Почему в батареях воздух: Почему в системе отопления появляется воздух: причины и профилактика

причины, почему воздушит отопление в частном доме, что делать, если завоздушивается, как убрать воздух

Содержание:

Причины появления воздуха в системе отопления
Способы борьбы с воздушными пробками
Краны Маевского
Сепараторы воздуха
Устройство автоматического отведения воздуха
Видео

В любой системе отопления может наблюдаться скопление воздуха, что отрицательно сказывается на эффективности работы. Почему воздушит систему отопления в частном доме, что становится причиной этого явления, и какие существуют способы борьбы с ним – такие вопросы волнуют многих домовладельцев. Поэтому следует подробнее изучить эту проблему.

Для начала необходимо понять, почему завоздушивается отопление и какие последствия ожидают, если в системе отопления имеет воздух:

• В теплоносителе образуются пустоты, следовательно, теплопередача становится хуже.
• Циркуляция теплоносителя в системе становится медленной или прекращается полностью.

Все это приводит к тому, что эффективность работы системы становится очень низкой, а затраты на обогрев повышаются.

Причины появления воздуха в системе отопления

Для многих домовладельцев является актуальным вопрос, почему завоздушивается система отопления в частном доме. Это может произойти по разным причинам, но чаще всего воздух скапливается в следующих случаях:

• Произошла разгерметизация системы вследствие проводимых ремонтных работ. Регулярно в летний период выполняются планово-предупредительные ремонты, которые подразумевают замену стояков, приборов отопления и запорной арматуры. В результате нарушается герметизация системы, и в нее попадает воздух.
• Слив воды из системы отопления. В процессе ремонта, промывки или опрессовки вода из системы сливается полностью. При последующем заполнении контура водой в большинстве случаев образуется воздух в системе отопления в частном доме.
• Целостность отопительной системы нарушена.
  Если в системе имеются слабые места или очаги с признаками разрушения, то здесь обязательно образуется воздушная пробка.

Способы борьбы с воздушными пробками

Параллельно с вопросом, почему завоздушивается система отопления, актуальной становится проблема, какие существуют варианты его решения. При этом способы удаления воздуха из отопительной системы интересуют не только владельцев частных домов. Жильцы квартир, расположенных на верхних этажах многоквартирного дома, также страдают от этой проблемы, ведь воздух легче воды, поэтому поднимается.

Решение проблемы завоздушивания системы отопления нашли инженеры-конструкторы и представили свежую замену старому крану Маевского. Теперь на каждый стояк последнего этажа дома устанавливают клапан, отвечающий за сброс воздуха из отопительной системы. В частных домах проблема завоздушивания решается установкой сепаратора воздуха для системы отопления.

Краны Маевского

С помощью крана Маевского осуществляется сброс воздуха в квартирах многоэтажных домов старого типа. В них устанавливалась отопительная система с нижней разводкой, ее подключение к тепловой сети выполнялось посредством элеватора.

В процессе эксплуатации такой системы стали обнаруживаться ее недостатки, в частности, в системах квартир верхних этажей стали образовываться воздушные пробки. В результате циркуляция теплоносителя практически прекращалась и эффективность работы системы отопления во всем доме существенно снижалась, а жильцов стал волновать вопрос, почему воздушит систему отопления.

Решить проблему, что делать, если завоздушена система отопления, помог инженер Маевский, который разработал специальный механизм развоздушивания системы отопления. Он получил название кран Маевского.

Для эффективной работы устройство необходимо устанавливать в самой верхней точке прибора отопления на одном из торцов. Любой радиатор в торцевой части имеет глухие концы, на которых ставят заглушки, одну из которых замещает кран Маевского.

Результат применения такого устройства был положительным и быстрым, жильцы квартир получили возможность самостоятельно спускать воздух из системы отопления. Главное при выполнении подобных действий – соблюдать осторожность. Сильное затягивание резьбы на кране Маевского может привести к деформации и выходу из строя всей конструкции.

Недостатком систем отопления, которые предполагают использование кранов Маевского, является необходимость спуска воздуха в каждой квартире. Решить проблему помогает установка в верхних точках системы патрубков с запорной арматурой. Это позволяет техническим работникам самостоятельно заниматься спуском воздуха, не привлекая жильцов квартир.

