цинковых, составляет 100 Вт • ч/кг и более. Такая высокая удельная энергия обусловливает большой интерес к этим ХИТ. Лишь в трех из приведенных в табл. 4.1.3 ХИТ применяются водные растворы электролитов. Новые вторичные ХИТ с водными растворами электролитов оказались наиболее дешевыми. Большинство из приведенных в табл. 4.1.3 ХИТ разрабатываются длительное время, однако практическое их применение тормозится либо по экономическим причинам, либо из-за нерешенных проблем.