27.09.2021

Как спустить воздух из биметаллической батареи: Спускаем воздух из радиатора отопления безопасно

Содержание

ТеплоСпец

Как сделать подключение теплого пола к котлу – пошаговое руководство
Поскольку водяной теплый пол все чаще обустраивают в загородных домовладениях, их владельцам не помешает знать, как правильно подключить такую систему теплоснабжения к газовому котлу. Если нет желания самостоятельно выполнять такую работу, знание нюансов поможет следить за ходом выполнения монтажа и запуска отопительного оборудования.

Как запустить теплый водяной пол правильно – последовательность и порядок действий
В последние годы теплый пол стал более востребованным у владельцев загородных домов. Но его первое включение является ответственной процедурой. Не все хозяева объектов недвижимости знают, как запустить теплый водяной пол правильно. Ввод его  в эксплуатацию состоит из нескольких этапов.

Как рассчитать площадь окраски чугунных радиаторов отопления


Чугунные батареи, прослужившие много лет, портят интерьер помещения  непривлекательным внешним видом. Дело в том, что со временем масляная краска на этих отопительных приборах начинает выцветать, слоиться и покрываться трещинами. Чтобы отреставрировать их поверхность, необходимо знать площадь чугунного радиатора отопления для покраски.

Какие алюминиевые радиаторы лучше – виды батарей из алюминия
Алюминиевые радиаторы обладают достойным внешним видом, у них доступная стоимость, а по степени теплоотдачи они занимают лидирующую позицию среди радиаторов, устанавливаемых в объектах недвижимости.

Как сделать буржуйку – варианты самодельных печей


Несложная в изготовлении печь — буржуйка зарекомендовала себя как эффективный отопительный агрегат, который широко используют для обогрева дачных построек, гаражей, возводимых строений разного назначения и других объектов недвижимости. Она является достойной альтернативой полноценной системы теплоснабжения.

Какая бывает термостойкая штукатурка для печей и каминов – виды огнеупорных смесей
В холодные зимние вечера приятно провести время около горящего очага. Но, чтобы он был безопасным в эксплуатации и являлся гармоничным украшением интерьера комнаты, необходимо использовать специально предназначенную для оштукатуривания печей и каминов смесь, которую называют жаропрочной, огне- и термостойкой.

Как рассчитать диаметр трубы для отопления – варианты и способы
Перед обустройством системы теплоснабжения с принудительной циркуляцией рабочей среды необходимо выбрать трубы. Их основной задачей является доставка определенного количества тепловой энергии к радиаторам. Поэтому надо понимать, как для отопления подобрать диаметр трубы, чтобы жить в доме было комфортно.

Какой камин для отопления загородного дома выбрать – виды, особенности
Поскольку современный камин является мощным агрегатом, с его помощью можно даже обогревать собственное домовладение. Безусловно, он по своей эффективности будет уступать системе теплоснабжения, работающей на газовом котле. Чаще всего камин для отопления загородного дома используют исключительно в качестве дополнительного источника теплой энергии.

Какие бывают солнечные системы отопления – виды, характеристики, особенности выбора
В большинстве регионов России на обогрев жилых домов тратятся огромные суммы. Это заставляет домовладельцев искать дополнительные возможности в этой сфере. Энергия солнечного излучения – это экологически чистое и бесплатное тепло. Применяя современные технологии, можно использовать солнечную энергию для обогрева помещений в регионах средней и южной части России.

Как подключается котел газовый и твердотопливный в одном – особенности установки
Особенностью твердотопливных котлов является необходимость загрузки дров для поддержания тепла в приборах отопления, для этого со стороны жильцов требуется постоянное внимание. Решением проблемы в такой ситуации можно назвать подключение теплоаккумулятора, установка дополнительного котла в систему отопления  или использование одновременно двух котлов: твердотопливного и газового.

Зачем нужна чистка газовой колонки и как её прочистить правильно


Наличие природного газа в регионе проживания делает более выгодным использование водонагревателей, которые работают на этом топливе. Подобные устройства удобны в использовании, экономичны и долговечны при условии своевременного технического обслуживания. Для эффективной работы теплообменник газовой колонки требует ежегодной чистки. Такой процесс вполне можно осуществить самостоятельно, если соблюдать правила очистки газовой колонки.

Правильная регулировка батарей отопления в квартире – комфорт в доме и экономия средств
С наступлением отопительного сезона жители многоэтажных и частных жилых домов испытывают некоторые трудности с обогревом. Чтобы в каждой комнате квартиры было одинаково тепло, требуется регулировка температуры в приборах отопления.

Выбираем дрова для камина — какие лучше и практичнее
В последние годы все больше хозяев устанавливают у себя дома дровяные печи или камины. Такое решение обосновано как с практической стороны, поскольку топливо обходится сравнительно недорого, так и с точки зрения уюта – живой огонь всегда придает дому своеобразный и очень характерный комфорт. Чтобы камин работал нормально, для него нужно подбирать качественные дрова. О том, какие дрова для камина лучше, и пойдет речь в данной статье.

Как сделать отделку камина искусственным камнем – пошаговое руководство


Одним из самых распространенных облицовочных материалов для камина является искусственный камень. Популярность этого материала не случайна – у искусственного камня есть ряд положительных качеств, за которые он и ценится. Впрочем, слепо доверять популярности не стоит, ведь у любого материала есть и недостатки. В данной статье будут рассмотрены особенности искусственного камня и способы отделки камина данным материалом.

Как установить байпас в систему отопления – варианты и правила установки
В современном строительстве при обустройстве отопительных систем обязательно используется байпас. Данный элемент существенно упрощает обслуживание и ремонт любых элементов системы отопления, а также оказывает положительное влияние на эффективность и экономичность отопления. В данной статье речь пойдет о том, как правильно установить байпас в системе отопления.

Какие бывают бытовые газовые котлы отопления – виды, особенности, правила монтажа и эксплуатации
Самым популярным видом отопления на сегодняшний день является газовое, что обуславливается крайне низкой стоимостью топлива и сравнительно невысокой стоимостью отопительного оборудования. Выбор подходящего оборудования для обустройства индивидуального отопления может осложняться тем, что на рынке оно представлено в обширном многообразии. Чтобы не сталкиваться с проблемами при выборе, стоит рассмотреть бытовые газовые котлы подробнее и разобраться в характеристиках разных моделей котлов.

Как сделать подключение термостата к газовому котлу – теория и практика
Термостат представляет собой устройство, которое в автоматическом режиме регулирует работу отопительного котла. Регулировка осуществляется за счет отслеживания температуры воздуха в помещении, при изменении которой устройство повышает или снижает интенсивность отопления. Во многих современных котлах имеются интегрированные термостаты, но иногда приходится устанавливать их как дополнительное оборудование. В данной статье речь пойдет о том, как подключить термостат к газовому котлу.

Почему шумит циркуляционный насос отопления и как это исправить
В подавляющем большинстве частных домов обустраивается индивидуальная отопительная система. Такое решение является самым простым и логичным – к частным домам редко подводится централизованное отопление. К тому же, индивидуальные системы можно обустраивать по самым разным схемам и запускать отопление именно тогда, когда нужно.

Как промыть батарею отопления — инструкция
Эффективность любой, даже очень качественной отопительной системы в процессе эксплуатации постепенно снижается. Это значит, что при одинаковых исходных условиях в помещение попадает намного меньше тепла, то есть оно хуже обогревается. Зачастую причиной такого явления становится засорение радиаторов. Высокая температура теплоносителя, циркулирующего по отопительному контуру, а также низкое качество воды, приводит к образованию накипи, которая оседает на стенках радиаторов. Металл, из которого сделаны батареи, со временем начинает ржаветь. Мелкие частицы ржавчины и накипи смешиваются с циркулирующей водой и засоряют систему, снижая ее теплоотдачу. Далее в материале мы расскажем, как промыть батарею отопления, чтобы повысить ее эффективность, используя для этого подручные средства и простые методы работы.

Устройство газовой котельной в частном доме – требования, нормативы
Организовывая автономную систему отопления, необходимо выделить индивидуальную площадь под установку отопительного оборудования. Газовая котельная в частном доме должна соответствовать определенным нормам безопасности, несоблюдение которых чревато серьезными последствиями.


Как спустить воздух из радиатора отопления

Плохое прогревание батарей может наблюдаться из-за воздушных пробок в отопительной сети. Скопление воздуха снижает эффективность обогрева помещений, способствует появлению постороннего шума в трубах и может стать причиной коррозии металлических элементов.

Воздушные пробки возникают и в центральных коммуникациях многоквартирных зданий, и в автономных сетях частных домов. Как спустить воздух из радиатора отопления? Для этого используют разные способы. Выбор определенного варианта зависит от особенностей инженерных коммуникаций.


Причины возникновения пробок

Основная причина воздушной пробки в радиаторе — кислород, который содержится в теплоносителе и при его нагревании скапливается в верхней части отопительного прибора. К такому эффекту могут также привести:

  • снижение давления в трубопроводе, которое приводит к образованию пустот;
  • сборка, разборка и другие работы по ремонту коммуникаций;
  • нарушения при прокладке инженерных сетей, выраженные в несоблюдении направления и необходимого уклона магистралей;
  • слишком быстрое заполнение трубопровода теплоносителем.

Воздух может попадать в сеть и через недостаточно герметичные соединения отдельных участков трубопроводов. Течь в этом случае сложно обнаружить, поскольку горячая вода быстро испаряется. Еще одна причина завоздушивания в сети обогрева квартиры или частного дома — подключение водяного «теплого пола» с большим количеством разветвлений и сложной схемой.

Способы устранения

В открытых системах автономного отопления с естественной циркуляцией для стравливания воздуха служит расширительный бак, расположенный в верхней точке контура. Чтобы его скопления своевременно удалялись, подающая труба должна быть проложена под углом, причем с подъемом в сторону резервуара.

В закрытых сетях отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя стравить воздушные массы можно с помощью следующих крана Маевского, автоматического отводчика или термостата. Процесс необходимо проводить после остывания рабочей среды, иначе возникает вероятность появления новых пробок.

Кран Маевского

Представляет собой воздухоотводчик ручного типа. Кран Маевского отличается простой конструкцией и обычно устанавливается сбоку радиатора. В основе конструкции устройства для стравливания воздушных масс — запорный клапан игольчатого типа. При обнаружении завоздушивания в батарее необходимо воспользоваться отверткой или специальным ключом и открутить кран, подставив под него емкость для сбора вытекающей воды. Поворот клапана выполняют до тех пор, пока не появится шипение из-за воздушных масс, выходящих из системы отопления. При полном удалении пробки из крана появляется струйка воды, после чего можно вернуть отводчик в исходное положение. Чтобы убрать воздух из одного радиатора, в среднем необходимо 5-7 минут.

Автоматический отводчик

Он используется в системах закрытого типа и не требует участия человека, поскольку работает в автоматическом режиме. Автоматический отводчик отличается высокой производительностью, но чувствителен к составу теплоносителя и наличию посторонних примесей. Чтобы он мог своевременно выпустить воздух и выполнял свои функции в течение длительного времени, на подающей трубе и обратной магистрали трубопровода устанавливают фильтры.

Корпус автоматического воздухоотводчика имеет цилиндрическую или конусообразную форму. Он изготавливается из латуни или нержавеющей стали и устойчив к появлению коррозии. Внутри корпуса размещается тефлоновый или полипропиленовый поплавок, который соединен со спускным клапаном с помощью рычага. Наличие у клапана запирающего колпачка из пластика препятствует утечке теплоносителя при неисправности устройства. После установки автоматического отводчика колпачок-заглушку следует открутить на несколько оборотов.

При стравливании воздушных масс выполняются следующие действия:

  • скопившийся воздух давит на поплавок, который плотно закрывает отверстие сброса и при внешнем воздействии опускается постепенно вниз;
  • под влиянием поплавка открывается спускной клапан, а воздух выходит наружу;
  • по мере удаления воздушной пробки поплавок снова поднимается, закрывая при этом спускной клапан.

Автоматический отводчик устанавливается в местах вероятного скопления воздушных масс. Особенно он необходим для алюминиевых батарей отопления, металл в которых склонен вступать в химическую реакцию, в результате которой образуется водород.

Термостат

Если на радиаторе установлен термостат, то для удаления пробок из системы необходимо его периодически открывать и держать в таком положении до полного устранения воздуха.

Удаление воздуха при отсутствии приспособлений

На чугунных радиаторах старого образца часто наблюдается отсутствие специальных приспособлений для устранения воздушных пробок. Как спустить воздух из батареи отопления в этом случае?

Иногда в качестве отводного устройства используется обычный водопроводный кран. При завоздушивании системы отопления его открывают и спускают воздух до появления струйки теплоносителя. Как быть, если нет крана? Сначала нужно найти заглушку, которую можно открутить с помощью разводного ключа. Если ее закручивали на пакле с краской, то предварительно понадобится обработка керосином или растворителем. Состав наносят на место стыка радиатора и заглушки и оставляют на 15-20 минут, а затем откручивают, подставляя емкость для сбора теплоносителя.

Биметаллические и алюминиевые радиаторы Lammin серий Premium и Eco — пример современного оборудования для автономных и централизованных сетей отопления. Они соответствуют европейским стандартам, отличаются хорошей теплоотдачей и рассчитаны на эксплуатацию на территории России. Благодаря покрытию внутренней поверхности цирконием батареи из алюминия менее склонны к скоплению воздушных масс. Однако для эффективного функционирования систем отопления целесообразно устанавливать отводчики воздуха и на алюминиевых, и на биметаллических радиаторах Lammin.

Как правильно спустить воздух из радиатора отопления своими руками


Как правильно спустить воздух из радиатора отопления? Можно ли это сделать самостоятельно? Да! На самом деле, избавиться от завоздушенности несложно. Вы сможете это сделать и существенно улучшить качество работы системы отопления. В этой статье мы расскажем как спустить воздух из радиатора отопления в квартире многоэтажного дома и частного.

Воздушные пробки в радиаторах существенно мешают их работе. Из-за этого батареи перестают работать в полную силу или перестают греть совсем. Появления завоздушенности невозможно предсказать, избежать его сложно без помощи специалиста. Но если воздушная пробка образовалась, то нужно знать, как правильно стравить воздух из батареи отопления. И не менее важно знать, из-за чего она образовалась.

Как спустить воздух из батареи с краном Маевского

Кран Маевского предназначен для упрощения удаления воздушной пробки. По сути это своеобразный клапан на радиаторе отопления для спуска воздуха. С его помощью это легко сделать самостоятельно. На радиаторах он находится в верхней части боковой стенки крайней секции. Давайте рассмотрим как спустить воздух с батареи отопления с краном в квартире.

Для упрощения работы существуют специальные съемные ручки, которые надеваются на внутреннюю металлическую часть клапана. Если у вас есть такая, то выгнать воздух из системы отопления будет достаточно просто. Если ручки нет, на центральной части крана может быть насечка для отвертки.

Подставьте под кран Маевского емкость объемом 0,5-1 литр. После этого открутите его – начнет выходить воздух. После этого в емкость с характерным шипением, под напором, потечет воздух, смешанный с водой. Дождитесь пока не потечет чистая вода и закройте кран.

Спуск воздуха из радиатора через кран Маевского

Если на кране Маевского нет рукоятки и нет возможности воспользоваться отверткой, вам потребуется ключ соответствующего размера. Также подойдет разводной или газовый.

  1. Оберните поверхность радиатора ветошью или тряпкой, а снизу подставьте емкость для воды.
  2. Медленно открутите кран пока не почувствуете движение воздуха или шипение. Не пытайтесь его сорвать если он закручен туго – прикладывайте равномерное усилие.
  3. Дождитесь пока воздух не выйдет и не польется вода.
  4. Слейте 1-2 литра воды.
  5. Закрутите кран, подождите 5-10 минут.
  6. Заново открутите кран, проверьте, не осталось ли воздуха.
  7. Повторите процесс, пока весь воздух не уйдет из системы.

Как выпустить воздух из радиатора если нет крана Маевского

Если нет крана Маевского, то у вас батареи старого образца и вместо него установлена обычная заглушка. Как правило, она покрыта слоем краски, поэтому открутить ее будет непросто.

Для работы вам понадобится:

  • Тряпки или ветошь;
  • Газовый ключ;
  • Емкость для слива воды;
  • Растворитель или преобразователь ржавчины;
  • Фум-лента.

Приступим к работе:

Для начала поставьте под секцию с заглушкой ведро. Обмотайте часть батареи вокруг заглушки тряпкой – она не допустит большого напора воды.

Обильно обработайте стыки заглушки и батареи растворителем или преобразователем. Попробуйте открутить заглушку газовым ключом. Не прикладывайте чрезмерного усилия чтобы не сорвать резьбу.

Если заглушка не поддается, снова воспользуйтесь растворителем. Когда она начнет откручиваться проворачивайте ее аккуратно. Желательно не доставать ее полностью – иначе хлынет большой поток воды.

Совет

Установите вместо заглушки автоматический отводчик газа. Он будет периодически спускать скопившийся воздух и вы не будете больше задаваться вопросом как спустить воздух с батареи отопления.

На фото видно, что в этом случае заглушка с левой резьбой.

Резьба может быть левой или правой. Поэтому пробуйте откручивать заглушку в обоих направлениях.

По мере проворачивания заглушки прислушивайтесь – не пошел ли воздух. Подставьте руку чтобы почувствовать поток. Когда воздух полностью выйдет, дождитесь пока из батареи не вытечет 3-5 литров воды.

Перед установкой заглушки обмотайте ее в 1-2 слоя фум-лентой. Делайте это против направления резьбы – так она обеспечит лучшую герметичность. Закрутите заглушку максимально плотно.

Совет

Если вы решите покрасить заглушку или всю батарею, постарайтесь не допустить попадания краски на их стык.

Спуск воздуха через расширительный бак

В домах с индивидуальным отоплением устанавливаются расширительные бачки. Они бывают закрытого и открытого типа.

Если расширительный бачок открытого типа, в нем мог опуститься уровень воды или теплоносителя. Добавьте их в систему, желательно – через нижний вентиль любого радиатора. Если сделать это не получится – сделайте это непосредственно в бачок.

Запустите систему и дайте ей поработать. Если воздушная пробка не вышла – придется спускать ее через радиатор.

Если расширительный бачок закрытого типа – придется проверять работоспособность бачка.

Причины появления воздуха в радиаторе отопления

После того как вы выгнали воздух из радиатора, нужно сделать так, чтобы он не появился там вновь. Для этого надо определить причину образования воздушной пробки.

Воздух в алюминиевом радиаторе может появиться из-за воды в повышенной кислотностью. Она вступает в реакцию с металлом и выделяется газ. Если у вас индивидуальное отопление – замените воду в системе на дистиллированную.

Некоторые теплоносители могут вступать в реакцию с металлами. Жидкости низкого качества кустарного производства также разрушают радиатор. Используйте только хороший теплоноситель.

Со временем некоторые теплоносители выделяют газ или воздух. При этом они теряют свои свойства. Производите замену теплоносителя согласно указаниям в спецификации.

В домах с централизованным отоплением воздух может попасть в трубы во время их заполнения водой в начале отопительного сезона. Чтобы этого не происходило, поставьте автоматический воздухоотводчик.

В домах с индивидуальным отоплением воздух может попасть в систему во время ее заполнения водой или теплоносителем. Обычно он выходит через расширительный бачок. Если его нет – обязательно установите. Если расширительный бачок установлен, он может работать неправильно.

Воздух в системе отопления может появиться из-за ее разгерметизации, особенно если она не работает, а вода или теплоноситель в ней присутствует. Проверьте все радиаторы, трубы на предмет протечек, в особенности в местах соединений.

Своевременное устранение протечки может уберечь от больших проблем в будущем.

К чему может привести завоздушенность радиатора

Если в радиаторе появилась воздушная пробка – он начинает хуже греть. Чем больше объем воздуха внутри секций, тем хуже они греют.

Для алюминиевых радиаторов воздух не представляет особой опасности, в отличие от стальных и биметаллических с внутренней частью из стали. В месте контакта воздуха и воды происходит коррозия металла, поэтому так важно вовремя определить и выгнать завоздушенность.

Если в системе появился воздух, значит он может скапливаться в насосе, трубопроводах, котле отопления и т.д. это приводит к снижению срока службы.

При скоплении воздуха в насосе, он начинает работать с повышенной мощностью, перегреваться и сильно изнашиваться. Если воздух попал в котел, вода в системе отопления будет закипать, что может привести к обрыву.

Надеемся, что статья была полезна вам и мы ответили на вопрос как избавиться от воздуха в радиаторе отопления. Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях

Как спустить воздух из батареи отопления

В воде в небольших количествах растворён кислород.

Однако со временем он может привести к большим трудностям в отопительной системе.

И если у Вас в квартире (или доме) стоит хоть один радиатор, Вы обязательно должны знать, как спустить воздух из батареи отопления. И можно обойтись без вызова мастера!

Что такое завоздушенность батареи?

Завоздушенность, или воздушная пробка – это скопление воздуха в верхней части отопительного прибора (или трубопровода).

В многоквартирных домах особенно сильно от проблемы страдают обитатели последних этажей.

Причин завоздушенности может быть несколько. Перечислим основные:

  • Ремонтные работы (если с трубопроводом производились манипуляции, это приводит к попаданию внутрь системы воздуха).
  • В городских квартирах сложно пустить в работу магистраль без пробок, поскольку в идеале, система должна заполняться водой очень медленно, с одновременным стравливанием.
  • Где-то утечка (даже небольшая течь на стыке должна быть сразу устранена).
  • Сложности часто возникают с системой тёплых полов, если её ветки проложены не строго горизонтально и на разной высоте.
  • В любой воде, при повышении температуры, выделяется кислород. В частных домах со временем весь воздух выходит, и если теплоноситель не меняется, о проблеме можно забыть. Но в центральном отоплении порции жидкости обновляются постоянно.

Если совсем уж нет возможности сделать всё своими руками, можно оставить заявку в обслуживающей дом компании, чтобы прислали мастера.

Но врабатывание системы обычно занимает две недели, поэтому до этого срока не стоит торопиться с жалобами.

Как ее определить?

Обнаружить пробку легко, она сама даст о себе знать:
  • Батареи могут начать булькать;
  • Температура в комнатах понизится без видимых причин;
  • Часть радиатора будет прогреваться, в то время как другая его область останется почти холодной.

Слегка постучите металлическим предметом по верху радиатора, а затем сравните звук от стука внизу прибора. Там, где появилась пробка, звук будет более звонкий, высокий.

К чему может привести завоздушенность отопления?

Явление парализует работу системы – нарушается циркуляция, что приводит к перегреванию отдельных участков отопительной системы и недостаточному прогреву других.

Из-за длительного контакта с кислородом многие металлы покрываются окалиной, подвергаются разрушению. Особенно чувствительны к пуску отопительной системы алюминиевые радиаторы.

В частных домах с принудительной циркуляцией, воздух контактирует с циркуляционным насосом. Сокращается срок службы прибора.

Как правильно спустить воздух из батареи

В гравитационной системе частного дома, все пузырьки сами выходят через расширительный бак, расположенный в самой верхней точке.

В городских квартирах на каждом радиаторе устанавливается воздухоотводчик:

  1. Ручной (кран Маевского).
  2. Автоматический клапан.

В зависимости от того, что установлено, будет меняться технология работы.

Алюминиевой, биметаллической или чугунной

Алюминий – не самый подходящий для отопления материал. Он активно вступает в химические реакции и выделяет водород. Но благодаря своей скромной цене и хорошей теплопроводности, он часто применяется. Для борьбы с недостатками алюминия, его покрывают изнутри слоем специальной плёнки. Но со временем она перестаёт действовать, и водород начинает неизбежно выделяться.

Биметаллические радиаторы – ещё одно изобретение, улучшающее качество отопительных приборов. Там, где происходит контакт с теплоносителем, здесь использован другой металл. А оребрение выполнено из алюминия.

Если на батарее установлен термостат, его нужно просто периодически открывать и дожидаться пока выйдет воздух. Процесс стравливания воздуха из биметаллических батарей не отличается от работ с алюминиевым радиатором.

Батареи уже давно должны были стать горячими, но этого не происходит? Нет отопления: куда звонить и как составить жалобу, читайте далее.

Как выбрать одноконтурный газовый котел для отопления частного дома, читайте тут. Рассмотрим основные критерии выбора.

При частых отключениях горячей воды жители таких неблагоприятных районов стараются обзаводиться водонагревателями. В этой теме https://microklimat.pro/otopitelnoe-oborudovanie/vodonagrevateli/kak-polzovatsya.html расскажем, как правильно пользоваться водонагревателем бытового назначения.

Кран Маевского

Это небольшой удобный воздухоотводчик, размещенный в боковой части батареи.

Если на алюминиевом, биметаллическом или чугунном радиаторе стоит кран Маевского, нужно подготовить отвёртку или пассатижи, а также ёмкость для воды.

При помощи отвёртки откручивается кран. Если пробка действительно была, начнёт выходить воздух и можно будет услышать характерное шипение.

Под кран предварительно нужно подставить ёмкость для воды – дело в том, что немного погодя воздух начнёт выходить вместе с каплями воды, но закрывать кран Маевского ещё рано. Полностью спущенным, воздух считается тогда, когда из отверстия польётся стабильная струйка воды.

Сколько времени займёт процедура, будет зависеть от того, какие объёмы газа скопились в системе. С одной батареи обычно воздух выходит в течение 5 – 7 минут. Чтобы обезвоздушить всю систему иногда требуется полчаса и больше.

При большом давлении, жидкость может брызгать в разные стороны. Защитить ремонт и мебель поможет простая тряпочка, повешенная на радиатор так, чтобы по ней вода стекала в ведро.

Без крана Маевского

На старообразных чугунных батареях раньше устанавливалась обычная заглушка.

Её нужно было открутить (что само по себе порой сложно), предварительно, перекрыв доступ теплоносителя к радиатору.

Если у Вас именно такой случай, подойти к работе нужно будет основательно. Запаситесь тряпками, тазиком или ведром.

А для того, чтобы открутить пробку понадобится разводной ключ. Проблема в том, что такие заглушки закручивались на пакле с краской, да и бывают хорошо залиты во время окрашивания батарей. Растворить краску поможет немного керосина. Его нужно нанести на место стыка заглушки с радиатором и подождать 15-20 минут. Даже после этого может понадобиться приложить немалое усилие, чтобы сдвинуть пробку по резьбе.

Умельцы прошлых лет упрощали себе задачу, устанавливая на такие заглушки обычный кран. Вид они, конечно, портили, но стравливать воздух становилось легче.

После процедуры заглушка обматывается лентой ФУМ и вставляется на прежнее место.

Если не рассчитать усилия и вывернуть заглушку полностью, горячая вода хлынет потоком! Вот почему важно перекрывать стояк – если этого не сделать, вставить заглушку обратно практически не реально.

Автоматический воздухоотводчик

Чтобы не обременять себя процедурами стравливания воздуха, можно установить автоматический клапан.

Они оснащены поплавком, который плотно закрывает отверстие сброса до тех пор, пока в системе есть вода.

Когда же просачивается газ, поплавок опускается и открывает отверстие – воздух выходит.

У этих устройств есть слабость – им желательно бы работать с очень чистой водой, которой не бывает в централизованных системах отопления. Поэтому автоматический механизм нужно ставить вместе с фильтрами. Но и это не гарантирует полной безопасности воздухоотводчика. Может понадобиться, периодически чистить его или заменять.

Если через несколько лет исправной работы, автоматический клапан начал «подкапывать», дело либо в уплотнительном кольце (нужно поменять прокладку или намотать на резьбу ленту ФУМ), либо игла механизма обросла солями (потребуется снять крышку и почистить иглу).

Маленькие мелочи и нюансы

  • Иногда, чтобы воздух вышел полностью, батарею нужно немного тряхнуть.
  • В частных домах некоторые мастера делают следующее: устанавливают в нижней части отопления обычный кран, который можно подключить к водопроводу. Если нужно стравить воздух, кран открывается, пускается вода – она одновременно промывает трубы, и выталкивает воздух через расширитель.
  • Если в проектировке отопления были нарушения – неправильные уклоны, или труба делает петлю, во всех проблемных местах нужно поставить дополнительное средство спуска воздуха.

Заключение

В центральных сетях воздух попадает в систему очень и очень часто. Поэтому, снабдив все радиаторы в доме кранами Маевского или автоматическими воздухоотводчиками, можно сэкономить время и упростить задачу спуска воздуха.

В своём доме, где есть возможность контролировать качество теплоносителя, тем более можно поставить автоматику и вообще забыть о проблеме.

Сбои в работе системы отопления ведут к многочисленным неудобствам. Не все знают, что такой простой прибор как байпас в системе отопления может помочь стабилизировать работу отопительной системы.

Как собрать простейший индукционный нагреватель своими руками, расскажем в этой статье.

Видео на тему

Подробная инструкция, как спустить воздух из радиатора отопления без трудностей

Знакомая картина: радиатор прогревается частично – половина батареи горячая, а половина – холодная? Или радиатор – просто холодный, хотя подходящие к нему трубы – горячие?
Поздравляем! У Вас воздушная пробка. И теперь мы будем спускать воздух. А как это сделать – читайте в нашей статье.



Радиатор отопления – привычный атрибут любой квартиры. И если он нормально не греет – первое, что нужно сделать – это удалить из него так называемую воздушную пробку.
Чаще всего воздушные пробки в радиаторах проявляются в самом начале отопительного сезона, когда отопление только запустили.


В чём заключаются причины скопления воздуха? Осложнения возникает в следующих случаях:
  • Неправильная установка радиатора;
  • Содержание газов в воде.
Причин, фактически, всего две – но они обе могут повлиять на работоспособность радиатора.
Наиболее частой причиной, по которой возникают сложности с работой батареи – это пузырьки воздуха.