Сепараторы воздуха

Еще одним устройством, помогающим решить проблему завоздушивания системы отопления, является сепаратор воздуха.

Если кран Маевского предназначен для удаления пузырьков воздуха в верхних точках отопительного контура, то сепаратор воздуха собирает воду с растворившимся воздухом, превращает его в пузыри и удаляет. В этом заключается главное отличие устройств.

В большинстве случаев сепаратор воздуха выпускается в одном корпусе с сепаратором шлама. Последнее устройство предназначено для удаления песчинок и частичек ржавчины. Два устройства, объединенные в один корпус, занимают значительно меньше места. Это дает большое преимущество, так как и воздухоуловитель и шламоуловитель для больших систем являются необходимостью.

Устройство автоматического отведения воздуха

С помощью этого полезного механизма воздух автоматически удаляется из системы, не требуя вмешательства хозяина.

Работает устройство по следующему принципу:

• В корпус со встроенным пластмассовым поплавком подается теплоноситель.
• С помощью флажка на поплавке происходит давление на шток с пружинкой.
• В результате открывается доступ воздуха к атмосфере, поэтому он выходит.
• После заполнения корпуса водой поплавок начинает давить на шток, при этом отверстие для выхода воздуха перекрывается.

Следует заметить, что большая часть выпускаемых воздухоотводчиков работает по описанному принципу.

Подобные устройства отличаются надежностью и долговечностью, однако встречаются ситуации, когда механизмы выходят из строя. Основной причиной этого является следующее:

• Обрастание внутренних элементов солями жесткости. При прохождении через механизм теплоносителя низкого качества на игле образуются наросты, которые снижают эффективность ее работы. Решить проблему подобного типа можно самостоятельно, достаточно открутить крышку и почистить внутренние части устройства.
• Разрушение уплотнительного кольца. Результатом этой ситуации становится образование протечек под крышкой. Чтобы решить проблему, необходимо заменить уплотнительное кольцо или намотать паклю на резьбу.

Таким образом, образование воздуха в отопительной системе является неизбежностью, но оставлять без внимания эту проблему нельзя.

Необходимо регулярно удалять воздух из отопительного контура, очень ответственно подходя к процессу.

Решать проблемы подобного типа можно несколькими способами, о которых было рассказано выше. Выбирать вариант решения этого вопроса нужно в зависимости от причин завоздушивания системы отопления, поэтому рекомендуется обратиться за советом к профессиональным мастерам.

Воздух в батареях отопления – Система отопления

» Батареи отопления

Система обогревания квартиры включает важные элементы. Конструкция обогрева имеет, бак для расширения, крепежи, развоздушки котел, батареи, систему соединения, коллекторы, трубы терморегуляторы, увеличивающие давление насосы.

Все элементы отопления неоспоримо важны. Посему соответствие частей монтажа необходимо делать обдуманно. На этой вкладке мы попытаемся выбрать для своей дачи необходимые части отопления.

Воздух в батареях отопления

Монтаж отопления в доме не является самоцелью. Обогрев должен обеспечивать нужную температуру во всех помещениях. Но даже правильно спроектированная и собранная система порой не работает. Вызвано это бывает отнюдь не отказом оборудования. Обыкновенный воздух в системе отопления – вот зачастую причина всех недоразумений и забот. Именно он вызывает посторонние шумы при работе обогрева и недостаточную эффективность, а то и полную его  неработоспособность.

Воздух в отопительной системе одна из причин нарушения теплообмена

Работа водяной системы отопления основана на циркуляции горячей воды и передаче части тепла в радиаторы для обогрева помещений. Когда появляется воздух в системе отопления дома (это еще называют завоздушиванием), то нормальная циркуляция теплоносителя нарушается. Результат подобного явления достаточно неприятен и может вызвать:

• шум при циркуляции воды. Кроме того, это приводит к вибрации труб и ослаблению соединений, а в самом худшем случае вызывает разрушения в местах сварки;
• воздушные пробки в системе отопления. Когда они образуются  в отдельных удаленных контурах, например во вспомогательных помещениях, где температура отслеживается не самым лучшим образом и не постоянно,  то это вызывает отсутствие циркуляции через некоторые батареи, что при определенных условиях может привести к размораживанию всей системы;

уменьшение (иногда частичное) циркуляции. Когда происходит завоздушивание системы отопления, то оно вызывает снижение эффективности ее работы и перерасход топлива;

попадание воздуха на внутренние металлические части. Это способствует их коррозии. Завоздушенность системы отопления вызывает резкое сокращение срока ее службы, в том числе из-за преждевременного отказа оборудования.

