Электротранспорт и другие, Вынос из БН-800 Опции

[Татарин]

Да, да, конечно, Na-Ion настолько хороши, безопасны, дешевле, долгосрочнее... настолько, что с начала 1970-х развивают Li-Ion!

Так литий же лучше. В пересчёте на грамм аккума больше плотность энергии. Это общеизвестно.

Аккумуляторы? Когда и если создадут реальные электролиты и мембраны для работы с соединениями натрия, реальные коммерческие, а не для рекламных проспектов, тогда приходите поговорить о наступлении новой энергетической эры, зелёной-зёлёной и супердешёвой!

Аккумуляторы.

Ну вот я и пришёл.
Правда, не хочу говорить о новой эре, но то такое...

[Ирина Дорохова]

Так литий же лучше. В пересчёте на грамм аккума больше плотность энергии. Это общеизвестно.

а не затруднит многоуважаемых форумчан написать, по каким параметрам сравниваются те или иные накопители? Почему важен этот параметр (хотя бы в двух словах)? и какие примерно значения этих параметров могут служить ориентиром (вдруг есть в голове или под рукой)? Интересуют никель-марганец-литий-кобальтовые, литий-железо-фосфатные, натриевые и ионистеры.
(жалобно) а еще можно попросить объяснить, в чем отличие устройства ионистера от обычного аккумулятора, если не считать использование пористых материалов? Я прочитала вики, но поняла только про пористые материалы.

[Татарин]

а не затруднит многоуважаемых форумчан написать, по каким параметрам сравниваются те или иные накопители? Почему важен этот параметр (хотя бы в двух словах)? и какие примерно значения этих параметров могут служить ориентиром (вдруг есть в голове или под рукой)? Интересуют никель-марганец-литий-кобальтовые, литий-железо-фосфатные, натриевые и ионистеры.
(жалобно) а еще можно попросить объяснить, в чем отличие устройства ионистера от обычного аккумулятора, если не считать использование пористых материалов? Я прочитала вики, но поняла только про пористые материалы.

Плотность энергии на объём и на массу, плотность мощности на объём и на массу, ресурс, цена. Ну ещё и тонкости химии, если есть (как тот же эффект памяти у NiMH).

Литий-никель-марганец - высокая ёмкость (до 250 Вт×ч/кг), мощность, относительно невысокий ресурс (сотни циклов), относительно высокая цена.
Линий-феррофрсфат - ниже ёмкость (до 120Вт×ч/кг), ниже мощность, высокий ресурс (до 2-3 тысяч циклов), ниже цена.
Натриевые - ниже ёмкость (до 80-120 Вт×ч/кг), относительно высокая мощность, высокий ресурс, низкая цена.
Все эти аккумы сильно зависят от температуры и не любят зарядки при низких температурах (самые чувствительный- LiNMC)

Ионисторы - вообще отдельная тема из-за ёмкости радикально ниже (5-10Вт×ч/кг). Высокая и очень высокая мощность, практически бесконечный ресурс (100000-1000000 циклов). Кроме того, это не аккумулятор низкой ёмкости, а конденсатор сверхвысокой ёмкости. Из-за это особенности поведения: резкая зависимость напряжения от оставшегося заряда, почти по школьной физике - CU²/2. Своеобразная электроника нужна для работы.
Со всеми аккумами не просто, но тут просто ни на что не похоже вообще.

[Ирина Дорохова]

спасибо большое!

[eninav]

Ионистор, он же суперконденсатор - это вообще не аккумулятор, это просто емкий конденсатор. Т.е. при зарядке-разрядке не идут химические процессы, как в аккумуляторе, только электромагнитные. Отсюда плюсы: практически неограниченный ресурс, заряжать и разряжать можно хоть миллион раз; большие токи заряда-разряда относительно емкости (можно полностью разрядить/разрядить за минуту и даже быстрее); не боится никаких морозов (химические аккумуляторы теряют емкость, а на сильном морозе могут вообще выйти из строя); низкое внутреннее сопротивление и следовательно высокий КПД; экологичность. Но расплачиваться за это приходится крайне низкой емкостью, в десятки раз ниже, чем у аккумуляторов. Если сделать электромобиль на ионисторах, пробег будет хорошо если километров 20. В принципе, для ОТ это может быть и достаточно, учитывая практически мгновенную зарядку, но тогда заряжать надо чуть ли не на каждой остановке (в Минске такие электробусы ходят). Но в целом для электротранспорта подходит слабо.