Опасность скопления воздушных пузырей в радиаторе:

  • Коррозия;
  • Снижение теплоотдачи;
  • Шум в трубах.
Если у Вас сильно журчит вода в трубах – то и радиаторы, скорее всего, будут завоздушиваться. Такое явление наблюдается главным образом при запуске отопления. Когда система поработает – воздух из неё удалится, и всё придёт в норму.

Как удалить воздух

Чтобы избавиться от проблемы необходимо знать, как спустить воздух из радиатора отопления.
Для этого существует несколько вариантов. Перед началом манипуляций нужно подготовиться: взять разводной ключ, таз и много тряпок.

Самый распространённый способ избавиться от воздушной пробки — использовать кран Маевского.

Кран Маевского

Этот клапан расположен в верхней части, с торца батареи.
В новых моделях устанавливается пластиковая рукоятка. Процесс удаления происходит в несколько этапов:
  1. Разместить под краном Маевского таз;
  2. Медленно открыть кран Маевского. Необходимо прислушиваться к звукам. Воздушная пробка выходит со свистом или шипением;
  3. Большой ошибкой будет закрыть кран, как только шипение воздуха прекратится. Необходимо слить минимум 5 литров воды. Это избавит от повторного образования воздушной пробки;
  4. Закрыть кран.
Стоит отметить, что перекрывать стояк нет необходимости.

Установка автоматического воздухоотводчика также позволит справиться с проблемой завоздушенности.

Автоматический воздухоудалитель для радиатора

При этом – вы устанавливаете на радиатор автоматический воздухоудалитель, а дальше он всё сделает сам.

Если в жилом помещении установлено старое оборудование без крана Маевского, потребуется выполнить следующие операции:

  1. Взять газовый ключ, тряпки и тазик;
  2. Перекрыть стояк;
  3. Найти на теплообменнике заглушку;
  4. Разместить под заглушкой таз;
  5. Для начала нужно снять паклю и открутить её с помощью ключа. Работу выполнять аккуратно и медленно;
  6. Как и в случае с краном Маевского воздух будет спускаться со свистом и шипением. Рекомендуется избавиться от 15 литров воды;
  7. Плотно закрутить заглушку. Зафиксировать лентой;
  8. Открыть стояк.
В квартирах и частных домах скопление газов в системе отопления – распространённое дело.
Установка современных радиаторов – алюминиевых или биметаллических – позволит сделать жизнь комфортнее.

Кроме того, все современные радиаторы оснащаются в обязательном порядке кранами Маевского, которые позволят удалить воздух из радиатора быстро и без проблем.

Как спустить воздух в биметаллическом радиаторе отопления

Воздух внутрь радиатора попасть может разными способами. Самый очевидный – во время монтажа или ремонта отопительной системы. Но не только. Причиной могут стать неточности, допущенные при сборке системы и даже сама вода. Все возможные причины собрали для вас виде списка:

  • В самотечной системе отопления трубы установлены под неправильным углом
  • Радиатор расположен не строго по горизонтали
  • Вода в систему залита некорректно или слишком поспешно
  • Вода, поступившая в систему, содержит примесь воздуха
  • Произошла разгерметизация системы отопления вследствие поломки или износа
  • Отсутствует или сломалась автоматическая система стравливания
  • Внутри радиатора скопилось много ржавчины

Причин может быть одна или несколько, полностью исключить попадание воздуха в систему почти не реально. Но, при возможности, еще при установке стоит позаботиться о минимизации рисков.

Стоит обратить внимание на тот факт, что воздух может попасть в отопительную систему даже летом. Если кто-то в доме решит поменять трубу или поставить новые радиаторы, например.

Качественный алюминиевый или биметаллический радиатор можно найти в нашем магазине по ссылке Радиаторы бренда STOUT

Как понять, что батарея завоздушена

Это не сложно. Когда в радиатор попадает воздух, оттуда обычно доносятся посторонние звуки – шипение, бульканье или хрюканье. Сама батарея начинает прогреваться неравномерно, что легко определяется при прикосновении.

Кроме того, если в систему закрытого отопления встроен манометр, при попадании туда воздуха, показания на приборе падают ниже нормы. И это тоже сигнал, что следует принимать срочные меры, то есть – спустить воздух.

Чем опасен воздух, скопившийся в системе отопления

Раздражающие звуки – не самая большая неприятность из тех, что вызывает воздух в системе отопления. Заметно падает эффективность обогрева. Завоздушенная часть радиатора, в зависимости от величины пробки, вообще может перестать нагреваться, а прилежащая нагревается намного меньше обычного. В результате в квартире или в доме зимой будет холодно, часть отопительной системы вообще может выйти из строя, в крайнем случае, вся система или ее часть вообще может замерзнуть.

Еще одна опасность воздушной пробки состоит в том, что кислород провоцирует эрозию нагревательного прибора. Это особенно важно учитывать, если у вас биметаллические или алюминиевые радиаторы. Именно они в большей степени подвержены коррозии, которую вызывает кислород. Скопление ржавчины может заблокировать трубу, по которой поступает вода в радиатор.

Если насос долгое время вместо воды будет перекачивать воздух, это может привести к тому, что он, или подшипник вала выйдет из строя.

В результате срок службы системы значительно снижается. В крайнем же случае, может понадобиться внеплановый ремонт.

Как убрать лишний воздух из батареи

 

В зависимости от системы, это можно сделать двумя способами. Если при монтаже это предусмотрено – воздух спускается автоматическим воздухотводчиком. Это устройство устанавливается при монтаже отопления в самых высоких точках подъема труб или за котлом. Его преимущество именно в полной автономности.

Можно также установить за котлом сепаратор воздуха. Этот прибор улавливает не только воздушные пузырьки, но и грязь. Но стоит, конечно, дороже.

Чтобы спустить воздух в ручном режиме, чаще всего используется кран Маевского или, как его еще называют, игольчатый клапан. Это недорогое и очень надежное устройство. Его устанавливают на верхней части каждого радиатора и, желательно, на каждом сложном участке трубопровода, где есть изгиб или большой перепад высоты. Это небольшого размера конус с герметичным винтом. Для стравливания воздуха в нем предусмотрено маленькое отверстие, через которое не может вылиться много воды, что исключает возможность затопления. Чтобы установить такой кран, не нужно быть слесарем. Только внимательно подбирать устройство соответствующего диаметра. Устанавливается кран Маевского после того, как из системы спущена вода. Игольчатые клапаны бывают разных конструкций и изготавливаются чаще всего из латуни. 

Порядок работы:

  • Специально предусмотренным ключом или обычной отверткой провернуть винт на кране Маевского на пару оборотов против часовой стрелки. Не нужно откручивать его полностью, давление в системе может помешать потом вкрутить его обратно. На скорость процесса это не повлияет, поскольку количество выходящего воздуха и воды регулируется диаметром выходного отверстия на боку крана. Воздух выходит из радиатора с характерным шипением.
  • Спустить воздух, пока из отверстия не начнет тонкой равномерной струйкой сочиться вода без примеси воздуха. Под кран заранее нужно подставить емкость для ее сбора или подложить тряпку.
  • Закрутить винт в обратном направлении.

Некоторые нюансы

  • Обратите внимание, причиной плохой работы батареи может стать пробка в водопроводной трубе. Из-за скопления ржавчины или грязи. Вы поймете, что проблема не в воздухе, если при попытке спуска из крана начнет бить сильная струя, но воздуха не будет.
  • Вероятность возникновения воздушной пробки тем выше, чем ближе к верхнему этажу находится ваша квартира в многоэтажном доме.
  • Выходное отверстие для слива воды на кране Маевского можно расположить под разным углом, это видно на приведенном ниже видео. Стоит следить, чтобы оно не было развернуто в стену, для избегания намокания обоев. Лучше всего развернуть его вниз.

Удаление воздушной пробки из батареи отопления:

Как часто надо спускать воздух

На протяжении отопительного сезона воздух спускается каждый раз, когда появляются посторонние звуки или падает температура радиатора.

Делать это в качестве профилактики рекомендуется также в конце сезона и летом.

Как избежать появления воздушных пробок

Лучшим методом профилактики образования воздушных пробок считается монтаж многоуровневой системы защиты в помещении с автономным отоплением. Это схема, состоящая из нескольких видов устройств, встроенных в контур отопления: на батареях – краны Маевского; возле котла котлом и на коллекторах – воздухоотвод; за котлом – сепаратор.

Весь ассортимент запорной арматуры имеется в нашем интернет магазине, ознакомиться с ним можно по ссылке Каталог регулирующей арматуры

Также следует убедиться, что:

  • Радиаторы на кронштейнах установлены строго горизонтально
  • Трубопровод смонтирован с учетом необходимого уклона.
  • Каждая батарея и дополнительно каждый сложный узел системы должны быть снабжены кранами Маевского.
  • Необходимо следить, чтобы давление в системе не падало ниже установленной нормы.

Советы от специалистов Stout

В заключение приведем несколько полезных советов для безопасного удаления воздушной пробки и минимизации риска ее возникновения:

  • С началом отопительного сезона заливать воду в систему нужно всегда только снизу. Делать это нужно не торопясь под небольшим давлением и в полностью остывший контур.
  • После заполнения системы воду нужно прогреть градусов до 60, после чего стравить воздух из каждой батареи.
  • После этого, если есть необходимость еще раз долить немного воды.
  • Пробку на радиаторе в квартире выкручивать нельзя ни в коем случае. В отопительной системе многоквартирного дома достаточно большое давление и удаление пробки спровоцирует потоп.
  • В среднем слить необходимо около 30 литров воды, чтобы гарантировано избавиться от проблемы.

В том случае, если развоздушить батарею некому, нет времени, возможности или желания, вы можете воспользоваться услугами одного из наших специалистов по ссылке Найти специалиста

если у батареи нет индивидуального клапана, кран Маевского в новом частном доме

Воздух — отличный теплоизолятор. Это делает его малопригодным в качестве теплоносителя в закрытых системах отопления.

Если воздух попадает в радиаторы, он снижает их эффективность, а также способен частично закупорить ток воды в трубах.

Чтобы система отопления работала в штатном режиме, воздух из радиаторов лучше убрать. Эта операция называется «развоздушивание» батарей.

Как найти воздушную пробку в системах общего и индивидуального отопления

При пусковых работах, при подготовке отопления к зиме или в процессе эксплуатации можно наблюдать следующие признаки воздуха:

  • бульканье теплоносителя в трубах;
  • холодная верхняя часть батарей;
  • часть системы не работает;
  • высокое сопротивление току воды в трубах.

Откуда воздух берётся в системе:

  1. Не полностью удалён при заполнении системы.
  2. Выделение воздуха из теплоносителя при нагреве.
  3. Завоздушивание при ремонте.
  4. Постепенное проникновение воздуха через пластиковые трубы.

Определить воздушную пробку довольно просто: завоздушенная область значительно холоднее. Применяется также и метод перкуссии — труба, заполненная жидкостью, звучит при ударе иначе, чем с воздухом.

Воздух всегда скапливается в «кармане» — высокой точке. Наиболее сложными считаются завоздушивания тёплых полов: выдержать идеальную горизонталь не всегда получается, скопившийся воздух скапливается вверху трубы, а внизу продолжается циркуляция. Выгнать такую пробку практически невозможно — потребуется опрессовка под давлением.

Как спустить воздух из батареи

В закрытых системах вместо расширительного бачка в верхней точке подключения ставится шаровый кран или автоматический развоздушиватель, через который стравливается воздух.

По ходу заполнения системы требуется удалить воздух снизу вверх. Все «воздушные карманы» — батареи, петли труб должны оснащаться устройствами для развоздушивания.

Кран Маевского

Наиболее популярным способом удаления воздуха из батареи является установка в верхней её точке развоздушивающего клапана. Кран Маевского состоит из латунного корпуса и небольшого резьбового штуцера. Если штуцер отвернуть, батарея будет разгерметизирована. Содержимое станет вытекать через небольшое отверстие в корпусе.

Фото 1. Ручной воздухоотводчик, или кран Маевского, модели 194 1/8′, производитель — «Itap», Италия.

Для обслуживания радиатора, потребуется ёмкость для воды, ключик для крана или отвёртка, тряпка для удаления брызг.

Подставляем под кран Маевского ёмкость, другой рукой отворачиваем штуцер. Он имеет квадратное сечение — требуется специальный ключик или пассатижи.

Ждём, пока стравится воздух и 10—200 миллилитров жидкости.

Закручиваем кран, переходим к следующей батарее.

Развоздушивать стоит по порядку, начиная от обратки. Давлением из обратки воздух отлично выгоняется, поэтому кран заполнения обычно проектируется ближе к нижней точке возле котла.

Автоматический воздухоотводчик

При большой системе, которая каждый сезон заполняется и сливается, уместно будет использование автоматических газовых клапанов. Они выглядят как небольшой бочонок, установленный на отрезке трубы строго вертикально.

Важно! Автоматический клапан устанавливается в верхней точке «воздушного кармана», и служит для самонайстройки отопления. Установка клапана только в котле может привести к завоздушиванию системы.

Клапан состоит из корпуса и поплавка. Если в системе воздух, то поплавок не поднимается, и газ спокойно выходит. Как только вода поднимается, поплавок закрывает отверстие — вода не выходит. Скопившийся в верхней точке газ выдавливает воду, поплавок снова падает, выпуская газ до появления воды.

Автоматический воздухоотводчик очень требователен к чистоте теплоносителя: накипь, ржавчина и грязь могут забить поплавковую камеру. Через клапан будет проходить жидкость или он сам не будет спускать воздух.

Используйте очищенную воду, обязательно перед заполнением теплоноситель нужно отфильтровать. Систему отопления периодически промывают и проверяют грязевые фильтры.

Вам также будет интересно:

Сепаратор воздуха

Чтобы собрать воедино тысячи мелких пузырьков воздуха и вытолкнуть его из отопления, применяются сепараторы воздуха. Они устанавливаются в удобном для доступа месте, ближе к входу обратки в котёл. Устройство выглядит как усечённый конус с вершиной вверху.

Внутри конуса находится спецнабивка в виде колец или металлической стружки. Воздушные пузырьки, оседающие на поверхности, выдавливаются потоком воды в верхнюю часть конуса, где скапливаются и выбрасываются наружу.

Сепаратор также используется для очистки от накипи и шлама. Для этого в нижней части находится съёмный отстойник. Для лёгкой очистки и обслуживания при установке стоит предусмотреть два шаровых крана по обе стороны от трубы.

Фото 2. Горизонтальный сепаратор воздуха DisAir, серия HF-Q, корпус из углеродистой стали, производитель — «Kvant», Украина.

Сепаратор не требует особого обслуживания, работает автоматически. Раз в год, перед началом отопительного сезона, набивка проверяется на чистоту, из отстойника удаляется скопившаяся грязь.

Как заполнить гравитационную систему водой

Особенность гравитационной системы состоит в её относительной простоте. Все трубы и батареи установлены с уклонами. Расчёт на то, что вода будет сама циркулировать по системе. Вместе с жидкостью выносится и воздух, который попадает в расширительный бачок.

Некоторое количество при разветвлённой системе или несоблюдении уклонов может остаться, но эти остатки легко удаляются при помощи крана Маевского, установленного в батареях. Заполнение, как правило, начинается от самой низкой точки: обратки возле котла.

Новое заполнение системы закрытого типа

Особенность закрытых систем — отсутствие прямого контакта с атмосферой. Воздух в таких системах приходится спускать вручную через развоздушивающие краны.

Краны в такой системе находятся в нескольких точках: в верхней точке системы над котлом или на верхнем этаже, в самом котле, на батареях.

При заполнении на верхний кран одевается прозрачный шланг, и накачка теплоносителя производится до тех пор, пока из шланга не пойдёт чистая вода.

Кран закрывается, в мембранный расширительный бак накачивается воздух для создания давления и развоздушиваются батареи.

Когда в системе установлен циркуляционный насос, он с успехом прогонит остатки воздуха. Если после некоторого времени в котле или радиаторах будут слышны булькающие звуки, стоит повторить операции с кранами.

Если клапана нет: как развоздушить «глухую» батарею

В старых системах отопления с чугунными батареями краны Маевского не предусматривались, развоздушивание производилось самотёком или методом откручивания пробки радиатора.

Чтобы развоздушить батарею, потребуются:

  • Разводной сантехнический ключ.
  • Тазик.
  • Тряпки.

Очищаем верхний торец батареи от краски, кладём на стык тряпку, смоченную проникающей смазкой (WD-40, керосин, тормозная жидкость). Через несколько часов пытаемся отвернуть пробку.

Справка! Резьба может быть как левой, так и правой! Прилагайте поочерёдно усилия то в одну, то в другую сторону попеременно. Следите, при движении в которую сторону пробка начинает отходить от батареи.

Как только слышно движение воздуха, прекращаем отворачивание пробки.

Подставляем тазик и обкладываем пробку тряпками — вместе с воздухом обязательно будут прорываться брызги теплоносителя.

Как только шипение прекратится, подматываем под пробку паклю или фум-ленту и заворачиваем её на место.

Если есть возможность, для облегчения повторных развоздушиваний, глухую пробку заменяем на такую же, только с установленным краном Маевского. Для этого придётся изолировать батарею от отопления, слить с неё воду.

Важно! Ни в коем случае нельзя пытаться заменить пробку на батарее под давлением — поток горячей воды не даст возможности завернуть резьбу.

В частном доме развоздушивание всегда должно сопровождаться контролем количества теплоносителя, и если его недостаточно, доливать. В открытых расширительных бачках жидкости должно быть не меньше половины бачка, в закрытых — накачано давление до 2 атмосфер.

Что может быть, если не производить развоздушивание вовремя

Кислород — поддерживает коррозию труб и батарей. Плохо влияет на работу крыльчатки насосов принудительной циркуляции. Журчание воздуха в радиаторах не добавляет тишины и уюта в доме.

Скопления газов могут полностью перекрыть целую плеть системы отопления.

Воздух скапливается не за один день — дегазация воды процесс длительный, протяжённостью в несколько лет.

По истечении этого срока в системе заправлена «мёртвая» вода, не поддерживающая окисления и шламообразования.

Применение гликолевых антизамерзающих составов не везде приемлемо — в сочетании, к примеру, с цинком, ведёт к окислениям и шламообразованию, забиванию трубопроводов и теплообменника.

Развоздушить новые батареи самостоятельно не составит труда, в них обычно установлены терморегуляторы и краны Маевского. Когда их нет, лучше обратиться за помощью к профессиональному сантехнику — он обладает достаточными знаниями и инструментами, чтобы не превратить ваше жилище в горячее озеро.

Полезное видео

Ознакомьтесь с видео, в котором рассказывается, как правильно стравить воздух из радиатора отопления.

Как часто развоздушивать радиаторы в частном доме

Удалять скопившиеся газы нужно перед началом каждого отопительного сезона. Если в качестве теплоносителя используется вода, то не торопитесь её часто менять. В свежей жидкости будет содержаться большое количество растворенного кислорода, который позже оседает в виде пузырьков на стенках батарей и котла. Со временем из воды частицы газа «уходят», и развоздушивание потребуется всё реже.

При первом пробном пуске обязательно стоит проверить систему на наличие холодных мест, и обязательно провести регламентные работы.

Как выдувать воздух из аккумулятора. Как удалить воздух из радиатора отопления: инструкция с пошаговым видео

Как удалить воздух из радиатора отопления? Можно ли это сделать самостоятельно? Да! На самом деле избавиться от воздушности несложно. Вы сможете это сделать и значительно улучшить качество системы отопления. В этой статье мы расскажем, как удалить воздух из радиатора отопления в квартире многоэтажного дома и частной.

Воздушные пробки в радиаторах существенно мешают их работе.Из-за этого аккумуляторы перестают работать на полную мощность или полностью перестают нагреваться. Появление проветривания предугадать невозможно, избежать его без помощи специалиста сложно. Но если образовалась воздушная пробка, то нужно знать, как правильно спустить воздух из батареи отопления. И не менее важно знать, почему образовалось .

Как спустить воздух из аккумулятора краном Маевского

В домах с индивидуальным отоплением воздух может попадать в систему, когда она заполнена водой или теплоносителем.Обычно выходит через расширительный бачок. Если нет, обязательно установите его. Если установлен расширительный бачок, он может работать некорректно.

Воздух в системе отопления может появиться из-за ее разгерметизации, особенно если она не работает, а в ней присутствует вода или теплоноситель. Проверить все радиаторы, трубы на герметичность, особенно на стыках.


Своевременное устранение течи может уберечь вас от больших проблем в будущем.

К чему может привести состояние радиатора?

Если в радиаторе появляется воздушная пробка, он начинает хуже греться.Чем больше объем воздуха внутри секций, тем хуже они нагреваются.

Для алюминиевых радиаторов воздух не представляет особой опасности, в отличие от стальных и биметаллических с внутренней частью из стали. В месте контакта воздуха и воды происходит коррозия металла, поэтому так важно вовремя определить и исключить воздушность.

Если в системе появился воздух, то он может скапливаться в насосе, трубопроводах, отопительном котле и т. Д., Что приводит к сокращению срока службы.

Когда в насосе скапливается воздух, он начинает работать с повышенной мощностью, сильно перегревается и сильно изнашивается.При попадании воздуха в котел вода в системе отопления закипит, что может привести к обрыву.

Естественное содержание воздуха в системе создает проблемы в сезон: холодные радиаторы, шум, со временем начинается коррозия металлических труб. Чтобы избежать дискомфорта в эксплуатации и продлить срок службы стальной электропроводки и отопительных агрегатов, система освобождена от атмосферных пробок. Поговорим о том, почему они возникают и как от них избавиться!

Установка крана на батарею отопления

Причины концентрации воздуха в системе отопления

Одно условие перегрузки понятно — длительный перерыв в системе отопления.Другие причины следующие:

  1. Расчет домашней электропроводки сделан неправильно. Наклоны, перегибы не учитываются. Благодаря этому даже профессионально спроектированная система после пуска в эксплуатацию будет содержать определенное количество воздуха. формируется в обязательном порядке, а в некоторых случаях требуется переделка всей системы.
  2. Неравномерное заполнение системы средой. Это происходит из-за нестабильного давления в трубопроводе, повреждения участков за пределами входа в дом или при перебоях в работе.Заполнение пустот атмосферными массами происходит и в отопительный сезон, если давление носителя невысокое. Для кровотечения используйте вентиляционные отверстия.
  3. Утечки в трубопроводе. В результате эксплуатации системы отопления и, соответственно, ремонта замена секций на отдельные трубы может оказаться небрежной. Отсутствие или недостаточность уплотнения приведет к разгерметизации и из-за силы давления свищ будет втягивать воздух в водяной контур, накапливая его на участках трубопровода.Перед снятием воздушной пробки трубопровод проверяют промывкой приготовленной эмульсии.
  4. Воздушные пробки возникают из-за нагрева воды. Из школьного курса физики видно, что при нагревании воздух в системе отопления частного дома или многоквартирного дома расширяется и образует пузыри. Лопаясь, они выпускают воздух, который тут же скапливается.
  5. Отсутствие воздухозаборных устройств или их неправильная работа. Вентиляционный клапан от системы отопления — это первое, на что следует обратить внимание при проектировании собственной системы отопления дома.Закрытая система с отопительным агрегатом автономного типа в собственном доме должна иметь подобное устройство на котле или топке.

На образование пробок влияет подключение к системе отопления других водяных контуров — котла, теплого пола. Уровень вспомогательных устройств сильно отличается от расположения нагревательных приборов, поэтому появление атмосферы неизбежно. Для работы этих видов нагрева проводится обходной контур с обратным клапаном, давление в системах приборов останется стабильным и не произойдет образования пробки.

Снимите воздушную пробку с алюминиевых и биметаллических батарей

Когда причина скопления выявлена ​​и устранена, начинают устранять воздушную преграду. Перед тем, как спустить воздух из системы отопления, важно знать, как циркулирует теплоноситель — принудительно или естественным путем. От этого способа обескровливания зависит масса пробки. Итак:

Естественная циркуляция

Для такой системы достаточно расширительного бачка в верхней точке — подающая труба к нему проложена с уклоном вверх.Для стравливания воздуха из системы отопления каждый радиатор снабжен спускным клапаном или краном Маевского для последовательного выдавливания массы в сторону предварительно опорожненного бака.

Принудительная циркуляция

В этом случае подающая труба имеет уклон вниз. На нем устанавливаются сливные краны, а обратка направлена ​​на слив воды, чтобы в случае экстренных мер можно было быстро спустить воздух из радиатора отопления для последующего ремонта.

Инструмент для удаления воздуха из системы отопления

Многие краны и сливные клапаны имеют функцию сброса.Наиболее распространены следующие системы в частных домах:

  • Кран Маевского. В документации он указан как воздушный игольчатый клапан радиатора отопления. Требуется проветрить систему отопления. Состоит из латунного корпуса с отверстием для выпуска и винта. Используйте его со специальным ключом или отверткой, вращающейся против часовой стрелки. Когда воздух перестает выходить из системы, клапан закрывается до упора. Совершенно необходимо подготовить емкость для сбора воды и тряпки — ее бросают на кран, чтобы не разбрызгивать грязную воду на стены.Используемый насос временно отключен.
  • Воздухоотводчик автоматический. Принцип действия заключается в срабатывании поплавка, встроенного в корпус — сам воздушный автоматический клапан уже находится на точке системы. Когда в трубе скапливается воздух, поплавок опускается, тем самым открывая предохранительный клапан и удаляя его. После нормализации давления масса воды снова прижимает поплавок. Чтобы предотвратить утечку среды, корпус прибора снабжен навинчивающейся крышкой. Устройство незаменимо при принудительной циркуляции.
Монтаж системы отопления в доме
  • Сепаратор. «Продвинутые» форточки в системе отопления. Устанавливается преимущественно в протяженных сетях с автономным отоплением. Позволяет сбрасывать не только воздух, но и шлам — окалину, грязь, песок и глину. Он состоит из двух частей: общего цилиндрического корпуса с двумя выпускными отверстиями — верхней камерой для воздуха и нижней камерой для твердых частиц, а также сеткой фильтра, которая улавливает пузырьки воздуха и направляет их вверх в камеру. Чтобы выпустить воздух из аккумулятора, откройте оба крана и прочистите линию.

Для качественной работы домашней тепловой сети мастерами рекомендуется установить несколько типов спускных устройств. Например, на котле или топке монтируется автоматический предохранительный клапан на отопление — там давление стабильно высокое. Радиаторы оборудованы кранами Маевского. Коллектор дополнен сепаратором.

Определение воздушного пространства и удаление пробки: как удалить воздух

Есть несколько способов обнаружить скопление воздуха в системе.Основной из них — холодный участок сети. Кроме того, звук при постукивании громче, чем в трубах с нормальной циркуляцией воды. Характерный шум — бульканье и шипение — расскажет вам о наличии воздуха. Итак, когда сайт определен, действуйте следующим образом:

  • Важное условие: выгнать воздух из системы отопления можно только по направлению теплоносителя и из точки за определенной зоной с помощью ближайшего крана Маевского или другого типа спуска.
  • Затем медленно откройте воздушный клапан для обогрева, подготовив соответствующие инструменты, емкости и тряпки, и стравите воздух.
  • Контрольный пуск производится кратковременным включением циркуляционного насоса. Затем закрывают кран, и система работает в обычном режиме.

Таким образом, получается удалить воздух из системы отопления. Простая и самостоятельная работа займет не более часа.

Если система по-прежнему проветривается

Еще бывает, что принятые меры не сработали, и не вышло удалить воздух из системы отопления.Что делать в этом случае:

  • Попытайтесь убрать скопление воздуха из мест подальше от вентиляционного клапана. Для этого увеличьте температуру системы, увеличив дозу топлива. Соответственно давление нарастает. Метод хорош тем, что позволяет автоматически удалить лишний воздух через вентили расширительного бачка или воздухосборник для системы отопления. По крайней мере, можно будет отрегулировать воздушную массу на клапан.
  • Ударный метод. Воздействуя на радиаторы молотком, они создают несущие колебания, перемещающие пробку.Опытные мастера этот способ помогает переместить много воздуха в нужное место.
  • Резко. Отопление придется демонтировать и собирать заново. Чтобы обойтись «меньшим количеством крови», их для этого разбирают у итальянских производителей, они хороши тем, что имеют сборные элементы, которые можно точно перекрутить. Радиаторы также демонтируются, удаляя с них скопившийся ил, и собирают с помощью прокладок. Метод доступен только профессионалам и с разрешения сервисной компании, так как нужно перекрыть стояк, если речь идет о многоквартирном доме.

СМОТРЕТЬ ВИДЕО

Итак, выяснив, почему система отопления воздушная, устранить причину и прогнать скопившиеся массы несложно — процесс наглядный.

Важно постоянно предотвращать собственную отопительную модель, чтобы в дальнейшем эксплуатация обходилась без таких неприятных сюрпризов, влияющих на комфорт.

Спустить воздух из АКБ несложно, главное изучить все нюансы!

В этой статье я расскажу о том, как удалить воздух из системы отопления.Поскольку контур отопления может иметь различную конфигурацию и отвечать за обогрев многоквартирного дома или частного дома, нам с читателем придется познакомиться с несколькими решениями разной сложности.

Зачем это нужно

Многоквартирный дом

Начну издалека.

Чтобы батареи на всех этажах и во всех квартирах отапливались, они должны постоянно циркулировать в них.

Как правило, в многоквартирном доме эту роль играет обычная вода.

