Ecologie de la consommation. Roulotte et technique: L'avenir du transport électrique dépend en grande partie de l'amélioration des batteries - elles doivent peser moins, charger plus rapidement et produire plus d'énergie.
L'avenir du transport électrique dépend en grande partie de l'amélioration des batteries - elles doivent peser moins, charger plus rapidement et produire plus d'énergie. Les scientifiques ont déjà atteint certains résultats. L'équipe Ingénieurs a créé des batteries d'oxygène au lithium qui ne gaspillent pas d'énergie et peuvent servir de décennies. Et le scientifique australien a présenté un ionistor basé sur graphène, qui peut être facturé un million de fois sans perte d'efficacité.
Les batteries au lithium-oxygène pèsent peu et produisent beaucoup d'énergie et peuvent devenir des composants parfaits pour les véhicules électriques. Mais ces batteries ont un désavantage significatif - ils s'usent rapidement et distinguent une trop grande énergie sous forme de chaleur gaspillée. Le nouveau développement des scientifiques de MTI, le laboratoire national d'Argon et l'université de Beijing promet de résoudre ce problème.
Créé par l'équipe d'ingénieurs Les batteries au lithium-oxygène utilisent des nanoparticules, qui contiennent du lithium et de l'oxygène. Dans ce cas, l'oxygène lorsque l'état change, il est stocké à l'intérieur de la particule et ne revient pas à la phase gazeuse. Cela comporte le développement de batteries lithium-air qui reçoivent de l'oxygène de l'air et la produisent dans l'atmosphère pendant la réaction inverse. Une nouvelle approche réduit la perte d'énergie (la magnitude de la tension électrique est réduite presque 5 fois) et augmente la durée de vie de la batterie.
La technologie d'oxygène au lithium est également bien adaptée aux conditions réelles, contrairement aux systèmes lithium-air, qui sont gâtés par contact avec l'humidité et le CO2. De plus, les batteries sur le lithium et l'oxygène sont protégées de l'excès de charge - dès que l'énergie devient trop nombreuse, la batterie bascule vers un autre type de réaction.
Les scientifiques ont effectué 120 cycles de libération, tandis que la performance n'a diminué que de 2%.
Jusqu'à présent, les scientifiques n'ont créé qu'un échantillon de batterie expérimenté, mais au cours de l'année, ils ont l'intention de développer un prototype. Pour cela, des matériaux coûteux ne sont pas nécessaires et la production est largement similaire à la production de batteries lithium-ion traditionnelles. Si le projet est mis en œuvre, alors dans un proche avenir, les véhicules électriques seront maintenus deux fois plus d'énergie au même poids.
L'ingénieur de l'Université de technologie Sinbarne en Australie a décidé un autre problème de piles - la vitesse de leur recharge. L'ionistor développé par lui est chargé presque instantanément et peut être utilisé pendant de nombreuses années sans perte d'efficacité.
Khan Lin a utilisé Grapheen - l'un des matériaux les plus durables aujourd'hui. En raison de la structure ressemblant à des cellules, le graphène a une grande surface pour le stockage d'énergie. Le scientifique a imprimé les plaques de graphene sur une imprimante 3D - cette méthode de production vous permet également de réduire les coûts et d'augmenter l'échelle.
L'ionistor créé par des scientifiques produit autant d'énergie par kilogramme de poids, mais également des batteries lithium-ion, mais elle est chargée en quelques secondes. Dans le même temps, au lieu de lithium, le graphène est utilisé, ce qui est beaucoup moins cher. Selon la ligne de Khan, l'ionistor peut passer des millions de cycles de charge sans perte de qualité.
La sphère de la production de batteries ne reste pas encore. Brothers Krazsel d'Autriche a créé un nouveau type de piles pesant presque deux fois moins de piles À Tesla modèle S.
Les scientifiques norvégiens de l'Université d'Oslo ont inventé la batterie, qui peut être complètement. Cependant, leur développement est destiné aux transports en commun urbains qui s'arrêtent régulièrement - sur chacun d'eux, le bus sera rechargé et que l'énergie suffit à accéder au prochain arrêt.
Les scientifiques de l'Université de Californie à Iquine ont approché la création d'une batterie éternelle. Ils ont développé une batterie de nanowires, qui peuvent être rechargées de centaines de milliers de fois.
Et les ingénieurs de l'Université de Rice ont réussi à créer, opérant à une température de 150 degrés Celsius sans perte d'efficacité. Publié
Souhaitez-vous avoir un smartphone avec une batterie, à partir de laquelle vous pouvez «voir» la voiture? Et en même temps, de sorte qu'il s'est chargé en quelques secondes? Fantasy - tu vas dire. Néanmoins, les scientifiques de l'Université Illinois ont publié leur travail, ce qui nous donne l'espoir de voir de tels superbatics à l'avenir.
Cela tourne sur la performance des piles. Cela peut donner beaucoup plus de pouvoir que quiconque peut imaginer. Au cours des dernières décennies, l'électronique est devenue compacte. Les parties "Penser" des ordinateurs sont également devenues moins. Et les piles sont considérablement à la traîne. Notre microtechnologie peut changer tout cela. Maintenant, l'alimentation est aussi haute performance que tout le reste.