[Ирина Дорохова]

Пасиба!

Т.е. при зарядке-разрядке не идут химические процессы, как в аккумуляторе, только электромагнитные. Отсюда плюсы: практически неограниченный ресурс, заряжать и разряжать можно хоть миллион раз

А почему? что-то "не портится"?

Сообщение отредактировал Ирина Дорохова - 29.12.2022, 16:05

[alex_bykov]

А почему? что-то "не портится"?

Внутри нет химии, т.е. процессы обратимы.

[eninav]

Пасиба!

А почему? что-то "не портится"?

В аккумуляторах при зарядке-разрядке идут электрохимические процессы, атомы металлов то переходят в раствор в виде ионов, то опять восстанавливаются до металлов. Но электрод восстанавливается не совсем равномерно, где-то больше, где-то меньше. Со временем нарастают дендриты - длинные кристаллы, рано или поздно они замыкают электроды, и аккумулятор начинает через них разряжаться. С этим пытаются бороться, но полностью остановить этот процесс не получается.
В ионисторе химических реакций нет, поэтому нет и дендритов.

[Ирина Дорохова]

Я вот еще раз перечитала то, что пишут в Вики про ионисторы. Выглядят они как аккумуляторы - там есть анод, катод, электролит и мембрана. Но работает вся система как конденсатор. Так? В Вики написано непонятно: в начале статьи - что двойной электрический слой - это и есть обкладки, а дальше - что это только расстояние между обкладками. А что тогда выступает в роли обкладок? И их ведь должно быть две? или электролит - это одна "обкладка", а твердое тело - другая? А зачем тогда в этой системе мембрана?
А где тут электромагнитные процессы?

[eninav]

Я вот еще раз перечитала то, что пишут в Вики про ионисторы. Выглядят они как аккумуляторы - там есть анод, катод, электролит и мембрана. Но работает вся система как конденсатор. Так? В Вики написано непонятно: в начале статьи - что двойной электрический слой - это и есть обкладки, а дальше - что это только расстояние между обкладками. А что тогда выступает в роли обкладок? И их ведь должно быть две? или электролит - это одна "обкладка", а твердое тело - другая? А зачем тогда в этой системе мембрана?
А где тут электромагнитные процессы?

Это по сути продвинутый электролитический конденсатор.
Конденсатор - это два проводника, разделенные слоем диэлектрика, причем емкость конденсатора прямо пропорциональна площади обкладок и обратно пропорциональна расстоянию между ними. В электролитическом конденсторе один электрод - металлическая фольга, второй - электролит, а слой диэлектрика - это оксидный слой на поверхности фольги. Слой этот очень тонкий (нанометры), отсюда и очень высокая емкость. В суперкондесаторе тоже самое, только вместо фольги пористая структура с огромной площадью.
В аккумуляторе электролит тоже есть, но там он выполняет совершенно другую роль. Там с ним электроды химически взаимодействуют, а тут он от электродов отделен оксидным слоем.

[Superwad]

В аккумуляторах при зарядке-разрядке идут электрохимические процессы, атомы металлов то переходят в раствор в виде ионов, то опять восстанавливаются до металлов. Но электрод восстанавливается не совсем равномерно, где-то больше, где-то меньше. Со временем нарастают дендриты - длинные кристаллы, рано или поздно они замыкают электроды, и аккумулятор начинает через них разряжаться. С этим пытаются бороться, но полностью остановить этот процесс не получается.
В ионисторе химических реакций нет, поэтому нет и дендритов.