Перепад давления в теплотрассе (подающей и обратной) в штатном режиме не менее 2 кгс / см2. Однако горячая вода из водопровода попадает в отопительный контур не напрямую из теплотрассы, а после смешивания с водой из обратной. За приготовление смеси отвечает водоструйный элеватор — чугунный или стальной тройник с размещенной внутри форсункой.

Водоструйный лифт — это сердце системы отопления дома.

Рециркуляция части теплоносителя обеспечивает максимальную скорость ее движения в контуре и минимальный разброс температур между первым и последним нагревательными приборами по ходу воды.

Перепад давления смеси, поступающей в батарею и обратку, намного меньше, чем между нитками теплотрассы: он составляет всего 0,2 кгс / см2, что соответствует давлению водяного столба в два метра. Воздух в системе отопления просто не даст циркулировать воде: такая маленькая капля не сможет выдавить воздушную пробку вниз из-за значительной разницы в плотности между воздухом и водой.

Для устранения воздушных пробок напор гидросистемы в метрах должен превышать высоту контура (в многоквартирном доме — высоту стояков от розлива).

Автономная схема

Иная картина у автономной системы отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя. В большинстве случаев давление, создаваемое циркуляционным насосом, превышает высоту контура, и он вполне может работать, даже если в трубах есть воздух.

Схема отопления двухэтажного дома. Максимальный перепад высот около 4 метров.

Однако при движении пузырьков воздуха в трубах и радиаторах неизбежно возникает гидравлический шум.Владельцу вряд ли понравятся непрерывно исходящие от аккумулятора булькающие звуки.

Кроме того, воздух способствует коррозии стальных элементов контура — черных стальных труб, стальных панельных радиаторов и сердечников биметаллических батарей. При отсутствии кислорода контакт с водой не вызывает ржавчины. .

Откуда воздух

Вот основные причины скопления воздуха:

  • Замена отопительных приборов в квартирах.Выполняется в основном летом, вне отопительного сезона. После опрессовки стояк просто заливают водой, а стекающий из него воздух благополучно оставляют при падении;

  • Ревизия задвижек на стояках. Связано с необходимостью полностью осушить отопительный контур;
  • Ревизия арматуры в элеваторном узле. И в этом случае полностью сбрасывается отопительный контур;
  • Утечки воды через резьбовые соединения с нарушенной герметичностью, межсекционные соединения радиаторов, уплотнения клапанов, свищи в трубах и т. Д.При закрытых и исправных клапанах в элеваторе они приводят к постепенному падению давления в контуре. Стоит открыть сливной бачок или кран Маевского на одном из верхних этажей — и возникший в верхней части контура вакуум будет засасывать воздух.

Сценарий 1: многоквартирный дом, розлив

Схема донного розлива — наиболее типичное решение для домов современной постройки. Обратный и подающий трубопровод находятся в подвале.Подсоединенные к розливу стояки соединяются попарно (подача с возвратом) перемычкой на верхнем этаже или на чердаке.

Решение 1. Сбросьте запуск лифта

Удаление воздуха из системы отопления осуществляется работниками ЖКХ еще на этапе пуска схемы полного или частичного сброса.

Для этого переводится в сброс:

  1. Одна из задвижек дома открывается, вторая остается закрытой;
  2. Перед закрытым вентилем на стороне отопительного контура открывается вентиль, подсоединенный к канализации.

Выход большей части воздуха подтверждается равномерным, без пузырьков воздуха, потоком воды на выходе.

Решение 2: вентиляционные отверстия

В верхней точке каждой пары стояков (в пробке радиатора или на перемычке, ведущей к потолку) всегда устанавливается вентиляционное отверстие в нижних системах заполнения. Это не обязательно кран Маевского, специально предназначенный для стравливания воздуха: его с успехом можно заменить шаровым краном, винтовым краном или водопроводным краном, установленным перед ним.

Сброс воздуха из стояка выглядит так:

  1. Открыть кран (не более одного оборота). Вы должны услышать шипение выходящего воздуха;
  2. Подставьте под нее любую широкую посуду. Таз или ведро избавят вас от необходимости вытирать лужу на полу;
  3. Подождите, пока воздух не превратится в воду;
  4. Закройте кран. Стояк должен прогреться 5-10 минут. Если этого не произошло, снова стравите воздух: возможно, начавшаяся циркуляция вытеснила новые пузырьки воздуха в верхнюю точку участка контура.

Несколько важных моментов:

  • Никогда не выкручивайте полностью винт в кране Маевского. При давлении 5-6 атмосфер и выливании из отверстия кипятка, открутить его обратно у вас нет шансов. Следствием необдуманных действий станет затопление вашей квартиры и квартир под вами горячей и грязной водой;
  • Не откручивайте сам дефлектор под давлением. Даже на пол-оборота: вы не знаете, в каком состоянии находится его резьба.При неисправности сливного клапана на отопление перед его ремонтом или заменой необходимо закрыть оба парных стояка и проследить, чтобы вентили на них задерживали воду;

  • Если вы живете на верхнем этаже, еще до начала отопительного сезона убедитесь, что у вас есть чем открыть вентиляционное отверстие. Современные краны Маевского можно открыть своими руками или с помощью отвертки, но в домах старой постройки может понадобиться специальный ключ;

Это легко сделать, взяв стальной стержень подходящего диаметра и сделав надрез на его конце.

Решение 3. Обход стояка Обход

Основная проблема дефлекторов нижнего розлива как раз в том, что они расположены в квартире на верхнем этаже. Что делать, если его жителей постоянно нет дома?

Вы можете попробовать соединить стояки из подвала.

Для этого:

  1. Осмотрите стояки. После клапанов на них можно установить форточки или заглушки. В первом случае затрат не будет, во втором — нужно приобретать шаровой кран с резьбой «папа-мама» такого же размера, как и заглушки;

  1. Перекрываем задвижки на обоих стояках;
  2. Выкрутите заглушку на одном из них;

Повернув на один-два оборота, дождитесь падения давления воды, ударяющейся по нити.Так вы убедитесь, что клапаны на стояках исправны.

  1. Ввинчиваем шаровой кран вместо заглушки, предварительно намотав резьбу;
  2. Полностью открыть установленный ресет;
  3. Откройте клапан на втором стояке. После того, как давление воды вытеснит весь воздух, закройте вентиляционное отверстие и откройте второй стояк.

Тут есть тонкости:

  • Если все радиаторы расположены на подающем стояке, а обратный стояк простаивает (без нагревательных приборов) — на обратном трубопроводе ставим дефлектор.В этом случае гарантированно будет выходить весь воздух. Если на обоих парных стояках есть батареи, образовавшаяся воздушная пробка не всегда может быть выбита;

  • Если вам не удалось перезапустить стояки в одном направлении, переставьте вентиляцию на второй стояк и перегоните воду на противоположную сторону;
  • Если на стояках установлены винтовые клапаны, не допускайте протекания через них воды в направлении, противоположном стрелке на корпусе. Попытка открыть клапан при давлении, прижатом к седлу клапана, чревата отрывом штока.Чтобы устранить проблему, часто приходится перезагружать всю систему отопления дома.

Сценарий 2: многоквартирный дом, верхнее заполнение

Что такое лучший завод по розливу?

Вот его знаки:

  • Заливка корма находится на техническом чердаке, обратка — в подвале или под землей;
  • Каждый стояк представляет собой перемычку между ними и отключается в двух местах — нижнем и верхнем;
  • Заливка уложена с небольшим уклоном;
  • Расширительный бак с вентиляционным отверстием расположен в верхней точке заправки корма.Часто слив осуществляется через все этажи в подвал, к лифтовому блоку или как можно ближе к нему.

Где расположены вентиляционные отверстия в системе обогрева верхнего наполнения?

Функцию дефлекторов выполняет тот же дефлектор на расширительном бачке. Вывод слива в подвал упрощает запуск отопления в начале сезона, но без него это несложно.

Решение 4: удаление воздуха из расширительного бачка

Инструкция по приведению системы верхнего наполнения в рабочее состояние:

  1. Медленно (во избежание гидравлического удара) заполните систему отопления, открыв задвижку (между элеваторным блоком и контуром отопления) на подаче или возврате;
  2. Когда система отопления заполнится, полностью откройте второй вентиль;

  1. Через 5-10 минут откройте вентиль на расширительном бачке и подождите, пока из него потечет вода вместо воздуха.

Сценарий 3: открытая система отопления дома

Открытая система работает при давлении, соответствующем высоте водяного столба между нижней и верхней точками контура.

Заливка укладывается с постоянным уклоном, а в ее верхней точке монтируется открытый расширительный бачок.

Совмещает сразу несколько функций:

  • Собственно расширительный бачок, компенсирующий увеличение объема теплоносителя при нагреве;
  • Клапан предохранительный, сбрасывающий избыточное давление при закипании теплоносителя в теплообменнике котла;
  • Вентиляционное отверстие.Весь воздух вытесняется в верхнюю часть контура, в расширительный бак и далее в атмосферу.

Очевидно, что при такой схеме дополнительные форточки нужны примерно как рыба-зонтик. Однако они могут быть укомплектованы индивидуальными радиаторами отопления, устанавливаемыми над розливом: краны Маевского позволят удалить воздух из радиатора и заставят воду циркулировать через оба его коллектора.

Сценарий 4: закрытая система отопления для частного дома

В контуре принудительной циркуляции, работающем при избыточном давлении, обычно устанавливается автоматический воздухоотводчик.Он входит в группу безопасности котла и устанавливается на выходе из его теплообменника.

Некоторые котлы оснащены собственной группой безопасности, расположенной внутри корпуса.

На фото котел, в корпусе которого смонтирована группа безопасности и расширительный бак.

Все нагревательные устройства, расположенные над розливом, дополнительно оснащены собственными автоматическими форточками или кранами Маевского.

Вентиляционное отверстие абсолютно необходимо только при боковом или диагональном подключении радиатора.Двустороннее нижнее соединение позволяет использовать батарею с кондиционером. Воздух нагнетается в верхний коллектор, по нижнему циркулирует вода, а секции прогреваются по всей высоте за счет теплопроводности металла.

Особый случай

В закрытых автономных системах наряду с дефлектором используется еще одно устройство — воздухоотделитель для отопления. Его функция заключается в удалении мелких пузырьков воздуха, которые насыщают охлаждающую жидкость и способствуют коррозии стальных труб, эрозии рабочего колеса циркуляционного насоса и теплообменника котла.

Отвод воздуха из воздушной камеры сепаратора осуществляет наш старый знакомый — автоматический воздухоотводчик.

За сбор пузырьков воздуха могут отвечать:

  • Так называемые PALL — кольца;

  • Сетка из нержавеющей стали или меди.

Цена на самые доступные сепараторы на присоединяемый диаметр 20 мм начинается примерно от 2000 рублей, а польза от них довольно сомнительная.На мой взгляд, в автономной системе отопления без этих приборов вполне можно обойтись.

Сепаратор Flamcovent для трубы диаметром 1 дюйм. Розничная цена — 5550 руб.

Заключение

Итак, мы успешно изучили причины возникновения воздушных пробок и способы удаления воздуха из системы отопления. Как обычно, дополнительную информацию читатель найдет на видео в этой статье. Жду ваших комментариев. Удачи, товарищи!

Воздух в батареях мешает циркуляции охлаждающей жидкости и снижает теплопередачу радиаторов.Поэтому из аккумуляторов принято стравливать (разряжать) воздух. Как это сделано? Об этом вы можете узнать из нашей статьи. Ниже по тексту рассмотрим процесс снятия заглушек с систем отопления с одноконтурной, двухконтурной и коллекторной разводкой.

Особенности электрооборудования

В современных домах используются три типа схем подключения:

  • одноконтурный вариант с последовательным подключением аккумуляторов,
  • двухконтурный вариант с параллельным подключением радиаторов,
  • коллекторный вариант со вставкой каждого нагревательного элемента в распределитель.

В одноконтурной конструкции все нагреватели «нанизаны» на резьбу отопительного контура и образуют действительно огромный радиатор. Двухконтурный вариант предполагает прокладку двух ниток с батарейным вкладышем. Коллекторная схема основана на подключении каждого элемента к котлу с помощью распределителя (коллектора).

В результате вилка в одноконтурной цепи может полностью перекрыть циркуляцию. Двухконтурному и коллекторному варианту этой проблемы не грозит. Но если в воду попадет воздушный пузырь, то один из радиаторов перестанет обогревать комнату.

Следовательно, такие перегрузки должны быть удалены с любой проводки. И чем быстрее, тем лучше. Как это делается, вы можете узнать ниже по тексту, где мы разберем наиболее эффективные методы удаления воздуха из пробок из труб и ТЭНов.

Как удалить воздух из одноконтурной системы

Для удаления воздуха необходимо сделать следующее: выключить насос; добавляйте воду, увеличивая давление; включите насос. Поток охлаждающей жидкости подхватит пузырек и перенесет его в расширительный бачок.А если в вашем доме стоит открытый эспандер, то скопление сразу уйдет в атмосферу.

Если в разводке нет помпы, то можно использовать бойлер. Он должен нагреть теплоноситель до максимальной температуры, и тогда пузырь воздуха выйдет из воды под действием давления, создаваемого в результате тепловой циркуляции.

В замкнутых одноконтурных линиях принято встраивать в разводку отдельное ответвление с вентилем на конце, конец которого является наивысшей точкой разводки.Через этот выход вы можете выпустить воздух, открыв клапан. Более того, если пробка не выйдет сразу из труб и нагревателей, то придется повторить манипуляции с помпой и вентилем подачи воды в отопление из водопровода.

Кроме того, неплохо бы врезать в крайний ТЭН, выход которого ведет в обратку котла, сборку Маевского или обычный шаровой кран. Как показывает практика, чаще всего пузырек скапливается именно в верхней части последней одноконтурной разводки аккумулятора.

Как удалить воздух из двойного контура

Чтобы удалить сусло, нужно заранее, еще на этапе установки, вкрутить кран Маевского в радиатор. Этот клапан разработан специально для удаления воздуха из обогревателей. А без него удалить пробку будет крайне сложно.

Ну, процесс опускания затора из системы отопления выглядит следующим образом:

  1. 1. Откройте вентиль для подачи воды из водопровода в отопление.
  2. 2. Под каждый слив ставим ведро по 5 литров.
  3. 3. Открываем все краны Маевского.
  4. 4. Ждем, пока из слив выйдет только вода.
  5. 5. Закройте краны, закройте вентиль и слейте воду из ведер.

Напор воды из водопровода снимает пробку, проталкивая ее через открытый кран Маевского. А если между сливом и воздушным пузырем есть немного жидкости, то она просто стекает в ведро с рамкой.Ну а после того, как из канализации пойдет только вода, можно закрыть и перекрыть подачу из водопровода.

В этом случае не нужно включать бойлер или насос. Необходимое давление создается самим водопроводом. Причем в замкнутых контурах перед открытием клапана на линии подачи жидкости из водопровода необходимо опустить штуцер расширительного бачка, сбросив давление в трубах и нагревателях.

Как снять воздушную пробку с коллекторной системы

Отвод пробок от коллекторной системы отопления возможен только с теми же кранами Маевского.Врезаются в свободный верхний угол ТЭНа на этапе сборки. Причем коллекторная конструкция очищается от заторов почти так же, как двухконтурные теплотрассы.

Для этого подставьте ведро под кран на радиаторе, закройте вентиль на обратном коллекторе, отключив ТЭН от котла, и подайте воду из водопровода в трубы. Напор воды давит на пузырек и выталкивает его через отверстие в открытом сливе.Заблокированный возврат предотвратит попадание пузырька в котел.

При этом из аккумулятора может вытечь приличная порция воды, поэтому ведро под краном должно быть не менее пятилитрового. И, скорее всего, в самом начале из канализации пойдет вода, а затем воздух. Поэтому не стоит торопиться и перекрывать кран.

После того, как затор уйдет из радиатора, следует перекрыть подачу воды от водопровода к трубам и открыть обратную магистраль на соответствующем коллекторе.Сделав это, вы сможете включить бойлер и насос.

Как найти воздушный пузырь в системе обогрева

Воздушную зону можно определить по тактильным ощущениям или на слух. В первом случае вы обходите все радиаторы (по ходу движения теплоносителя) и касаетесь их рукой сверху и снизу. Если одна из батареек оказалась холоднее предыдущих, то, скорее всего, в этом месте скопилась проблема. Следовательно, кран Маевского нужно открывать именно на этом аккумуляторе, отключив (по возможности) его от возврата.

Иногда пробку можно определить по звуку. Аккумулятор, частично заполненный воздухом, продолжает работать, но циркулирующая внутри него охлаждающая жидкость издает характерное журчание. А если вы услышали эту «струйку» в комнате, то просто перейдите на звук и найдите неисправный радиатор.

Причем редкие стоны и скрипы в трубах не имеют отношения к пробкам. В большинстве случаев они сигнализируют о возможных перепадах давления или гидравлическом ударе в клапане. Это, конечно, не очень хорошо, но к пробке тут никакого отношения не имеет.

Чаще всего проблем нет. Но иногда в доме внезапно становится холодно или в радиаторе отопления появляются странные звуки. Что бы это могло быть? К сожалению, в этом случае в системе отопления есть воздух, а значит, необходимо удалить воздух оттуда. Сегодня вы узнаете, как это сделать без крана Маевского.

Воздушность в АКБ: что это такое и как определить

Что такое воздушность в батарее отопления? Это понятие относится к скоплению воздуха, причем чаще всего в верхней части радиатора отопления.Такая ситуация становится проблемой и довольно частой для тех, кто живет в многоэтажных домах на одном из последних этажей. Причин возникновения такой неприятности может быть несколько:

  • Ремонтные работы на участке / на соседних этажах. В том случае, если работа с трубами отопления велась в жилом квадрате, велика вероятность попадания в систему небольшого воздушного потока.
  • Утечка охлаждающей жидкости в одной из секций (это означает, что требуется немедленная проверка системы для устранения утечки).
  • Особенность системы теплых полов. Проблема проветривания системы действительно является частой картиной при наличии системы теплого пола, особенно если она имеет сложный контур и много ответвлений.

Чугунная батарея

  • В высокотемпературной воде содержится воздух и чем чаще он обновляется в системе, тем выше вероятность неисправности.
  • Если появление воздушной «пробки» по времени совпадает с запуском общей теплотрассы, скорее всего, можно сказать, что именно запуск системы вызвал проветривание.

Наконечник. Если вы живете в частном доме, то по поводу проветривания системы (если она небольшая) в принципе особо не беспокойтесь, дело в том, что в частных системах отопления теплоноситель чаще всего меняется крайне редко, а это значит, что воздух должен стечь сам по себе в течение нескольких дней.

Определить наличие воздушной «пробки» достаточно просто. Например, если температура воды в батарее резко упадет или батарея лишь частично остынет, она может даже начать булькать — все это признаки воздушности.

Спуск без крана Маевского

У большинства бытовых отопительных батарей есть специальное устройство, которое помогает упростить задачу стравливания воздуха, или автоматический клапан.

А вот вопрос: что делать, если такого устройства на аккумуляторе просто нет? Если у вас перед глазами предстала именно такая картина — скорее всего, ваш дом установлен. На таких аккумуляторах довольно часто устанавливается простая заглушка, которую накручивали на пакле, покрытом краской. Кроме того, его еще и залили слоем краски при покраске отопительных батарей.

Кран Маевского

Его сложно снять, чтобы получить доступ к охлаждающей жидкости, находящейся в системе. По этой причине самый простой выход из ситуации — обратиться к соседям с верхнего этажа дома (у них на батарее наверняка будет кран Маевского). А если соседи, например, уехали, или вы сами арендатор последнего этажа и там нет крана? В этом случае придется прибегнуть к «дедовскому» способу стравливания воздуха из системы отопления.

Итак, нужно запастись тазом, ведром и множеством тряпок. Вдобавок (голыми руками эту «преграду» не взять) понадобится разводной ключ для откручивания пробки и какой-нибудь растворитель для краски. Иначе вы просто не сможете сдвинуть вилку с «мертвой точки».

Итак, сначала нанесите на место, где установлена ​​заглушка, растворитель и подождите около 15 минут. После этого осторожно начните движение разводным ключом по резьбе, пока заглушка не начнет подавать.Вы услышите, как воздух начинает кровоточить. Когда звук стихнет (признак нехватки воздуха), обязательно намотайте на вилку слой «сигареты» и вставьте ее на место. При желании можно слегка закрасить место стыка вилки с аккумулятором.

Наконечник. Перед началом работ желательно закрыть стояк для безопасной работы, иначе достаточно резким рывком вы полностью открутите заглушку и воду из АКБ перестать останавливать.

Вы узнали, насколько быстро и достаточно просто можно справиться с задачей стравливания воздуха из радиатора отопления при отсутствии крана Маевского.Удачи

Установка крана на аккумулятор: видео

границ | Последние достижения в области электролитов для цинково-воздушных батарей

Введение

Zn – воздушный аккумулятор имеет высокую удельную энергию (1,218 Втч · кг, –1 ). Между тем, присущие ему характеристики, в том числе безопасность и низкая стоимость, делают его одним из самых многообещающих аккумуляторов следующего поколения (Fu et al., 2017; Tan et al., 2017; Han et al., 2019). Роль электролитов упускается из виду по сравнению с горячими исследованиями бифункциональных воздушных электродов для Zn-воздушных батарей.Характеристики электролитов напрямую определяют ионную проводимость и межфазные свойства Zn-воздушной батареи в процессе эксплуатации. Кроме того, это дополнительно влияет на емкость, стабильность при циклической работе, а также эффективность зарядки и разрядки элемента (Pei et al., 2014). Zn-воздушные батареи развиваются в направлении высокой эффективности и долговечности, которые невозможно отделить от поддержки электролита с превосходными характеристиками во всех аспектах (R. Mainar et al., 2016). Таким образом, очень важно изучить работу электролитов в Zn-воздушных батареях (Mainar et al., 2018).

В настоящее время щелочной электролит все еще широко используется в батареях на основе цинка для удовлетворения требований низкой стоимости и высокой ионной проводимости и обеспечения стабильности цинкового электрода (R. Mainar et al., 2016; Xu et al., 2020). Однако он чувствителен к воздействию CO 2 окружающей среды и относительной влажности. Zn-воздушная батарея в основном зависит от характеристик воздушного электрода. К сожалению, CO 2 может привести к образованию K 2 CO 3 в электролите, что отрицательно влияет на пустоту в воздушном электроде (Wang et al., 2014; Fu et al., 2017). Zn – воздушные батареи должны решать проблему испарения электролита или поглощения воды из внешней среды, чтобы хорошо работать в сложной внешней среде. Первый заставляет батарею расширяться, а второй влияет на перенос OH (Chakkaravarthy et al., 1981; Mainar et al., 2018). Ионные жидкости комнатной температуры (RTIL) и твердые электролиты являются альтернативными и эффективными решениями для решения вышеуказанной проблемы. Однако их производительность была ограничена их низкой ионной проводимостью и неквалифицированным интерфейсом.Поэтому в следующих частях мы обсудим статус исследования щелочных электролитов и неводных электролитов в Zn-воздушных батареях.

Водный электролит

LiOH, NaOH и KOH — обычные электролиты для Zn-воздушных аккумуляторов. По сравнению с нейтральными и кислотными электролитами щелочные электролиты хорошо сочетаются с цинковыми электродами и материалами катализатора. Между тем, электролит КОН обладает высокой ионной проводимостью и низкой вязкостью. Когда Zn-воздушная батарея разряжается, внешний кислород входит в батарею и реагирует (Уравнение 1) (реакция восстановления кислорода) на границе раздела газ-жидкость-твердое тело (кислород, электролит, электрокатализатор).Цинковый электрод переносит электроны к воздушному электроду через внешнюю нагрузку, а ОН на участке реакции генерирует Zn (OH) 42- (Уравнение 2). Когда концентрация Zn (OH) 42- достигает максимума, он далее разлагается на ZnO (уравнение 3). Полная реакция цинкового электрода показана в уравнении 4. Во время процесса зарядки происходит обратная реакция (уравнение 1) (реакция выделения кислорода) на границе раздела цинк-электролит, и электрическая энергия накапливается, в то время как цинк осаждается в результате обратной реакции. (Уравнение 3).

O2 + 2h3O + 4e-↔4OH-E = 0,40 В по сравнению с SHE (1) Zn + 4OH-↔Zn (OH) 42- + 2e-E = 1,26 В по сравнению с SHE (2) Zn (OH) 42-↔ZnO + h3O + 2OH- (3) Zn + 2OH-↔ZnO + h3O + 2e-E = 1,26 В по сравнению с SHE (4)

Когда концентрация КОН составляет 6 М, плотность обмена током Zn / Zn 2+ достигает 0,21 А · см -2 , а растворимость ZnO увеличивается с увеличением концентрации КОН (See and White, 1997; Dyer и др., 2009). Поэтому необходимо обращать внимание на отрицательное влияние электролита КОН с высокой концентрацией на цинковый электрод.Высокая концентрация ZnO производит избыток Zn (OH) 42- и осаждается после разряда, что увеличивает пассивирующее сопротивление цинкового электрода. Кроме того, кинетические параметры восстановления кислорода цинка были очень высокими, что приводило к растворению, миграции и переотложению цинка в различных условиях (R. Mainar et al., 2016).

Есть две основные стратегии решения этой проблемы. Один заключается в изменении состава и структуры цинкового электрода, а другой — в поиске подходящих добавок к электролиту.Известные методы, такие как создание трехмерной структуры цинкового электрода (Parker et al., 2014; Chamoun et al., 2015; Yan et al., 2015) или эффективная добавка для цинкового электрода (Fan et al., 2013; Masri and Mohamad, 2013; Huang et al., 2015) оказались эффективной стратегией решения. Актуальной задачей является точное измерение потенциала и концентрации ионов цинка на поверхности цинкового электрода, чтобы обеспечить адекватную теоретическую поддержку для улучшения условий жизни цинкового электрода в щелочном электролите.В таблице 1 мы суммировали последние работы по добавкам щелочных электролитов. Подходящие добавки в электролиты могут улучшить изменение формы цинкового электрода и производительность Zn-воздушной батареи. Если мы сможем снизить концентрацию КОН, насколько это возможно, не влияя на ионную проводимость электролита, мы полагаем, что производительность Zn-воздушной батареи будет еще больше улучшена. Добавляя K 2 CO 3 к высококонцентрированному раствору KOH и оптимизируя структуру батареи, Schröder et al.(2015) не только получили стабильный электрический потенциал, но также улучшили фактическую плотность энергии и долгосрочную стабильность Zn-воздушной батареи. Кроме того, ингибирование роста дендритов и выделения водорода из цинкового электрода также зарегистрировано в Zn-воздушной батарее с щелочными электролитами, использующими додецилбензолсульфонат натрия (SDBS) (Yang et al., 2004), полиэтиленгликоль (PEG) (Banik and Akolkar). , 2013), винной / янтарной / лимонной кислотами (Lee et al., 2006) и гидроксидами тетраалкиламмония (Lan et al., 2007).

Таблица 1 . Краткое изложение недавно опубликованной добавки к щелочному электролиту для Zn-воздушных батарей.

Zn – воздушная батарея — это полуоткрытая система, которой для участия в процессе реакции требуется богатый кислород из внешней среды. Углекислый газ (CO 2 ) трудно избежать во влажной атмосфере. CO 2 из внешней атмосферы попадает в аккумулятор через воздушный электрод и вступает в реакцию с OH в электролите (уравнения 5, 6).

СО2 + ОН- → HCO3- (5) HCO3− + OH − ↔CO32− + h3O (6)

Ионная проводимость электролита ослабляется из-за образования HCO3- и CO32- и низкой растворимости K 2 CO 3 и KHCO 3 . Когда они осаждаются на воздушном электроде, перенос кислорода будет до некоторой степени заблокирован, что приведет к снижению производительности Zn-воздушной батареи. Оптимизация структуры Zn-воздушной батареи и состава слоя адсорбции газа, чтобы позволить кислороду проходить беспрепятственно, но препятствовать прохождению диоксида углерода и водяного пара, является идеальным решением.Для решения вышеуказанных проблем исследователи также предложили несколько решений. Pedicini et al. (1996) создали систему управления воздухом для рециркуляции реагирующего воздуха в металл-воздушной батарее. Goldstein et al. (1997) предложили скрубберную систему для удаления диоксида углерода из металл-воздушной батареи или батареи топливных элементов. Педикни (2002) предложил ограничивать выбросы углекислого газа и водяного пара, когда батарея не используется, путем установки чувствительной воздушной заслонки для электрохимического элемента. Есть много решений для решения этих проблем, но ограничениями являются пороговые значения высокой стоимости и ограниченное использование пространства, что ограничивает развитие Zn-воздушных батарей в практических приложениях.

Система проточного электролита — очень эффективный метод для Zn-воздушных батарей. Электролит перекачивается и циркулирует через систему питания внешних труб и насосов. В дополнение к удалению осажденного карбоната и других побочных продуктов через внешние фильтры проточный электролит улучшает перенос OH и снижает градиенты концентрации (Iacovangelo and Will, 1985; Cheng et al., 2007). По сравнению со статическим электролитом, Zn-воздушная батарея значительно улучшена, включая срок службы и рабочее напряжение с системой циркуляции электролита.Однако мощность циркуляции электролита должна поддерживаться внешней системой откачки и электрической энергией. Следовательно, если система циркуляции электролита применяется на практике, необходимо решить проблему, которую трудно применить к крупномасштабной сетевой системе хранения энергии со строгими требованиями к пространству и весу.