Avec des sources de puissance modernes, l'utilisateur doit choisir entre puissance et capacité. Pour certaines applications, vous avez besoin d'une grande quantité d'énergie (par exemple, lors de la transmission d'un signal radio sur de longues distances). Les condensés sont capables de le libérer rapidement, mais en même temps, il ne s'agit que de petites quantités. Pour d'autres tâches, telles que l'écoute de la radio durable, vous avez besoin d'une grande capacité source, qui a, par exemple, des piles à combustible et des piles. Mais ils donnent de l'électricité assez lentement.
Les piles créées par l'équipe sous la direction du William King (William P. King) vous permettent de créer des batteries sans compromis qui représentent une puissance élevée et un conteneur élevé. De plus, à l'aide d'un réglage simple du processus de production, il est possible de faire varier le rapport de ces paramètres.
Comme on le sait, l'efficacité de la batterie dépend directement de la surface de ses électrodes. L'équipe a réussi à l'augmenter de manière significative avec le processus technologique suivant. Premièrement, une couche de polystyrène est appliquée au substrat de verre. Ensuite, le nickel électrolytique, qui sert de base de futurs cathodes, est introduit dans cette structure et les billes de polystyrène sont gravées. Un nickel-étain est appliqué avec une surface galvanique à la surface de l'espace libre - sur l'anode et le dioxyde de manganèse - à la cathode. L'essence globale du processus est clairement présentée dans l'illustration suivante:
En fin de compte, une structure avec une vaste surface est obtenue, libérant plus d'espace libre pour les réactions chimiques.
Le scientifique a réussi à créer une batterie microbatterie. Le graphique ci-dessous montre sa comparaison avec batterie conventionnelle Sony CR1620:
Avec de telles piles, par exemple, une transmission de signal radio est 30 fois supérieure à celle des sources d'alimentation conventionnelles ou une réduction de la taille de la batterie 30 fois. De plus, les batteries sont capables de charger 1000 fois plus rapidement que modernes. Impressionnant, n'est-ce pas?
DANS actuellement Les scientifiques travaillent sur l'intégration de leurs batteries avec d'autres. composants electroniquesEt développer également un processus de production qui leur permettra de les exécuter dans une série à un prix abordable.
Et aujourd'hui, nous allons parler de l'imaginaire - avec une capacité spécifique gigantesque et une charge instantanée. Les nouvelles de ces développements apparaissent avec une régularité enviable, mais l'avenir n'est pas encore venu, et nous utilisons toujours les batteries au lithium-ion au début de la décennie, ou un peu plus que des homologues parfaites au lithium-polymère. Donc, quel est le cas, dans les difficultés technologiques, l'interprétation incorrecte des mots des scientifiques ou autre chose? Essayons de comprendre.
À la poursuite de la vitesse de chargement
L'un des paramètres des piles que les scientifiques et grandes entreprises Essayez constamment d'améliorer la vitesse de chargement. Cependant, il ne sera pas complètement augmenté de l'augmenter, non même en raison des lois chimiques des réactions dans les batteries (en particulier depuis que les développeurs de batteries d'aluminium-ion ont déjà indiqué qu'un tel type de piles pouvait être complètement chargé en juste un Deuxièmement), et en raison de restrictions physiques. Passons à un smartphone avec une capacité de batterie de 3000 mah et de support chargement rapide. Vous pouvez compléter complètement un tel gadget pendant une heure de courant en moyenne 3 A (en moyenne parce que la tension lors de la charge de charge). Cependant, si nous voulons obtenir une charge complète pendant une seule minute, le courant sera déjà requis à 180 et à l'exclusion de diverses pertes. Pour charger l'appareil, ce courant nécessitera un fil d'un diamètre d'environ 9 mm - deux fois plus que le smartphone lui-même. Et la force actuelle est de 180 et à une tension d'environ 5 à l'habitude chargeur Il ne sera pas en mesure de donner: les propriétaires des smartphones auront besoin d'un convertisseur de courant pulsé comme ce qui est représenté sur la photo ci-dessous.
Alternative à une augmentation de la force actuelle - une augmentation de la tension. Mais il est généralement fixe et pour les batteries au lithium-ion est de 3,7 V. Bien sûr, il peut être dépassé - chargement technologie rapide Charge 3.0 est avec une tension allant jusqu'à 20 V, mais une tentative de chargement d'une batterie avec une tension d'environ 220 V ne conduira rien de bien, et il n'est pas possible de résoudre ce problème dans un proche avenir. Les piles modernes ne peuvent tout simplement pas utiliser cette tension.
Batteries éternelles
Bien sûr, le discours ne va pas sur le "moteur éternel", mais sur les batteries avec une longue durée de vie. Les batteries de lithium-ion modernes pour smartphones sont capables de résister au maximum de quelques années d'utilisation active d'appareils, après quoi leur capacité tombe régulièrement. Les propriétaires de smartphones avec des piles amovibles ont eu la chance un peu plus que d'autres, mais dans ce cas, il convient de veiller à ce que la batterie ait été produite récemment: les batteries lithium-ion se dégradent même lorsqu'ils sont utilisés.
Sa décision de ce problème a été suggérée par des scientifiques de l'Université Stanford: Couvrir les électrodes de types existants de batteries lithium-ion avec un matériau polymère avec addition de nanoparticules en graphite. Selon des scientifiques, il protégera les électrodes inévitablement recouvertes de microfacks pendant le fonctionnement et les mêmes microfacks du matériau polymère seront retardés de manière indépendante. Le principe d'action d'un tel matériau est similaire à la technologie appliquée dans le smartphone LG G Flex avec un couvercle arrière auto-raffinant.