Воздух в системе отопления может приводить к протечкам труб

Казалось бы, все делается герметичным, и  вполне резонно прозвучит вопрос – откуда воздух в системе отопления? Однозначно ответить достаточно сложно, таких причин множество, из них стоит отметить:

1. Несоблюдение требований в части соблюдения уклонов труб в процессе монтажа;
2. Неправильное заполнение водой, вследствие чего завоздушивается система отопления;
3. Неплотные соединения различных составных элементов и частей могут быть источником поступления воздуха, что воздушит систему отопления;

Отсутствие специальных автоматических устройств (воздухоотводчиков), автоматически отводящих воздух из системы, или их некорректная работа;

Проведение ремонтных работ, при которых неизбежно попадание в систему воздуха;

Использование свежей воды, содержащей в большом количестве растворенный воздух. Когда происходит повышение температуры, его содержание в воде уменьшается, он выделяется и собирается, вследствие чего образуется воздушная пробка в отоплении;

Коррозию металлических поверхностей внутри системы (труб, радиаторов, кранов и т.д.).

Изложенные выше причины завоздушивания системы отопления не охватывают всех возможных ситуаций, когда и каким образом это может произойти. Но они позволяют понять, почему завоздушивается система отопления, и своевременно принимать меры по исключению подобного явления.

Места установки воздухоотводчиков

Здесь надо рассматривать несколько ситуаций – при заполнении системы теплоносителем и при ее эксплуатации. В ее конструкции  должны быть предусмотрены воздухоотводчики и краны Маевского, позволяющие выполнить развоздушивание системы отопления. Приведенные рекомендации относятся к закрытой системе с принудительной циркуляцией.

Установка воздухоотводчиков

Ставятся они в критических местах, таких как перегибы трубопроводов или наиболее высокие их точки расположения. Во многих случаях, когда постоянно завоздушивается система отопления, они помогают справиться с этой проблемой. Бывают ручные и автоматические.

1. Ручные воздухоотводчики. К ним относится в первую очередь кран Маевского, наименование получил по имени изобретателя. Устанавливается на торце батареи, благодаря ему не надо думать, что делать, если завоздушена система отопления. С его помощью можно самостоятельно сбросить накопившийся воздух.
2. Автоматические воздухоотводчики. Позволяют без дополнительного участия и затрат решить проблему, как развоздушить систему отопления.

Источник: http://otoplenie-doma.org/vozdux-v-sisteme-otopleniya.html

Воздух в батареях отопления

Воздух в отопительной системе является препятствием для ее нормального функционирования. С этой проблемой жители квартир и домов сталкиваются, как правило, в начале отопительного сезона. Шум в трубах, холодные батареи, коррозия металлических элементов – вот результат образования воздушных пробок. И это случается даже с идеально спроектированной и правильно смонтированной системой отопления. Почему так происходит и для чего необходимо своевременно производить удаление воздуха из системы отопления – об этом пойдет речь в данной статье.

С понятием «воздушные пробки» знакомы многие наши соотечественники. Об этом явлении вспоминают в начале отопительного сезона, когда в дома пускают тепло, а в квартирах верхних этажей часто батареи не нагреваются или нагреваются только в нижней части, а в верхней – абсолютно холодные. Откуда появляется воздух в трубопроводах? Причин завоздушивания может быть несколько:

• проведение ремонтных работ (сборка, разборка трубопровода), во время которых появление воздуха неизбежно;
• несоблюдение во время монтажа величины и направления уклона магистралей трубопроводов;
• пониженное давление в водопроводе. уровень воды падает, а образовавшиеся в результате пустоты заполняются воздухом;
• при нагревании воды пузырьки содержащегося в ней воздуха выделяются и поднимаются в верхнюю часть трубопровода, создавая там воздушные пробки;
• систему отопления наполняют неправильно: после летнего простоя трубы следует заполнять водой не быстро, а медленно, производя одновременно спуск воздуха из системы отопления;
• неудовлетворительно загерметизированные стыки трубопроводов, через которые происходит утечка теплоносителя. Течь в этих местах малозаметна, так как горячая вода сразу испаряется. Именно через неплотные швы и засасывается воздух в систему;
• неисправность воздухозаборных устройств;
• подключение водяного «теплого пола » к отопительной системе, трубы которого при монтаже располагаются на разной высоте.