Ионная жидкость комнатной температуры

Ионная жидкость комнатной температуры представляет собой расплавленную соль, которая существует в виде жидкости при комнатной температуре или ниже.Он имеет широкое электрохимическое окно и нелегко воспламеняется (Balaish et al., 2014). Поэтому все больше внимания уделяется RTIL как заменителю щелочных электролитов. Внутренняя безопасность и стабильность RTIL в широком диапазоне электрохимических потенциалов привели к его применению в литиевых батареях (Chou et al., 2008; Xiang et al., 2010). Использование RTIL в Zn-воздушных батареях может эффективно решить проблемы повреждения цинкового электрода (Simons et al., 2012), повреждения CO 2 и испарения электролита (Harting et al., 2012) в щелочном электролите водяной системы, упомянутой выше, и позволяют батарее работать при высоких температурах. Более того, для апротонных RTIL отсутствие протонов может эффективно избежать коррозии цинкового электрода, вызванной выделением водорода. Поэтому RTIL как электролит для Zn-воздушных аккумуляторов в последние годы попали в список.

RTIL, используемые в качестве электролита для Zn-воздушной ячейки, цинк окисляется до Zn 2+ во время разряда, и обратимая электрохимическая реакция цинка в RTIL оказалась возможной (Xu et al., 2015). Здесь мы должны отметить, что неподходящие RTIL могут образовывать нерастворимые вещества с Zn 2+ и делать их неспособными эффективно восстанавливаться. Предложен механизм воздушного электрода в электролите RTIL (Kar et al., 2014).

Когда в электролите RTIL происходит восстановление кислорода, кислород приобретает электроны и образует супероксид (O2 · -) (уравнение 7). Эта реакция считается квазиобратимой (AlNashef et al., 2002). Для апротонных RTIL отсутствует дальнейший перенос электронов из-за присутствия супероксида.Напротив, для протонных RTIL супероксид является сильным нуклеофилом, который может далее реагировать с протонами в RTIL с образованием пер-гидроксильного радикала (HO2 ·) (уравнение 8). Затем пер-гидрокси-радикал может также реагировать с супероксидом с образованием пероксида (HO2-) (уравнения 9, 10) и, наконец, завершить процесс восстановления (уравнение 11).

O2 + e− → O2⋅− (7) O2⋅− + H + → HO2⋅ (8) HO2⋅ + O2⋅− → HO2− + O2 (9) HO2⋅ + e− → HO2− (10) HO2− + H + → h3O2 (11)

Что касается того, может ли перекись водорода далее разлагаться на H 2 O, Зеллер (2011) указывает, что это определяется используемым электродом.Согласно Kar et al. (2014) краткое изложение реакций восстановления кислорода и осаждения кислорода в RTIL, в реакции, как упоминалось выше, пути оказались обратимыми и относительно стабильными продуктами пероксида. Однако все еще есть некоторые связанные реакции диспропорционирования. Перекись водорода требует меньше энергии активации для производства кислорода, что делает ее эффективной поддержкой для восстановления кислорода и реакций выделения кислорода в RTIL.

Разработка RTIL в Zn-воздушной батарее все еще сталкивается с огромными проблемами.С одной стороны, высокая стоимость RTIL затрудняет использование в больших масштабах. С другой стороны, двухэлектронный реакционный механизм RTIL снижает удельную энергию батареи в сочетании с ее высокой вязкостью и низкой проводимостью, что означает, что Zn-воздушная батарея может работать только при низком токе. Используя Li 0,87 Na 0,63 K 0,50 CO 3 и NaOH в качестве электролита, Liu et al. (2017) исследовали Zn-воздушную батарею, способную заряжаться и разряжаться при 550 ° C в течение 100 циклов с кулоновской эффективностью 96.9%. Когда Ingale et al. (2017) применили ионную жидкость трифторметансульфонат диэтилметиламмония (DEATfO) к Zn-воздушной батарее, они обнаружили, что, хотя образования дендритов цинка не было, слабое поверхностное натяжение DEATfO привело к неудовлетворительной плотности энергии (Pozo-Gonzalo et al., 2014). Кроме того, Ghazvini et al. (2018) указали на положительное влияние добавления воды на ионное взаимодействие при использовании электролита RTIL в Zn-воздушных батареях. Вышеупомянутая работа представляет собой хорошую стратегию для улучшения характеристик Zn-воздушной батареи с RTIL в качестве электролита.

Кроме того, следует изучить возможность применения большего количества типов RTIL в Zn-воздушных батареях, включая положительные эффекты добавок в RTIL. Также необходимо разработать специальные бифункциональные катализаторы для снижения энергетического барьера реакции восстановления кислорода и реакции выделения кислорода. Хотя электролит RTIL требует дальнейшего изучения с точки зрения свойств интерфейса, механизма электрохимической реакции кислорода и пути миграции активных веществ, различные свидетельства указывают на то, что RTIL являются многообещающими электролитами для Zn-воздушных батарей.

Квазитвердый гибкий электролит

С ростом спроса на гибкие носимые электронные устройства исследования гибких батарей, особенно квазитвердых электролитов, выдвинули более высокие требования. По сравнению с другими металл-воздушными батареями, Zn-воздушные батареи с высокой объемной плотностью энергии обладают характеристиками низкой стоимости и высокой безопасности. Напротив, цинк в качестве электрода имеет более энергетические механические свойства и производительность в гибких батареях. Например, батареи Zn – MnO 2 с полимерными электролитами производились в промышленных масштабах с использованием технологии печати (MacKenzie and Ho, 2015).Следовательно, необходимо проводить научные исследования структуры и характеристик гибкой Zn-воздушной батареи, а производство этого типа батареи и соответствующего квазитвердого электролита необходимо постоянно оптимизировать.

Квазитвердый гибкий электролит обычно получают из щелочного водного раствора и полимеров, таких как поливиниловый спирт (ПВС) (Fan et al., 2019), полиакриловая кислота (PAA) (Wu et al., 2006; Zhu et al., 2018), желатин (Park et al., 2015) и родственный им привитой сополимер (Yu et al., 2017), которые необходимы для обеспечения стабильной конфигурации, разделения катода и анода и квалифицированной ионной проводимости. В процессе приготовления большинство квазитвердых гибких электролитов могут образовывать сшитую сеть с большим количеством гидрофильных функциональных групп (таких как гидроксильные группы), что обеспечивает более высокое удержание воды и ионную проводимость в квазитвердых гибких электролитах. В первичной Zn-воздушной ячейке щелочной гелевый электролит может эффективно уменьшить утечку и улетучивание электролита, и был применен (Hilder et al., 2009). Однако для перезаряжаемых гибких Zn-воздушных батарей из-за цинкового электрода в квазитвердом гибком электролите они могут нести лишь небольшое количество Zn (OH) 42-. Блокируется процесс восстановления ZnO до Zn (OH) 42- (Xu et al., 2015). Поэтому создание перезаряжаемых Zn-воздушных батарей для работы с большим током является большой проблемой.

Гибкая удельная мощность и циклическая производительность Zn-воздушной батареи были высоко оценены. Однако есть несколько важных аспектов бифункционального катализатора для электрохимических кислородных реакций, ионной проводимости квазитвердого гибкого электролита и характеристик границы раздела электролит-электрод.Ионная проводимость электролита зависит в основном от типа полимера и добавок к электролиту. Fan et al. (2019) приготовили пористый электролит ПВС + SiO 2 с высокой ионной проводимостью 57,3 мСм см -1 , отличными характеристиками циклирования и удельной мощностью. Ли и др. (2019) изготовили полимерный диэлектрик TEAOH-PVA, который через 2 недели все еще имел ионную проводимость 30 мСм · см -1 , демонстрируя отличную службу и срок службы. Нетрудно обнаружить, что отдельный полимер вряд ли может стать гибким электролитом квазитвердого состояния с превосходными характеристиками.Однако небольшое количество добавок может значительно улучшить характеристики электролитов, что также является процессом функционализации полимера. Это происходит главным образом потому, что добавка оптимизирует структуру сшитой сетки полимерного электролита, увеличивает количество гидрофильных функциональных групп (таких как гидроксильные группы) и дополнительно улучшает способность электролита удерживать воду, что имеет большое влияние на ионную проводимость. Более того, в дополнение к ионной проводимости и характеристикам удержания воды квазитвердого гибкого электролита, следует уделять больше внимания скорости переноса OH и Zn (OH) 42-, которой уделялось недостаточное внимание при настоящее время.Процесс их переноса также оказывает сильное влияние на плотность энергии и другие характеристики гибких Zn-воздушных батарей.

Перед гибкой Zn-воздушной батареей стоит задача улучшить характеристики границы раздела электролит – электрод (особенно границы электролит – воздух). Смачиваемость квазитвердого гибкого электролита была снижена, что значительно затрудняет выполнение катализатором своей функции, чем в щелочном электролите водной системы.При сборке аккумулятора Xu et al. (2019) прессовали батарею в течение 3 минут при давлении 3 МПа с помощью таблеточного пресса, чтобы сделать ламинированную структуру более полной, а гибкая Zn-воздушная батарея могла стабилизировать циркуляцию в течение 35 часов. По-прежнему необходимы дополнительные исследования для улучшения границы раздела электролит-электрод, приготовления электролита и метода упаковки батареи.

Гибкая Zn-воздушная батарея также выдвигает более высокие требования к характеристикам изгиба, растяжения и сжатия цинкового электрода, воздушного электрода и электролита в батарее.Гибкая Zn-воздушная батарея обычно подразделяется на 1D-структуру (линейный тип) и 2D-структуру (сэндвич-форму). Ma et al. (2019) подготовили гидрогелевый электролит с двойной сеткой (полиакрилатный гидрогель, поперечно сшитый целлюлозными цепями и N, N-метилен-бисакриламидными якорями) и оптимизировали структуру цинковых и воздушных электродов для сборки Zn-воздушной батареи с превосходными характеристиками растяжения. Pan et al. (2019) сконструировали губчатую сжимаемую Zn-воздушную батарею, которая хорошо себя показала после 60% деформации сжатия или 500 циклов повторных испытаний на сжатие.Ли и др. (2018) приготовили одномерную вязанную Zn-воздушную батарею с диаметром всего 1,03 мм через путь, которая имела отличные характеристики гибкости, заряда и разряда.

В таблице 2 перечислены более сравниваемые характеристики, чтобы предоставить более значимые пути разработки квазитвердых гибких электролитов для Zn-воздушных батарей. Однако получить компетентную оценку сложно из-за различной конструкции батареи, катализатора и электролита, используемых в записанных работах. Следовательно, необходимо установить единый стандарт оценки для гибкой Zn-воздушной батареи, чтобы лучше оценивать характеристики соответствующего электролита.Кроме того, состав электролита в гибкой Zn-воздушной батарее в основном находится в режиме «полимер + раствор КОН», что приводит к преимуществам и недостаткам упомянутого выше водного электролита, действующего на квазитвердый электролит. В то же время комбинация RTIL с полимером может придать новый импульс безопасности и стабильности Zn-воздушных батарей, но ее практическая осуществимость должна быть проверена в ближайшем будущем.

Таблица 2 .Краткое изложение недавно опубликованной квазитвердой добавки к гибкому электролиту для Zn-воздушных батарей.

Сводка

Учитывая потребность в высокомощных, длительных сроках службы и гибкости перезаряжаемых Zn-воздушных батарей, разработка электролитов открывает новые возможности и задачи. Электролит, как критическая часть Zn-воздушной батареи, оказывает сильное влияние на эффективность циркуляции, удельную мощность и характеристики емкости. До сих пор щелочные электролиты являются основным направлением из-за их превосходной ионной проводимости и межфазных свойств.Однако щелочные электролиты чувствительны к воздействию содержания углекислого газа и относительной влажности во внешней среде. С одной стороны, следует изучить подходящий тип и пропорцию добавок для улучшения свойств щелочного электролита. С другой стороны, RTIL, как электролит для Zn-воздушных батарей, имеют высокий порог старения, и его защита и безопасность для цинковых электродов очевидны. Более того, исследования квазитвердого гибкого электролита в большей степени способствуют созданию портативных и гибких Zn-воздушных батарей, которые обеспечивают устранение недостатков в характеристиках интерфейса и ионной проводимости.Подбор подходящих RTIL и полимеров имеет смысл улучшить характеристики электролита.

Кроме того, мы думаем, что три упомянутых выше электролита могут иметь разные характеристики. Подходящие добавки к электролиту могут также способствовать применению RTIL и квазитвердых электролитов в Zn-воздушных батареях, а комбинация RTIL и полимеров также может улучшить характеристики электролитов. Исследованиям электролитов следует уделять больше внимания, чтобы Zn-воздушные батареи удовлетворяли потребности в накопителях энергии нового поколения.

Взносы авторов

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

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке Китайского фонда естественных наук (U1832136, 21303038), Национальной программы обучения студентов инновациям и предпринимательству (201

9010) и Фонда естественных наук провинции Аньхой (1808085QE140).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Список литературы

АльНашеф И.М., Леонард М.Л., Мэтьюз М.А. и Вайднер Дж. У. (2002). Электрохимия супероксида в ионной жидкости. Ind. Eng. Chem. Res. 41, 4475–4478. DOI: 10.1021 / ie010787h

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баник, С. Дж., Аколкар, Р. (2013). Подавление роста дендритов при электроосаждении цинка добавкой ПЭГ-200. J. Electrochem. Soc. 160, D519 – D523. DOI: 10.1149 / 2.040311jes

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чаккараварти, К., Вахид А.А. и Удупа Х. (1981). Цинково-воздушные щелочные батареи — обзор. J. Источники энергии 6, 203–228. DOI: 10.1016 / 0378-7753 (81) 80027-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чамун М., Герцберг Б. Дж., Гупта Т., Дэвис Д., Бхадра С., Ван Тасселл Б. и др. (2015). Гипердендритные нанопористые аноды из цинковой пены. NPG Asia Mater. 7: e178. DOI: 10.1038 / am.2015.32

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, X., Лю, Б., Чжун, К., Лю, З., Лю, Дж., Ма, Л. и др. (2017). Ультратонкий Co 3 O 4 слоев с большой площадью контакта на углеродных волокнах в качестве высокоэффективного электрода для гибкой воздушно-цинковой батареи, интегрированной с гибким дисплеем. Adv. Energy Mater. 7: 1700779. DOI: 10.1002 / aenm.201700779

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Cheng, J., Zhang, L., Yang, Y.-S., Wen, Y.-H., Cao, G.-P., and Wang, X.-D. (2007). Предварительные исследования однопоточного цинк-никелевого аккумулятора. Электрохим. Commun. 9, 2639–2642. DOI: 10.1016 / j.elecom.2007.08.016

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chou, S.-L., Wang, J.-Z., Sun, J.-Z., Wexler, D., Forsyth, M., Liu, H.-K., et al. (2008). Высокая емкость, безопасность и улучшенная цикличность литий-металлической батареи с использованием катода из наноматериала V 2 O 5 и ионно-жидкого электролита при комнатной температуре. Chem. Матер. 20, 7044–7051. DOI: 10,1021 / см801468q

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дайер, К.К., Мозли П. Т., Огуми З., Рэнд Д. А. и Скросати Б. (2009). Энциклопедия электрохимических источников энергии. (Newnes: Elsevier Science & Technology).

Google Scholar

Фан, X., Лю, Дж., Сун, З., Хан, X., Дэн, Ю., Чжун, К., и др. (2019). Пористый нанокомпозитный гелевый полимерный электролит с высокой ионной проводимостью и превосходной способностью удерживать электролит для гибких воздушно-цинковых батарей с длительным сроком службы. Nano Energy 56, 454–462.DOI: 10.1016 / j.nanoen.2018.11.057

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фань, X., Ян, Z., Xie, X., Long, W., Wang, R., and Hou, Z. (2013). Электрохимическое поведение Zn – Al – La-гидроталькита во вторичных ячейках Zn-Ni. J. Источники энергии 241, 404–409. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2013.04.136

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фу, Дж., Кано, З. П., Парк, М. Г., Ю, А., Фаулер, М., и Чен, З. (2017). Электрически перезаряжаемые воздушно-цинковые батареи: прогресс, проблемы и перспективы. Adv. Матер. 29: 1604685. DOI: 10.1002 / adma.201604685

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Fu, J., Lee, D. U., Hassan, F. M., Yang, L., Bai, Z., Park, M. G., et al. (2015). Гибкие высокоэнергетические перезаряжаемые воздушно-цинковые батареи на полимерно-электролитной основе. Adv. Матер. 27, 5617–5622. DOI: 10.1002 / adma.201502853

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Газвини, М.С., Пуллетикурти, Г., Цуй, Т., Кул, К., и Эндрес, Ф. (2018). Электроосаждение цинка из смесей ацетата 1-этил-3-метилимидазолия-вода: исследования применимости электролита для Zn-воздушных батарей. J. Electrochem. Soc. 165: D354. DOI: 10.1149 / 2.0181809jes

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гольдштейн, Дж. Р., Харац, Ю., Шарон, Ю., и Наймер, Н. (1997). Система скруббера для удаления углекислого газа из металлической батареи или батареи топливных элементов. Патент США №5,595,949. (Вашингтон, округ Колумбия: патентная заявка Управления США по патентам и товарным знакам).

Google Scholar

Гуань К., Сумбоджа А., Занг В., Цянь Ю., Чжан Х., Лю X. и др. (2019). Декорирование наночастиц Co / CoNx в углеродных наночастицах, легированных азотом, для гибких и перезаряжаемых воздушно-цинковых батарей. Energy Storage Mater. 16, 243–250. DOI: 10.1016 / j.ensm.2018.06.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хан, Дж., Мэн, X., Лу, Л., Биан, Дж., Ли, З., и Сан, К. (2019). Одноатомный Fe-Nx-C как эффективный электрокатализатор для цинково-воздушных аккумуляторов. Adv. Функц. Матер. 29: 1808872. DOI: 10.1002 / adfm.201808872

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хартинг, К., Кунц, У., Турек, Т. (2012). Цинково-воздушные батареи: перспективы и проблемы для дальнейшего совершенствования. Z. Phys. Chem. 226, 151–166. DOI: 10.1524 / zpch.2012.0152

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гильдер, М., Винтер-Йенсен, Б. и Кларк, Н. (2009). Бумажная, печатная воздушно-цинковая батарея. J. Источники энергии 194, 1135–1141. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2009.06.054

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хоссейни С., Аббаси А., Уджинет Л.-О., Хаустраэте Н., Прасертдам С., Йонезава Т. и др. (2019). Влияние диметилсульфоксида как добавки к электролиту на анодное растворение щелочной цинково-воздушной проточной батареи. Sci. Отчет 9: 14958. DOI: 10.1038 / s41598-019-51412-5

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хоссейни, С., Хан, С. Дж., Арпонвичаноп, А., Йонедзава, Т., и Кхеахом, С. (2018). Этанол в качестве добавки к электролиту для щелочных воздушно-цинковых батарей. Sci. Отчет 8: 11273. DOI: 10.1038 / s41598-018-29630-0

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хуанг, Дж., Ян, З., Ван, Р., Чжан, З., Фэн, З., и Се, X. (2015). Слоистые двойные оксиды Zn-Al в качестве высокоэффективных анодных материалов для вторичных батарей на основе цинка. J. Mater. Chem. А 3, 7429–7436.DOI: 10.1039 / C5TA00279F

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Якованджело, К. Д., Уилл, Ф. Г. (1985). Параметрическое исследование осаждения цинка на пористом углероде в ячейке с проточным электролитом. J. Electrochem. Soc. 132: 851.

Google Scholar

Ингейл П., Сакхивел М. и Дриллет Дж. Ф. (2017). Испытание ионной жидкости трифторметансульфоната диэтилметиламмония в качестве электролита в электрически перезаряжаемой Zn / воздушной батарее. Дж.Электрохим. Soc. 164, H5224 – H5229. DOI: 10.1149 / 2.0351708jes

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кар, М., Саймонс, Т. Дж., Форсайт, М., и Макфарлейн, Д. Р. (2014). Ионные жидкие электролиты как платформа для перезаряжаемых металло-воздушных батарей: перспектива. Phys. Chem. Chem. Phys. 16, 18658–18674. DOI: 10.1039 / C4CP02533D

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кумар, К. К., Бринда, Р., Нандхини, М., Селвам, М., Саминатан, К., и Шактипанди, К. (2019). Взвешенный в воде графен в качестве добавки к электролиту в системе цинково-воздушных щелочных батарей. Ionics 25, 1699–1706. DOI: 10.1007 / s11581-019-02924-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лан, К., Ли, К., и Чин, Т. (2007). Гидроксиды тетраалкиламмония как ингибиторы дендрита цинка во вторичных батареях на основе цинка. Электрохим. Acta 52, 5407–5416. DOI: 10.1016 / j.electacta.2007.02.063

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, К.W., Sathiyanarayanan, K., Eom, S. W., Kim, H. S., and Yun, M. S. (2006). Новое электрохимическое поведение цинковых анодов в цинково-воздушных батареях в присутствии добавок. J. Источники энергии 159, 1474–1477. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2005.11.074

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Li, M., Liu, B., Fan, X., Liu, X., Liu, J., Ding, J., et al. (2019). Полимерный электролит длительного хранения на основе гидроксида тетраэтиламмония для гибких воздушно-цинковых аккумуляторов. ACS Appl.Матер. Интерфейсы 11, 28909–28917. DOI: 10.1021 / acsami.9b09086

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, М., Ло, Ф., Чжан, К., Ян, З. и Сюй, З. (2020). Нанолисты атомарного слоя Co3O4-x как эффективный и стабильный электрокатализатор для аккумуляторных воздушно-цинковых батарей. Дж. Катал . 381, 395–401. DOI: 10.1016 / j.jcat.2019.11.020

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли Ю., Чжун, К., Лю, Дж., Цзэн, X., Цюй, С., Han, X., et al. (2018). Атомно тонкий мезопористый Co 3 O 4 слоев, прочно связанных с нанолистами N-rGO, в качестве высокоэффективных бифункциональных катализаторов для одномерных вязанных цинковоздушных батарей. Adv. Матер. 30, 1703657. DOI: 10.1002 / adma.201703657

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю С., Хань В., Цуй Б., Лю X., Чжао Ф., Стюарт Дж. И др. (2017). Новый перезаряжаемый воздушно-цинковый аккумулятор с расплавленным солевым электролитом. J. Источники энергии 342, 435–441. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2016.12.080

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ma, L., Chen, S., Wang, D., Yang, Q., Mo, F., Liang, G., et al. (2019). Суперэластичные воздушно-цинковые батареи на основе щелочно-толерантного двухсетевого гидрогелевого электролита. Adv. Energy Mater. 9: 1803046. DOI: 10.1002 / aenm.201803046

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Маккензи, Дж. Д., и Хо, К. (2015). Перспективы накопления энергии для гибких электронных систем. P. IEEE 103, 535–553. DOI: 10.1109 / JPROC.2015.2406340

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Майнар, А. Р., Ируин, Э., Кольменарес, Л. К., Кваша, А., де Меатза, И., Бенгоэча, М., и др. (2018). Обзор достижений электролитов для вторичных воздушно-цинковых батарей и других систем хранения на основе цинка. J. Накопитель энергии 15, 304–328. DOI: 10.1016 / j.est.2017.12.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Майнар, Р.А., Леонет, О., Бенгоэча, М., Бояно, И., де Меатза, И., и др. (2016). Водно-щелочные электролиты для вторичных цинково-воздушных батарей: обзор. Внутр. J. Energy Res. 40, 1032–1049. DOI: 10.1002 / er.3499

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Масри, М. Н., и Мохамад, А. А. (2013). Эффект добавления технического углерода к пористому цинковому аноду в воздушно-цинковой батарее. J. Electrochem. Soc. 160, A715 – A721. DOI: 10.1149 / 2.007306jes

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мяо, Х., Chen, B., Li, S., Wu, X., Wang, Q., Zhang, C., et al. (2020). Полностью твердотельный гибкий воздушно-цинковый аккумулятор с полиакриламидным щелочно-гелевым электролитом. J. Источники энергии 450: 227653. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2019.227653

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пан, З., Янг, Дж., Занг, В., Коу, З., Ван, К., Дин, X., et al. (2019). Полностью твердотельный губчатый сжимаемый воздушно-цинковый аккумулятор. Energy Storage Mater. 23, 375–382. DOI: 10.1016 / j.ensm.2019.04.036

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Парк, Дж., Парк, М., Нам, Г., Ли, Дж. С., и Чо, Дж. (2015). Полностью твердотельная гибкая воздушно-цинковая батарея кабельного типа. Adv. Матер. 27, 1396–1401. DOI: 10.1002 / adma.201404639

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Паркер, Дж. Ф., Червин, К. Н., Нельсон, Э. С., Ролисон, Д. Р., Лонг, Дж. У. (2014). Трехмерная разводка цинка меняет характеристики батареи — цикл без дендритов. Energy Environ. Sci. 7, 1117–1124. DOI: 10.1039 / C3EE43754J

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Pedicini, C., Sieminski, D. P., Skeggs, L. T., Young, J. E., and Cherry, E. C. (1996). Система управления воздухом для рециркуляции реагирующего воздуха в металло-воздушной батарее. Патент США № 5,560,999. Вашингтон, округ Колумбия: Патентная заявка Управления по патентам и товарным знакам США.

Google Scholar

Pedicni, C. S. (2002). Воздушная заслонка, реагирующая на нагрузку, для электрохимической ячейки.Патент США №6,350,537. Вашингтон, округ Колумбия: заявка на патент в Ведомстве США по патентам и товарным знакам.

Google Scholar

Пей П., Ван К. и Ма З. (2014). Технологии продления срока службы цинково-воздушных аккумуляторов: обзор. Прил. Энергия 128, 315–324. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2014.04.095

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Посо-Гонсало, К., Вирджилио, К., Ян, Ю., Хоулетт, П. К., Бирн, Н., МакФарлейн, Д. Р., и др. (2014). Повышенная эффективность ионных жидкостей на основе фосфония в отношении реакции восстановления кислорода с 4 электронами при добавлении слабого источника протонов. Электрохим. Commun. 38, 24–27. DOI: 10.1016 / j.elecom.2013.10.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шредер Д., Боркер Н. С., Кёниг М. и Кревер У. (2015). Характеристики воздушно-цинковых батарей с добавлением K 2 CO 3 в щелочном электролите. J. Appl. Электрохим. 45, 427–437. DOI: 10.1007 / s10800-015-0817-0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

См. Д. М. и Уайт Р. Э. (1997).Температурная и концентрационная зависимость удельной проводимости концентрированных растворов гидроксида калия. J. Chem. Англ. Данные 42, 1266–1268. DOI: 10.1021 / je970140x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шинде, С.С., Ли, К.Х., Юнг, Дж.-Й., Ваг, Н.К., Ким, С.-Х., Ким, Д.-Х., и др. (2019). Презентация двухзвенных металлоорганических каркасов из гексаиминобензола в 3D для создания долговечных усовершенствованных обратимых Zn-воздушных батарей. Energy Environ. Sci. 12, 727–738. DOI: 10.1039 / c8ee02679c

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Саймонс Т., Торриеро А., Хоулетт П., Макфарлейн Д. Р. и Форсайт М. (2012). Высокая плотность тока, эффективное циклирование Zn 2+ в ионной жидкости дицианамида 1-этил-3-метилимидазолия: влияние концентрации соли и воды Zn 2+ . Электрохим. Commun. 18, 119–122. DOI: 10.1016 / j.elecom.2012.02.034

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тан, П., Chen, B., Xu, H., Zhang, H., Cai, W., Ni, M., et al. (2017). Гибкие Zn- и Li-air аккумуляторы: последние достижения, проблемы и перспективы на будущее. Energy Environ. Sci. 10, 2056–2080. DOI: 10.1039 / c7ee01913k

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, К., Пей, П., Ма, З., Сюй, Х., Ли, П., и Ван, X. (2014). Контроль морфологии регенерации цинка для воздушно-цинковых топливных элементов и батарей. J. Источники энергии 271, 65–75. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2014.07.182

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван В., Тан М., Чжэн З. и Чен С. (2019). Ультратонкий, гибкий и высокопроизводительный твердотельный Zn-воздушный аккумулятор на основе щелочно-полимерной мембраны. Adv. Energy Mater. 9, 1803628. DOI: 10.1002 / aenm.201803628

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, X., Сунарсо, Дж., Лу, К., Чжоу, З., Дай, Дж., Гуань, Д., и др. (2020). Высокопроизводительный бифункциональный кислородный электрокатализатор из платино-перовскитового композитного материала для аккумуляторных Zn-воздушных батарей. Adv. Энергетический материал . 10: 1

1. DOI: 10.1002 / aenm.201

1

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ву Г., Линь С. и Ян К. (2006). Щелочные Zn-воздушные и Al-воздушные ячейки на основе новых твердотельных полимерных электролитных мембран ПВС / ПАА. J. Membr. Sci. 280, 802–808. DOI: 10.1016 / j.memsci.2006.02.037

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Xiang, H., Yin, B., Wang, H., Lin, H., Ge, X., Xie, S., et al. (2010).Улучшение электрохимических свойств электролита на основе ионной жидкости комнатной температуры (RTIL) для литий-ионных аккумуляторов. Электрохим. Acta 55, 5204–5209. DOI: 10.1016 / j.electacta.2010.04.041

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Xu, L., Liu, J., Chen, P., Wang, Z., Tang, D., Liu, X., et al. (2020). Мощные водные батареи Zn-h3O2 для широкого применения. Cell Rep. Phys. Sci . 1: 100027. DOI: 10.1016 / j.xcrp.2020.100027

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сюй, М., Айви, Д., Се, З., и Цюй, В. (2015). Перезаряжаемые Zn-воздушные батареи: прогресс в разработке электролитов и улучшении конфигурации элементов. J. Источники энергии 283, 358–371. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2015.02.114

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Xu, N., Zhang, Y., Wang, M., Fan, X., Zhang, T., Peng, L., et al. (2019). Высокопроизводительные перезаряжаемые / гибкие воздушно-цинковые батареи с координированным иерархическим биметаллическим электрокатализатором и гетероструктурной анионообменной мембраной. Нано Энергия 65: 104021. DOI: 10.1016 / j.nanoen.2019.104021

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янь З., Ван Э., Цзян Л. и Сунь Г. (2015). Превосходная циклическая стабильность и высокая производительность трехмерных электродов из вспененного цинка / меди для щелочных батарей на основе цинка. RSC Adv. 5, 83781–83787. DOI: 10.1039 / C5RA16264E

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ян, Х., Цао, Й., Ай, X., и Сяо, Л. (2004). Повышенная разрядная способность и подавление пассивации поверхности цинкового анода в разбавленном щелочном растворе с использованием добавок поверхностно-активных веществ. J. Источники энергии 128, 97–101. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2003.09.050

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Yu, M., Wang, Z., Hou, C., Wang, Z., Liang, C., Zhao, C., et al. (2017). Легированный азотом Co 3 O 4 массивы мезопористых нанопроволок в качестве воздушного катода без добавок для гибких твердотельных воздушно-цинковых батарей. Adv. Матер. 29: 1602868. DOI: 10.1002 / adma.201602868

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Целлер Р.А. (2011). Влияние внешней и внутренней активности протонов на механизм восстановления кислорода в ионных жидкостях . (Темп, Аризона: Государственный университет Аризоны, ProQuest Dissertations Publishing).