Тут такое дело - ионистор это переходное между обычным конденсатором и чистой химической батареей. И, да химические процессы имеют место быть в нём. Частный случай - обратимый газовый ионистор - водородная топливная ячейка. Есть ещё газовые никилевые батарейки - они очень распространены на спутниках, так как имеют ресурс работы до 20 лет. В настоящее время очень часто используется твёрдый электролит (только вместо металла - водород. Не стоит забывать, что водород относится в таблице Менделеева к щелочным металлам!!!). Поэтому нет водородных дендритов. Единственны минус ионисторов - напряжение. Оно от 1 до 1,5 в на ячейку.
Вот поэтому сейчас тот же БМВ хочет получить как можно скорее твердотельные батареи для перспективных авто.
На мой взгляд, всё же перспективнее будут гибридные авто - ДВС + электро с батареями на пробег около 50 км, но с большим ресурсом. Дело в том, что т.н. зелёный водород лучше всего использовать не в чистом виде, а в готовом дешёвом легко транспортируемом носителе - в данном случае синтетическом топливе. Это не секрет, что синтетическое топливо лучше сгорает и даёт меньше выхлопов, из-за высокого содержания в нём водорода. Но как оказалось, позволить себе заводы с водородными установками для гидрирования тяжёлых битумных и мазутных остатков Европа не в состоянии - слишком дорогое удовольствие! Поэтому такие заводы распространены только там где есть источник дешевого водорода. А где они - догадайтесь сами
PS. Общая КПД водородных ТЭ около 50 %, что близко к КПД дизельным моторов (около 40 %)
PSS. Начались поставки т.н. чистого электрического топлива (E-Fuel) в Евросоюз из Латинской Америки. Там получают т.н. чистый водород при помощи ветряков и потом процесс Фишера-Тропша.

[Ирина Дорохова]

И, да химические процессы имеют место быть в нём

химические процессы в ионисторе - это все же общий принцип действия или частный случай?

обратимый газовый ионистор - водородная топливная ячейка

эта фраза значит "Н-топливная ячейка и есть обратимый газовый ионистор" или "газовый ионистор может работать с водородом"? Почему вопрос: я думала, что электролизер и Н-топливная ячейка - это противоположные по функционалу устройства, которые не могут быть объединены в одной коробочке. Я ошибалась? Или в газовых ионисторах не воду разлагают?

используется твёрдый электролит (только вместо металла - водород

Хм. вот есть твердое тело, погруженное в жидкую или газовую среду. Как определить, что из этого электролит, а что нет? Я к чему: почему нельзя назвать электролитом газ?

На мой взгляд, всё же перспективнее будут гибридные авто - ДВС + электро с батареями на пробег около 50 км

После бесед с автопроизводителями попробую предположить, что две системы под капотом означает, что обе они будут хуже и упрощеннее, чем если бы была одна - из экономических соображений.

в готовом дешёвом легко транспортируемом носителе - в данном случае синтетическом топливе... Но как оказалось, позволить себе заводы с водородными установками... Европа не в состоянии - слишком дорогое удовольствие

Так все же дорогое или дешевое (в смысле "вообще")? или, как следует из смайлика, все зависит от конкретной юрисдикции?

т.н. чистого электрического топлива

Я так поняла, они на спирту хотят ездить. В новости речь шла о метаноле. В процессе Фишера-Тропша спирт считается побочным продуктом? интересно, как они процесс настраивать будут... или заодно они еще и обычный метан будут поставлять? электрический...

[Татарин]

химические процессы в ионисторе - это все же общий принцип действия или частный случай?

Диссоциация в электролите - определенно химический процесс.
В электролите некое вещество разваливается на ионы с разными зарядами, они становятся подвижными и электролит становится электролитом - приобретает способность проводить ток.
В ионисторе эти ионы расползаются по разным сторонам, подходят к электродам и останавливаются на тонком слое изолятора, цепь не замыкается, заряды просто накапливаются, разрядиться они могут только через внешнюю цепь, совершив работу. Это конденсатор.
Но эти процессы прекрасно обратимы, потому что происходят в жидкости и сам хаос гарантирует их воспроизводимость. Если внешнюю цепь замкнуть, то заряды побегут обратно и сползутся в жидкости, перемешаются снова.

В отличие от реакций окисления и восстановления в обычном аккумуляторе, где результатом бывает твёрдое вещество, которое может восстановиться или окислиться не там.
Как пример: восстанавливаемый металл растёт в виде проволочек-дендритов, которые могут закоротить электроды и являются причиной воспламенения и взрывов литиевых аккумов.
Или, как другой пример, накапливаемый изолирующий хрупкий и непрочный сульфат свинца на пластинах в свинцовых батареях, который перестаёт растворяться и участвовать в движухе и мешфет при этом проходить ионам (току) к металлическому свинцу. В общем, там, где возможен порядок, возможно же и разупорядочивание.
В конденсаторах с этим сильно попроще.