Transition à la troisième dimension
En 2013, un message est apparu sur le développement d'un nouveau type de batteries lithium-ion par des chercheurs de l'Université de l'Illinois. Les scientifiques ont déclaré que la puissance spécifique de ces batteries sera jusqu'à 1000 mW / (cm * mm), tandis que la puissance spécifique des batteries lithium-ion classiques varie entre 10 et 100 mW / (cm * mm). Ce sont de telles unités de mesures, car nous parlons de structures suffisamment petites avec une épaisseur de dizaines de nanomètres.
Au lieu d'une anode plate et de la cathode utilisée dans le traditionnel Batteries li-ionLes scientifiques ont proposé d'utiliser des structures volumétriques: un réseau cristallin du sulfure de nickel sur un nickel poreux en tant qu'anta et un dioxyde de manganèse sur un nickel poreux en tant que cathode.
Malgré tous les doutes causés par le manque de communiqués de presse des paramètres exacts de nouvelles batteries, ainsi que des prototypes non encore présentés, le nouveau type de piles est toujours réel. Ceci est confirmé par plusieurs articles scientifiques sur ce sujet publié au cours des deux dernières années. Néanmoins, si ces batteries et deviennent disponibles pour les utilisateurs finaux, cela se produira très bientôt.
Charger à travers l'écran
Les scientifiques et les ingénieurs tentent d'étendre la vie de nos gadgets non seulement en trouvant de nouveaux types de batteries ou une augmentation de leur efficacité énergétique, mais également de manière assez inhabituelle. Les chercheurs de l'Université du Michigan ont proposé d'intégrer un panneau solaire transparent directement à l'écran. Étant donné que le principe de fonctionnement de ces panneaux est basé sur l'absorption du rayonnement solaire pour les rendre transparents, les scientifiques ont dû aller à la ruse: le matériau des nouveaux panneaux de type absorbe uniquement les rayonnements invisibles (infrarouge et ultraviolet), après quoi les photons , reflété à partir des vastes grains de verre, sont absorbés par des bandes étroites panneaux solaires Type traditionnel dans ses bords.
Le principal obstacle à l'introduction de cette technologie est la faible efficacité de ces panneaux - seulement 1% contre 25% des panneaux solaires traditionnels. Maintenant, les scientifiques cherchent des moyens d'accroître l'efficacité au moins jusqu'à 5%, mais solution rapide Ce problème est peu susceptible d'attendre. Au fait, Apple a récemment breveté une technologie similaire, mais elle est toujours inconnue, où elle se trouve dans ses appareils, un fabricant dépose les panneaux solaires.
Avant cela, sous les mots "batterie" et "batterie", nous voulions dire un élément de batterie rechargeable, mais certains chercheurs croient que des sources de tension jetables peuvent être utilisées dans les gadgets. En tant que piles pouvant fonctionner sans recharger ou autre service pendant plusieurs années (voire plusieurs décennies), les scientifiques de l'Université de Missouri ont proposé d'utiliser des générateurs thermoélectriques Riteg - radio-isotope. Le principe d'action du RITEG est basé sur la transformation de la chaleur libérée dans le processus de chaleur en électricité. Beaucoup d'installations de ce type sont connues pour une utilisation dans l'espace et les endroits difficiles à atteindre sur terre, mais aux États-Unis, des piles radio-isotopes miniatures ont également été utilisées au stimulateur.
Les travaux sur le type amélioré de piles sont effectués depuis 2009 et même les prototypes de tels éléments de nutrition ont été montrés. Mais nous ne pouvons pas voir les batteries radio-isotopique dans les smartphones dans un proche avenir: ce sont des routes de production et, de plus, de nombreux pays ont restrictions strictes sur la production et le chiffre d'affaires des matières radioactives.
Les éléments d'hydrogène peuvent également être utilisés comme batteries jetables, mais elles ne peuvent pas les utiliser dans des smartphones. Les piles à hydrogène sont passées assez rapidement: bien que votre gadget et que votre gadget fonctionne d'une cartouche plus longue qu'à une charge d'une batterie régulière, elles devront être modifiées périodiquement. Cependant, il n'interfère pas avec l'utilisation de piles à hydrogène dans les véhicules électriques et même batteries externes: Bien que ce ne soit pas des dispositifs énormes, mais pas les prototypes. Oui, et Apple, selon les rumeurs, développe déjà un système de remboursement avec des cartouches d'hydrogène sans les remplacer pour une utilisation dans l'iPhone futur.
L'idée que sur la base du graphène peut créer une batterie avec un conteneur spécifique élevé, a été proposée en 2012. Et au début de cette année en Espagne, il a été annoncé le début de la construction par Graphenano Plant pour la production de batteries de graphène polymère pour véhicules électriques. Le nouveau type de piles est presque quatre fois moins cher en production que traditionnel batteries de polymère au lithiumIl a une capacité spécifique de 600 PD / kg, et vous pouvez charger une batterie de 50 kWh en seulement 8 minutes. Vrai, comme nous l'avons dit au tout début, il faudra le pouvoir d'environ 1 MW pour cela. Cet indicateur n'est donc réalisé que dans la théorie. Lorsqu'il s'agit de la plante qui commence à produire les premières batteries de polymère de graphène, elle n'est pas rapportée, mais il est tout à fait possible qu'il y aura Volkswagen parmi les acheteurs de ses produits. La préoccupation a déjà annoncé les plans de production de véhicules électriques avec un kilométrage pouvant aller jusqu'à 700 kilomètres d'une charge de batteries d'ici 2018.