Google Scholar

Чжун, X., Йи, В., Цюй, Ю., Чжан, Л., Бай, Х., Чжу, Ю. и др. (2020). Одноатомный атом Co закреплен на Co3O4 и активированном угле, легированном азотом, в направлении бифункционального катализатора для воздушно-цинковых батарей. Заявл. Catal., B 260, 118188. DOI: 10.1016 / j.apcatb.2019.118188

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhu, L., Zheng, D., Wang, Z., Zheng, X., Fang, P., Zhu, J., et al. (2018). Стратегия ограничения для стабилизации бифункциональных катализаторов на основе ZIF в качестве эталонного катода гибких твердотельных цинково-воздушных батарей. Adv. Матер. 30: e1805268. DOI: 10.1002 / adma.201805268

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Увеличение времени работы от батарей DEWALT | DEWALT

Рекомендации по продлению срока службы батареи

Электроинструменты — Рекомендации по увеличению срока службы аккумуляторной батареи


1.ЛУЧШЕ ЛИ БАТАРЕИ DEWALT® ПОЛНОСТЬЮ РАЗРЯЖАТЬ ПЕРЕД ЗАРЯДКОЙ?
Нет. Как раз наоборот. Вам следует прекратить использование батареи, как только вы почувствуете существенное снижение мощности инструмента. Полностью разряженный аккумулятор может повредить его. Не заклеивайте спусковой крючок, чтобы разрядился аккумулятор.

2. ЧТО ТАКОЕ ПАМЯТЬ, И ЕСТЬ ЛИ БАТАРЕИ DEWALT?
Память — одно из многих условий, вызывающих потерю времени выполнения. Память создается из повторяющегося использования света в одном и том же приложении (т.е. Беспроводные телефоны, видеокамеры, электробритвы и т. Д.) В наших продуктах редко используются легкие или одинаковые нагрузки из-за различий в зависимости от пользователя, размера аксессуара, а также материала. Та же самая изменчивость, которая вызывает различное время выполнения, не дает нашим клеткам развивать память. Электроинструменты считаются приложениями с большим стоком. Память обычно развивается в приложениях с низкой скоростью разряда, таких как беспроводные телефоны, ноутбуки и т. Д., Потому что скорость разряда батареи постоянно одинакова.Электроинструменты потребляют более высокие токи и имеют периодическую скорость разряда, что сводит к минимуму возможность аккумуляторов развивать память.

3. ОСТАВЛЯТЬ БАТАРЕИ DEWALT В ЗАРЯДНОМ ЗАРЯДКЕ БОЛЬНО?
Нет. Зарядные устройства DEWALT имеют режим обслуживания, который позволяет батареям оставаться в зарядном устройстве, поддерживая полностью заряженный аккумулятор до тех пор, пока пользователь не будет готов к работе. Если никель-кадмиевые батареи DEWALT хранятся вне зарядного устройства, они разряжаются естественным образом: 15-20% в первые 24 часа, 7-10% на следующий день и примерно 1% каждый день после этого.Никель-кадмиевые батареи теряют большую часть своей емкости, когда они находятся вне зарядного устройства в течение первых 3 дней. На самом деле, лучше оставить аккумулятор в зарядном устройстве, чтобы убедиться, что он проходит через режимы выравнивания и обслуживания. Одним из преимуществ литий-ионных аккумуляторов DEWALT XRP ™ является ограниченный саморазряд. Хранение литий-ионных аккумуляторов DEWALT вне зарядного устройства не приведет к потере заряда. Узнайте больше о технологии бесщеточных инструментов.

4. ЧТО Я МОГУ УВЕЛИЧИТЬ ВРЕМЯ РАБОТЫ МОЕЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ?
Если вашей батарее не было нанесено серьезных повреждений, возможно, вы сможете увеличить время ее работы.Правильная процедура зарядки аккумуляторов следующая:
1. Разрядите аккумулятор при нормальном использовании. Выньте аккумулятор, если почувствуете, что инструмент пропал. Не закрепляйте курок ВКЛ.
2. Дайте аккумулятору постоять из зарядного устройства не менее 2 часов, пока аккумулятор не нагреется до комнатной температуры.
3. Поместите аккумулятор в зарядное устройство на ночь, чтобы обеспечить полную зарядку каждой отдельной ячейки (минимум 8 часов при комнатной температуре).
Если нет разницы во времени работы, либо имеется необратимое повреждение, либо батарея достигла конца своего срока службы.В любом случае батарею следует заменить.

5. ВЛИЯЕТ ЛИ НАРУЖНАЯ ТЕМПЕРАТУРА НА АККУМУЛЯТОРЫ? КАК?
Да. Если батареи слишком горячие (105 ° F или выше) или слишком холодные (ниже 40 ° F), они не будут полностью заряжены. Попытка зарядить батареи за пределами диапазона 40–105 ° F может привести к необратимой потере времени работы. Когда батареи заряжаются и разряжаются, происходит химическая реакция, а если слишком жарко или холодно, химическая реакция нарушается, вызывая потерю времени работы.

6. МОЖНО ЛИ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО DEWALT ИСПОЛЬЗОВАТЬ С ГЕНЕРАТОРОМ?
Да. Все зарядные устройства DEWALT, за исключением DW9106, были разработаны с учетом колебаний напряжения и тока от генераторов.

7. СЛЕДУЕТ ПРИНЯТЬ ЛЮБЫЕ СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ ИЛИ ЕЗДЕ С АККУМУЛЯТОРАМИ?
Транспортировка аккумуляторов может вызвать возгорание, если полюса аккумулятора непреднамеренно соприкоснутся с токопроводящими материалами, такими как ключи, монеты, ручные инструменты и т.п. U.S. Правила Министерства транспорта по опасным материалам (HMR) фактически запрещают транспортировку аккумуляторов в коммерческих целях или в самолетах (т. Е. Упакованных в чемоданы и ручную кладь), ЕСЛИ они не защищены должным образом от коротких замыканий. клеммы защищены и хорошо изолированы от материалов, которые могут контактировать с ними и вызывать короткое замыкание. Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт Министерства транспорта США.

8. ЧТО НУЖНО ДЕЛАТЬ С АККУМУЛЯТОРАМИ, КОГДА ОНИ ПЛОХАЛИ?
УТИЛИЗАЦИЯ ИХ.DEWALT является активным участником RBRC (Rechargeable Battery Recycling Corporation), организации, которая является международным лидером в области сбора, транспортировки и переработки никель-кадмиевых элементов. Старые батареи следует утилизировать в сервисных центрах DEWALT.

Для получения дополнительной информации звоните по телефону 1-800-8-BATTERY или 1-800-8-228-8379.

Последние достижения в области электролитов для цинково-воздушных батарей

Front Chem. 2020; 8: 372.

Лаборатория энергии будущего, Школа материаловедения и инженерии, Технологический университет Хэфэй, Хэфэй, Китай

Отредактировал: Чанчжоу Юань, Университет Цзинань, Китай

Рецензент: Xihong Lu, Sun Yat-sen Университет, Китай; Сянь Лю, Университет науки и технологий Циндао, Китай

Эта статья была отправлена ​​в раздел «Электрохимия» журнала Frontiers in Chemistry

Поступила в редакцию 10 марта 2020 г .; Принята в печать 8 апреля 2020 г.

Авторские права © 2020 Чен, Чжан, Тан, Лю, Мэн, Хуан и Лю.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License (CC BY). Использование, распространение или воспроизведение на других форумах разрешено при условии указания автора (авторов) и правообладателя (ов) и ссылки на оригинальную публикацию в этом журнале в соответствии с принятой академической практикой. Запрещается использование, распространение или воспроизведение без соблюдения этих условий.

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Zn – воздушный аккумулятор считается одним из наиболее многообещающих кандидатов для аккумуляторов нового поколения для хранения энергии благодаря безопасности, высокой плотности энергии и низкой стоимости. Есть много проблем с электролитами при разработке высокоэффективных перезаряжаемых Zn-воздушных элементов, а также электрокатализаторов. Электролит — это важнейшая часть перезаряжаемых Zn-воздушных батарей, которая определяет их емкость, устойчивость к циклическим нагрузкам и срок службы.В этой статье содержится обзор последних достижений в разработке и производстве электролитов в водных и гибких Zn-воздушных батареях. Обсуждение взаимосвязей поверхностных реакций было охвачено между механизмом реакции воздух – катализатор – электролит и электролит – цинк. Мы выделяем последние разработки трех различных электролитов в воздушно-цинковых батареях: водный электролит, ионная жидкость комнатной температуры и квазитвердый гибкий электролит. Кроме того, предлагается общая перспектива разработки и производства электролитов для улучшения характеристик и продления срока службы Zn-воздушных батарей.

Ключевые слова: Zn – воздушный аккумулятор, электролит, щелочные электролиты, ионная жидкость комнатной температуры, квазитвердый гибкий электролит

Введение

Zn – воздушный аккумулятор имеет высокую удельную энергию (1218 Втч · кг –1 ). Между тем, присущие ему характеристики, в том числе безопасность и низкая стоимость, делают его одним из самых многообещающих аккумуляторов следующего поколения (Fu et al., 2017; Tan et al., 2017; Han et al., 2019). Роль электролитов упускается из виду по сравнению с горячими исследованиями бифункциональных воздушных электродов для Zn-воздушных батарей.Характеристики электролитов напрямую определяют ионную проводимость и межфазные свойства Zn-воздушной батареи в процессе эксплуатации. Кроме того, это дополнительно влияет на емкость, стабильность при циклической работе, а также эффективность зарядки и разрядки элемента (Pei et al., 2014). Zn-воздушные батареи развиваются в направлении высокой эффективности и долговечности, которые невозможно отделить от поддержки электролита с превосходными характеристиками во всех аспектах (R. Mainar et al., 2016). Таким образом, очень важно изучить работу электролитов в Zn-воздушных батареях (Mainar et al., 2018).

В настоящее время щелочной электролит все еще широко используется в батареях на основе цинка для удовлетворения требований низкой стоимости и высокой ионной проводимости и обеспечения стабильности цинкового электрода (R. Mainar et al., 2016; Xu et al. , 2020). Однако он чувствителен к воздействию CO 2 окружающей среды и относительной влажности. Zn-воздушная батарея в основном зависит от характеристик воздушного электрода. К сожалению, CO 2 может привести к образованию K 2 CO 3 в электролите, что отрицательно влияет на пустоту в воздушном электроде (Wang et al., 2014; Fu et al., 2017). Zn – воздушные батареи должны решать проблему испарения электролита или поглощения воды из внешней среды, чтобы хорошо работать в сложной внешней среде. Первый заставляет батарею расширяться, а второй влияет на перенос OH (Chakkaravarthy et al., 1981; Mainar et al., 2018). Ионные жидкости комнатной температуры (RTIL) и твердые электролиты являются альтернативными и эффективными решениями для решения вышеуказанной проблемы. Однако их производительность была ограничена их низкой ионной проводимостью и неквалифицированным интерфейсом.Поэтому в следующих частях мы обсудим статус исследования щелочных электролитов и неводных электролитов в Zn-воздушных батареях.

Водный электролит

LiOH, NaOH и KOH являются обычными электролитами для Zn-воздушных батарей. По сравнению с нейтральными и кислотными электролитами щелочные электролиты хорошо сочетаются с цинковыми электродами и материалами катализатора. Между тем, электролит КОН обладает высокой ионной проводимостью и низкой вязкостью. Когда Zn-воздушная батарея разряжается, внешний кислород входит в батарею и реагирует (Уравнение 1) (реакция восстановления кислорода) на границе раздела газ-жидкость-твердое тело (кислород, электролит, электрокатализатор).Цинковый электрод переносит электроны к воздушному электроду через внешнюю нагрузку, а ОН на участке реакции генерирует Zn (OH) 42- (Уравнение 2). Когда концентрация Zn (OH) 42- достигает максимума, он далее разлагается на ZnO (уравнение 3). Полная реакция цинкового электрода показана в уравнении 4. Во время процесса зарядки происходит обратная реакция (уравнение 1) (реакция выделения кислорода) на границе раздела цинк-электролит, и электрическая энергия накапливается, в то время как цинк осаждается в результате обратной реакции. (Уравнение 3).

O2 + 2h3O + 4e-↔4OH-E = 0,40 В по сравнению с SHE

(1)

Zn + 4OH-↔Zn (OH) 42- + 2e-E = 1,26 В по сравнению с SHE

(2 )

Zn (OH) 42-↔ZnO + h3O + 2OH-

(3)

Zn + 2OH-↔ZnO + h3O + 2e-E = 1,26 В по сравнению с SHE

(4)

Когда концентрация КОН составляет 6 М, плотность обмена током Zn / Zn 2+ достигает 0,21 А · см -2 , а растворимость ZnO увеличивается с увеличением концентрации КОН (See and White, 1997; Dyer et al. , 2009). Поэтому необходимо обращать внимание на отрицательное влияние электролита КОН с высокой концентрацией на цинковый электрод.Высокая концентрация ZnO производит избыток Zn (OH) 42- и осаждается после разряда, что увеличивает пассивирующее сопротивление цинкового электрода. Кроме того, кинетические параметры восстановления кислорода цинка были очень высокими, что приводило к растворению, миграции и переотложению цинка в различных условиях (R. Mainar et al., 2016).

Есть две основные стратегии решения этой проблемы. Один заключается в изменении состава и структуры цинкового электрода, а другой — в поиске подходящих добавок к электролиту.Известные методы, такие как создание трехмерной структуры цинкового электрода (Parker et al., 2014; Chamoun et al., 2015; Yan et al., 2015) или эффективная добавка для цинкового электрода (Fan et al., 2013; Masri and Mohamad, 2013; Huang et al., 2015) оказались эффективной стратегией решения. Актуальной задачей является точное измерение потенциала и концентрации ионов цинка на поверхности цинкового электрода, чтобы обеспечить адекватную теоретическую поддержку для улучшения условий жизни цинкового электрода в щелочном электролите.В статье мы подытожили последние работы по добавкам щелочных электролитов. Подходящие добавки в электролиты могут улучшить изменение формы цинкового электрода и производительность Zn-воздушной батареи. Если мы сможем снизить концентрацию КОН, насколько это возможно, не влияя на ионную проводимость электролита, мы полагаем, что производительность Zn-воздушной батареи будет еще больше улучшена. Добавляя K 2 CO 3 к высококонцентрированному раствору KOH и оптимизируя структуру батареи, Schröder et al.(2015) не только получили стабильный электрический потенциал, но также улучшили фактическую плотность энергии и долгосрочную стабильность Zn-воздушной батареи. Кроме того, ингибирование роста дендритов и выделения водорода из цинкового электрода также зарегистрировано в Zn-воздушной батарее с щелочными электролитами, использующими додецилбензолсульфонат натрия (SDBS) (Yang et al., 2004), полиэтиленгликоль (PEG) (Banik and Akolkar). , 2013), винной / янтарной / лимонной кислотами (Lee et al., 2006) и гидроксидами тетраалкиламмония (Lan et al., 2007).

Таблица 1

Сводка недавно опубликованных добавок щелочного электролита для Zn-воздушных батарей.

Состав электролита Материалы электродов Удельная емкость Плотность энергии Долговечность

11

11

82 9118 ацетат
Цинковая пластина // Co – Co 3 O 4 @ NAC @ NF 721 мАч gZn-1
@ 10 мА см -2
164 мВт см -2
@ 0.63 В
35 ч при 10 мА см −2 в течение 20 минут на цикл Zhong et al., 2020
6 M KOH + 0,2 M ацетат цинка Цинковая фольга // Co 3 O 4 − x @CP 800 мАч gZn-1
при 5 мА см −2
122 мВт см −2
при 230 мА см −2
150 ч при 5 мА см −2 в течение 20 мин на цикл Li et al., 2020
6 M KOH + 0,2 M ZnCl 2 Цинковая пластина // Pt – SCFP @ CC 781 мАч gZn-1
@ 10 мА см −2
122 мВт см −2
при 214 мА см −2
80 ч при 5 мА см −2 в течение 20 мин на цикл Wang et al., 2020
7 M KOH + 5–20% об. DMSO Гранулы цинка // MnO 2 @NF 550 мАчgZn-1
@ 10 мА см −2
130 мВт см −2
при 150 мА см −2
600 циклов при разрядке при 75 мА см −2 и зарядка при 25 мА см −2 Hosseini et al., 2019
8 M KOH + 0–50% об. Этанола Гранулы цинка // MnO 2 @NF 470 мАч gZn-1
@ 25 мА см −2
32 мВт см −2
@ 30 мА см −2
НЕТ Hosseini et al., 2018
100 мл 1 M KOH + 0,1 г водно-суспендированного графена Цинковая полоска // Co – Sn – CNP @ SS 212,6 мАч gZn-1
@ 1 мА см −2
N / A Разряд 15 ч при 1 мА см −2 Kumar et al., 2019

Zn – воздушная батарея — это полуоткрытая система, для участия в которой требуется богатый кислород из внешней среды процесс реакции. Углекислый газ (CO 2 ) трудно избежать во влажной атмосфере.CO 2 из внешней атмосферы попадает в аккумулятор через воздушный электрод и вступает в реакцию с OH в электролите (уравнения 5, 6).

HCO3− + OH − ↔CO32− + h3O

(6)

Ионная проводимость электролита ослабляется из-за образования HCO3- и CO32- и низкой растворимости K 2 CO 3 и KHCO 3 . Когда они осаждаются на воздушном электроде, перенос кислорода будет до некоторой степени заблокирован, что приведет к снижению производительности Zn-воздушной батареи.Оптимизация структуры Zn-воздушной батареи и состава слоя адсорбции газа, чтобы позволить кислороду проходить беспрепятственно, но препятствовать прохождению диоксида углерода и водяного пара, является идеальным решением. Для решения вышеуказанных проблем исследователи также предложили несколько решений. Pedicini et al. (1996) создали систему управления воздухом для рециркуляции реагирующего воздуха в металл-воздушной батарее. Goldstein et al. (1997) предложили скрубберную систему для удаления диоксида углерода из металл-воздушной батареи или батареи топливных элементов.Педикни (2002) предложил ограничивать выбросы углекислого газа и водяного пара, когда батарея не используется, путем установки чувствительной воздушной заслонки для электрохимического элемента. Есть много решений для решения этих проблем, но ограничениями являются пороговые значения высокой стоимости и ограниченное использование пространства, что ограничивает развитие Zn-воздушных батарей в практических приложениях.

Система проточного электролита — очень эффективный метод для Zn-воздушных батарей. Электролит перекачивается и циркулирует через систему питания внешних труб и насосов.В дополнение к удалению осажденного карбоната и других побочных продуктов через внешние фильтры проточный электролит улучшает перенос OH и снижает градиенты концентрации (Iacovangelo and Will, 1985; Cheng et al., 2007). По сравнению со статическим электролитом, Zn-воздушная батарея значительно улучшена, включая срок службы и рабочее напряжение с системой циркуляции электролита. Однако мощность циркуляции электролита должна поддерживаться внешней системой откачки и электрической энергией.Следовательно, если система циркуляции электролита применяется на практике, необходимо решить проблему, которую трудно применить к крупномасштабной сетевой системе хранения энергии со строгими требованиями к пространству и весу.

Ионная жидкость при комнатной температуре

Ионная жидкость при комнатной температуре представляет собой расплавленную соль, которая существует в виде жидкости при комнатной температуре или ниже. Он имеет широкое электрохимическое окно и нелегко воспламеняется (Balaish et al., 2014). Поэтому все больше внимания уделяется RTIL как заменителю щелочных электролитов.Внутренняя безопасность и стабильность RTIL в широком диапазоне электрохимических потенциалов привели к его применению в литиевых батареях (Chou et al., 2008; Xiang et al., 2010). Использование RTIL в Zn-воздушных батареях может эффективно решить проблемы повреждения цинкового электрода (Simons et al., 2012), повреждения CO 2 и испарения электролита (Harting et al., 2012) в щелочном электролите вышеупомянутой системы водоснабжения, и позволяют батарее работать при высоких температурах.Более того, для апротонных RTIL отсутствие протонов может эффективно избежать коррозии цинкового электрода, вызванной выделением водорода. Поэтому RTIL как электролит для Zn-воздушных аккумуляторов в последние годы попали в список.

RTIL, используемые в качестве электролита для Zn-воздушной ячейки, цинк окисляется до Zn 2+ во время разряда, и обратимая электрохимическая реакция цинка в RTIL оказалась возможной (Xu et al., 2015). Здесь мы должны отметить, что неподходящие RTIL могут образовывать нерастворимые вещества с Zn 2+ и делать их неспособными эффективно восстанавливаться.Предложен механизм воздушного электрода в электролите RTIL (Kar et al., 2014).

Когда в электролите RTIL происходит восстановление кислорода, кислород приобретает электроны и образует супероксид (O2 · -) (уравнение 7). Эта реакция считается квазиобратимой (AlNashef et al., 2002). Для апротонных RTIL отсутствует дальнейший перенос электронов из-за присутствия супероксида. Напротив, для протонных RTIL супероксид является сильным нуклеофилом, который может далее реагировать с протонами в RTIL с образованием пер-гидроксильного радикала (HO2 ·) (уравнение 8).Затем пер-гидрокси-радикал может также реагировать с супероксидом с образованием пероксида (HO2-) (уравнения 9, 10) и, наконец, завершить процесс восстановления (уравнение 11).

HO2⋅ + O2⋅− → HO2− + O2

(9)

Что касается того, может ли перекись водорода далее разлагаться до H 2 O, Зеллер (2011) указывает, что это определяется используемым электродом. Согласно Kar et al. (2014) краткое изложение реакций восстановления кислорода и осаждения кислорода в RTIL, в реакции, как упоминалось выше, пути оказались обратимыми и относительно стабильными продуктами пероксида.Однако все еще есть некоторые связанные реакции диспропорционирования. Перекись водорода требует меньше энергии активации для производства кислорода, что делает ее эффективной поддержкой для восстановления кислорода и реакций выделения кислорода в RTIL.

Разработка RTIL в Zn-воздушной батарее все еще сталкивается с огромными проблемами. С одной стороны, высокая стоимость RTIL затрудняет использование в больших масштабах. С другой стороны, двухэлектронный реакционный механизм RTIL снижает удельную энергию батареи в сочетании с ее высокой вязкостью и низкой проводимостью, что означает, что Zn-воздушная батарея может работать только при низком токе.Используя Li 0,87 Na 0,63 K 0,50 CO 3 и NaOH в качестве электролита, Liu et al. (2017) исследовали Zn-воздушную батарею, способную заряжаться и разряжаться при 550 ° C в течение 100 циклов с кулоновской эффективностью 96,9%. Когда Ingale et al. (2017) применили ионную жидкость трифторметансульфонат диэтилметиламмония (DEATfO) к Zn-воздушной батарее, они обнаружили, что, хотя образования дендритов цинка не было, слабое поверхностное натяжение DEATfO привело к неудовлетворительной плотности энергии (Pozo-Gonzalo et al., 2014). Кроме того, Ghazvini et al. (2018) указали на положительное влияние добавления воды на ионное взаимодействие при использовании электролита RTIL в Zn-воздушных батареях. Вышеупомянутая работа представляет собой хорошую стратегию для улучшения характеристик Zn-воздушной батареи с RTIL в качестве электролита.

Кроме того, следует изучить возможность применения большего количества типов RTIL в Zn-воздушных батареях, включая положительное влияние добавок в RTIL. Также необходимо разработать специальные бифункциональные катализаторы для снижения энергетического барьера реакции восстановления кислорода и реакции выделения кислорода.Хотя электролит RTIL требует дальнейшего изучения с точки зрения свойств интерфейса, механизма электрохимической реакции кислорода и пути миграции активных веществ, различные свидетельства указывают на то, что RTIL являются многообещающими электролитами для Zn-воздушных батарей.

Квазитвердый гибкий электролит

С ростом спроса на гибкие носимые электронные устройства исследования гибких батарей, особенно квазитвердых электролитов, выдвинули более высокие требования.По сравнению с другими металл-воздушными батареями, Zn-воздушные батареи с высокой объемной плотностью энергии обладают характеристиками низкой стоимости и высокой безопасности. Напротив, цинк в качестве электрода имеет более энергетические механические свойства и производительность в гибких батареях. Например, батареи Zn – MnO 2 с полимерными электролитами производились в промышленных масштабах с использованием технологии печати (MacKenzie and Ho, 2015). Следовательно, необходимо проводить научные исследования структуры и характеристик гибкой Zn-воздушной батареи, а производство этого типа батареи и соответствующего квазитвердого электролита необходимо постоянно оптимизировать.

Квазитвердый гибкий электролит обычно получают из щелочного водного раствора и полимеров, таких как поливиниловый спирт (ПВС) (Fan et al., 2019), полиакриловая кислота (PAA) (Wu et al., 2006; Zhu et al. , 2018), желатин (Park et al., 2015) и родственный им привитой сополимер (Yu et al., 2017), которые необходимы для обеспечения стабильной конфигурации, разделения катода и анода и квалифицированной ионной проводимости. В процессе приготовления большинство квазитвердых гибких электролитов могут образовывать сшитую сеть с большим количеством гидрофильных функциональных групп (таких как гидроксильные группы), что обеспечивает более высокое удержание воды и ионную проводимость в квазитвердых гибких электролитах.В первичной Zn-воздушной ячейке щелочной гелевый электролит может эффективно снижать утечку и улетучивание электролита и был применен (Hilder et al., 2009). Однако для перезаряжаемых гибких Zn-воздушных батарей из-за цинкового электрода в квазитвердом гибком электролите они могут нести лишь небольшое количество Zn (OH) 42-. Блокируется процесс восстановления ZnO до Zn (OH) 42- (Xu et al., 2015). Поэтому создание перезаряжаемых Zn-воздушных батарей для работы с большим током является большой проблемой.

Гибкая удельная мощность и циклическая производительность Zn-воздушной батареи были высоко оценены. Однако есть несколько важных аспектов бифункционального катализатора для электрохимических кислородных реакций, ионной проводимости квазитвердого гибкого электролита и характеристик границы раздела электролит-электрод. Ионная проводимость электролита зависит в основном от типа полимера и добавок к электролиту. Fan et al. (2019) приготовили пористый электролит ПВС + SiO 2 с высокой ионной проводимостью 57.3 мСм см −1 и отличные характеристики при езде на велосипеде и удельная мощность. Ли и др. (2019) изготовили полимерный диэлектрик TEAOH-PVA, который через 2 недели все еще имел ионную проводимость 30 мСм · см -1 , демонстрируя отличную службу и срок службы. Нетрудно обнаружить, что отдельный полимер вряд ли может стать гибким электролитом квазитвердого состояния с превосходными характеристиками. Однако небольшое количество добавок может значительно улучшить характеристики электролитов, что также является процессом функционализации полимера.Это происходит главным образом потому, что добавка оптимизирует структуру сшитой сетки полимерного электролита, увеличивает количество гидрофильных функциональных групп (таких как гидроксильные группы) и дополнительно улучшает способность электролита удерживать воду, что имеет большое влияние на ионную проводимость. Более того, в дополнение к ионной проводимости и характеристикам удержания воды квазитвердого гибкого электролита, следует уделять больше внимания скорости переноса OH и Zn (OH) 42-, которой уделялось недостаточное внимание при настоящее время.Процесс их переноса также оказывает сильное влияние на плотность энергии и другие характеристики гибких Zn-воздушных батарей.

Перед гибкой Zn-воздушной батареей стоит задача улучшить характеристики границы раздела электролит – электрод (особенно границы электролит – воздух). Смачиваемость квазитвердого гибкого электролита была снижена, что значительно затрудняет выполнение катализатором своей функции, чем в щелочном электролите водной системы.При сборке аккумулятора Xu et al. (2019) прессовали батарею в течение 3 минут при давлении 3 МПа с помощью таблеточного пресса, чтобы сделать ламинированную структуру более полной, а гибкая Zn-воздушная батарея могла стабилизировать циркуляцию в течение 35 часов. По-прежнему необходимы дополнительные исследования для улучшения границы раздела электролит-электрод, приготовления электролита и метода упаковки батареи.