Поскольку один или несколько из перечисленных факторов могут присутствовать во многих домах, то обязательно встает вопрос удаления воздуха в системе отопления. Эту операцию можно выполнить различными способами. Все зависит от того, с какой циркуляцией  теплоносителя имеем дело – естественной или принудительной.

В системе отопления с естественной циркуляцией (имеется в виду верхняя разводка труб) образовавшуюся воздушную пробку можно удалить через расширительный бак – он находится в самой высокой точке по отношению ко всей системе.Прокладку подающего трубопровода следует произвести с подъемом к расширительному бачку. При нижней разводке труб воздух удаляют так же, как и в отопительных системах, снабженных циркуляционным насосом .

Стравить воздух из отопительной системы с естественной циркуляцией можно при помощи расширительного бака

В отопительных системах с принудительным режимом циркуляции теплоносителя в самой высокой точке устанавливают воздухосборник, специально предусмотренный для спуска воздуха. В этом случае подающий трубопровод прокладывают с подъемом по курсу движения теплоносителя, а поднимающиеся по стояку пузырьки воздуха удаляются через воздушные краны (их устанавливают в самых верхних точках). Во всех случаях обратный трубопровод необходимо прокладывать с уклоном в направление слива воды для ускоренного опорожнения при необходимости ремонта.

Воздухоотводчики бывают ручными и автоматическими. Ручные воздухоотводчики или краны Маевского имеют небольшие размеры. Их устанавливают обычно на торцевой части радиатора отопления. Регулируют кран Маевского с помощью ключа, отвертки или даже вручную. Так как кран небольшой, то и его производительность небольшая, поэтому его применяют только для локального устранения воздушных пробок в отопительной системе.

Воздухоотводчики для системы отопления бывают двух типов: ручные (кран Маевского) и автоматические (работают без участия человека).

Второй тип воздухоотводчиков – автоматические – работают без вмешивания человека. Их устанавливают как в вертикальном положении, так и в горизонтальном. Они имеют высокую производительность, но обладают достаточно большой чувствительностью к загрязнениям в воде, поэтому их монтируют вместе с фильтрами и на подающих трубопроводах, и на обратных.

Автоматические воздухоотводчики устанавливаются в отопительных системах закрытого типа по линии трубопроводов в разных точках. Тогда сброс воздуха из каждой группы устройств производится отдельно. Многоступенчатая система обезвоздушивания считается самой эффективной. При правильной прокладке и грамотном монтаже труб (под нужным уклоном) вывести воздух через воздухоотводчики будет просто и беспроблемно. Удаление воздуха из труб отопления связано с увеличением расхода теплоносителя, а также с возрастанием давления в них. Падение давления воды свидетельствует о нарушении герметичности системы, а температурные перепады – о наличии воздуха в радиаторах отопления.

Как можно понять, что в радиаторе есть воздух? Обычно на наличие воздуха указывают посторонние звуки, такие как бульканье, протекание воды. Для обеспечения полноценной циркуляции теплоносителя нужно обязательно удалить этот воздух. При полном завоздушивании системы нужно определить сначала места образования пробок, постукивая молотком по отопительным приборам. Там где есть воздушная пробка, звук будет более звонким и сильным. Воздух собирается, как правило, в радиаторах, установленных на верхних этажах.

Поняв, что воздух в отопительном приборе присутствует, следует взять отвертку или ключ и подготовить емкость для воды. Открыв термостат до максимального уровня, нужно открыть клапан крана Маевского и подставить емкость. Появление легкого шипения будет означать, что воздух выходит. Клапан держат открытым до тех пор, пока не потечет вода и только после этого закрывают.

Ликвидация воздушной пробки в отопительной батарее при помощи установленного на ней крана Маевского: клапан открывают специальным ключом или вручную и держат открытым до появления воды

Бывает, что после проведения данной процедуры батарея греет недолго или недостаточно хорошо. Тогда ее нужно продуть и промыть, поскольку скопление в ней мусора и ржавчины также может стать причиной появления воздуха.