Concernant appareils mobilesTandis que les batteries de graphène-polymère d'eux interfèrent avec de grandes dimensions de ces piles. Espérons que les recherches dans ce domaine se poursuivront, car les batteries de graphène-polymère sont l'un des types de batteries les plus prometteuses pouvant apparaître dans les années à venir.
Alors, pourquoi, malgré tout l'optimisme des scientifiques et des nouvelles émergentes régulièrement sur les percées dans le domaine de la conservation de l'électricité, observons-nous maintenant la stagnation? Tout d'abord, l'affaire est dans nos attentes submergées qui ne chauffaient que par des journalistes. Nous voulons croire qu'environ la révolution dans le monde des batteries et nous aurons une batterie avec une charge inférieure à une minute et une durée de vie pratiquement illimitée à partir de laquelle smartphone moderne Avec un processeur de huit essentielles fonctionnera au moins une semaine. Mais de telles avancées, hélas, ne se produisent pas. Introduction à la production de masse de tout nouvelle technologie précéder les longues années de recherche scientifique, tests d'échantillons, développement de nouveaux matériaux et processus technologiques Et l'autre travail qui occupe beaucoup de temps. En fin de compte, le même batteries lithium-ion Il a fallu environ cinq ans pour transformer des appareils de pointe des échantillons d'ingénierie pouvant être utilisés dans les téléphones.
Par conséquent, nous ne pouvons que stocker avec patience et ne pas percevoir des nouvelles de nouveaux éléments nutritionnels au cœur. Au moins, les nouvelles apparaîtront sur leur lancement en production de masse, lorsqu'il n'y aura aucun doute sur la viabilité de la nouvelle technologie.
IKEA et voici devant tout, Panasonic Eneloop n'est pas du tout chère, si vous les achetez via Internet, et Fujitsu, produit sur la même usine pour la même technologie, même moins chère.
Pour la plupart des piles, les fabricants indiquent 1000 cycles de recharge de la charge, certains fabricants ne spécifient pas le nombre de cycles (Camelion, Turnigy, GP, Varta). Certaines piles ne disposent que de 500 cycles garantis (IKEA LADDA 2000 LSD, Energizer précharge 2400, Panasonic Energoop Pro 2450 LSD, Fujitsu 2550 LSD, IKEA LADDA 750 LSD, Energizer Préparé 800, Panasonic 750 LSD, Fujitsu 900 LSD, Panasonic Eneloop Pro 900 LSD) .
Pour AA Panasonic Eneloop 1900 LSD, AAA Panasonic Eleloop 750 LSD, AA Fujitsu 1900 LSD, les fabricants AAA Fujitsu 800 LSD garantissent 2100 cycles.
Le nombre maximum de cycles - 3000 est garanti pour des accumulateurs de faible capacité AA Panasonic Eneloop Lite 950 LSD et AAA Panasonic Eneloop Lite 550 LSD.
Conclusions:
1. Capacité maximale réalisable pour les batteries NIMH AA - 2550 MAH, pour AAA - 1060 MAH. Toutes les batteries sur lesquelles 2600, 2700, 2 200 mAh sont écrits et plus en réalité ont un récipient plus petit.
2. Tous les batteries AA Les fabricants célèbres de 950 mah à 2450 mAh ont réel conteneur Au moins 97% des piles AAA spécifiées, toutes les batteries AAA de producteurs bien connues de 550 mAh à 1100 mAh ont une capacité réelle d'au moins 94% des spécifiées.
3. Les batteries NIMH, contrairement aux piles, ne réduisent presque pas la quantité d'énergie donnée à des courants de décharge élevés.
4. Les batteries LSD ne diffèrent presque pas de l'habitude. Et ceux qui perdent des frais de 4 à 20% par mois.
5. Les nouvelles batteries LSD sont généralement chargées de 70%.
Toutes les informations sur les batteries testées peuvent être visionnées dans fichier Excel: http://nadezhin.ru/lj/ljfiles/accu_ammo1.xls. Il existe des données pour tester toutes les instances de batteries, de capacité en watt-heures, de poids et de stress initial, des codes à barres, des prix de gros et de détail en roubles, des prix en dollars et des euros, des pays d'origine, les résultats de tous les tests, y compris la capacité de la capacité la semaine et le mois de stockage.
Photos de l'emballage de toutes les batteries peuvent être téléchargées par une archive: http://nadezhin.ru/lj/ljfiles/accu.rar
Les batteries de test sont fournies par les fabricants et les magasins:
Ansmann, Duracell, Energizer, Varta, Robitaon, GP, Panasonic - Entreprise de gros Source Mightish http://www.istochnik.ru
Camelion, Duracell, Energizer - Grossiste Société Énergie Système et technologie http://e-s-t.ru
IKEA - société IKEA http://www.ikea.ru
Navigator, Panasonic, Varta - Équipe de batterie de la société http://bitteryteam.ru
Cosmos - Groupe de sociétés "COSMOC" http://kosmos.ru
Fujitsu - Bureau représentant russe de Fujitsu http://fujitsu-battery.ru
Maha Powerex, IMEDION, Fujitsu, Panasonic Eneloop - Magasin en ligne http://ru.nkon.nl
Turnigy - Boutique en ligne Hobbyking http://www.habyking.com
J'ai passé quatre mois à tester et trois jours à écrire cet article. J'espère que cela sera utile.
© 2015, Alexey Nedugin
Dans mon blog, j'écris sur la technique tous les jours. Je passe tests, je fais des critiques, partagez votre expérience, parlez de toutes sortes de choses intéressantes. Et je fais un rapport des endroits intéressants, des notes publiques sur la musique, le cinéma et des événements intéressants. Rappelez-vous la courte adresse de mon blog: blog1.rf et blog1rf.ru.
Et je teste des tests lampes à LED, tous les résultats de mes tests regardent Lamptest.ru
Dans la note précédente ont été brièvement énumérées diverses méthodes L'accumulation, c'est-à-dire la conservation de l'accumulation et de l'énergie. En raison du volume limité d'un article séparé, l'examen s'est avéré assez superficiel. Et peut-être que la principale question est restée au-delà du cadre de l'article, il est possible de formuler de cette façon: «Quel type de stockage d'énergie est préférable d'une manière ou d'une autre?». Par exemple, quel type de méthode d'accumulation d'énergie choisir pour une maison privée ou une dacha, équipée d'une installation solaire ou éolienne? Évidemment, personne ne construira une grande station hydroaccumulation dans ce cas, mais pour établir un grand récipient, la levant à une hauteur de 10 mètres, éventuellement. Mais cette installation sera-t-elle suffisante pour maintenir une alimentation constante en l'absence du soleil?
Pour répondre aux problèmes émergents, il est nécessaire de développer certains critères d'évaluation des batteries, ce qui permet d'obtenir des estimations objectives. Et pour cela, vous devez envisager divers paramètres de lecteurs, vous permettant d'obtenir des estimations numériques.
Capacité ou accusation accumulée?
Lorsqu'ils disent ou écrivent sur les batteries de la voiture, ils mentionnent souvent la valeur appelée la capacité de la batterie et expriment les heures d'amplives (pour les petites batteries à Milliamp heures). Mais, à proprement parler, l'heure d'ampères n'est pas une unité de capacité. La capacité de la théorie de l'électricité est mesurée dans les farads. Une heure d'ampli est une unité de mesure. charger! C'est-à-dire que la caractéristique de la batterie doit être envisagée (et appelée) charge accumulée.
En physique, la charge est mesurée dans les coulons. Le pendentif est la valeur de la charge passée à travers le conducteur à un courant de 1 ampère en une seconde. Étant donné que 1 CL / C est 1 A, puis traduisez l'horloge par seconde, nous obtenons une heure d'accueil à 3600 cl.
Il convient de noter que, même de la définition du culon, on peut constater que la charge caractérise un certain processus, à savoir le processus de transmission du courant sur le conducteur. La même chose découle du nom d'une autre valeur: une ampère-heure est que lorsque le courant de la force d'une ampère passe à travers le conducteur d'ici une heure.
À première vue, il peut sembler qu'il y ait une sorte d'incohérence. Après tout, si nous parlons de la préservation de l'énergie, l'énergie accumulée dans n'importe quelle batterie doit être mesurée dans des joules, car elle n'est qu'une joale de physique sert d'une unité de mesure d'énergie. Mais rappelons que le courant dans le conducteur ne se pose que lorsqu'il y a une différence de potentiel aux extrémités du conducteur, c'est-à-dire que la tension est appliquée au conducteur. Si la tension des bornes de la batterie est de 1 volt et que le conducteur se déroule dans une heure d'ampli, nous obtenons également que la batterie donnait 1 b · 1 A · H \u003d 1 W. H.
Ainsi, par rapport aux piles, il est plus correct de parler de Énergie accumulée (énergie stockée) ou O. charge accumulée (stockée). Néanmoins, depuis que le terme "capacité de la batterie" est répandu et est en quelque sorte plus familier, nous l'utiliserons, mais avec une certaine raffinement, à savoir, nous allons parler de capacité énergétique.
Énergie de capacité - Energie, donnée par une batterie entièrement chargée lors de son décharge à la plus petite valeur autorisée.
En utilisant ce concept, nous essaierons de calculer et de comparer approximativement le conteneur d'énergie différents types Lecteurs d'énergie.
Capacité d'énergie Piles chimiques
Une batterie électrique entièrement chargée avec une capacité déclarée (charge) dans 1 A · H est théoriquement capable d'assurer la résistance de 1 amplificateur de courant pendant une heure (ou, par exemple, 10 A pendant 0,1 heure, ou 0,1 et pendant 10 heures) . Mais trop, le courant de décharge de la batterie conduit à une récupération d'électricité moins efficace, ce qui réduit de manière non linéaire avec un tel courant et peut entraîner une surchauffe. En pratique, la capacité des batteries mène, sur la base du cycle de décharge de 20 heures à la tension finale. Pour les piles automobiles, il est de 10,8 V. Par exemple, l'inscription sur l'étiquetage de la batterie "55 A · H" signifie qu'il est capable de délivrer un courant de 2,75 ampères pendant 20 heures et de la tension sur Les terminaux ne tombent pas en dessous de 10.8 po.
Les fabricants de batteries indiquent souvent caractéristiques Ses produits ont stocké de l'énergie dans W · H (WH) et non une charge réservée à MA · H (MAH), qui, en général, n'est pas correcte. Calculez l'énergie stockée sur la charge inhibitrice dans le cas général n'est pas facile: intégrer la puissance instantanée émise par la batterie pour sa décharge. Si beaucoup de précision n'est pas nécessaire, il est possible d'utiliser la tension moyenne et la consommation de courant et d'utiliser la formule au lieu de l'intégration et d'utiliser la formule:
1 W · H \u003d 1 V · 1 A · H. C'est-à-dire que l'énergie pointue (dans TOILETTES.) est approximativement égal au produit de la charge de Sorshed (dans A · C.) sur la tension moyenne (dans Volta.): E. = q. · U.. Par exemple, s'il est indiqué que la capacité (dans le sens habituellement) de la batterie de 12 volts est de 60 A · H, puis l'énergie réservée, c'est-à-dire son conteneur d'énergie, sera de 720 W · heures.
Capacité d'énergie du stockage d'énergie gravitationnel
Dans tout manuel de physique, vous pouvez lire que le travail a effectué par une force de force F lors de la levée du corps de masse M à la hauteur H est calculé par la formule A \u003d M · G · H, où G est une accélération de la chute libre . Cette formule a lieu dans le cas où le mouvement du corps se produit lentement et que les forces de friction peuvent être négligées. Les travaux contre la gravité ne dépendent pas de la façon dont nous élevons le corps: verticalement (comme un poids à l'horloge), le long du plan incliné (comme lorsqu'ils prennent la mouche vers la montagne) ou de quelque manière que ce soit. Dans tous les cas, l'opération est a \u003d m · g · h. Lors de l'abaissement du corps au niveau initial, la force de la gravité rendra le même travail que celle dépensée par la force F sur la montée du corps. Ainsi, soulevant le corps, nous avons réparé un emploi égal à M · G · H, c'est-à-dire que le corps surélevé a une énergie égale au produit de la gravité agissant sur ce corps et la hauteur à laquelle elle est surélevée. Cette énergie ne dépend pas de quel chemin il y avait une augmentation, mais n'est déterminé que par la position du corps (hauteur sur laquelle il est surélevé ou la différence entre les hauteurs entre la position initiale et finale du corps) et s'appelle potentiel énergie.
Nous estimons cette formule la capacité d'énergie de la masse d'eau, chargée dans un réservoir d'une capacité de 1000 litres, élevée de 10 mètres au-dessus du niveau du sol (ou le niveau de la turbine d'hydrogénérateur). Nous supposons que le réservoir a une forme de CUSH avec une longueur du bord 1 m. Ensuite, selon la formule du manuel Landsberg, a \u003d 1000 kg · (9,8 m / s 2) · 10,5 m \u003d 102900 kg · m 2 / s 2. Mais 1 kg · m 2 / s 2 est 1 Joule et transféré en watt-horloge, nous ne recevrons que 28 583 watts-heures. C'est-à-dire pour obtenir un conteneur d'énergie égal au réservoir de l'électroacteur conventionnel 720 watt-heures, vous devez augmenter le volume d'eau dans le réservoir 25,2 fois. Le réservoir devra avoir une longueur de nervure d'environ 3 mètres. Dans ce cas, sa capacité d'énergie sera égale à 845 watt-heures. C'est une plus grande capacité d'une batterie, mais le volume d'installation est significativement supérieur à la taille d'une batterie automobile de plomb-zinc conventionnelle. Cette comparaison suggère qu'il est logique d'envisager une énergie non bloquée dans un certain système d'énergie elle-même, mais par rapport à la masse ou au volume du système à l'étude.
Conteneur d'énergie spécifique
Nous avons donc conclu que le conteneur d'énergie est approprié de corréler avec une masse ou un volume de l'entraînement, ou le support réel, par exemple, de l'eau remplie dans le réservoir. Vous pouvez considérer les deux indicateurs de ce type.
Intensité d'énergie spécifique en masse Nous appellerons la capacité énergétique du lecteur, attribuée à la masse de ce stockage.
Intensité d'énergie spécifique en vrac Nous appellerons la capacité énergétique du lecteur, attribuée au volume de ce lecteur.
Exemple. Panasonic LC-X1265P Pile à plomb-acide, conçue pour une tension de 12 volts, dispose d'une charge de 65 ampères-heures, de poids - 20 kg. et dimensions (DHSHV) 350 · 166 · 175 mm. La durée de son service à T \u003d 20 C - 10 ans. Ainsi, son intensité d'énergie spécifique à la masse sera de 65 · 12/20 \u003d 39 watts par kilogramme et la consommation d'énergie spécifique au volume est de 65 · 12 / (3,5 · 1,66 · 1,75) \u003d 76,7 watts-heures sur décimètre cubique ou 0,0767 kW- heure par mètre cube.
Pour ceux pris en compte dans la section précédente du stockage de l'énergie gravitationnelle basé sur un réservoir de 1 000 litres, l'intensité d'énergie de masse spécifique ne sera que 28.583 watt-heures / 1000 kg \u003d 0, 0286 W / kg., Qui est 1363 fois inférieur à La batterie de zinc en plomb d'intensité d'énergie d'énergie de masse. Et bien que la durée de vie de la conduite gravitationnelle puisse être significativement plus importante, au point de vue pratique, le réservoir semble moins attrayant que la batterie.
Considérez quelques autres exemples d'entraînements énergétiques et nous estimons leur intensité d'énergie spécifique.
Intensité énergétique de l'accumulateur de chaleur
La capacité de chaleur est la quantité de chaleur absorbée par le corps lorsqu'elle est chauffée à 1 ° C. Selon une unité quantitative relie la capacité de chaleur, diffère de la capacité de la masse, de la masse volumétrique et molaire.
La chaleur spécifique de masse, également appelée simplement une capacité de chaleur spécifique - il s'agit de la quantité de chaleur qui doit être portée à une unité de masse de la substance pour la chauffer par unité de température. En C est mesuré dans des joules divisées par kilogramme sur Kelvin (J · kg -1 · à -1).
La capacité de chaleur du volume est la quantité de chaleur qui doit être portée à une unité du volume de la substance pour le chauffer par unité de température. En Si mesuré dans des joules sur un mètre cube sur Kelvin (J · M -3 · K -1).
La capacité de chaleur molaire est la quantité de chaleur qui doit être amenée à 1 substance de prière pour la chauffer par une température de l'unité. Dans Si mesuré dans des joules sur la mole à Kelvin (J / (mol · k)).
Mol - unité de mesure de la quantité de substance dans Système international unités. Mol est la quantité de substance du système contenant le même Éléments structurelsCombien contient des atomes de carbone-12 pesant 0,012 kg.
La température de la substance et d'autres paramètres thermodynamiques affectent la valeur de la capacité de chaleur spécifique. Par exemple, la mesure de la capacité de chaleur de l'eau spécifique donnera des résultats différents à 20 ° C et à 60 ° C. De plus, la chaleur spécifique dépend de la manière dont les paramètres thermodynamiques de la substance (pression, volume, etc.) sont autorisés à changer; Par exemple, la capacité de chaleur spécifique à la pression constante (CP) et à un volume constant (CV), généralement différente.
La transition d'une substance d'un état d'agrégat à un autre est accompagnée d'un changement de sens de saut de la capacité de chaleur dans un point de température spécifique de la transformation - le point de fusion (la transition du corps solide dans le liquide), le point d'ébullition (transition fluide au gaz) et, en conséquence, la température des transformations inverse: congélation et condensation.
La capacité de chaleur spécifique de nombreuses substances est donnée dans des livres de référence généralement pour le processus à pression constante. Par exemple, la capacité de chaleur spécifique de l'eau liquide dans des conditions normales est de 4200 j / (kg · k); ICE - 2100 J / (kg · k).
Sur la base des données données, vous pouvez essayer d'estimer la capacité de chaleur de l'accumulateur de chaleur de l'eau (résumé). Supposons que la masse d'eau dedans est égale à 1000 kg (litres). Chauffer-le jusqu'à 80 ° C et laissez-le chaleur jusqu'à ce qu'il refroidisse jusqu'à 30 ° C. Si vous ne vous préoccupez pas que la capacité de chaleur est différente à différentes températures, nous pouvons supposer que l'accumulateur de chaleur donnera une chaleur de 4200 * 1000 * 50 J. C'est-à-dire que le conteneur d'énergie d'un tel accumulateur de chaleur est de 210 mégaloule ou de 58 333 kilowattheures d'énergie.
Si vous comparez cette valeur avec une charge d'énergie d'une batterie de voiture conventionnelle (720 watt-heures), nous constatons que la capacité d'énergie de l'accumulateur de chaleur à l'étude est égale à un conteneur d'énergie d'environ 810 batteries électriques.
L'intensité d'énergie de masse spécifique d'un tel accumulateur de chaleur (même sans prendre en compte la masse du navire, dans laquelle l'eau chauffée sera réellement stockée et la masse d'isolation thermique) sera de 58,3 kWh / 1000 kg \u003d 58,3 WB / kg. Ceci est déjà plus que plus que l'intensité d'énergie de masse de la batterie au fil de plomb, égale à, comme cela a été calculé ci-dessus, 39 W-H / kg.
Selon les calculs approximatifs de l'acceumulateur thermique, nous comparons avec une batterie de voiture conventionnelle et par une consommation d'énergie spécifique au volume, car le kilogramme d'eau est un décimètre de volume, sa consommation d'énergie spécifique en vrac est également de 76,7 WH / kg., Ce qui est exactement le même batterie au plomb. True, dans le calcul de l'accumulateur de chaleur, nous n'avons pris en compte que le volume d'eau, bien qu'il soit nécessaire de prendre en compte le volume du réservoir et de l'isolation thermique. Mais dans tous les cas, la perte ne sera pas si grande que pour la gravité de la création.
Autres types d'entraînements d'énergie
Dans l'article " Aperçu des batteries énergétiques (piles)»Les calculs de l'intensité d'énergie spécifique de certains autres empergeurs d'énergie sont donnés. Considérez quelques exemples à partir de là
Stockage de condenseur
Lorsque la capacité du condenseur 1 F et la tension 250 V, l'énergie stockée sera la suivante: E \u003d Cu 2/2 \u003d 1 ∙ 250 2/2 \u003d 31,25 kj ~ 8,69 W · une heure. Si vous utilisez des condensateurs électrolytiques, leur masse peut être de 120 kg. Énergie spécifique du lecteur avec 0,26 kJ / kg ou 0,072 W / kg. Pendant le fonctionnement, le lecteur peut fournir une charge maximale de 9 watts en une heure. La durée de vie des condensateurs électrolytiques peut atteindre 20 ans. Les ionistors sur la densité des énergies les plus pauvres s'approchent de produits chimiques batteries rechargeables. Avantages: L'énergie accumulée peut être utilisée pendant une courte période.