Гибкая Zn-воздушная батарея также выдвигает более высокие требования к характеристикам изгиба, растяжения и сжатия цинкового электрода, воздушного электрода и электролита в батарее.Гибкая Zn-воздушная батарея обычно подразделяется на 1D-структуру (линейный тип) и 2D-структуру (сэндвич-форму). Ma et al. (2019) подготовили гидрогелевый электролит с двойной сеткой (полиакрилатный гидрогель, поперечно сшитый целлюлозными цепями и N, N-метилен-бисакриламидными якорями) и оптимизировали структуру цинковых и воздушных электродов для сборки Zn-воздушной батареи с превосходными характеристиками растяжения. Pan et al. (2019) сконструировали губчатую сжимаемую Zn-воздушную батарею, которая хорошо себя показала после 60% деформации сжатия или 500 циклов повторных испытаний на сжатие.Ли и др. (2018) приготовили одномерную вязанную Zn-воздушную батарею с диаметром всего 1,03 мм через путь, которая имела отличные характеристики гибкости, заряда и разряда.

перечисляет больше сравниваемых характеристик, чтобы предоставить более значимые пути разработки квазитвердых гибких электролитов для Zn-воздушных батарей. Однако получить компетентную оценку сложно из-за различной конструкции батареи, катализатора и электролита, используемых в записанных работах. Следовательно, необходимо установить единый стандарт оценки для гибкой Zn-воздушной батареи, чтобы лучше оценивать характеристики соответствующего электролита.Кроме того, состав электролита в гибкой Zn-воздушной батарее в основном находится в режиме «полимер + раствор КОН», что приводит к преимуществам и недостаткам упомянутого выше водного электролита, действующего на квазитвердый электролит. В то же время комбинация RTIL с полимером может придать новый импульс безопасности и стабильности Zn-воздушных батарей, но ее практическая осуществимость должна быть проверена в ближайшем будущем.

Таблица 2

Сводка недавно опубликованных квазитвердых добавок к гибкому электролиту для Zn-воздушных батарей.

2D PVP

07

1D
Форма Электролит Электродные материалы Ионная проводимость (мСм см −1 ) 86 Gravimet 905 Плотность мощности (мВт · см −2 ) Каталожные номера
2D PAM Цинковая фольга // MnO 2 12 / NRGO 215.6 Н / Д 105 Miao et al., 2020
2D Пористый ПВС + SiO 2 Цинковая пластина // Co 3 O 4

39 @CC 57.312
Н / Д 80.9 Fan et al., 2019
2D Пористый PVA Цинковый порошок // Co 3 O 4 + LaNiO 3 12 / NC12912 @ CC НЕТ 581 НЕТ Fu et al., 2015
2D Функционализированная биоцеллюлоза Цинковая фольга // Mn / Fe – HIB – MOF @ SS 64 975 194 Shinde et al., 2019 Цинковый порошок // FeNC-1 на щелочном элементе > 10 НЕТ 250 Wang et al., 2019
2D PVA Осаждение цинка на пленке Cu // Ультратонкий Co 3 O 4 @CC НЕТ 546 НЕТ Chen et al., 2017
2D PANa-целлюлоза Цинк @ CNT бумага // Fe – N – C @ CNTP 15–28 930 210,5 Ma et al., 2019
Акриловые полимеры Цинковое волокно // NC – Co / CoNx @ CF N / A N / A 104.0 Guan et al., 2019
1D PVA @ Chiffon band Цинковая проволока // Co 3 O 4 / N – rGO @ CF 0.33 649 НЕТ Li et al., 2018
1D Гелеобразование Спиральная цинковая фольга // Fe / N / C 31 НЕТ НЕТ Park et al., 2015

Резюме

Учитывая потребность в высокомощных, долговечных и гибких перезаряжаемых Zn – воздушных батареях, разработка электролитов открывает новые возможности и задачи. Электролит, как критическая часть Zn-воздушной батареи, оказывает сильное влияние на эффективность циркуляции, удельную мощность и характеристики емкости.До сих пор щелочные электролиты являются основным направлением из-за их превосходной ионной проводимости и межфазных свойств. Однако щелочные электролиты чувствительны к воздействию содержания углекислого газа и относительной влажности во внешней среде. С одной стороны, следует изучить подходящий тип и пропорцию добавок для улучшения свойств щелочного электролита. С другой стороны, RTIL, как электролит для Zn-воздушных батарей, имеют высокий порог старения, и его защита и безопасность для цинковых электродов очевидны.Более того, исследования квазитвердого гибкого электролита в большей степени способствуют созданию портативных и гибких Zn-воздушных батарей, которые обеспечивают устранение недостатков в характеристиках интерфейса и ионной проводимости. Подбор подходящих RTIL и полимеров имеет смысл улучшить характеристики электролита.

Кроме того, мы думаем, что три упомянутых выше электролита могут иметь разные характеристики. Подходящие добавки к электролиту могут также способствовать применению RTIL и квазитвердых электролитов в Zn-воздушных батареях, а комбинация RTIL и полимеров также может улучшить характеристики электролитов.Исследованиям электролитов следует уделять больше внимания, чтобы Zn-воздушные батареи удовлетворяли потребности в накопителях энергии нового поколения.

Вклад авторов

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

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Сноски

Финансирование. Работа выполнена при финансовой поддержке Китайского фонда естественных наук (U1832136, 21303038), Национальной программы обучения студентов инновациям и предпринимательству (201

9010) и Фонда естественных наук провинции Аньхой (1808085QE140).

Ссылки

  • АльНашеф И. М., Леонард М. Л., Мэтьюз М. А., Вайднер Дж. У. (2002). Электрохимия супероксида в ионной жидкости. Ind. Eng. Chem. Res. 41, 4475–4478.10.1021 / ie010787h [CrossRef] [Google Scholar]
  • Балаиш М., Крайцберг А., Эйн-Эли Ю. (2014). Критический обзор электролитов литий-воздушных аккумуляторов. Phys. Chem. Chem. Phys. 16, 2801–2822. 10.1039 / C3CP54165G [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Баник С. Дж., Аколкар Р. (2013). Подавление роста дендритов при электроосаждении цинка добавкой ПЭГ-200. J. Electrochem. Soc. 160, D519 – D523. 10.1149 / 2.040311jes [CrossRef] [Google Scholar]
  • Чаккараварти К., Вахид А.А., Удупа Х. (1981). Цинково-воздушные щелочные батареи — обзор. J. Источники энергии 6, 203–228. 10.1016 / 0378-7753 (81) 80027-4 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Chamoun M., Hertzberg B.J., Gupta T., Davies D., Bhadra S., Van Tassell B., et al. (2015). Гипердендритные нанопористые аноды из цинковой пены. NPG Asia Mater. 7: e178 10.1038 / am.2015.32 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Chen X., Liu B., Zhong C., Liu Z., Liu J., Ma L., et al. (2017). Ультратонкий Co 3 O 4 слоев с большой площадью контакта на углеродных волокнах в качестве высокоэффективного электрода для гибкой воздушно-цинковой батареи, интегрированной с гибким дисплеем.Adv. Energy Mater. 7: 1700779 10.1002 / aenm.201700779 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Cheng J., Zhang L., Yang Y.-S., Wen Y.-H., Cao G.-P., Wang X.-D. (2007). Предварительные исследования однопоточного цинк-никелевого аккумулятора. Электрохим. Commun. 9, 2639–2642. 10.1016 / j.elecom.2007.08.016 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Chou S.-L., Wang J.-Z., Sun J.-Z., Wexler D., Forsyth M., Liu H. -K., Et al. (2008). Высокая емкость, безопасность и улучшенная цикличность литий-металлической батареи с использованием катода из наноматериала V 2 O 5 и ионно-жидкого электролита при комнатной температуре.Chem. Матер. 20, 7044–7051. 10,1021 / см 801468q [CrossRef] [Google Scholar]
  • Дайер К. К., Мозли П. Т., Огуми З., Рэнд Д. А., Скросати Б. (2009). Энциклопедия электрохимических источников энергии. (Newnes: Elsevier Science & Technology;). [Google Scholar]
  • Fan X., Liu J., Song Z., Han X., Deng Y., Zhong C., et al. (2019). Пористый нанокомпозитный гелевый полимерный электролит с высокой ионной проводимостью и превосходной способностью удерживать электролит для гибких воздушно-цинковых батарей с длительным сроком службы.Нано Энергия 56, 454–462. 10.1016 / j.nanoen.2018.11.057 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Фан Х., Ян З., Се Х., Лонг В., Ван Р., Хоу З. (2013). Электрохимическое поведение Zn – Al – La-гидроталькита во вторичных ячейках Zn-Ni. J. Источники энергии 241, 404–409. 10.1016 / j.jpowsour.2013.04.136 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Фу Дж., Кано З. П., Парк М. Г., Ю. А., Фаулер М., Чен З. (2017). Электрически перезаряжаемые воздушно-цинковые батареи: прогресс, проблемы и перспективы. Adv. Матер. 29: 1604685.10.1002 / adma.201604685 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Fu J., Lee D. U., Hassan F. M., Yang L., Bai Z., Park M. G., et al. . (2015). Гибкие высокоэнергетические перезаряжаемые воздушно-цинковые батареи на полимерно-электролитной основе. Adv. Матер. 27, 5617–5622. 10.1002 / adma.201502853 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Газвини М. С., Пуллетикурти Г., Цуй Т., Кул К., Эндрес Ф. (2018). Электроосаждение цинка из смесей ацетата 1-этил-3-метилимидазолия-вода: исследования применимости электролита для Zn-воздушных батарей.J. Electrochem. Soc. 165: D354 10.1149 / 2.0181809jes [CrossRef] [Google Scholar]
  • Goldstein J. R., Harats Y., Sharon Y., Naimer N. (1997). Система скруббера для удаления углекислого газа из металлической батареи или батареи топливных элементов. Патент США № 5,595,949. (Вашингтон, округ Колумбия: патентная заявка Управления США по патентам и товарным знакам;). [Google Scholar]
  • Guan C., Sumboja A., Zang W., Qian Y., Zhang H., Liu X., et al. (2019). Декорирование наночастиц Co / CoNx в углеродных наночастицах, легированных азотом, для гибких и перезаряжаемых воздушно-цинковых батарей.Материя хранения энергии. 16, 243–250. 10.1016 / j.ensm.2018.06.001 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Хан Дж., Мэн Х., Лу Л., Биан Дж., Ли З., Сунь К. (2019). Одноатомный Fe-Nx-C как эффективный электрокатализатор для цинково-воздушных аккумуляторов. Adv. Функц. Матер. 29: 1808872 10.1002 / adfm.201808872 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Хартинг К., Кунц У., Турек Т. (2012). Цинково-воздушные батареи: перспективы и проблемы для дальнейшего совершенствования. Z. Phys. Chem. 226, 151–166. 10.1524 / zpch.2012.0152 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Хильдер М., Винтер-Йенсен Б., Кларк Н. (2009). Бумажная, печатная воздушно-цинковая батарея. J. Источники энергии 194, 1135–1141. 10.1016 / j.jpowsour.2009.06.054 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Хоссейни С., Аббаси А., Уджинет Л.-О., Хаустраэте Н., Прасертдам С., Йонезава Т. и др. . (2019). Влияние диметилсульфоксида как добавки к электролиту на анодное растворение щелочной цинково-воздушной проточной батареи. Sci. Rep. 9: 14958. 10.1038 / s41598-019-51412-5 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Hosseini S., Хан С. Дж., Арпонвичаноп А., Йонедзава Т., Кхеахом С. (2018). Этанол в качестве добавки к электролиту для щелочных воздушно-цинковых батарей. Sci. Rep. 8: 11273. 10.1038 / s41598-018-29630-0 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Хуанг Дж., Ян З., Ван Р., Чжан З., Фэн З., Се Х. ( 2015). Слоистые двойные оксиды Zn-Al в качестве высокоэффективных анодных материалов для вторичных батарей на основе цинка. J. Mater. Chem. А 3, 7429–7436. 10.1039 / C5TA00279F [CrossRef] [Google Scholar]
  • Якованджело К.Д., Уилл Ф. Г. (1985). Параметрическое исследование осаждения цинка на пористом углероде в ячейке с проточным электролитом. J. Electrochem. Soc. 132: 851. [Google Scholar]
  • Ингейл П., Сакхивел М., Дрилле Дж. Ф. (2017). Испытание ионной жидкости трифторметансульфоната диэтилметиламмония в качестве электролита в электрически перезаряжаемой Zn / воздушной батарее. J. Electrochem. Soc. 164, H5224 – H5229. 10.1149 / 2.0351708jes [CrossRef] [Google Scholar]
  • Кар М., Саймонс Т. Дж., Форсайт М., Макфарлейн Д. Р. (2014).Ионные жидкие электролиты как платформа для перезаряжаемых металло-воздушных батарей: перспектива. Phys. Chem. Chem. Phys. 16, 18658–18674. 10.1039 / C4CP02533D [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Кумар К. К., Бринда Р., Нандини М., Селвам М., Саминатан К., Шактипанди К. (2019). Взвешенный в воде графен в качестве добавки к электролиту в системе цинково-воздушных щелочных батарей. Ионика 25, 1699–1706. 10.1007 / s11581-019-02924-7 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Lan C., Lee C., Chin T. (2007). Гидроксиды тетраалкиламмония как ингибиторы дендрита цинка во вторичных батареях на основе цинка.Электрохим. Acta 52, 5407–5416. 10.1016 / j.electacta.2007.02.063 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ли К. В., Сатиянараян К., Эом С. В., Ким Х. С., Юн М. С. (2006). Новое электрохимическое поведение цинковых анодов в цинково-воздушных батареях в присутствии добавок. J. Источники энергии 159, 1474–1477. 10.1016 / j.jpowsour.2005.11.074 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ли М., Лю Б., Фань X., Лю X., Лю Дж., Дин Дж. И др. . (2019). Полимерный электролит длительного хранения на основе гидроксида тетраэтиламмония для гибких воздушно-цинковых аккумуляторов.ACS Appl. Матер. Интерфейсы 11, 28909–28917. 10.1021 / acsami.9b09086 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ли М., Ло Ф., Чжан К., Ян З., Сюй З. (2020). Нанолисты атомарного слоя Co3O4-x как эффективный и стабильный электрокатализатор для аккумуляторных воздушно-цинковых батарей. J. Catal. 381, 395–401. 10.1016 / j.jcat.2019.11.020 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Li Y., Zhong C., Liu J., Zeng X., Qu S., Han X., et al. . (2018). Атомно тонкий мезопористый Co 3 O 4 слоев, прочно связанных с нанолистами N-rGO, в качестве высокоэффективных бифункциональных катализаторов для одномерных вязанных цинковоздушных батарей.Adv. Матер. 30, 1703657. 10.1002 / adma.201703657 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Лю С., Хань В., Цуй Б., Лю Х., Чжао Ф., Стюарт Дж. И др. (2017). Новый перезаряжаемый воздушно-цинковый аккумулятор с расплавленным солевым электролитом. J. Источники энергии 342, 435–441. 10.1016 / j.jpowsour.2016.12.080 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ма Л., Чен С., Ван Д., Ян К., Мо Ф., Лян Г. и др. (2019). Суперэластичные воздушно-цинковые батареи на основе щелочно-толерантного двухсетевого гидрогелевого электролита.Adv. Energy Mater. 9: 1803046 10.1002 / aenm.201803046 [CrossRef] [Google Scholar]
  • MacKenzie J. D., Ho C. (2015). Перспективы накопления энергии для гибких электронных систем. П. IEEE 103, 535–553. 10.1109 / JPROC.2015.2406340 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Майнар А. Р., Ируин Э., Кольменарес Л. К., Кваша А., де Меатза И., Бенгоэча М. и др. (2018). Обзор достижений электролитов для вторичных воздушно-цинковых батарей и других систем хранения на основе цинка. J. Хранение энергии 15, 304–328.10.1016 / j.est.2017.12.004 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Майнар Р. А., Леонет О., Бенгоэча М., Бояно И., де Меатза И. и др. (2016). Водно-щелочные электролиты для вторичных цинково-воздушных батарей: обзор. Int. J. Energy Res. 40, 1032–1049. 10.1002 / er.3499 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Масри М. Н., Мохамад А. А. (2013). Эффект добавления технического углерода к пористому цинковому аноду в воздушно-цинковой батарее. J. Electrochem. Soc. 160, A715 – A721. 10.1149 / 2.007306jes [CrossRef] [Google Scholar]
  • Мяо Х., Чен Б., Ли С., Ву Х., Ван К., Чжан К. и др. (2020). Полностью твердотельный гибкий воздушно-цинковый аккумулятор с полиакриламидным щелочно-гелевым электролитом. J. Источники энергии 450: 227653 10.1016 / j.jpowsour.2019.227653 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Pan Z., Yang J., Zang W., Kou Z., Wang C., Ding X., et al. (2019). Полностью твердотельный губчатый сжимаемый воздушно-цинковый аккумулятор. Материя хранения энергии. 23, 375–382. 10.1016 / j.ensm.2019.04.036 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Park J., Park M., Nam G., Lee J.С., Чо Дж. (2015). Полностью твердотельная гибкая воздушно-цинковая батарея кабельного типа. Adv. Матер. 27, 1396–1401. 10.1002 / adma.201404639 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Паркер Дж. Ф., Червин С. Н., Нельсон Э. С., Ролисон Д. Р., Лонг Дж. У. (2014). Трехмерная разводка цинка меняет характеристики батареи — цикл без дендритов. Energy Environ. Sci. 7, 1117–1124. 10.1039 / C3EE43754J [CrossRef] [Google Scholar]
  • Pedicini C., Sieminski D. P., Skeggs L. T., Young J. E., Cherry E. C. (1996).Система управления воздухом для рециркуляции реагирующего воздуха в металло-воздушной батарее. Патент США № 5,560,999. Вашингтон, округ Колумбия: Патентная заявка Управления по патентам и товарным знакам США. [Google Scholar]
  • Педикни С. С. (2002). Воздушная заслонка, реагирующая на нагрузку, для электрохимической ячейки. Патент США №6,350,537. Вашингтон, округ Колумбия: заявка на патент в Ведомстве США по патентам и товарным знакам. [Google Scholar]
  • Пей П., Ван К., Ма З. (2014). Технологии продления срока службы цинково-воздушных аккумуляторов: обзор. Appli.Энергия 128, 315–324. 10.1016 / j.apenergy.2014.04.095 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Позо-Гонсало К., Вирджилио К., Ян Ю., Хоулетт П. К., Бирн Н., Макфарлейн Д. Р. и др. (2014). Повышенная эффективность ионных жидкостей на основе фосфония в отношении реакции восстановления кислорода с 4 электронами при добавлении слабого источника протонов. Электрохим. Commun. 38, 24–27. 10.1016 / j.elecom.2013.10.004 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Шредер Д., Боркер Н. С., Кениг М., Кревер У. (2015). Характеристики воздушно-цинковых батарей с добавлением K 2 CO 3 в щелочном электролите.J. Appl. Электрохим. 45, 427–437. 10.1007 / s10800-015-0817-0 [CrossRef] [Google Scholar]
  • См. Д. М., Уайт Р. Э. (1997). Температурная и концентрационная зависимость удельной проводимости концентрированных растворов гидроксида калия. J. Chem. Англ. Данные 42, 1266–1268. 10.1021 / je970140x [CrossRef] [Google Scholar]
  • Шинде С.С., Ли К.Х., Юнг Дж.-Й., Ваг Н.К., Ким С.-Х., Ким Д.-Х. и др. (2019). Презентация двухзвенных металлоорганических каркасов из гексаиминобензола в 3D для создания долговечных усовершенствованных обратимых Zn-воздушных батарей.Energy Environ. Sci. 12, 727–738. 10.1039 / c8ee02679c [CrossRef] [Google Scholar]
  • Саймонс Т., Торриеро А., Хоулетт П., Макфарлейн Д. Р., Форсайт М. (2012). Высокая плотность тока, эффективное циклирование Zn 2+ в ионной жидкости дицианамида 1-этил-3-метилимидазолия: влияние концентрации соли и воды Zn 2+ . Электрохим. Commun. 18, 119–122. 10.1016 / j.elecom.2012.02.034 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Tan P., Chen B., Xu H., Zhang H., Cai W., Ni M., и другие. (2017). Гибкие Zn- и Li-air аккумуляторы: последние достижения, проблемы и перспективы на будущее. Energy Environ. Sci. 10, 2056–2080. 10.1039 / c7ee01913k [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ван К., Пей П., Ма З., Сюй Х., Ли П., Ван X. (2014). Контроль морфологии регенерации цинка для воздушно-цинковых топливных элементов и батарей. J. Источники энергии 271, 65–75. 10.1016 / j.jpowsour.2014.07.182 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ван В., Тан М., Чжэн З., Чен С. (2019). Ультратонкий, гибкий и высокопроизводительный твердотельный Zn-воздушный аккумулятор на основе щелочно-полимерной мембраны.Adv. Energy Mater. 9, 1803628 10.1002 / aenm.201803628 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Wang X., Sunarso J., Lu Q., Zhou Z., Dai J., Guan D., et al. . (2020). Высокопроизводительный бифункциональный кислородный электрокатализатор из платино-перовскитового композитного материала для аккумуляторных Zn-воздушных батарей. Adv. Energy Mater. 10: 1

    1. 10.1002 / aenm.201

    1 [CrossRef] [Google Scholar]

  • Ву Г., Лин С., Ян К. (2006). Щелочные Zn-воздушные и Al-воздушные ячейки на основе новых твердотельных полимерных электролитных мембран ПВС / ПАА. Дж.Membr. Sci. 280, 802–808. 10.1016 / j.memsci.2006.02.037 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Xiang H., Yin B., Wang H., Lin H., Ge X., Xie S., et al. (2010). Улучшение электрохимических свойств электролита на основе ионной жидкости комнатной температуры (RTIL) для литий-ионных аккумуляторов. Электрохим. Acta 55, 5204–5209. 10.1016 / j.electacta.2010.04.041 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Xu L., Liu J., Chen P., Wang Z., Tang D., Liu X., et al. (2020). Мощные водные батареи Zn-h3O2 для широкого применения.Cell Rep. Phys. Sci. 1: 100027 10.1016 / j.xcrp.2020.100027 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Сюй М., Айви Д., Се З., Цюй В. (2015). Перезаряжаемые Zn-воздушные батареи: прогресс в разработке электролитов и улучшении конфигурации элементов. J. Источники энергии 283, 358–371. 10.1016 / j.jpowsour.2015.02.114 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Xu N., Zhang Y., Wang M., Fan X., Zhang T., Peng L., et al. (2019). Высокопроизводительные перезаряжаемые / гибкие воздушно-цинковые батареи с координированным иерархическим биметаллическим электрокатализатором и гетероструктурной анионообменной мембраной.Нано Энергия 65: 104021 10.1016 / j.nanoen.2019.104021 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ян З., Ван Э., Цзян Л., Сунь Г. (2015). Превосходная циклическая стабильность и высокая производительность трехмерных электродов из вспененного цинка / меди для щелочных батарей на основе цинка. RSC Adv. 5, 83781–83787. 10.1039 / C5RA16264E [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ян Х., Цао Ю., Ай Х., Сяо Л. (2004). Повышенная разрядная способность и подавление пассивации поверхности цинкового анода в разбавленном щелочном растворе с использованием добавок поверхностно-активных веществ.J. Источники энергии 128, 97–101. 10.1016 / j.jpowsour.2003.09.050 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Yu M., Wang Z., Hou C., Wang Z., Liang C., Zhao C., et al. . (2017). Легированный азотом Co 3 O 4 массивы мезопористых нанопроволок в качестве воздушного катода без добавок для гибких твердотельных воздушно-цинковых батарей. Adv. Матер. 29: 1602868. 10.1002 / adma.201602868 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Целлер Р. А. (2011). Влияние внешней и внутренней активности протонов на механизм восстановления кислорода в ионных жидкостях.(Темп, Аризона: Государственный университет Аризоны, ProQuest Dissertations Publishing;). [Google Scholar]
  • Чжун X., Yi W., Qu Y., Zhang L., Bai H., Zhu Y., et al. (2020). Одноатомный атом Co закреплен на Co3O4 и активированном угле, легированном азотом, в направлении бифункционального катализатора для воздушно-цинковых батарей. Прил. Катал., B 260, 118188 10.1016 / j.apcatb.2019.118188 [CrossRef] [Google Scholar]
  • Zhu L., Zheng D., Wang Z., Zheng X., Fang P., Zhu J., et al. . (2018). Стратегия ограничения для стабилизации бифункциональных катализаторов на основе ZIF в качестве эталонного катода гибких твердотельных цинково-воздушных батарей.Adv. Матер. 30: e1805268. 10.1002 / adma.201805268 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

Оптимизация проводимости и псевдоемкости биметаллических анодов на основе сульфида индия и сурьмы для натрий-ионных аккумуляторов с благоприятной кинетикой

Abstract

Перспективы использования сульфидов металлов -Ионы из-за их высокой теоретической емкости. Однако их плохая циклическая стабильность и скоростные характеристики препятствуют их дальнейшему развитию. Чтобы избежать этих проблем, в документе 2 S 3 вводится Sb 2 S 3 для улучшения его электрохимических свойств за счет оптимизации его кристаллической структуры и механизма накопления натрия.Гетероструктура, состоящая из In 2 S 3 и Sb 2 S 3 , демонстрирует уникальную морфологию муравьинных микросфер, которые обеспечивают многочисленные каналы для быстрого переноса ионов натрия, большую площадь поверхности для эффекта высокой псевдоемкости и достаточно пустот, чтобы уменьшить объемное расширение. Натрий-ионная батарея, содержащая биметаллический сульфидный анод, демонстрирует высокую обратимую емкость 400 мА · ч г -1 и длительный срок службы около 1000 циклов. Точно так же высокая емкость ≈610 мА ч г -1 достигается для литий-ионной батареи, содержащей анод.Во время содиации / десодиации синергетический эффект In 2 S 3 и Sb 2 S 3 усиливает электронную проводимость и поддерживает структуру хозяина, предотвращая коллапс. Циклические и скоростные характеристики анода In 2 S 3 –Sb 2 S 3 дополнительно улучшаются за счет обертывания электрода углеродными нанотрубками. Даже при высокой плотности тока 3,2 А г -1 эта углеродная композитная структура все еще показывает емкость около 355 мА ч г -1 .

Ключевые слова: аноды, гетероструктуры, Sb 2 S 3 , натрий-ионные батареи

1. Введение

Натрий-ионные батареи (SIB) рассматриваются как потенциальные альтернативы литий-ионным батареям (LIB) , а в последние годы разработка катода, анода и электролита SIB быстро продвигалась. 1 , 2 , 3 , 4 Например, слоистые оксиды переходных металлов, 5 полианионные соединения, 6 и берлинская лазурь и ее аналоги 7 получили большое внимание для использования в SIB, потому что их стабильных электрохимических свойств и легкости синтеза.Кроме того, были разработаны различные электролиты 8 и добавки 9 для обеспечения безопасных SIB с высокой плотностью энергии. В усилиях по дальнейшему повышению эффективности накопления энергии и безопасности SIB сульфиды металлов показали себя многообещающими в качестве анодов из-за их высокой удельной емкости и рабочего напряжения. 10 , 11 , 12 Среди сульфидов металлов Sb 2 S 3 демонстрирует сверхвысокую теоретическую емкость 946 мА ч г -1 , соответствующую переносу 12 моль электронов и ионов натрия ( Na + ). 13 Тем не менее, этот материал имеет много недостатков, которые необходимо устранить, прежде чем его можно будет использовать на практике. Во-первых, введение Na + вызывает огромное объемное расширение, которое превращает электродные материалы в порошок. 14 В частности, реакция легирования между Na + и металлической сурьмой с образованием Na 3 Sb может вызвать бурный рост до ≈400% от первоначального объема. 15 , 16 Во-вторых, скорость введения / извлечения Na + ограничена его медленной диффузией в объеме Sb 2 S 3 и небольшой площадью контакта между электролитом и основным электродом. 10 Таким образом, реальные батареи с анодами из чистого Sb 2 S 3 , вероятно, будут иметь низкую удельную мощность и плохую стабильность при циклической работе. В-третьих, низкая электронная проводимость Sb 2 S 3 менее 1 × 10 −5 См см −1 препятствует быстрому переносу электронов в его электродах. 17

Были использованы различные модификации, чтобы попытаться преодолеть вялую кинетику и большое изменение объема, связанное с хранением Na + в электродах Sb 2 S 3 .Одним из эффективных способов улучшения кинетики реакции электродов Sb 2 S 3 является создание новых наноструктур с коротким диффузионным расстоянием для Na + и большими границами раздела между электролитом и электродом. 18 Например, подобный цветку анод Sb 2 S 3 , самособранный из нанолистов, показал улучшенные электрохимические свойства по сравнению с массивным Sb 2 S 3 , что было приписано эффективной объемной буферизации. и Na + транспорт. 19 Примечательно, что кинетика окисления электрода Sb 2 S 3 подвержена действию одномерной силы Ван-дер-Ваальса. 20 Из-за такого поведения 1D стержневой Sb 2 S 3 с дальним порядком решетки и наноразмерным эффектом показал хорошую кинетику переноса заряда и высокую удельную поверхность. 21 Высокопроизводительные электроды Sb 2 S 3 также могут изготавливаться путем комбинации с углеродными материалами. Например, выращивание на месте Sb 2 S 3 на многослойных углеродных нанотрубках (MCNT) позволило получить материалы с высокой емкостью и хорошей стабильностью благодаря трехмерным пористым сеткам MCNT. 22 Zhao and Manthiram 23 использовали Sb 2 S 3 , залитый графитом, в качестве долговечного высокопроизводительного анода для SIB. Графит не только действует как проводящая матрица, но также обеспечивает буфер между наночастицами Sb 2 S 3 , уменьшая объемное расширение. Xiong et al. показали, что листы графена, легированного серой, могут быть плотно соединены с Sb 2 S 3 , обеспечивая высокую электронную проводимость и защищая промежуточные продукты Sb и Na 3 Sb. 24

Основываясь на предыдущих отчетах о легировании анодов, многообещающей стратегией улучшения как структурной стабильности, так и электронной проводимости является создание интерметаллидов M — (Sn, Sb, Ge и т. компонент в системе. 25 , 26 , 27 После первого цикла интерметаллиды превращаются в композит M и активных сплавов. M не только действует как буферный слой между фазами сплава Na, но также образует проводящую сеть, обеспечивающую быстрый перенос электронов в электроде.Следовательно, M (Al, Cu, Mo, Bi и т. Д.) Можно ввести в электроды Sb 2 S 3 для улучшения их характеристик. 28 , 29 Электрод, состоящий из твердого раствора Bi 2 S 3 и Sb 2 S 3 , показал высокое сохранение емкости 79% после 200 циклов, что можно отнести к синергетическому эффекту. действие этих двух компонентов. 30 Недавно было показано, что образование сплава Bi-Sb в процессе циклирования может способствовать обратимости накопления Na + , что может обеспечить новую стратегию создания биметаллических сульфидов. 31 Помимо структуры твердого раствора, были разработаны многие виды гетероструктур для улучшения кинетики реакции за счет эффекта встроенного электрического поля. 32 Например, гетероструктура SnS / SnO 2 обеспечивает выдающуюся долговечность при высокой плотности тока благодаря своим улучшенным свойствам электронного переноса по сравнению с таковыми только SnO 2 . 33

В этом исследовании мы формируем гетероструктуру In 2 S 3 и Sb 2 S 3 (обозначенную как I – S), которая демонстрирует синергетически улучшенные электрохимические свойства с помощью простого синтетического пути.I – S содержит обильные поры и довольно высокую удельную поверхность, которые не только улучшают динамику накопления Na + материала за счет сильного эффекта псевдоемкости, но также обеспечивают пространство для расширения объема во время процесса хранения. Ионы индия (III) (In 3+ ), введенные в Sb 2 S 3 , влияют на окончательную структуру I – S, поскольку они вызывают рост кристаллов. Более того, низкая обратимость реакции превращения между In 2 S 3 и электрохимически инертным In приводит к образованию буферного слоя In, который подавляет объемное расширение.Чтобы построить трехмерную проводящую сеть, мы готовим композит из MCNT и I – S частиц (обозначенных как I – S @ MCNT).