Если после спуска воздуха батарея по-прежнему плохо нагревается, попробуйте слить примерно 200гр теплоносителя, чтобы убедиться в полном удалении воздушной пробки. Если не помогло, но надо продуть и промыть радиатор от возможно скопившейся грязи

Если и после этого нет улучшений, нужно проверить уровень заполнения отопительной системы. Воздушные пробки могут также образоваться на изгибах трубопроводов. Поэтому важно в процессе монтажа соблюдать направление и величину уклонов разводящих трубопроводов. В местах, где уклон по какой-либо причине отличается от проекта, дополнительно устанавливают воздухоспускные вентили.

В алюминиевых радиаторах воздушные пробки образуются более интенсивно по причине плохого качества материала. В результате реакции алюминия с теплоносителем образуются газы, поэтому их необходимо регулярно удалять из системы. В таких ситуациях рекомендуют заменить алюминиевые радиаторы приборами из более качественных материалов с антикоррозионным покрытием и установить воздухоотводчики. Чтобы обогрев комнат был нормальным, перед заполнением отопительной системы водой необходимо своевременно позаботиться об удалении из нее воздуха, препятствующего нормальному движению теплоносителя, и тогда зимой в вашем доме будет тепло и уютно.

Источник: http://aqua-rmnt.com/otoplenie/documents/udalenie-vozdushnoj-probki.html

Так же интересуются

• Выбор батарей отопления для квартиры
• Газовая батарея отопления

15 декабря 2022 года

Все, что вам нужно знать о металло-воздушных батареях

Электричество скоропортится. Если его не использовать в момент создания, он быстро рассеивается в виде тепла. Полная декарбонизация электросети может стать реальностью только тогда, когда можно будет хранить и использовать огромное количество солнечной и ветровой энергии в любое время. В конце концов, мы не можем использовать возобновляемые источники энергии, такие как солнце и ветер, круглосуточно и без выходных.

В настоящее время литий-ионные аккумуляторы составляют значительную часть рынка накопителей энергии. Но они дороги, связаны с добычей редких металлов и далеки от экологически устойчивых. Крайне важно найти менее вредную для окружающей среды альтернативу, и до сих пор ученые анализируют замену литий-ионным батареям с помощью таких сырьевых материалов, как натрий, магний и даже морская вода. Но в последние несколько лет энергетическая отрасль инвестирует в металло-воздушные батареи как решение следующего поколения для хранения энергии в сети.

Металло-воздушные батареи были впервые разработаны в 1878 году. В технологии используется атмосферный кислород в качестве катода (приемник электронов) и металлического анода (отдающий электроны). Этот анод состоит из дешевых и широко доступных металлов, таких как алюминий, цинк или железо. «Эти три металла заняли лидирующие позиции в плане использования в металл-воздушных батареях», — говорит Йет-Минг Чанг, профессор электрохимии Массачусетского технологического института.

В 1932 году воздушно-цинковые батареи были первым типом металловоздушных батарей, широко использовавшихся в слуховых аппаратах. Три десятилетия спустя ученые НАСА и GTE Lab пытались разработать железо-воздушные батареи для космических систем НАСА, но в конце концов сдались. Тем не менее, некоторые исследователи гонятся за неуловимой технологией.

Ограничения и потенциал металло-воздушных аккумуляторов

Исследователи считали, что теоретически металло-воздушные аккумуляторы могут иметь более высокую плотность энергии, чем литий-ионные, на протяжении более шести десятилетий. Тем не менее, в прошлом им неоднократно не удавалось полностью раскрыть свой потенциал.

В литий-ионном аккумуляторе процесс выработки энергии прост. Атомы лития просто подпрыгивают между двумя электродами, когда батарея заряжается и разряжается.

Использование воздуха, однако, усложняет процесс и добавляет дополнительную проблему — сложность перезарядки. Кислород вступает в реакцию с металлом, создавая химическое вещество, которое затем запускает процесс электролиза, высвобождая энергию. Но вместо реакции, которая может идти вперед и назад, в металловоздушных батареях передача в большинстве случаев происходит только в одном направлении. Благодаря постоянному притоку атмосферного кислорода в металловоздушную батарею, как только вы ее запустите, батарея может быстро подвергнуться коррозии, даже если ее не использовать, и срок ее хранения будет ограниченным.

Кроме того, ватт-часы металло-воздушных батарей на килограмм, который измеряет накопленную энергию на единицу массы батареи, в настоящее время не являются исключительно высокими. Это основная причина, по которой электромобили теперь не могут использовать металло-воздушные батареи, такие как железо-воздушные, говорит Чан Popular Science . “ Литий-ионные батареи имеют 100 ватт-часов на килограмм. Но для железа-воздуха это было всего 40 ватт-часов на килограмм. Скорость, с которой энергия сохраняется, а затем разряжается из батареи, относительно низка по сравнению с этим», — говорит он.

[Связанный материал: Нам нужны более безопасные способы утилизации аккумуляторов электромобилей и мобильных телефонов.]

Но он утверждает, что, несмотря на эти ограничения, стационарные накопители энергии могут использовать железо-воздушные батареи. В стартапе под названием Form Energy Чан и его коллеги разрабатывают новую, недорогую технологию железно-воздушных батарей, которая к 2024 году обеспечит многодневное хранение возобновляемой энергии. для электромобилей железо-воздушные батареи могут быть коммерчески масштабированы для хранения энергии и помогут смягчить последствия изменения климата к середине века», — добавляет Чанг, который также является главным научным сотрудником Form Energy.

Команда Чанга усовершенствовала процесс «обратного ржавления» в своей аккумуляторной технологии, которая эффективно накапливает и высвобождает энергию. Когда железо химически окисляется, оно теряет электроны, отправленные через внешнюю цепь батареи к воздушному электроду. Атмосферный кислород превращается в гидроксид-ионы на воздушном электроде, а затем переходит на железный электрод, образуя гидроксид железа, который в конечном итоге становится ржавчиной.

«Когда вы меняете направление электрического тока на аккумуляторе, он не ржавеет. В зависимости от того, разряжается батарея или заряжается, электроны либо забираются, либо присоединяются к железу», — объясняет Чанг. Он утверждает, что батарея может поставлять чистую электроэнергию в течение 100 часов по цене всего 20 долларов за киловатт в час — выгодная сделка по сравнению с литий-ионными батареями, которые стоят до 200 долларов за кВтч.

Но не только железо становится все более популярным металлом. Поскольку гонка за разработку устойчивых металло-воздушных батарей для хранения энергии ускоряется, несколько компаний и их исследователи заняты инвестированием в воздушно-цинковые и алюминиево-воздушные батареи.

[См.: Возобновляемая энергия нуждается в хранении. Эти 3 решения могут помочь.]

Материаловеды из Университета Мюнстера в Германии переработали конструкцию воздушно-цинковых батарей с новым электролитом, состоящим из водоотталкивающих ионов. В традиционных цинковых батареях электролиты могут быть едкими с высоким pH, что делает их достаточно агрессивными, чтобы повредить батарею. Исследователи решили эту проблему, обеспечив прилипание водоотталкивающих ионов к воздушному катоду, чтобы вода из электролита не могла реагировать с поступающим кислородом. Ионы цинка с анода могут свободно перемещаться к катоду, где они взаимодействуют с атмосферным кислородом и многократно генерируют энергию.

Пока исследователи приближаются к разработке перезаряжаемых воздушно-цинковых батарей, канадская компания Zinc8 Energy уже представила свой продукт. На пуске используются воздушно-цинковые батареи с накопительным баком, содержащим гидроксид калия и заряженный цинк. Электричество из сети расщепляет химический цинкат на цинк, воду и кислород. Это заряжает частицы цинка и накапливает электричество.

Когда электричество нужно подать в сеть, заряженный цинк синхронизируется с кислородом и водой, высвобождая накопленное электричество и производя цинкат. После этого весь процесс начинается заново. Группа объявила о выводе этих воздушно-цинковых батарей на мировой рынок, установив свою технологию в жилом доме с солнечными панелями в Квинсе, штат Нью-Йорк.

Как и железо, цинк широко доступен и имеет существующие цепочки поставок. Другой металл, который также широко распространен, а именно алюминий, также используется для разработки алюминиево-воздушных батарей. Но, в отличие от цинково-воздушных батарей, алюминиево-воздушные батареи не могут перезаряжаться, говорит Чанг. Углеродный след производства алюминия также выше, чем у других вариантов металло-воздушных батарей.