[Ирина Дорохова]

Кажется, начинает прояснятся. В аккумуляторах происходит циклы растворения-кристаллизации. А в ионисторе такого не происходит. Там как были с одной стороны жидкость, с другой твердое тело, так и осталось. И ионы то сбегаются к диэлектрику, то разбегаются от него. И жидкости пофиг, а твердому телу... ну, видимо, тоже... А в твердом теле электроны сбегаются, да?

[alex_bykov]

А в твердом теле электроны сбегаются, да?

В металлах охотнее. В диэлектриках и прочих вариантах - куда хуже.

[Ирина Дорохова]

ну понятно, да.

[eninav]

Ну, без дешёвого нефтегаза мир в целом будет, конечно, победнее... но чего-то прям критичного не вижу.

Пойдёт в большой тираж натрий (а он уже сейчас 160Вт*ч/кг даёт), и вопрос с ценой и ресурсом батарей станет попроще.
Опять же, у некоторых натриевых батареек и остальная химия сильно проще.

Интересно, а почему не используются алюминий-ионные аккумуляторы? Уж чего-чего, а алюминия полно, мировое производство - десятки миллионов тонн. Даже если срок службы будет небольшим, можно просто новых наклепать.

[Татарин]

Интересно, а почему не используются алюминий-ионные аккумуляторы? Уж чего-чего, а алюминия полно, мировое производство - десятки миллионов тонн. Даже если срок службы будет небольшим, можно просто новых наклепать.

Это относительно новая технология и, НЯЗ, всё ещё проблемная даже в лабораторных масштабах. Поэтому на числа по ёмкости и по ресурсу в той же Википедии нужно смотреть с большой осторожностью пока - это всё со слов исследователей, которые не очень заинтересованы рассказывать о проблемных точках. И запросто могут выдавать свои предположения о будущем за факт.

НЯЗ (как минимум) они боятся перенапряжения при заряде. Поэтому там наверняка будет относительно низкий зарядный ток и сложная электроника контроля.

[Superwad]

Диссоциация в электролите - определенно химический процесс.
В электролите некое вещество разваливается на ионы с разными зарядами, они становятся подвижными и электролит становится электролитом - приобретает способность проводить ток.
В ионисторе эти ионы расползаются по разным сторонам, подходят к электродам и останавливаются на тонком слое изолятора, цепь не замыкается, заряды просто накапливаются, разрядиться они могут только через внешнюю цепь, совершив работу. Это конденсатор.
Но эти процессы прекрасно обратимы, потому что происходят в жидкости и сам хаос гарантирует их воспроизводимость. Если внешнюю цепь замкнуть, то заряды побегут обратно и сползутся в жидкости, перемешаются снова.

В отличие от реакций окисления и восстановления в обычном аккумуляторе, где результатом бывает твёрдое вещество, которое может восстановиться или окислиться не там.
Как пример: восстанавливаемый металл растёт в виде проволочек-дендритов, которые могут закоротить электроды и являются причиной воспламенения и взрывов литиевых аккумов.
Или, как другой пример, накапливаемый изолирующий хрупкий и непрочный сульфат свинца на пластинах в свинцовых батареях, который перестаёт растворяться и участвовать в движухе и мешфет при этом проходить ионам (току) к металлическому свинцу. В общем, там, где возможен порядок, возможно же и разупорядочивание.
В конденсаторах с этим сильно попроще.

с литием всё намного веселее. Первые аккумуляторы были с металлическим литием. Он имеет большую ёмкость. чем современные. Но и очень пожароопасен. Поэтому и не получили они промышленное распространение. А распространение получили литиевые батареи с интеркалированным литием в электрод! Т.е. литий не восстанавливается до металла, а внедряется в электрод и потом при рязряде выходит и уже ведёт себя как обычно. Чем выше ёмкость анода интеркалировать литий, тем выше ёмкость батареи. Вот такой очень важный нюанс. Кстати. электролит в литиевых батареях - жидкая органика. Поэтому при к/з они так красиво и с огоньком горят.
С другой стороны сейчас появился первый промышленный завод по производству натриевых трердотельных батарей. Посмотрим. что будет на выходе.

[Superwad]

Если посмотреть, то получается что как только появляется электролит - это уже химия (значит батарейка), а двойной электрический слой - конденсатор. Самая сложная и дорогостоящая часть ионистора - это протонообменный сепаратор. Это то же самое, что и мембрана обратного осмоса, только ещё мельче ячейки.
электролит - либо жидкий, либо твёрдый полимерный.