Drives gravitationnelles de brasserie
Initialement, nous élevons le corps pesant 2000 kg à une hauteur de 5 m. Ensuite, le corps tombe sous l'action de la gravité, tournant le générateur électrique. E \u003d MGH ~ 2000 ∙ 10 ∙ 5 \u003d 100 kj ~ 27,8 W · une heure. Capacité d'énergie spécifique 0,0138 W · heure / kg. Lorsque vous travaillez, le lecteur peut fournir une charge maximale de 28 W en une heure. La durée de vie du lecteur peut être de 20 ans ou plus.
Avantages: L'énergie accumulée peut être utilisée pendant une courte période.
Volant
L'énergie, réservée dans le volant, peut être trouvée par la formule E \u003d 0,5 J W 2, où J est le moment de l'inertie du corps en rotation. Pour le cylindre R rayon et hauteur h:
J \u003d 0,5 p r r 4 h
où r est la densité du matériau à partir duquel le cylindre est fait.
Limite vitesse de la ligne Sur la périphérie du volant V volant V max (il s'agit d'environ 200 m / s pour l'acier).
V max \u003d w max r ou w max \u003d v max / r
Puis e max \u003d 0,5 j w 2 max \u003d 0,25 p r r 2 h v 2 max \u003d 0,25 m v 2 max
L'énergie spécifique sera: e max / m \u003d 0,25 V 2 max
Pour un volant cylindrique en acier, l'intensité d'énergie spécifique maximale est d'environ 10 kJ / kg. Pour un volant pesant 100 kg (r \u003d 0,2 m, h \u003d 0,1 m) L'énergie accumulée maximale peut être de 0,25 ∙ 3.14 ∙ 8000 ∙ 0,2 2 ∙ 0,1 ∙ 200 2 ~ 1 mj ~ 0,278 kW · une heure. Pendant le fonctionnement, le lecteur peut fournir une charge pendant une heure maximale de 280 W. La durée de vie du volant de vol peut être de 20 ans ou plus. Avantages: L'énergie accumulée peut être utilisée pendant une courte période, les caractéristiques peuvent être considérablement améliorées.
Super Manovik.
Le Supermaochik, contrairement aux volants conventionnels, est capable de stocker théoriquement jusqu'à 500 W · H par kilogramme de poids en raison de caractéristiques constructives. Cependant, le développement de Supermanovikov pour une raison quelconque s'est arrêté.
Stockage pneumatique
Dans le réservoir d'acier d'une capacité de 1 m 3, air sous pression 50 atmosphères. Pour résister à une telle pression, les murs du réservoir doivent avoir une épaisseur d'environ 5 mm. L'air comprimé est utilisé pour effectuer des travaux. Avec un processus isothermique, le travail effectué par le gaz idéal lors de l'élargissement de l'atmosphère est déterminé par la formule:
A \u003d (m / m) ∙ r ∙ t ∙ ln (V 2 / V 1)
lorsque M est la masse de masse, M est le poids molaire du gaz, R est une constante de gaz universelle, T est une température absolue, V 1 - le volume initial de gaz, v 2 est le volume de gaz final. Compte tenu de l'équation d'état pour le gaz idéal (P 1 ∙ V 1 \u003d P 2 ∙ V 2) Pour cette implémentation de l'entraînement V 2 / V 1 \u003d 50, R \u003d 8,31 J / (mol · grad), T \u003d 293 0 K, m / m ~ 50: 0.0224 ~ 2232, opération de gaz lorsque l'expansion 2232 ∙ 8.31 ∙ 293 ∙ ln 50 ~ 20 mj ~ 5,56 kW · une heure par cycle. La masse du lecteur est d'environ 250 kg. L'énergie spécifique sera de 80 kJ / kg. Pendant le fonctionnement, le lecteur pneumatique peut fournir une charge maximale de 5,5 kW en une heure. La durée de vie du lecteur pneumatique peut être de 20 ans ou plus.
Avantages: le réservoir de stockage peut être situé sous terre, des cylindres à gaz standard peuvent être utilisés comme réservoir dans la quantité requise avec l'équipement approprié, lors de l'utilisation d'une éolienne, ce dernier peut agir directement comme une pompe à compresseur, il y a un nombre suffisamment grand. des appareils directement en utilisant de l'air comprimé.
Tableau comparatif de certains stockages d'énergie
Tous les paramètres obtenus au-dessus des paramètres de stockage d'énergie que nous réduisons dans la table de généralisation. Mais d'abord, nous notons que l'intensité d'énergie spécifique vous permet de comparer des lecteurs avec du carburant classique.
La principale caractéristique du carburant est sa chaleur de combustion, c'est-à-dire La quantité de chaleur libérée dans sa combustion complète. Il existe une chaleur thermique à combustion (MJ / kg) et volumétrique (MJ / M3). Traduire MJ à l'horloge KBT que nous obtenons.