Ожидается, что к 2028 году мировой рынок металло-воздушных аккумуляторов достигнет 1 173 млн долларов США, в основном за счет решений для хранения энергии. Но пока инвесторы, отраслевые аналитики и потребители с нетерпением ждут следующего крупного прорыва.

Многообещающая литиевая батарея высокой энергии отказывается от чистого кислорода для воздуха | Исследование

Компоненты работают вместе, чтобы свести к минимуму побочные реакции в воздухе, продлевая срок службы батареи.

Ученые создали перспективную литиевую батарею, которая может работать на воздухе, а не на чистом кислороде, в течение сотен циклов зарядки. Воздушно-литиевые батареи вызвали ажиотаж в аккумуляторном сообществе, поскольку теоретически они могут удерживать в девять раз больше энергии, чем обычная литий-ионная батарея. Однако те немногие литий-воздушные батареи, которые могут работать на воздухе вместо чистого кислорода, могут заряжаться только десятки раз, прежде чем соли лития забьют их электроды.

Электромобили, работающие от литий-воздушных аккумуляторов, смогут проехать гораздо больше на одном заряде, поскольку эти аккумуляторы могут удерживать больше энергии, чем литий-ионные аккумуляторы того же веса. Однако литий-воздушным батареям еще предстоит работать на воздухе какое-то время. Проблема в том, что азот, углекислый газ и водяной пар в воздухе реагируют с ионами на электродах батареи, образуя отложения, которые быстро снижают способность каждого электрода удерживать заряд.

Поскольку кислород является единственным компонентом воздуха, необходимым для продуктивных электрохимических реакций в литий-воздушной батарее, исследователи подают в батарею именно его, а не воздух. Хотя это устраняет побочные реакции, это нецелесообразно для будущих применений: подача чистого кислорода к автомобильному аккумулятору может создать проблемы с безопасностью.

Чтобы создать долговечную литиевую батарею, работающую на воздухе, Амин Салехи-Ходжин из Университета Иллинойса в Чикаго, США, и его коллеги разработали электроды и электролит в своей батарее, чтобы свести к минимуму проблемные побочные реакции. Чтобы сделать анод батареи, исследователи электрохимически осаждали карбонат лития и углерод на литиевых чипах. Это покрытие позволяло проходить ионам лития, не позволяя углекислому газу, кислороду, азоту и воде достигать реактивного лития на поверхности электрода.

Исследователи свели к минимуму побочные реакции на катоде, выбрав материал и электролит, которые опосредуют реакции только между литием и кислородом во время зарядки и разрядки. Они изготовили катод, используя наночешуйки дисульфида молибдена, который катализирует образование Li ₂ O ₂ при зарядке и его разложение при разрядке. Исследователи также заполнили батарею электролитом, содержащим соль лития, растворенную в смеси диметилсульфоксида и ионной жидкости.

Структура Li ₂ O ₂ , образующаяся на катоде, может влиять на его тенденцию собирать воду и углекислый газ, которые реагируют с ионами лития с образованием отложений гидроксида и карбоната лития, которые закупоривают реакционные участки на катоде. Когда исследователи исследовали разряд катода в смешанном электролите с помощью просвечивающей электронной микроскопии, они увидели на его поверхности тонкую пленку Li ₂ O ₂ . Компьютерные модели показали, что углекислый газ и вода не прилипают к этой тонкой пленке, что снижает возможность образования солей, засоряющих катод.

«Прелесть этой конструкции в том, что мы можем получить все преимущества атмосферы чистого кислорода при использовании воздуха», — говорит Салехи-Ходжин. «Компоненты батареи изолируют азот, углекислый газ и пары воды, поэтому они не могут участвовать в нежелательных побочных реакциях».

Литий-воздушная батарея, собранная из специально разработанных электродов и электролита, проработала 700 циклов зарядки в моделируемом воздухе. Аккумулятор, созданный с непокрытым анодом, таким же катодом и электролитом, вышел из строя после 11 циклов зарядки.

Интерпретация срока службы литий-воздушных батарей обычно может быть затруднена, отмечает Венкат Вишванатан из Университета Карнеги-Меллона, США. Обычный способ определения срока службы литий-ионных аккумуляторов включает измерение заряда, подаваемого при каждой зарядке и разрядке аккумулятора.