2. Результаты и обсуждение

Образец I – S исследовали методом сканирующей электронной микроскопии (SEM). Рисунок а показывает, что I – S состояли из пористых микросфер. Более пристальное наблюдение (рисунок b) показало, что иерархические сферы были собраны из скомканных нанолистов толщиной 5-8 нм, которые обеспечивали открытые каналы для достаточной инфильтрации электролита и быстрого переноса Na + .Изображение поперечного сечения микросфер I – S (рис. C) иллюстрирует, что они содержат много промежутков в их центрах, которые могут выдерживать расширение объема во время хранения Na + . Подробную морфологию и кристаллическую структуру I – S наблюдали с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) и просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ПЭМВР). На рисунке d показана полная сфера I – S, которая имеет пористую структуру и большую удельную поверхность, что может быть связано с ее муравьиной структурой, как показано на вставке.Увеличенное изображение на рисунке e показывает, что наноканалы связаны, что должно способствовать транспортировке Na + . Картины дифракции электронов на выбранной площади (SAED), полученные от различных областей частицы (Рисунок f), содержат характерные сигналы от плоскостей кристаллов (104), (116), (212) и (200) In 2 S 3 и Sb 2 S 3 . 21 , 34 Как показано на изображении HRTEM и соответствующем изображении быстрого преобразования Фурье (FFT) (Рисунок g), каждый однослойный I – S лист состоит из Sb 2 S 3 , с сигналами, наблюдаемыми от Плоскости (013) и (211), а также In 2 S 3 , с обнаруженными сигналами от плоскостей (104) и (110), которые связаны областями дислокаций.Изображение FFT дополнительно подтвердило иерархическую структуру I – S, состоящую из различных кристаллических систем. Эти результаты показывают, что фазы Sb 2 S 3 и In 2 S 3 были прочно связаны химическими связями. 24 Кроме того, различные кристаллические плоскости этих двух соединений были связаны между собой мезофазными областями, чтобы сформировать однородную гетероструктуру, как показано на рисунке S1 вспомогательной информации.

a – c) СЭМ-изображения и г – е) ПЭМ-изображения муравьиноподобных I – S микросфер с разным увеличением и перспективой; вставки на панелях f представляют собой образцы SAED локальных территорий.g) Изображение HRTEM и соответствующий шаблон быстрого преобразования Фурье (БПФ) I – S образца. h) Отображение изображений EDX элементов In, Sb и S с соответствующим изображением HAADF. i) EDS-картина образца I – S с соответствующим SEM-изображением. j) Гистограмма распределения частиц по размерам образца I – S. л) N 2 изотермы адсорбции-десорбции и анализ размера пор I – S образца.

Центральное изображение I – S в темном поле на рисунке h показывает отчетливую сетчатую структуру с четко определенными границами, демонстрирующую высокую кристалличность образца I – S, которая была достигнута без энергоемкого обжига.Как показано на соответствующих энергодисперсионных рентгеновских картах (EDX), распределения In, Sb и S указывают на формирование однородных наночастиц I – S, содержащих сильные химические связи, а наличие пустот подтверждает наличие большого количества внутренних поры. Точное содержание In, Sb и S в образце I – S было подтверждено с помощью энергодисперсионной спектроскопии (EDS) (рисунок i) и атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-AES) (таблица S1, вспомогательная информация). Состав I – S можно описать как In 0.63 Sb 1,37 S 3 . Кроме того, образование композита не изменило элементного содержания I – S (In 0,66 Sb 1,34 S 3 @MCNTs). Обратите внимание, что сферические микрочастицы I – S (рис. J) обеспечивают высокую объемную плотность энергии, поскольку они плотно упакованы. Как показано на изотермах адсорбции-десорбции N 2 на рисунке k, образец I-S имел площадь поверхности Брунауэра-Эмметта-Теллера (БЭТ) 66,87 м 2 г -1 , что заметно лучше по сравнению с с массивным Sb 2 S 3 из-за его новой муравьиной структуры.Между тем, средний размер пор I – S был менее 15 нм, а его общий объем пор составлял 0,353 см 3 г -1 (т.е. пористость ≈74%), что указывает на мезопористую структуру. Дальнейший анализ размера пор показал, что частицы I – S имели как микропористую, так и мезопористую структуру. Таким образом, электролит может полностью контактировать с поверхностью и промежутком между I – S, что сокращает расстояние распространения Na + .

Низкая скорость передачи электронов сульфидов обычных металлов может вызвать замедленную кинетику реакции.Чтобы избежать этой проблемы, мы составили образец I – S со сверхмелкозернистыми МУНТ путем выращивания in situ. Как показано на рисунке S2a вспомогательной информации, композиты I – S @ MCNT содержат тесно связанные I – S и MCNT, образуя трехмерную проводящую сеть, которая может повысить скорость передачи электронов и ионов и предотвратить агломерацию частиц. Между тем, равномерное распределение In, Sb и S в наночастицах показывает, что формирование композита не изменило исходных свойств материала I – S (рис. S2b, дополнительная информация).

На основании дополнительных экспериментов и предыдущих отчетов 21 , 34 , 35 прогнозируется, что образование сульфидов сурьмы и индия с различной морфологией будет происходить с помощью процесса, показанного на схеме Схема , имеющий шесть ступеней. В начале жидкофазной реакции катионы металлов (Sb 3+ и In 3+ ) и анионы серы (S 2-) объединяются с образованием In 2 S 3 и Sb 2 S 3 ядер соответственно.По мере увеличения температуры и давления в автоклаве из нержавеющей стали зародыши кристаллов постепенно растут в определенном направлении, образуя нанолисты вдоль граней с низкой энергией образования, что регулируется этандиольным растворителем и взаимодействием между In 2 S 3 и Sb 2 S 3 частиц. 36 Аналогичным образом стержнеобразный Sb 2 S 3 был получен в растворе без In 3+ (рисунок S3a, вспомогательная информация), тогда как цветочно-подобный In 2 S 3 был получен в решение без Sb 3+ при тех же условиях (рисунок S3b, дополнительная информация).Когда реакция поддерживалась при высокой температуре достаточно долго, свернутые нанолисты, включающие фазы Sb 2 S 3 и In 2 S 3 , собирались электростатическими силами в пористые сферы с большой удельной поверхностью: это муравьиные конструкции. Чтобы улучшить перенос электронов между изолированными I – S частицами, мы составили их с МУНТ, которые не изменили их пористую сферическую морфологию.

Схематическое изображение маршрутов самосборки стержневидных Sb 2 S 3 , цветочных In 2 S 3 и муравьиноподобных частиц I – S.

Рентгенограммы (XRD) I – S и I – S @ MCNT ( Рисунок a) показаны пики от обоих In 2 S 3 с ромбоэдрической структурой и Sb 2 S 3 с орторомбической структурой, что указывает на составную фазу In 2 S 3 и Sb 2 С 3 . Пики при 2θ 29,3 °, 32,3 ° и 35,5 ° могут быть хорошо проиндексированы по кристаллическим плоскостям (211), (221) и (240) Sb 2 S 3 (Рисунок S4, вспомогательная информация) , соответственно. 21 Между тем пики при 26,6 °, 28,7 ° и 33,3 ° соответствуют кристаллическим плоскостям (110), (101) и (102) In 2 S 3 соответственно. 37 Можно сделать вывод, что фаза Sb 2 S 3 находится в пространственной группе Pbnm и что фаза In 2 S 3 находится в пространственной группе P3m1 . I – S был успешно скомпонован с MCNT, что подтверждается дифракционным пиком при 25,6 ° на картине, полученной для I – S @ MCNT, которая соответствует кристаллической плоскости (002) MCNT.Сосуществование Sb 2 S 3 и In 2 S 3 в I – S @ MCNT было дополнительно подтверждено рамановской спектроскопией (рисунок S5, подтверждающая информация). Пики, наблюдаемые при 266 и 312 см –1 , соответствуют колебаниям гомополярных связей Sb – Sb и In – In соответственно. 38

a) Рентгенограммы образцов MCNT, I – S и I – S @ MCNT. б) ТГ-кривые образцов ISS и ISS @ MCNTs. c) Спектр обзора XPS и d) Sb 3d, e) In 3d и f) Спектры S 2p XPS высокого разрешения композита I – S @ MCNTs.

Термогравиметрический анализ (ТГА) был выполнен на воздухе для подтверждения содержания углерода в композите I – S @ MCNT. Как показано на рисунке b, кривые ТГА I – S и I – S @ MCNT показали потерю веса около 20,9% и 29,9% соответственно в диапазоне температур 100–700 ° C. Эти потери веса происходят из-за двух реакций: (1) превращения сульфидов индия и сурьмы в их оксиды, которое произошло в обоих образцах; 39 и (2) газ, полученный в результате сжигания МУНТ, которое произошло только для I – S @ MCNT.Содержание MCNT, определенное по результатам ТГА, составляет ≈9,0%, что является разумным значением для достижения баланса между плотностью энергии и проводимостью.

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) использовалась для проверки присутствия In, Sb, S, C и O в I – S @ MCNT, как показано на рисунке c. В спектре Sb 3d (рисунок d) характеристические пики при 529,8 и 539,2 эВ отнесены к Sb 3d 5/2 и Sb 3d 3/2 соответственно, что указывает на присутствие Sb 3+ .Кроме того, пик O 1s появляется в спектре Sb 3d, который, вероятно, происходит от кислородсодержащих функциональных групп на MCNT. Эти функциональные группы могут эффективно улучшать способность материала накапливать натрий за счет окислительно-восстановительных реакций на поверхности. 22 Характеристические пики при 445,1 и 452,6 эВ на рисунке e соответствуют сигналам In 3d 5/2 и In 3d 3/2 In 3+ соответственно. 37 Спектр S 2p (рисунок f) показывает пики около 161.5 и 162,9 эВ, которые мы приписываем S 2p 3/2 и S 2p 1/2 соответственно. Этот спектр можно дополнительно сопоставить с четырьмя пиками, происходящими от атомов S в различных функциональных группах, включая одиночные дублеты от связей S-Sb и In-Sb. Между тем, химическое взаимодействие между МУНТ и I – S подтверждено наличием сигнала от связей S = C = S. 40 Как показано на рисунке S6 вспомогательной информации, сигнал, соответствующий двойным связям в спектре C 1s, также указывает на комбинацию I – S и MCNT.Все измеренные физико-химические свойства образцов I – S и I – S @ MCNT позволяют предположить, что они содержат гетероструктуру In 2 S 3 и Sb 2 S 3 с муравьиной структурой.

Электрохимические характеристики электрода I – S @ MCNT оценивали путем измерения кривых гальваностатического заряда / разряда. Как показано на рисунке Рисунок а, электрод показал обратимую зарядную емкость 470 мА · ч · г -1 при плотности тока 200 мА · г -1 , с высокой кулоновской эффективностью, превышающей 98% после 13 циклов.Вклад МУНТ в общую емкость электрода I – S @ MCNT был очень ограничен (рисунок S7a, вспомогательная информация) из-за их низкой электрохимической активности (рисунок S7b, вспомогательная информация) и небольшого содержания в электроде. Эталонный неизолированный электрод Sb 2 S 3 показал быстрое снижение емкости, как показано на рисунках S8a и S9a вспомогательной информации. Предполагается, что синергетический эффект Sb 2 S 3 и In 2 S 3 увеличивает циклическую стабильность электрода I – S @ MCNT.Более низкая удельная емкость электрода I – S @ MCNT по сравнению с электродом Sb 2 S 3 может быть объяснена образованием инертных компонентов в процессе циклирования, которые потребляли определенное количество активных компонентов.

a) Циклические характеристики I – S и I – S @ MCNT электродов. б) Кривые заряда / разряда I – S и I – S @ MCNT в диапазоне напряжений 0,01–2,5 В при плотности тока 200 мА г –1 . в) Оцените характеристики электродов I – S и I – S @ МУНТ.г) Кривые заряда / разряда I – S @ MCNT при различных плотностях тока. д) Длительный цикл работы электрода I – S @ MCNTs, испытанного при плотности тока 400 мА г -1 , на вставке гистограмма сохранения емкости.

Профили заряда / разряда электрода I – S @ MCNT во время первого цикла (рисунок b) аналогичны кривым циклической вольтамперометрии (CV) и могут быть разделены на четыре части, которые демонстрируют последовательный процесс накопления натрия с интеркаляцией. , конверсия и легирование.Обратите внимание, что как Sb 3+ , так и In 3+ показали электрохимическую активность в реакции накопления натрия, что означает, что две пары Na + могут быть захвачены во время процесса введения и экстракции. Однако натриение и десодиация In 2 S 3 (рисунок S10, вспомогательная информация) происходят при потенциалах, близких к потенциалам Sb 2 S 3 . Впоследствии компоненты, содержащие In, постепенно превращались в инертные компоненты, что приводило к существованию только одной группы пиков окислительно-восстановительного потенциала на кривых CV.Кроме того, плато напряжения в профилях заряда / разряда после 100 циклов идеально сохранялось без увеличения напряжения поляризации. Однако увеличение поляризационного напряжения между кривыми заряда и разряда электрода In 2 S 3 (рисунок S9b, вспомогательная информация) может быть непосредственной причиной его плохих циклических характеристик.

Электрод I – S @ MCNT показал пропускную способность до 3,2 А г –1 , как показано на рисунке c.Обратимые емкости стабилизировались около 467, 452, 431 и 402 мАч g -1 при плотностях тока 200, 400, 800 и 1600 мА g -1 соответственно. Удельная емкость 355 мА г -1 была получена при сверхвысокой плотности тока 3,2 А г -1 . Когда плотность тока вернулась к 200 мА · ч · -1 , емкость полностью восстановилась до 454 мА · ч · г -1 после 40 циклов. На рисунках S8b и S9c вспомогательной информации сравниваются емкости электродов I – S @ MCNT, Sb 2 S 3 и In 2 S 3 при различных плотностях тока, что свидетельствует о значительно улучшенных скоростных характеристиках электродов Электрод I – S @ MCNT по сравнению с другими электродами.

По мере увеличения плотности тока с 200 до 3200 мА г -1 профили заряда и разряда электрода I – S @ MCNT (рис. D) остались схожими, что свидетельствует о высокой скорости миграции композита, обернутого MCNT. Na + и электронов (Рисунок S11, Дополнительная информация). Однако начальные напряжения профилей разряда и заряда электрода In 2 S 3 (рисунок S9d, вспомогательная информация) сильно различались при 1.58 и 0,1 В соответственно, что значительно отклоняется от заданных значений. После 1000 циклов (рисунок е) электрод In 2 S 3 все еще показал значительную емкость ≈400 мА ч г -1 при плотности тока 400 мА г -1 , сохранив 84,2% своей начальная емкость заряда. Циклическая стабильность и быстродействие электрода I – S @ MCNT и других электродов на основе Sb 2 S 3 сравниваются в таблице S2 (вспомогательная информация), что свидетельствует о значительном улучшении электрохимических свойств, достигнутых для I – S. @MCNT электрод.Композит In 2 S 3 –Sb 2 S 3 играет решающую роль в улучшении длительной циклируемости и скоростных характеристик электрода I – S @ MCNT.

Электрод I – S @ MCNT также продемонстрировал выдающиеся характеристики в качестве анода для LIB (рисунок S12a, вспомогательная информация), обеспечивая обратимую емкость заряда 613 мА ч г -1 после 100 циклов. Профили заряда / разряда электрода I – S @ MCNT в LIB (рис. S12b, дополнительная информация) указывают на процесс хранения лития, аналогичный процессу хранения натрия, состоящий из реакций интеркаляции, преобразования и сплавов.После длительного цикла мы измерили кривые метода гальваностатического прерывистого титрования (GITT) для электрода I – S @ MCNT (рисунок S13a, дополнительная информация), которые показали, что его профили заряда / разряда были близки к термодинамическому равновесию. 23 , 41 Высокий средний потенциал накопления натрия электрода I – S @ MCNT (выше 0,5 В) предотвращает опасность натриевых дендритов, что делает его безопасным анодом для SIB. Результаты GITT показали, что электрод I – S @ MCNT демонстрирует значительные коэффициенты химической диффузии даже после 600 циклов (рисунок S13b, подтверждающая информация), что приводит к высокой ионной проводимости.

Была проведена серия электрохимических экспериментов для исследования кинетики накопления Na + электрода I – S @ MCNT. Как показано на вставке к Рисунок а, на ВАХ первого цикла наблюдается большой пик восстановления в области потенциала 0,65–1,35 В, что указывает на формирование межфазной пленки твердого электролита на поверхности электрода. Одновременно с этой необратимой реакцией пассивации Na + внедрялся в структуру хозяина I – S.Реакция превращения между Na 2 S, Sb, In и I – S затем произошла около 0,5 В. Очевидный пик восстановления при 0,2–0,4 В может быть результатом превращения и легирования во время образования Na x Sb . 24 , 37 Сканирование в обратном направлении дало четыре анодных пика, относящихся к обратимой экстракции натрия. Однако пики окислительно-восстановительного потенциала в более поздних циклах сильно отличались от пиков первого цикла. Мы связываем эту разницу с изменением состава электрода при циклировании.Среди этих пиков те, которые обозначены как I и V; II и VI; и III, IV, VII и VIII относятся к реакциям внедрения, превращения и легирования Na соответственно. Острые пики окислительно-восстановительного потенциала при более низком потенциале возникают из-за накопления натрия в МУНТ. 42 Хорошая воспроизводимость кривых CV во время непрерывной зарядки и разрядки показывает, что электрод имеет как сильно обратимую структуру, так и реакционную активность.

Кинетический анализ накопления натрия в электроде I – S @ MCNTs: а) ВАХ электрода I – S @ MCNTs во 2-м, 3-м и 4-м циклах, первый цикл описан на вставке.б) ВАХ электрода I – S @ MCNTs при различных скоростях развертки от 0,1 до 5 мВ с –1 . c) Линейный график зависимости между log (Ip) и log (v) как для анодного, так и для катодного сканирования электрода I – S @ MCNTs. d) Емкостный вклад (желтая область) и вклад диффузии (фиолетовая область) для рабочего тока, полученные при скорости сканирования 0,5 мВ с -1 . e) Нормализованный коэффициент вкладов емкостной емкости при различных скоростях сканирования. е) EIS электрода I – S @ MCNTs после соответствующих скоростей сканирования.

Чтобы исследовать механизм накопления натрия в электроде I – S @ MCNT, мы измерили кривые CV при разных скоростях сканирования, которые выявили две пары окислительно-восстановительных пиков (рисунок b). Катодный пик A соответствует внедрению Na + в слоистую структуру Sb 2 S 3 . Соответственно, анодный пик D соответствует деинтеркаляции Na + из Sb 2 S 3 . Пики B и C возникают в результате реакций превращения и легирования с аналогичными потенциалами.Эти четко определенные пики окислительно-восстановительного потенциала показывают, что реакции натрирования и десодиации на электроде одинаковы при разных скоростях сканирования. Как показано в предыдущей работе, 43 , 44 емкостные вклады на поверхности электрода в общую емкость накопления натрия могут быть качественно подтверждены путем оценки взаимосвязи между скоростью сканирования ( v ) и зарегистрированным током ( i ). ) из кривых CV, измеренных при различных скоростях развертки

Здесь наклон b , определенный линейной зависимостью между log v и log i , описывает процесс накопления ионов в электроде.Для процесса, управляемого диффузией, b приближается к 0,5, тогда как оно приближается к 1 для процесса с преобладанием емкости. Таким образом, высокие значения b электрода I – S @ MCNT (0,771, 0,774, 0,8 и 0,9 для пиков A, B, C и D соответственно) демонстрируют его благоприятную емкостную кинетику (рисунок c). Псевдоемкостные характеристики электрода отражаются в медленном изменении нормированной емкости при увеличении скорости сканирования с 0,1 до 1 мВ с -1 (Рисунок S14, Дополнительная информация).

Токовый отклик при определенном потенциале имеет вклад от диффузионного внедрения и поверхностных емкостных эффектов

Здесь k 1 v и k 2 в 1/2 представляют вклады в ток от процесса с преобладанием емкости и процесса, управляемого интеркаляцией, соответственно. Значения к 1 и к 2 можно однозначно определить при фиксированном потенциале.Вклад интеркаляции является доминирующим вблизи диапазона напряжений окислительно-восстановительного пика, где окислительно-восстановительные реакции Sb 3+ / Sb 0 и In 3+ / In 0 могут способствовать диффузии натрия. 45 Следовательно, соответствующий вклад тока для процесса с преобладанием псевдоемкости может быть количественно рассчитан на основе потенциала. На рисунке d показано соотношение между общим накопленным зарядом и емкостным накопленным зарядом, что означает 60.9% от общего заряда является емкостным при скорости сканирования 0,5 мВ с -1 . Кроме того, были рассчитаны отношения емкостного вклада при других скоростях сканирования, как показано на рисунке e. Емкостный вклад сильно зависит от скорости сканирования, увеличиваясь с 52,1% от общей емкости при 0,1 мВ с -1 до максимума 73,4% при 5 мВ с -1 . Таким образом, мы делаем вывод, что выдающиеся быстродействующие характеристики электрода I – S @ MCNT происходят из его эффекта псевдоемкости, который возникает из-за его большой площади поверхности и большого количества пор, которые обеспечивают множество активных центров и быструю кинетику накопления натрия.

Повышенная кинетика реакции электрода I – S @ MCNT, вызванная сотовой структурой и высокой проводимостью MCNT, также была подтверждена с помощью спектроскопии электрохимического импеданса (EIS), как показано на рисунке f. Кривая EIS состояла из плоского полукруга в высокочастотной области и изогнутой линии в низкочастотной области. Согласно эквивалентной схеме, предложенной в другом отчете, 46 поверхностное сопротивление и сопротивление переносу заряда электрода I – S @ MCNT при различных скоростях сканирования были подтверждены как низкие (в диапазоне 200–300 Ом), что указывает на превосходные характеристики электронного транспорта и реакции по сравнению с таковыми у электрода In 2 S 3 (Рисунок S15, Дополнительная информация).

Мы подробно исследовали механизм накопления натрия в электроде I – S @ MCNT, проведя различные измерения ex situ. Когда напряжение было снижено до 0,9 В (обозначенное как «D0,9 В»), в результате реакции превращения образовались металлический Sb, металлический In и Na 2 S, как показано пиками при 25,6 °, 36,3 ° и 38,9 °. соответственно, на рентгенограммах ex situ (фиг. , фиг. а). 47 Обратите внимание, что характерный пик при 33 ° появился, когда элемент был разряжен до 0,6 В (названный «D0.6 В ”), что указывает на образование фазы InSb с пространственной группой I41 / amd . Эта фаза может эффективно уменьшить влияние объемного расширения во время цикла из-за ее электрохимической инерции при хранении Na + . Когда ячейка полностью разряжена (обозначенная «D0.01 V»), ее слабые полосы решетки указывают на то, что продукты разряда имеют низкую кристалличность. Пик при 29,7 ° указывает на то, что между натрием и сурьмой происходит реакция легирования с образованием Na 3 Sb. 15 Во время обратной зарядки (диаграмма XRD измерялась при ≈1,3 В), Sb 2 S 3 постепенно регенерировался с высокой обратимостью. В частности, интенсивный пик при 36,3 ° не исчез во время экстракции Na + , показывая, что частично металлический индий трансформировался в необратимые компоненты. Эти компоненты играли решающую роль в качестве буферного слоя, предотвращая измельчение материала в результате огромного объемного расширения во время натрирования / десодиации.Это явление может объяснить большую разницу между первой и второй кривыми CV, которая возникает из-за различного химического состава электрода в первом и втором циклах.

Измерения Ex situ для I – S электрода в процессе зарядки-разрядки: a) Картины рентгеновской дифракции Ex situ, полученные при различных потенциалах. б) Профили заряда-разряда третьего цикла при 100 мА g -1 , вставки — иллюстрация эволюции структуры I – S. c) ПЭМ Ex situ и соответствующие изображения ПЭМВР, вставки в изображениях ПЭМВР представляют собой относительные шаблоны БПФ.d) Рамановское картирование I – S электрода Ex situ.

Активная сурьма и инертный индий в электроде I – S @ MCNT были также проверены методом РФЭС. Пик при 768,2 эВ (рисунок S16a, подтверждающая информация) постепенно исчезал во время разряда, а затем снова появлялся в обратном процессе, что указывает на обратимое изменение валентности пары Sb 3+ / Sb 0 . Пики при энергиях связи 452,6 и 445 эВ (рисунок S16b, дополнительная информация) относятся к уровням 3d 3/2 и 3d 5/2 In 3+ соответственно.Энергии связи этих пиков уменьшились на 0,5 эВ во время разряда, что указывает на восстановление In 3+ . Сигнал In 0 всегда наблюдался в последовательных реакциях натрирования и десодиации, указывая на то, что некоторое количество индия необратимо образуется в электроде. Вместе взятые, результаты показывают, что хранение и извлечение Na + в электроде I – S @ MCNT включает трехступенчатый процесс интеркаляции, преобразования и легирования (рис. B). На вставке к рисунку b показаны различные составы электродов в различных диапазонах напряжения, соответствующие наличию обратимых и необратимых продуктов.

Для непосредственного наблюдения за этими продуктами, особенно для слабокристаллических соединений, были получены изображения ПЭМВР (рис. C) при четырех упомянутых выше потенциалах. В образце «D0.9 V» d интервалы 0,312 и 0,275 нм согласуются с кристаллическими плоскостями (021) и (101) металлической сурьмы и индия, соответственно. Фаза InSb появилась между двумя фазами металлической сурьмы, что уменьшило объемное расширение и взаимную экструзию содированной сурьмы.Изображение HRTEM образца «D0.01 V» показывает присутствие Na 3 Sb, образованного в результате полного легирования Sb, что демонстрируется полосами (311) для Na 3 Sb. Когда электрод I – S @ MCNT был заряжен до 1,3 В, четкие (231) полосы Sb 2 S 3 с высокой кристалличностью снова появились на изображении HRTEM из-за сильно обратимой реакции превращения. Фаза InSb, удерживаемая в зазорах между Sb 2 S 3 , обеспечивает эффективный буфер для последующих реакций превращения и легирования.

На рисунке d показаны схемы комбинационного рассеяния, которые показывают интенсивность связей Sb-Sb в электродах в различных состояниях, показывая их химический состав и состояния интерфейса. 48 Очень обратимый процесс хранения Na + может быть подтвержден повторным появлением металлического Sb. На основании низкой кристалличности, наблюдаемой на рентгенограммах, существование интерметаллического InSb демонстрируется в спектрах комбинационного рассеяния (Рисунок S17, подтверждающая информация), которые показывают характерные пики связи In-Sb при 149.1 и 465,8 см −1 . Когда электрод был полностью разряжен, связи Sb — Sb постепенно исчезают, и образуется Na 3 Sb. Рамановские спектры воспроизводились для одного и того же электрода в разных областях, что указывает на однородный пассивирующий слой, сформированный на поверхности электрода.

Чтобы лучше понять улучшенные электрохимические характеристики гетероструктуры In 2 S 3 и Sb 2 S 3 , мы использовали теорию функционала плотности (DFT) для исследования структур энергетических зон и распределения электронных облаков В 2 S 3 , Sb 2 S 3 , I – S, и их структуры со вставками Na.Вкладыши от Рисунок показать оптимизированные модельные схемы этих материалов. Ширина запрещенной зоны относится к расстоянию между дискретной валентной зоной (VB) и зоной проводимости (CB). От -15 до 5 эВ диаграммы плотности состояний (DOS) и модели парциальной плотности состояний (PDOS) In, Sb и S в I-S (рисунок c) демонстрируют гораздо более узкую запрещенную зону (0,116 эВ), чем те из Sb 2 S 3 (1,458 эВ, рисунок a) и In 2 S 3 (0,663 эВ, рисунок b), показывая, что гетероструктура имеет улучшенную электронную проводимость.Это явление можно объяснить делокализованными орбиталями In 3d и Sb 3d, которые расширяют VB и CB и, таким образом, сужают запрещенную зону. 49 Кроме того, уровень Femi сдвинулся в сторону CB, что свидетельствует о том, что первичными носителями в этой структуре были электроны.

Парциальные состояния плотности (PDOS, отмеченные коричневой линией для In, зеленые для Sb, оранжевые для S, красные для Na) и полная плотность состояний (TDOS, отмеченные синей линией) a) In 2 S 3 , б) Sb 2 S 3 , в) гетероструктура I – S и г) Na-вставка In 2 S 3 , e) Na-вставка Sb 2 S 3 , f) I – S с Na-вставкой.На вставках — соответствующие кристаллические структуры этих соединений. g) Схематическое изображение буферного действия и проводящей функции In-содержащего слоя.

Запрещенные зоны Sb 2 S 3 (рисунок e) и I – S (рисунок f) постепенно сужались до 0,913 и 0,103 эВ, соответственно, когда Na + был введен в структуры хозяина. Мы связываем это поведение с увеличением перекрытия электронных орбиталей Sb, S и Na, что указывает на высокую активность Sb 2 S 3 и I – S по отношению к Na + .Напротив, запрещенная зона In 2 S 3 расширилась после введения Na + (Рисунок d), обнаружив более низкую активность по отношению к Na + и стабильную структуру хранения натрия. Кроме того, энергетический барьер I – S (3,8323 эВ) был немного ниже, чем у In 2 S 3 (3,9352 эВ) и Sb 2 S 3 (3,9926 эВ), что подтверждается формулой E барьер = E электрод из оксида натрия — ( E электрод + E Na + ).В таблице S3 (вспомогательная информация) представлены подробные данные об энергии для этих соединений.

Компоненты, содержащие In, действуют как пути переноса электронов и буферные слои в электроде I – S @ MCNT во время введения / извлечения Na + , как показано на рисунке g. В реакции интеркаляции объем фазы Sb 2 S 3 увеличивается больше, чем объем фазы In 2 S 3 , что означает, что стабильная структура Na-вставленного In 2 S 3 , по-видимому, действует как опорный каркас между фазами Sb 2 S 3 .В реакции легирования заметное изменение объема металлического Sb и Na 3 Sb может быть уменьшено присутствием металлической фазы In, которая является инертным компонентом электрода. Таким образом, компоненты, содержащие In, улучшили циклическую стабильность электрода I – S @ MCNT.

Алюминиево-воздушная батарея: химия и электричество

Батареи преобразуют химическую энергию в электрическую. У них есть два электрода, называемые катодом и анодом, где протекают химические реакции, в которых либо используются, либо производятся электроны.Электроды соединены раствором, называемым электролитом, через который ионы могут перемещаться, замыкая электрическую цепь. В этой деятельности соль обеспечивает ионы, которые могут перемещаться через влажное бумажное полотенце и передавать заряд.

Для выработки электроэнергии эта батарея использует окисление алюминия на аноде, которое высвобождает электроны, и восстановление кислорода на катоде, которое использует электроны. Движение электронов по внешней цепи генерирует электрический ток, который можно использовать для питания простых устройств.Схема батареи и уравнения для половинных и общих реакций приведены ниже:

Уравнения для половинных и общих реакций:

анод: Al (s) + 3OH (водн.) → Al (OH) 3 (s) + 3e
катод: O 2 (г) + 2H 2 O (л) + 4e → 4OH (водн.)
всего: 4Al (s) + 3O 2 (g) + 6H 2 O (l) → 4Al (OH) 3 (s)

Алюминиевая фольга обеспечивает доступный запас алюминия.Активированный уголь, который в основном состоит из угля, может проводить электричество и не реагирует. Он обеспечивает высокопористую поверхность, подверженную воздействию кислорода воздуха. У одного грамма активированного угля может быть больше внутренней поверхности, чем у всей баскетбольной площадки! Эта поверхность обеспечивает большое количество мест, с которыми кислород может связываться и участвовать в катодной реакции.

Эта большая реакционная зона позволяет простой алюминиево-воздушной батарее генерировать 1 вольт (1 В) и 100 миллиампер (100 мА).Этой мощности достаточно для работы небольшого электрического устройства, а также обеспечивает безопасный и простой способ сделать мощную батарею дома или в школе.

Заряд в секундах, в последние месяцы

(Pocket-lint). Хотя смартфоны, умные дома и даже умные носимые устройства становятся все более совершенными, они все еще ограничены мощностью. Аккумулятор не совершенствовался десятилетиями. Но мы находимся на пороге революции власти.

Крупные технологические и автомобильные компании слишком хорошо осведомлены об ограничениях литий-ионных аккумуляторов. В то время как чипы и операционные системы становятся более эффективными для экономии энергии, мы все еще рассматриваем только один или два дня использования смартфона, прежде чем потребуется подзарядка.

Хотя может пройти некоторое время, прежде чем мы сможем прожить неделю жизни наших телефонов, разработка идет хорошо. Мы собрали все лучшие открытия в области аккумуляторов, которые могут быть с нами в ближайшее время, от беспроводной зарядки до сверхбыстрой 30-секундной подзарядки.Надеюсь, скоро вы увидите эту технологию в своих гаджетах.

Маркус Фолино / Технологический университет Чалмерса

Структурные батареи могут привести к созданию сверхлегких электромобилей

Исследования, проведенные в Технологическом университете Чалмерса, уже много лет рассматривают возможность использования батареи не только для питания, но и в качестве структурного компонента. Преимущество этого предложения состоит в том, что продукт может уменьшить количество структурных компонентов, потому что батарея обладает достаточной силой для выполнения этих задач. Используя углеродное волокно в качестве отрицательного электрода, а в качестве положительного — фосфат лития-железа, последняя батарея имеет жесткость 25 ГПа, хотя есть еще кое-что, чтобы увеличить энергоемкость.

NAWA Technologies

Электрод из углеродных нанотрубок с вертикальной ориентацией

Компания NAWA Technologies разработала и запатентовала сверхбыстрый углеродный электрод, который, по ее словам, изменил правила игры на рынке аккумуляторов. В нем используется конструкция с вертикально расположенными углеродными нанотрубками (VACNT), и NAWA заявляет, что он может повысить мощность батареи в десять раз, увеличить запас энергии в три раза и увеличить срок службы батареи в пять раз. Компания считает, что электромобили являются основным бенефициаром, сокращая углеродный след и стоимость производства аккумуляторов, одновременно повышая производительность.NAWA заявляет, что дальность действия 1000 км может стать нормой, а время зарядки сокращено до 5 минут, чтобы достичь 80 процентов. Технология может быть запущена в производство уже в 2023 году.

Литий-ионная батарея без кобальта

Исследователи из Техасского университета разработали литий-ионную батарею, в которой в качестве катода не используется кобальт. Вместо этого он переключился на высокий процент никеля (89 процентов), используя марганец и алюминий в качестве других ингредиентов. «Кобальт — наименее распространенный и самый дорогой компонент в катодах аккумуляторных батарей», — сказал профессор Арумугам Мантирам, профессор кафедры машиностроения Уолкера и директор Техасского института материалов.«И мы полностью устраняем это». Команда говорит, что с помощью этого решения они преодолели общие проблемы, обеспечив длительный срок службы батареи и равномерное распределение ионов.

SVOLT представляет батареи для электромобилей, не содержащие кобальт.

Несмотря на то, что свойства электромобилей по сокращению выбросов широко распространены, все еще существуют разногласия по поводу аккумуляторов, особенно по поводу использования таких металлов, как кобальт. Компания SVOLT, штаб-квартира которой находится в Чанчжоу, Китай, объявила о производстве безкобальтовых батарей, предназначенных для рынка электромобилей.Помимо сокращения количества редкоземельных металлов, компания заявляет, что они обладают более высокой плотностью энергии, что может привести к дальности действия до 800 км (500 миль) для электромобилей, а также продлить срок службы батареи и повысить безопасность. Мы не знаем, где именно мы увидим эти батареи, но компания подтвердила, что работает с крупным европейским производителем.

Тимо Иконен, Университет Восточной Финляндии

На шаг ближе к литий-ионным батареям с кремниевым анодом

Стремясь решить проблему нестабильного кремния в литий-ионных батареях, исследователи из Университета Восточной Финляндии разработали метод производства гибридного анода. , используя микрочастицы мезопористого кремния и углеродные нанотрубки.В конечном итоге цель состоит в том, чтобы заменить графит в качестве анода в батареях и использовать кремний, емкость которого в десять раз больше. Использование этого гибридного материала улучшает характеристики батареи, в то время как силиконовый материал устойчиво производится из золы ячменной шелухи.

Университет Монаша

Литий-серные аккумуляторы могут превзойти литий-ионные, снизить воздействие на окружающую среду

Исследователи из Университета Монаша разработали литий-серные аккумуляторы, способные питать смартфон в течение 5 дней, превосходя литий-ионные.Исследователи изготовили эту батарею, имеют патенты и интерес производителей. У группы есть финансирование для дальнейших исследований в 2020 году, заявив, что дальнейшие исследования автомобилей и использования сетей будут продолжены.

Утверждается, что новая аккумуляторная технология оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем литий-ионные, и снижает производственные затраты, при этом предлагая потенциал для питания автомобиля на 1000 км (620 миль) или смартфона в течение 5 дней.

Аккумулятор IBM получен из морской воды и превосходит по своим характеристикам литий-ионный

IBM Research сообщает, что они обнаружили новый химический состав аккумуляторов, который не содержит тяжелых металлов, таких как никель и кобальт, и потенциально может превзойти литий-ионные.IBM Research утверждает, что этот химический состав никогда раньше не использовался в комбинации в батарее и что материалы можно извлекать из морской воды.

Производительность аккумулятора многообещающая, при этом IBM Research заявляет, что он может превзойти литий-ионный в ряде различных областей — он дешевле в производстве, он может заряжаться быстрее, чем литий-ионный, и может работать как с более высокой мощностью. и плотности энергии. Все это доступно в аккумуляторе с низкой горючестью электролитов.

IBM Research отмечает, что эти преимущества сделают ее новую технологию аккумуляторов подходящей для электромобилей, и она работает с Mercedes-Benz, в частности, над превращением этой технологии в жизнеспособную коммерческую батарею.

Panasonic

Система управления батареями Panasonic

В то время как литий-ионные батареи повсюду и их число растет, управление этими батареями, включая определение того, когда у них закончился срок службы, затруднено.Panasonic, работая с профессором Масахиро Фукуи из Университета Рицумейкан, разработала новую технологию управления батареями, которая значительно упростит мониторинг батарей и определение остаточной стоимости литий-ионных аккумуляторов в них.

Panasonic заявляет, что ее новую технологию можно легко применить с изменением системы управления батареями, что упростит мониторинг и оценку батарей с множеством ячеек, которые можно найти в электромобиле. Panasonic сообщает, что эта система поможет продвинуться в направлении устойчивого развития, поскольку сможет лучше управлять повторным использованием и переработкой литий-ионных аккумуляторов.

Асимметричная модуляция температуры

Исследования продемонстрировали метод зарядки, который приближает нас на шаг ближе к сверхбыстрой зарядке — XFC — который направлен на пробег 200 миль электромобиля примерно за 10 минут с зарядкой 400 кВт. Одна из проблем с зарядкой — это литиевая гальваника в батареях, поэтому метод асимметричной температурной модуляции заряжает при более высокой температуре, чтобы уменьшить гальванику, но ограничивает это до 10-минутных циклов, избегая роста межфазной границы твердого электролита, что может сократить срок службы батареи.Сообщается, что этот метод снижает износ батареи, позволяя заряжать XFC.

Pocket-lint

Песочная батарея обеспечивает в три раза больший срок службы батареи

В этом альтернативном типе литий-ионной батареи используется кремний для достижения в три раза большей производительности, чем у современных графитовых литий-ионных батарей. Батарея по-прежнему литий-ионная, как и в вашем смартфоне, но в анодах используется кремний вместо графита.

Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде какое-то время занимались нанокремнием, но он слишком быстро разрушается, и его трудно производить в больших количествах.С помощью песка его можно очистить, измельчить в порошок, затем измельчить с солью и магнием перед нагреванием для удаления кислорода, что приведет к получению чистого кремния. Он пористый и трехмерный, что помогает повысить производительность и, возможно, продлить срок службы батарей. Изначально мы начали это исследование в 2014 году, и теперь оно приносит свои плоды.

Silanano — стартап в области аккумуляторных технологий, который выводит эту технологию на рынок и получил большие инвестиции от таких компаний, как Daimler и BMW. Компания заявляет, что ее решение можно использовать в существующем производстве литий-ионных аккумуляторов, поэтому оно настроено на масштабируемое развертывание, обещая прирост производительности батареи на 20% сейчас или на 40% в ближайшем будущем.

Захват энергии от Wi-Fi

Хотя беспроводная индукционная зарядка является обычным явлением, возможность захвата энергии от Wi-Fi или других электромагнитных волн остается проблемой. Однако группа исследователей разработала ректенну (антенну, собирающую радиоволны), которая представляет собой всего лишь несколько атомов, что делает ее невероятно гибкой.

Идея состоит в том, что устройства могут включать в себя эту ректенну на основе дисульфида молибдена, чтобы энергия переменного тока могла быть получена от Wi-Fi в воздухе и преобразована в постоянный ток, либо для подзарядки батареи, либо для непосредственного питания устройства.Это может привести к появлению медицинских таблеток с питанием без необходимости во внутренней батарее (безопаснее для пациента) или мобильных устройств, которые не нужно подключать к источнику питания для подзарядки.

Энергия, полученная от владельца устройства

Вы можете стать источником энергии для вашего следующего устройства, если исследования TENG принесут свои плоды. TENG или трибоэлектрический наногенератор — это технология сбора энергии, которая улавливает электрический ток, генерируемый при контакте двух материалов.

Исследовательская группа из Суррейского института передовых технологий и Университета Суррея дала представление о том, как эту технологию можно использовать для питания таких вещей, как носимые устройства. Хотя мы еще далеки от того, чтобы увидеть это в действии, исследование должно дать дизайнерам инструменты, необходимые для эффективного понимания и оптимизации будущей реализации TENG.

Золотые батареи с нанопроволокой

Великие умы Калифорнийского университета в Ирвине создали треснувшие батареи с нанопроволокой, которые могут выдержать много перезарядок.В результате в будущем батареи могут не разрядиться.

Нанопроволока, в тысячу раз тоньше человеческого волоса, открывает большие возможности для батарей будущего. Но они всегда ломались при подзарядке. Это открытие использует золотые нанопроволоки в гелевом электролите, чтобы этого избежать. Фактически, эти батареи были проверены на перезарядку более 200 000 раз за три месяца и не показали вообще никакой деградации.

Твердотельные литий-ионные

Твердотельные батареи традиционно обеспечивают стабильность, но за счет передачи электролита.В статье, опубликованной учеными Toyota, рассказывается об их испытаниях твердотельной батареи, в которой используются сульфидные суперионные проводники. Все это означает превосходный аккумулятор.

В результате получился аккумулятор, способный работать на уровне суперконденсаторов, чтобы полностью заряжаться или разряжаться всего за семь минут, что делает его идеальным для автомобилей. Поскольку он твердотельный, это также означает, что он намного стабильнее и безопаснее, чем нынешние батареи. Твердотельный блок также должен работать при температуре от минус 30 до 100 градусов Цельсия.

Электролитные материалы по-прежнему создают проблемы, поэтому не ожидайте увидеть их в ближайшее время в автомобилях, но это шаг в правильном направлении к более безопасным и быстро заряжаемым аккумуляторам.

Графеновые батареи Grabat

Графеновые батареи потенциально могут быть одними из самых лучших на рынке. Grabat разработал графеновые батареи, которые могут обеспечить электромобилям запас хода до 500 миль без подзарядки.

Graphenano, компания, стоящая за разработкой, заявляет, что аккумуляторы можно полностью зарядить всего за несколько минут, и они могут заряжаться и разряжаться в 33 раза быстрее, чем литий-ионные.Разряд также важен для таких вещей, как автомобили, которым требуется огромное количество энергии для быстрого трогания с места.

Нет информации о том, используются ли аккумуляторы Grabat в настоящее время в каких-либо продуктах, но у компании есть аккумуляторы для автомобилей, дронов, мотоциклов и даже для дома.

Лазерные микроконденсаторы

Rice Univeristy

Ученые из Университета Райса совершили прорыв в создании микроконденсаторов. В настоящее время их производство дорогое, но в них используются лазеры, которые вскоре могут измениться.

При использовании лазеров для выжигания рисунков электродов на листах пластика затраты на производство и усилия значительно снижаются. В результате получается батарея, которая может заряжаться в 50 раз быстрее, чем нынешние батареи, и разряжаться даже медленнее, чем современные суперконденсаторы. Они даже прочные, способны работать после более чем 10 000 сгибаний во время испытаний.

Пенные аккумуляторы

Прието верит, что будущее аккумуляторов — за 3D. Компании удалось решить эту проблему с помощью своей батареи, в которой используется вспененная медная подложка.

Это означает, что эти батареи будут не только более безопасными благодаря отсутствию горючего электролита, но также будут обеспечивать более длительный срок службы, более быструю зарядку, в пять раз более высокую плотность, будут дешевле в производстве и будут меньше, чем существующие предложения.

Prieto стремится в первую очередь размещать свои батареи в небольших предметах, например, в носимых устройствах. Но там говорится, что аккумуляторы можно масштабировать, чтобы мы могли видеть их в телефонах и, возможно, даже в автомобилях в будущем.

Carphone Warehouse

Складной аккумулятор похож на бумагу, но прочный

Jenax J.Аккумулятор Flex был разработан, чтобы сделать гаджеты возможными. Батарея, похожая на бумагу, складывается и является водонепроницаемой, что означает, что ее можно интегрировать в одежду и другие носимые устройства.

Батарея уже создана и даже прошла испытания на безопасность, в том числе ее сложили более 200 000 раз без потери производительности.

Ник Билтон / The New York Times

uBeam по воздуху зарядка

uBeam использует ультразвук для передачи электричества. Энергия преобразуется в звуковые волны, неслышимые для людей и животных, которые передаются, а затем преобразуются обратно в энергию при достижении устройства.

С концепцией uBeam наткнулась 25-летняя выпускница астробиологии Мередит Перри. Она основала компанию, которая позволит заряжать гаджеты по воздуху с помощью пластины толщиной 5 мм. Эти передатчики можно прикрепить к стенам или сделать предметами декоративного искусства для передачи энергии на смартфоны и ноутбуки. Гаджетам просто нужен тонкий приемник, чтобы принимать заряд.

StoreDot

StoreDot заряжает мобильные телефоны за 30 секунд

StoreDot, стартап, созданный на базе кафедры нанотехнологий Тель-Авивского университета, разработал зарядное устройство StoreDot.Он работает с современными смартфонами и использует биологические полупроводники, сделанные из природных органических соединений, известных как пептиды — короткие цепочки аминокислот, которые являются строительными блоками белков.

В результате получилось зарядное устройство, способное заряжать смартфон за 60 секунд. Батарея состоит из «негорючих органических соединений, заключенных в многослойную защитную структуру, предотвращающую перенапряжение и нагрев», поэтому проблем с ее взрывом быть не должно.

Компания также объявила о планах создать аккумулятор для электромобилей, который заряжается за пять минут и обеспечивает запас хода до 300 миль.

Пока неизвестно, когда аккумуляторы StoreDot будут доступны в глобальном масштабе — мы ожидали, что они появятся в 2017 году, — но когда они появятся, мы ожидаем, что они станут невероятно популярными.

Pocket-lint

Прозрачное солнечное зарядное устройство

Alcatel продемонстрировал мобильный телефон с прозрачной солнечной панелью над экраном, которая позволяет пользователям заряжать свой телефон, просто поместив его на солнце.

Хотя вряд ли он появится в продаже в течение некоторого времени, компания надеется, что он каким-то образом решит повседневные проблемы, связанные с постоянным отсутствием заряда батареи.Телефон будет работать как с прямым солнечным светом, так и со стандартным освещением, так же, как и обычные солнечные батареи.

Phienergy

Алюминиево-воздушная батарея обеспечивает пробег на 1100 миль без подзарядки.

Автомобилю удалось проехать 1100 миль на одном заряде аккумулятора. Секрет этого супердиапазона заключается в технологии батареи, называемой «алюминий-воздух», которая использует кислород из воздуха для заполнения своего катода. Это делает его намного легче, чем заполненные жидкостью литий-ионные батареи, что дает автомобилю гораздо больший запас хода.

Бристольская робототехническая лаборатория

Батареи с питанием от мочи

Фонд Билла Гейтса финансирует дальнейшие исследования Бристольской робототехнической лаборатории, которая обнаружила батареи, которые могут питаться от мочи. Этого достаточно для зарядки смартфона, который ученые уже продемонстрировали. Но как это работает?

Используя микробный топливный элемент, микроорганизмы собирают мочу, расщепляют ее и выделяют электричество.

Звук работает

Исследователи из Великобритании создали телефон, который может заряжаться, используя окружающий звук в атмосфере вокруг него.

Смартфон построен по принципу пьезоэлектрического эффекта. Были созданы наногенераторы, улавливающие окружающий шум и преобразующие его в электрический ток.

Наностержни даже реагируют на человеческий голос, а это значит, что болтливые мобильные пользователи могут подключать свой телефон во время разговора.

Двойная угольная батарея Ryden заряжается в 20 раз быстрее.

Power Japan Plus уже анонсировала новую технологию аккумуляторов под названием Ryden dual carbon. Он не только прослужит дольше и будет заряжаться быстрее, чем литиевые, но его можно будет производить на тех же заводах, где производятся литиевые батареи.

В аккумуляторах используются углеродные материалы, что означает, что они более устойчивы и экологически безопасны, чем существующие альтернативы. Это также означает, что аккумуляторы будут заряжаться в двадцать раз быстрее, чем литий-ионные. Они также будут более долговечными, способными выдержать до 3000 циклов зарядки, а также более безопасными с меньшей вероятностью возгорания или взрыва.

Натрий-ионные аккумуляторы

Ученые из Японии работают над новыми типами аккумуляторов, которые не нуждаются в литии, таких как аккумулятор вашего смартфона.В этих новых батареях будет использоваться натрий, один из самых распространенных материалов на планете, а не редкий литий, и они будут в семь раз эффективнее обычных батарей.

Исследования натриево-ионных батарей ведутся с восьмидесятых годов в попытке найти более дешевую альтернативу литию. Используя соль, шестой по распространенности элемент на планете, можно сделать батареи намного дешевле. Ожидается, что в ближайшие 5-10 лет начнется коммерциализация аккумуляторов для смартфонов, автомобилей и других устройств.

Upp

Зарядное устройство для водородных топливных элементов Upp

Переносное зарядное устройство для водородных топливных элементов Upp уже доступно. Он использует водород для питания вашего телефона, не позволяя вам подключаться к электросети и оставаясь безвредным для окружающей среды.

Одна водородная ячейка обеспечит пять полных зарядов мобильного телефона (емкость 25 Втч на ячейку). И единственный производимый побочный продукт — это водяной пар. Разъем USB типа A означает, что он будет заряжать большинство USB-устройств с выходом 5 В, 5 Вт, 1000 мА.

Батареи со встроенным огнетушителем

Литий-ионные батареи нередко перегреваются, загораются и даже могут взорваться.Аккумулятор в Samsung Galaxy Note 7 — яркий тому пример. Исследователи из Стэнфордского университета придумали литий-ионные батареи со встроенными огнетушителями.

Батарея содержит компонент под названием трифенилфосфат, который обычно используется в качестве антипирена в электронике, добавленный к пластиковым волокнам, чтобы помочь разделить положительный и отрицательный электроды. Если температура батареи поднимается выше 150 градусов C, пластмассовые волокна плавятся и выделяется химический трифенилфосфат.Исследования показывают, что этот новый метод может предотвратить возгорание аккумуляторов за 0,4 секунды.

Майк Циммерман

Батареи, защищенные от взрыва

Литий-ионные батареи имеют довольно летучий слой пористого материала с жидким электролитом, расположенный между анодным и катодным слоями. Майк Циммерман, исследователь из Университета Тафтса в Массачусетсе, разработал батарею, которая имеет вдвое большую емкость, чем литий-ионные, но без присущих ей опасностей.

Батарея Циммермана невероятно тонкая, немного толще, чем две кредитные карты, и заменяет жидкость электролита пластиковой пленкой, которая имеет аналогичные свойства.Он может выдерживать прокалывание, измельчение и нагревание, так как он негорючий. Еще предстоит провести много исследований, прежде чем технология сможет выйти на рынок, но хорошо знать, что существуют более безопасные варианты.

Батареи Liquid Flow

Ученые из Гарварда разработали батарею, которая хранит свою энергию в органических молекулах, растворенных в воде с нейтральным pH. Исследователи говорят, что этот новый метод позволит батарее Flow работать исключительно долго по сравнению с нынешними литий-ионными батареями.

Маловероятно, что мы увидим эту технологию в смартфонах и т.п., поскольку жидкий раствор, связанный с батареями Flow, хранится в больших резервуарах, чем больше, тем лучше. Считается, что они могут быть идеальным способом хранения энергии, создаваемой решениями в области возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнце.

Действительно, исследование Стэнфордского университета использовало жидкий металл в проточной батарее с потенциально отличными результатами, заявляя, что напряжение вдвое превышает напряжение обычных проточных батарей. Команда предположила, что это может быть отличным способом хранения прерывистых источников энергии, таких как ветер или солнце, для быстрого выпуска в сеть по запросу.

IBM и ETH Zurich и разработали жидкостную проточную батарею гораздо меньшего размера, которая потенциально может быть использована в мобильных устройствах. Эта новая батарея утверждает, что может не только обеспечивать питание компонентов, но и одновременно охлаждать их. Обе компании обнаружили две жидкости, которые подходят для этой задачи, и будут использоваться в системе, которая может производить 1,4 Вт мощности на квадратный сантиметр, при этом 1 Вт мощности зарезервирован для питания батареи.

Zap & Go Карбон-ионный аккумулятор

Оксфордская компания ZapGo разработала и произвела первую угольно-ионную аккумуляторную батарею, готовую к использованию уже сейчас.Углеродно-ионный аккумулятор сочетает в себе сверхбыструю зарядку суперконденсатора с характеристиками литий-ионного аккумулятора, при этом полностью пригодный для вторичной переработки.

Компания предлагает зарядное устройство powerbank, которое полностью заряжается за пять минут, а затем полностью заряжает смартфон за два часа.

Цинково-воздушные батареи

Ученые из Сиднейского университета считают, что они придумали способ производства воздушно-цинковых батарей, намного более дешевый, чем существующие методы.Цинково-воздушные батареи можно считать лучше литий-ионных, потому что они не загораются. Единственная проблема в том, что они полагаются на дорогие компоненты в работе.

Sydney Uni удалось создать воздушно-цинковую батарею без необходимости использования дорогих компонентов, а скорее с некоторыми более дешевыми альтернативами. Возможно, появятся более безопасные и дешевые батареи!

Умная одежда

Исследователи из Университета Суррея разрабатывают способ использования одежды в качестве источника энергии.Батарея называется трибоэлектрическим наногенератором (TENG), которая преобразует движение в накопленную энергию. Накопленное электричество затем можно использовать для питания мобильных телефонов или устройств, таких как фитнес-трекеры Fitbit.

Эта технология может быть применена не только к одежде, она может быть интегрирована в тротуар, поэтому, когда люди постоянно ходят по ней, она может накапливать электричество, которое затем может использоваться для питания стальных ламп или в шинах автомобиля, чтобы он может привести машину в действие.

Растягиваемые батареи

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали растяжимый биотопливный элемент, который может вырабатывать электричество из пота.Говорят, что генерируемой энергии достаточно для питания светодиодов и радиомодулей Bluetooth, а это означает, что однажды она сможет питать носимые устройства, такие как умные часы и фитнес-трекеры.

Графеновая батарея Samsung

Компания Samsung сумела разработать «графеновые шары», которые способны увеличивать емкость существующих литий-ионных батарей на 45 процентов и заряжаться в пять раз быстрее, чем существующие батареи. Чтобы представить это в контексте, Samsung заявляет, что его новый аккумулятор на основе графена может быть полностью заряжен за 12 минут, по сравнению с примерно часом для текущего устройства.

Samsung также заявляет, что его можно использовать не только в смартфонах, но и в электромобилях, поскольку он может выдерживать температуру до 60 градусов по Цельсию.

Более безопасная и быстрая зарядка существующих литий-ионных аккумуляторов

Ученые из WMG из Университета Уорика разработали новую технологию, которая позволяет заряжать существующие литий-ионные аккумуляторы в пять раз быстрее, чем рекомендуемые пределы. Технология постоянно измеряет температуру батареи намного точнее, чем существующие методы.

Ученые обнаружили, что существующие батареи фактически могут выходить за пределы рекомендованных пределов, не влияя на производительность или перегрев. Возможно, нам вообще не нужны другие упомянутые новые батареи!

Написано Крисом Холлом.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *