Удлинитель потока для батареи: модели для радиатора отопления VALTEC и Rifar, другие варианты

Разное

Содержание

модели для радиатора отопления VALTEC и Rifar, другие варианты

Знать все об удлинителях потока очень важно и актуально. Существуют различные модели для радиаторов отопления от Valtec, Rifar, иные варианты. Придется разбираться, везде ли можно их использовать, и если да, то как конкретно ставить.

Что это такое?

Современное отопление очень развито и весьма разнообразно. Однако неважно даже, используется ли обогрев от централизованной котельной или от локального котла. Многие люди в обоих случаях сталкиваются с неравномерным разогревом батарей. Близкие к вводу места нагреваются как следует, а самые дальние – остаются крайне холодными. Проблема не всегда устраняется даже четким подбором и грамотным подключением оборудования.

Удлинитель потока для радиатора отопления становится в этом случае настоящим спасением. Теоретически есть и другой путь – диагональное подключение.

Однако оно менее эстетично, сложнее организуется и стоит явно дороже. Удлинитель протока (что немаловажно) стоит покупать только после проверки всей системы. Нередко слабый прогрев отдельных батарей или даже отдельных их секций бывает связан с засорением отопительной системы воздухом.

Подобная проблема успешно решается даже при минимальных сантехнических знаниях. Иногда сантехники после знакомства с ситуацией приходят к выводу, что причина в самой батарее. И именно тогда возникает необходимость приобретать удлиняющее проток устройство. С технической точки зрения это всего лишь фитинг (дополнительный элемент к радиатору), который иногда имеет специальную трубку. Аппарат обычно подсоединяют к обратному выводу из радиатора.

Такой подход позволяет обеспечить диагональное движение теплоносителя даже при одностороннем подключении батареи. Удлинитель может применяться в том числе и на биметаллическом радиаторе. Стоит отметить, что стоит он сравнительно недорого, поэтому не представляет особого интереса для изготовителей и продавцов. Встретить подобные устройства даже в специализированных магазинах можно нечасто. Потому во многих случаях приходится изготавливать удлинители потока самостоятельно (что, впрочем, не составляет особого труда).

Везде ли можно использовать?

Этот вопрос не менее важен, чем сама суть работы аппарата. Если в батареях нет должного прогрева, подчас все равно использовать удлинитель невозможно. И это даже несмотря на тот факт, что он реально наращивает теплоотдачу и поднимает эффективность обогрева в целом. При установке устройства надо четко следовать указаниям производителя. Длина обслуживаемой батареи составляет не менее 10 секций.

При этом дополнительно требуется, чтобы она была смонтирована с односторонним боковым подключением. Вполне можно подключить к удлинителю любой радиатор длиннее 120 см (даже если он не соответствует только что приведенным требованиям). В основном такое устройство используется на биметаллических батареях. В связке с чугунными изделиями оно применяется редко.

Допускается использование такого аппарата для батарей, оснащенных обычными кранами с так называемой американкой.

Поэтому непременно требуется наличие запорной арматуры и на подающей, и на возвратной трубе. Если она не установлена, смонтировать удлинитель невозможно. Точнее, можно обратиться к профессионалам и переподключить систему, что довольно дорого и трудоемко. Порой выгоднее и проще оказывается переподключить в такой ситуации радиатор на полноценную диагональную систему, и не страдать больше.

Обзор популярных брендов

Стоит отметить, что несмотря на небольшую распространенность удлинителей на рынке, некоторые компании все же производят их. Обычно это крупные изготовители, которые могут сбалансировать издержки. Все такие компании производят устройства с так называемым правым и левым исполнением, что позволяет обустраивать отопительную систему без лишних проблем. Под брендом Valtec сейчас широко продвигается модель VT. 503. Сам изготовитель позиционирует такой продукт как передовое, неповторимое изделие.

Заявлено, что при его использовании трудности с неоднородным нагревом радиаторных блоков с односторонним типом присоединения решается успешно. Полностью исключается пропадание тепла в отдаленных от ввода секциях прибора. В инженерном плане VT. 503 — изготовленная из латуни футорка с никелевым покрытием. Ее дополнительно оборудуют патрубком, внутри которого готовится резьба в виде треугольника. Шаг нарезов увеличивают до максимума (это очень важный момент).

В патрубок придется закручивать участок трубы из металлополимерной смеси, внешний габарит которого составляет 1,6 см. Модель VT. 503 может иметь правое или левое исполнение, что обозначается символами D и S соответственно. Допускается монтаж труб и запорных деталей, сечение номинального прохода в которых равно ½ либо ¾.

Монтаж удлинителя производится в качестве замены традиционной радиаторной футорки, при этом в штуцерную часть вкручивают отрез трубы 1,6х0,2 см, который на 6-8 см короче батареи.

Хорошие отопительные удлинители поставляет и фирма Rifar. Яркий пример – Monolit 3/4. Это качественная российская разработка, и позволить ее себе может практически любой потребитель. Устройство оптимально подходит для диагонального одностороннего подсоединения обычных радиаторов. Ширина модели достигает 80 см.

Особенности установки

Некоторые сведения об установке удлинителя потока радиаторов уже приведены. Но есть еще один важный момент: иногда стоит не монтировать готовую систему, а сделать ее своими руками. Знать, как это сделать, полезно хотя бы из-за редкости такого товара в магазинах.

Перед этим готовят к работе саму батарею:

  • перекрывают краны;
  • выливают воду;
  • демонтируют радиатор;
  • аккуратно отворачивают верхнюю пробку вместе с разъемным креплением.

Чтобы все было установлено правильно, необходимо бывает применять силиконовую прокладку под пробкой – ее стоит купить заблаговременно. Так же необходима медная водопроводная труба. По длине она точно совпадает с радиатором. Сечение трубы должно составлять 1,8 см, а толщина стенок — 0,1 см. Еще один обязательный момент — потребуется прямая муфта для пайки; ее наружное сечение составляет примерно 1,95 см.

Трубу и втулку припаивают друг к другу. При этой процедуре используется флюс и припой низкой твердости. После стыковки частей их прогревают горелкой.

Технология допускает применение горелок обычного размера, заправляемых газом для зажигалок. Далее к стыку подводят припой, и если на предыдущих этапах все сделали правильно, то он расплавится и затечет внутрь стыка.

Сечение «американки» внутри после удаления налета составит 1,9 см. Муфта при этом должна быть больше. Удаление излишнего производят при помощи мелкого напильника, с таким расчетом, чтобы можно было забивать молотком. Разумеется, работать надо как можно осторожнее. Исключить причинение ущерба деталям помогут деревянные прокладки.

Чтобы правильно установить удлинитель протока, придется немного «поиграть» с длиной. Ориентируясь на поступление воды, иногда оставляют участок только до половины батареи. Но это не слишком принципиально, поскольку отрезать лишнее можно будет и потом. После монтажа удлинителя и прокладки радиатор надо сразу вернуть на место. При этом немедленно стравливают воздух, используя кран Маевского.

Важно: нельзя ставить медный удлиняющий контур на алюминиевый радиатор. Эти цветные металлы из-за особенностей электрохимического взаимодействия будут окисляться и быстро разрушаться. Но даже биметаллические радиаторы заслуживают скрупулезного подхода. Частичный тип таких устройств содержит алюминиевые коллекторы, и это значит, что надо максимально осторожно присоединять их.

Прилагать максимум усилий при стыковке с коллекторами — не самая хорошая идея.

Наиболее точные указания на этот счет даются в официальных инструкциях изготовителей. Почти всегда рекомендуется применять динамометрические ключи, обеспечивающие точный контроль прикладываемых усилий. Если коллекторы сделаны из алюминия, то они не должны превышать 100 Н·м. К радиаторам, выполненным по схеме полного биметалла, в которых коллекторы состоят из стали, можно прилагать усилие до 170-180 Н·м. Увлекаться излишним наматыванием льна не нужно, поскольку потом возникнут микроскопические трещины, краска будет отслаиваться, и возникнет течь.

Правильнее всего воспользоваться профессиональным сантехническим герметиком. Его наносят на небольшое количество льна, либо даже используют в чистом виде. Краску любого рода применять можно только в том случае, когда в качестве теплоносителя используется вода. Любые другие жидкости разрушат лакокрасочное покрытие и начнут просачиваться наружу. Нельзя допускать попадания теплоносителя, включая и воду, под краску.

Нарезка удлинителя из медной трубы проще всего производится специализированным инструментом – труборезом. Он позволяет получить ровный край. Но для этого придется удерживать трубу под прямым углом к инструменту. Затем берут жесткую щетку и аккуратно убирают заусенцы со среза. Обработка внутренностей трубы производится стальным ершом.

Внимание: зачистка наждаком недопустима. Медь легко повредить. В процессе обработки остаются абразивные частицы, которые потом помешают качественной пайке.

Флюс наносится равномерно мягкой кисточкой, причем в небольшом объеме. Иначе даже из-за одной капли закатившегося внутрь флюса теплоноситель будет потом «греметь».

Приготовленный своими руками удлинитель вводят в трубу. Выдавливаемый наружу флюс протирают салфеткой либо ветошью. Прогрев горелкой производится до появления у припоя серебристого окраса. Пайка заканчивается сразу, как только флюс начал группироваться в капельки. Потом изделия держат прижатыми 1-2 минуты, иначе припой не успеет застыть.

Об удлинителе потока VT.503 смотрите далее.

Пошаговая инструкция +Фото и Видео

Инфракрасная батареяВ начале отопительного сезона проблема неравномерного прогрева радиатора напоминает о себе. Даже в том случае, когда правильное количество отсеков и подключение было произведено правильно, но горячие лишь  первые пару секций, а остальные холодные – решить эту проблему поможет удлинитель потока для радиатора. Удлинитель потока распределяет тепло равномерно по всей протяженности радиатора.

Что такое удлинитель потока? Если у вас возникла проблема с неравномерным прогревом батарей, не спешить покупать новый радиатор. Данную проблему можно решить без серьезных финансовых вливаний, если купить удлинителя потока.

Общие сведения

Это элемент, который подключается к радиатору с помощью трубки или без. Удлинитель потока обычно монтируют к обратному подключению радиатора, для того чтобы происходило диагональное движению теплоносителя в радиаторе в случае его одностороннего подключения.

Удлинитель потока для биметаллического радиатора позволяет решить проблему с неравномерным прогревом отсеков радиатора.

Где можно использовать удлинитель потока?

Удлинитель потока используется в радиаторах, количество секций в которых от десяти и больше и они должны быть подключены по боковой схеме.

Рисунок батареиВнимание. Применение удлинителя потока возможно только в тех домах, где батареи подключены к системе  отопления обычными кранами с «американкой».

Что это значит? Это означает, что на трубах подачи и возврата теплоносителя должна быть запорная арматура. В случае отсутствия таковой, вы не сможете произвести подключении удлинителя потока.

Обычно монтаж удлинителя потока осуществляется согласно рекомендациям производителя вашего радиаторам.

Удлинитель потока применяется только к биметаллическим радиаторам и не используется в чугунных батареях.

Большая проблема с удлинителем потока состоит в том, что приобрести этот элемент в строительных магазинах затруднительно – его там обычно нет. Данная деталь очень дешевая и простая в изготовлении, поэтому производители сантехники считают это нерентабельным.

Сделать удлинитель потока можно сделать своими руками.

Что для этого нужно:

  • Фото удлинителяМуфта под пайку;
  • Отрезок водопроводной медной трубы, стенки которой должны быть больше 1мм – сечение 18 мм;
  • Труборез, который позволит без деформации отрезать нужный кусок медной трубы;
  • Фаскосниматель, который позволит удалить зарубинки по краям изделия;
  • Щетка с жесткой щетиной;
  • Силиконовая прокладка;
  • Развальцовщик или труборасширитель.

Когда у вас есть все необходимые инструменты можно приступать к монтажу удлинителя потока. Внимание. Не забудьте закрыть краны, слить воду и демонтировать радиатор со стены.

После этого необходимо отвернуть верхнюю кнопку с частью установленного разъемного крепления для того, чтобы не повредить краску.

В теории удлинитель можно установить не прибегаю к демонтажу конструкции. Но делать это будет крайне неудобно. Поэтому сохраните свои силы и время, и снимите радиатор стены до начала установки удлинителя потока. После того как произведете демонтаж батареи проверьте состояние силиконовой прокладки, если она уже изрядно поистерлась, то не откладывая замените ее на новую.

Системный подход к установке удлинителя потока самостоятельно

Необходимо отделить от  куска медный трубы подходящий вам по размерам отрезок  с помощью трубореза. Краешек получившего изделия должен быть ровным. После этого с помощью жесткой щетки удалите с края отрезанного изделия оставшиеся зарубинки.

Вам нужно с помощью с помощью пайки соединить втулку и трубу. Затем нужно взять жир для пайки и мягкий припой.  Часто эти два элемента соединяют при помощи горелки. Поэтому запаситесь обычно газовой горелкой не очень большого размера.

Далее припой подводится к стыку. Если вы неправильно произведете нагрев, то припой начнет плавиться  и затечет в стык.

Пайку необходимо закончить после того, как флюс начнет собираться в капельки. После этого подержите концы труб прижатыми еще несколько минут. Это времени должно быть достаточно, чтобы припой до конца застыл. После этих действий ваша работа может считаться законченной.

Получившийся удлинитель необходимо вставить непосредственно в сам радиатор, после чего произвести монтаж батареи на место. После монтажа не забудь закрутить пробку.

Внимание. Протяженность удлинителя может быть разной. Обычно длину выбирают исходя из того, что конец должен быть на середине самой последней секции в батареи.

После всех этих нехитрых действий удлинитель потока будет служить вам на радость и согревать ваш дом.

Не забывайте о том, что удлинитель есть возможность вмонтировать только в биметаллический радиатор. Ни в коем случае не пытайтесь повторить этот опыт с чугунной батареей, потому что металлы будут окислять и разрушать друг друга.

инструкция как сделать и установить своими руками, видео и фото





Наверное, многим знакома ситуация, когда у радиатора нагреваются только первые несколько секций, а остальные остаются холодными, причём вы уверены, что воздуха в отопительном приборе нет, да и подключение выполнено так, как того требует инструкция – не подкопаешься.

В большинстве случаев (99%) сантехники предложат вам переподключение, то есть замену старого подключения на диагональное – это позволяет теплоносителю равномерно распределяться по всей площади отопителя, но переделка потребует не только материальных, но и эстетических затрат, что приемлемо далеко не для всех.

Радиаторная направляющая или удлинитель протока

Радиаторная направляющая или удлинитель протока

Поэтому, можно использовать другой вариант, о котором мы хотим вам рассказать, а ещё предложить вашему вниманию видео в этой статье.

Использование удлинителя протока

Что это такое

Удлинитель протока с термоголовкой для регулировки

Удлинитель протока с термоголовкой для регулировки

  • Если в радиаторе более 10 секций, то есть вероятность, что при боковом подключении они будут нагреваться неравномерно, то есть, чем дальше секция от трубы подачи, тем холоднее в ней будет теплоноситель, так как циркуляция в отопительном приборе будет проходить с разной скоростью. Поэтому, чтобы не переделывать боковое подключение на диагональное после монтажа батареи, что может вызвать определённые проблемы с обустройством интерьера комнаты, можно установить удлинитель протока для радиаторов своими руками.
  • После монтажа такого устройства, циркуляция теплоносителя принимает равномерный характер – внутреннее диагональное движение воды начинает проходить с одной скоростью и тем самым проблема неравномерного нагрева батареи снимается сама по себе.

Но, оказывается, не всё так просто, как это должно быть на самом деле – дело в том, что купить удлинитель протока в магазине, торгующем сантехникой или даже заказать его в сети Интернет – целая проблема и причина самая банальная – нет, не высокая цена, а их отсутствие. Но для тех, у кого есть желание обустраивать свой быт, этот вопрос решаем – приспособление можно сделать самостоятельно.

Сделай сам

При любом виде подключения перед радиатором должна быть врезана запорная арматура

При любом виде подключения перед радиатором должна быть врезана запорная арматура

Для того чтобы произвести такую манипуляцию с радиатором, есть одно важное условие, которое, впрочем, необходимо выполнять для очень многих ситуаций – это наличие запорной арматуры на трубах подачи и возврата, куда будут включаться шаровые краны и «американки».

Для демонтажа вам, в первую очередь, нужно перекрыть оба крана и аккуратно отвинчиваете верхнюю левую или правую футорку – есть вероятность, что силиконовая прокладка при этом будет повреждена, поэтому, лучше всего купить её про запас – благо, у неё копеечная стоимость. Конечно, лучше всего, если вы полностью освободите батарею от труб и снимете её с кронштейнов – на полу вам будет гораздо удобнее проводить дальнейшие работы.

А теперь давайте разберёмся, как сделать удлинитель, но прежде всего, для реализации проекта вам понадобится кусок медной водопроводной трубы – её наружный диаметр должен быть 18 мм, а толщина стенки не менее 1 мм. Кроме трубы вам нужна будет двадцатая муфта под пайку – её внешний диаметр не 20, а 19,5 мм.

Инструмент для пайки медных труб

Инструмент для пайки медных труб

Чтобы спаять втулку с трубой, вам понадобится набор специальных инструментов, как то:

  • Труборез, которым вы сможете отрезать медную трубу без деформации;
  • Фаскосниматель, которым вы сможете снять фаску и заусенцы на концах после резки;
  • Труборасширитель или развальцовщик;
  • Стальной ёршик для очистки медной поверхности перед пайкой;
  • Щётка для очистки обрабатываемых поверхностей от грязи, которая будет мешать пайке;
  • Припой;
  • Горелка с насадкой газовая, регулируемая.

Примечание. Для этой цели вы также можете использовать компактную газовую горелку на основе баллонов для туристических плит.

Резка медной трубы

Резка медной трубы

В первую очередь вам нужно будет спаять втулку с трубой, но её сначала нужно ровно отрезать – используем для этого труборез, только саму трубу нужно держать строго перпендикулярно по отношению к инструменту, чтобы край получился ровным.

Затем снимаем щёткой заусенцы, которые в любом случае будут на обрезанном конце и ёршиком очищаем поверхность изнутри. Убираем заусенцы и грязь, а потом наносим флюс на поверхность меньшего диаметра, равномерно распределив его с помощью кисточки.

Внимание!
Ни в коем случае не производите зачистку поверхностей наждачной бумагой!
Медь – это очень мягкий металл, поэтому в нём останутся зёрна абразива, что будет мешать качественной пайке.
Кроме того, не наносите лишнее количество флюса – при нагреве он затечёт в трубу и там образуется застывшая капля, что будет вызывать посторонний шум при движении воды.

На фото: процесс пайки

На фото: процесс пайки

Вставляем детали друг в друга, вытирая салфеткой, выдавленный флюс и равномерно прогреваем концы, определяя готовность по цвету флюса – при достаточном нагреве он приобретает серебристый цвет.

Прикладываем к стыку припой – он будет плавиться от температуры труб, без нагрева от температуры меди и, растекаясь заполнять пустоты – это происходит благодаря капиллярному эффекту.

Когда вы увидите, что припой начинает собираться в капли, сразу же прекращаете процесс, но при этом продолжаете удерживать оба конца (не дуя на них) до полного застывания – на это потребуется меньше минуты.

Устанавливаем самодельный удлинитель

Устанавливаем самодельный удлинитель

По длине можете сделать трубу до средины последней секции, когда она в закрученном состоянии – в некоторых случаях длину делают до средины радиатора, но обрезать лишнее вы всегда успеете. Вставляете удлинитель в отверстие и закручиваете его.

Заключение

В заключение следует обратить ваше внимание на то, что радиатор должен быть из биметалла, так как установить удлинитель потока для радиатора из меди на алюминий невозможно! Эти два цветных металла вступают в химическую реакцию, результатом чего становится окись и разрушение.

Удлинитель потока для радиатора отопления своими руками

Наверное, многим знакома ситуация, когда у радиатора нагреваются только первые несколько секций, а остальные остаются холодными, причём вы уверены, что воздуха в отопительном приборе нет, да и подключение выполнено так, как того требует инструкция – не подкопаешься.

В большинстве случаев (99%) сантехники предложат вам переподключение, то есть замену старого подключения на диагональное – это позволяет теплоносителю равномерно распределяться по всей площади отопителя, но переделка потребует не только материальных, но и эстетических затрат, что приемлемо далеко не для всех.

Поэтому, можно использовать другой вариант, о котором мы хотим вам рассказать, а ещё предложить вашему вниманию видео в этой статье.

Использование удлинителя протока

Что это такое

  • Если в радиаторе более 10 секций, то есть вероятность, что при боковом подключении они будут нагреваться неравномерно, то есть, чем дальше секция от трубы подачи, тем холоднее в ней будет теплоноситель, так как циркуляция в отопительном приборе будет проходить с разной скоростью. Поэтому, чтобы не переделывать боковое подключение на диагональное после монтажа батареи, что может вызвать определённые проблемы с обустройством интерьера комнаты, можно установить удлинитель протока для радиаторов своими руками.
  • После монтажа такого устройства, циркуляция теплоносителя принимает равномерный характер – внутреннее диагональное движение воды начинает проходить с одной скоростью и тем самым проблема неравномерного нагрева батареи снимается сама по себе.

Но, оказывается, не всё так просто, как это должно быть на самом деле – дело в том, что купить удлинитель протока в магазине, торгующем сантехникой или даже заказать его в сети Интернет – целая проблема и причина самая банальная – нет, не высокая цена, а их отсутствие. Но для тех, у кого есть желание обустраивать свой быт, этот вопрос решаем – приспособление можно сделать самостоятельно.

Сделай сам

Для того чтобы произвести такую манипуляцию с радиатором, есть одно важное условие, которое, впрочем, необходимо выполнять для очень многих ситуаций – это наличие запорной арматуры на трубах подачи и возврата, куда будут включаться шаровые краны и «американки».

Для демонтажа вам, в первую очередь, нужно перекрыть оба крана и аккуратно отвинчиваете верхнюю левую или правую футорку – есть вероятность, что силиконовая прокладка при этом будет повреждена, поэтому, лучше всего купить её про запас – благо, у неё копеечная стоимость. Конечно, лучше всего, если вы полностью освободите батарею от труб и снимете её с кронштейнов – на полу вам будет гораздо удобнее проводить дальнейшие работы.

А теперь давайте разберёмся, как сделать удлинитель, но прежде всего, для реализации проекта вам понадобится кусок медной водопроводной трубы – её наружный диаметр должен быть 18 мм, а толщина стенки не менее 1 мм. Кроме трубы вам нужна будет двадцатая муфта под пайку – её внешний диаметр не 20, а 19,5 мм.

Чтобы спаять втулку с трубой, вам понадобится набор специальных инструментов, как то:

  • Труборез, которым вы сможете отрезать медную трубу без деформации;
  • Фаскосниматель, которым вы сможете снять фаску и заусенцы на концах после резки;
  • Труборасширитель или развальцовщик;
  • Стальной ёршик для очистки медной поверхности перед пайкой;
  • Щётка для очистки обрабатываемых поверхностей от грязи, которая будет мешать пайке;
  • Припой;
  • Горелка с насадкой газовая, регулируемая.

Примечание. Для этой цели вы также можете использовать компактную газовую горелку на основе баллонов для туристических плит.

В первую очередь вам нужно будет спаять втулку с трубой, но её сначала нужно ровно отрезать – используем для этого труборез, только саму трубу нужно держать строго перпендикулярно по отношению к инструменту, чтобы край получился ровным.

Затем снимаем щёткой заусенцы, которые в любом случае будут на обрезанном конце и ёршиком очищаем поверхность изнутри. Убираем заусенцы и грязь, а потом наносим флюс на поверхность меньшего диаметра, равномерно распределив его с помощью кисточки.

Внимание!
Ни в коем случае не производите зачистку поверхностей наждачной бумагой!
Медь – это очень мягкий металл, поэтому в нём останутся зёрна абразива, что будет мешать качественной пайке.
Кроме того, не наносите лишнее количество флюса – при нагреве он затечёт в трубу и там образуется застывшая капля, что будет вызывать посторонний шум при движении воды.

Вставляем детали друг в друга, вытирая салфеткой, выдавленный флюс и равномерно прогреваем концы, определяя готовность по цвету флюса – при достаточном нагреве он приобретает серебристый цвет.

Прикладываем к стыку припой – он будет плавиться от температуры труб, без нагрева от температуры меди и, растекаясь заполнять пустоты – это происходит благодаря капиллярному эффекту.

Когда вы увидите, что припой начинает собираться в капли, сразу же прекращаете процесс, но при этом продолжаете удерживать оба конца (не дуя на них) до полного застывания – на это потребуется меньше минуты.

Как сделать удлинитель потока для радиатора?

Хорошим решением для увеличения продуктивности многосекционных радиаторов является установка удлинителя потока. Это арматура с односторонним подключением, которая позволяет равномерно распределять тепло по секциям отопительного оборудования. Как сделать удлинитель потока для радиатора, будет рассмотрено далее.

Конструкция радиатора

При выборе радиаторов основное внимание направленно на КПД и качество изделия. Также стоит учитывать виды конструкции и материала изготовления. На сегодняшний день ассортимент радиаторов достаточно обширный. Стоит брать во внимание, в каких условиях будет использоваться оборудование.

Но как бы хорошо ни был выбран радиатор, если его длина имеет 10 секций и более, то при подключении он будет нагреваться неравномерно. Продуктивность его будет снижена, так как чем дальше от трубы подачи находится нагревательный элемент, тем неравномернее циркулирует вода. Поэтому либо делают наклонное подключение, либо внедряют более эффективный способ. Им является применение удлинителя потока для радиатора, который хорошо подходит для биметалла, алюминиевого и стального изделия.

Но прежде чем решать такие вопросы, стоит ознакомиться с различиями радиаторов. Современные отопительные приборы этого типа могут быть изготовлены из различных сплавов. Например, это может быть чугунный, стальной, алюминиевый, биметаллический, медный радиатор и т. д. Также они имеют разный внешний вид:

  • Радиатор панельной конструкции из алюминия отлично подходит для собственного отопления. Внутри расположены стальные нагревательные панели, соединенные конверторным оребрением. Это дает высокий показатель КПД.
  • Трубчатые стальные радиаторы, по которым проходит горячая вода. Это простая конструкция.
  • Алюминиевые радиаторы. Их существует два вида: литьевые и экструзионные. Их рекомендуется использовать только для автономного отопления. Из-за особенностей материала и слабого атмосферного давления внутри системы для центрального отопления их использовать нельзя.
  • Чугунные радиаторы. Самый первый вид радиаторов. Отопительный прибор долго набирает тепло, но зато имеет хорошую теплоотдачу. Идеально подходит для централизованного отопления.
  • Биметаллические радиаторы отопления. Эта конструкция сочетает материалы из стали (из которой изготовлена сердцевина) и алюминия (которым покрыта оболочка). Они имеют секционную конструкцию. Такие радиаторы подходят как для автономного отопления, так и для централизованного.

Большой выбор конструкций позволяет создать качественную систему при любых условиях.

Назначение удлинителя

Прямое назначение удлинителя потока для радиатора – это повышение продуктивности системы отопления.

После монтажа приспособления циркуляция горячей воды в отопительном приборе становится равномерней. Вода начинает проходить с одинаковой скоростью, тем самым способствуя равномерному нагреву.

Конструкция

Эта конструкция представляет собой обычное приспособление в виде алюминиевой или медной трубки и фитинга с наружной резьбой. Благодаря ему значительно повышается теплоотдача у радиатора.

Такой метод увеличения КПД является рентабельным для радиаторов, которые имеют длину более 80 см.

Особенности работы

Удлинитель потока используется для радиаторов, подсоединенных к системе через простые краны с американкой. На подаче и обратке труб должна быть запорная арматура. При её отсутствии подключение удлинителя потока будет невозможным. Придется провести переподключение радиатора, что потребует больше усилий.

Главная особенность работы заключается в том, что она не вызывает больших затруднений, не требует изменения визуального вида конструкции. Так зачастую поступают незнающие сантехники, сделав диагональное подключение. Этот тип монтажа обогревателя повысит теплоотдачу, но не будет настолько эффективным, как применение удлинителя потока.

Разновидности подключения

Подключение может быть двухтрубным и однотрубным. Первый вариант является более затратным и сложным при монтаже. Чтобы создать такую систему, потребуется предварительно разработать подробный план. При его создании нужен тщательный расчет, в котором следует учесть множество технических нюансов.

Однотрубная система подключения радиаторов является более простой. При проведении самостоятельного монтажа этот вариант является предпочтительнее. Удлинитель потока радиатора отопления целесообразно устанавливать в однотрубную систему.

Покупные удлинители

Удлинитель потока для биметаллического радиатора Valtec служит для равномерного прогревания конвекторов с большим количеством секций. Это изделие производят в виде латунного никелированного фитинга, который имеет наружную резьбу 1 дюйм. Также имеется патрубок с внутренней резьбой для медной трубки с размером 16 мм или 18 мм.

Производители удлинителя потока Valtec для радиатора выпускают продукт с правой и левой резьбой. А также имеются в ассортименте изделия с размером 1/2 и 3/4 дюйма. При желании приспособление можно изготовить без особых усилий самостоятельно.

Самодельный удлинитель

Для проведения такой работы необходимо иметь в установке запорную арматуру на трубах подачи и обратки, куда вкручивается американка. Также перед началом создания удлинителя потока для биметаллического радиатора стоит при себе иметь необходимые инструменты:

  • Труборез для обрезки медной или металлической трубы.
  • Фаскосниматель для устранения заусенец после резки.
  • Развальцовщик.
  • Стальной ёршик для очистки перед пайкой.
  • Щетка для очистки обрабатываемых поверхностей от грязи.
  • Газовая горелка с насадкой.
  • Припой.

Для проведения работы необходимо перекрыть оба крана. После чего потребуется отвинтить верхнюю футорку. В зависимости от подключения, она может быть как с левой, так и с правой стороны. После этого действия силиконовую прокладку лучше заменить, так что стоит её купить заранее. Для удобства рекомендуется батареи снять полностью, этим обеспечится комфорт работы.

После разборки радиатора стоит сделать удлинитель. Зачастую это кусок медной водопроводной трубы, наружный диаметр которой составляет 18 мм.

Толщина стенки составляет 1 мм. Также необходима муфта (диаметр 20 мм) под пайку.

Дальше следует спрятать втулку с трубой. Перед этим потребуется ровно ее отрезать. Для данной процедуры применяется труборез. Заготовку нужно держать перпендикулярно. После обрезки счищаются щеткой заусенцы. Ершиком удаляют грязь поверхности внутри трубы. После проведения этой процедуры на поверхность меньшего диаметра наносится равномерно флюс с помощью кисточки. Далее детали вставляются одна в другую. Аккуратно лишний флюс убирается салфеткой и равномерно прогревается, пока он не приобретет серебристый цвет.

Затем к стыку прикладывается припой, который становится мягким от температуры труб при отсутствии дополнительного нагрева. Такая реакция происходит благодаря капиллярному эффекту. Припой растекается и заполняет пустоту. После этого потребуется подождать около минуты до полного застывания.

Что касается длины трубы, то она в основном делается до середины конвектора. Но лучше брать ее с запасом, так как лишнее всегда можно удалить. И вот удлинитель потока для радиатора готов. Можно вставлять его в отверстие и закручивать.

Рекомендации

Следует учесть, что при установке представленной системы для биметаллического или алюминиевого радиатора нельзя применять медный удлинитель. Эти материалы, вступая друг с другом в реакцию, разрушаются. Поэтому следует тщательно отнестись к выбору материала для проведения монтажа.

Рассмотрев, что собой представляет удлинитель потока для радиатора, а также особенности его установки, можно самостоятельно выбрать и смонтировать этот элемент в систему отопления.

Удлинитель протока для радиатора | Гид по отоплению

udlinitel-potoka4

Удлинитель протока для радиатора отопления – арматура, позволяющая увеличить эффективность многосекционных радиаторов (10 и более секций) с односторонним подключением. Удлинитель способствует равномерному нагреву всех секции радиатора.

Часто радиатор с большим количеством секций нагревается неравномерно. Разогреваются и обладают высокой теплоотдачей только первые к входу секции, все же остальные секции нагреваются слабо и практически не отдают тепло, т.к. теплоноситель, выбирая путь наименьшего сопротивления, просто до них не доходит. В этом случае может помочь удлинитель потока, который устанавливается в обратный коллектор радиатора. Он пропускает через себя теплоноситель, напрямую минуя коллектор, тем самым способствуя нагреву всех секций радиатора.

Удлинитель потока Valtec VT 503.

Удлинитель потока Valtec VT 503.

Конструкция

Удлинитель протока для радиатора представляет собой аналог стандартной радиаторной футорки (размером ½ или ¾ дюйма) с отводом для подсоединения полимерной, нержавеющей стальной или медной «трубы-удлинителя». В связи с отсутствием в свободной продаже данной арматуры, часто вместо нее используется сама радиаторная футорка с переходником для подсоединения «трубы-удлинителя».

Принцип работы удлинителя потока.

Принцип работы удлинителя потока.

Вся конструкция монтируется в обратный коллектор радиатора, таким образом, чтобы обратный поток теплоносителя проходил только по удлинителю.

Преимуществом использования медной трубы являются ее тонкие стенки, благодаря чему она практически не заужает сечение коллектора. Поэтому установка медного удлинителя не влияет на гидравлические характеристики отопительной системы.

Удлинитель на основе металлопластиковой трубы.

Удлинитель на основе металлопластиковой трубы.

Удлинитель на основе медной трубы.

Удлинитель на основе медной трубы.

 

Батареи Redox Flow: основы и применение

1. Введение

Глобальный экономический рост с увеличивающимся выбросом углекислого газа нарушает нашу экосферу и оказывает значительное влияние на изменение климата. Желателен экологически чистый способ производства электроэнергии из возобновляемых источников, таких как ветер и солнце. Чтобы способствовать использованию возобновляемых и устойчивых источников энергии и повысить стабильность сетевых сетей, необходимы системы хранения энергии для хранения излишков электроэнергии.Затем накопленная энергия может быть доставлена ​​конечным потребителям или в электрические сети при необходимости. Становится ясно, что электрохимическое накопление энергии с использованием перезаряжаемых батарей на основе окислительно-восстановительной химии может обеспечить центральное решение для решения такой проблемы. Благодаря накоплению энергии в рециркулирующих жидких электролитах проточные окислительно-восстановительные батареи обладают преимуществами разделенной плотности энергии (размер резервуара, концентрация электролита, напряжение и количество элементов в зависимости от напряжения) и способности генерировать электроэнергию (в зависимости от размера электродов и кинетики реакции).С точки зрения стоимости, гибкости системы, быстрого реагирования и соображений безопасности для крупномасштабных приложений проточные окислительно-восстановительные батареи демонстрируют большие преимущества по сравнению с другими типами батарей, такими как свинцово-кислотные и литий-ионные, и, как ожидается, будут иметь увеличивающееся коммерческое пространство за счет технологических развитие в будущем. Следовательно, необходимо хорошо понимать окислительно-восстановительный химический состав и технические основы проточных батарей, которые определяют технологический успех и проникновение на рынок.

2.Классические проточные ванадиевые окислительно-восстановительные батареи

Среди различных проточных батарей наиболее развитой является проточная ванадиевая окислительно-восстановительная батарея [1]. В настоящее время ведется строительство крупных промышленных ванадиевых проточных батарей окислительно-восстановительного потенциала. Структура и реакции заряда-разряда проточных ванадиевых окислительно-восстановительных батарей схематически показаны на рисунке 1. Во время разряда восстановление происходит на катоде, а окисление происходит на аноде, как показано в уравнениях. (1) — (3) (разряд: →, заряд: ←). Во время этих окислительно-восстановительных реакций протонные ионы диффундируют через мембрану, а электроны передаются по внешней цепи.

Рис. 1.

Схема проточной ванадиевой окислительно-восстановительной батареи: (а) реакция заряда и (б) реакция разряда.

Отрицательный электрод: V2 + ↔V3 ++ e − E1 Положительный электрод: VO2 ++ 2H ++ e − ↔VO2 ++ h3OE2 Общая реакция: V2 ++ VO2 ++ 2H + ↔VO2 ++ V3 ++ h3OE3

Стандартное напряжение ячейки для всех -Ванадиевые проточные батареи окислительно-восстановительного потенциала составляют 1,26 В. При заданной температуре, значении pH и данных концентрациях ванадия напряжение элемента может быть рассчитано на основе уравнения Нернста:

E = 1,26 В –RT / F ln ([VO2 +] [V3 +]) / ([VO2 +] ⋅ [H +] 2⋅ [V2 +]) E4

где R , T и F ​​ — универсальная газовая постоянная, абсолютная температура и постоянная Фарадея, соответственно.Может произойти переход ионов ванадия через мембрану, что приведет к саморазряду с нежелательным смешиванием частиц ванадия с обеих сторон ячейки, как показано ниже [2]:

На отрицательном электроде:

V2 ++ VO2 ++ 2H + → 2V3 ++ h3OE52V2 ++ VO2 ++ 4H + → 3V3 ++ 2h3OE6

На положительном электроде:

V2 ++ 2VO2 ++ 2H + → 3VO2 ++ h3OE8V2 ++ VO2 ++ 2H + → 2V3 ++ h3OE10

Побочные реакции, такие как выделение водорода во время работы может происходить разложение воды и выделение CO 2 из-за окисления углеродного электрода [3].Эксплуатационные характеристики батареи обычно оцениваются по трем показателям эффективности: кулоновский КПД (CE), КПД по напряжению (VE) и энергоэффективность (EE), которые определяются следующим образом:

CE = емкость разряда, емкость заряда × 100% E11VE = среднее напряжение разряда, среднее напряжение заряда. × 100% E12

КЭ снижается из-за кроссовера ионов ванадия во время работы элемента и побочных реакций. VE связан с плотностью рабочего тока, ионной проводимостью мембраны, электродных материалов, расходом и массопереносом электролита.По мере увеличения плотности тока VE уменьшается из-за увеличения поляризации.

3. Типы и конфигурации проточных окислительно-восстановительных батарей

Обычные проточные окислительно-восстановительные батареи имеют два разделенных резервуара для электролита (рис. 2а). Католит и анолит разделены мембраной, которая позволяет ионам проходить через нее. Наиболее распространенные рабочие ионы в водных средах, H + (349,8 См см 2 моль −1 ) и OH (198,0 См см 2 моль −1 ), имеют самый высокий предельный молярный проводимость между всеми известными катионами и анионами соответственно [4].Например, полностью ванадиевые проточные окислительно-восстановительные батареи имеют окислительно-восстановительные реакции V 3+ / V 2+ на отрицательной стороне (анолит) и VO 2 + / VO 2+ на положительной стороне ( католита). Такой аккумулятор использует одинаковые ионы металлов с обеих сторон. В этом случае переход ионов металлов через мембрану не вызовет загрязнения электролита. Напротив, для проточных окислительно-восстановительных батарей с различными ионами металлов, такими как Fe 3+ / Fe 2+ и Cr 3+ / Cr 2+ в проточной железно-хромовой батарее, перекрестное загрязнение через ион проникновение может вызвать необратимую потерю производительности.

Рис. 2.

Конфигурации (а) обычной проточной окислительно-восстановительной батареи с двумя разделенными отсеками, содержащих растворенные активные частицы, (б) гибридной проточной окислительно-восстановительной батареи с подачей газа на один электрод, (в) проточной окислительно-восстановительной батареи с мембраной Без структуры и (d) проточная батарея окислительно-восстановительного потенциала с суспензией твердых частиц в качестве проточной среды.

Гибридные проточные окислительно-восстановительные батареи, такие как системы цинк-бром и цинк-церий, используют реакции удаления металла / гальваники (Zn 2+ / Zn, −0.76 В по сравнению с [стандартным водородным электродом] SHE) на одном из электродов внутри ячейки и на другой стороне с нормальным растворимым проточным электролитом. Аналогичным образом, проточные литиевые батареи с окислительно-восстановительным процессом в неводных электролитах были исследованы на предмет использования низкого окислительно-восстановительного потенциала пары Li + / Li (-3,04 В по сравнению с SHE). Во время зарядки цинк или литий осаждаются из электролита, а во время разрядки Zn 2+ или Li + снова растворяется в растворе. Недостатком такой гибридной проточной окислительно-восстановительной батареи является то, что способность аккумулировать энергию ограничена свободным пространством внутри элемента, вмещающего металлические отложения.

A-гибридные проточные окислительно-восстановительные батареи второго типа используют газ, такой как Cl 2 , O 2 и H 2 , в качестве реакционной среды или с реакцией выделения газа на катоде или аноде (рис. 2b). Например, в качестве катода может использоваться реакция восстановления кислорода (O 2 + 4H + + 4e ⇄ 2H 2 O) с высоким положительным потенциалом. В этом случае емкость элемента определяется только емкостью анолита. Реакция восстановления кислорода в неводных электролитах в присутствии ионов лития может протекать через: O 2 + 2Li + + 2e ⇄ Li 2 O 2 .Более того, восстановление и окисление кислорода во время разряда и зарядки может катализироваться химически с помощью окислительно-восстановительных медиаторов [5]. Интересно отметить, что можно избежать использования электрокатализаторов для восстановления и окисления кислорода, как в обычной системе. Обратите внимание, что образование и осаждение Li 2 O 2 происходит в пористой матрице, которая может статически удерживаться в газодиффузионном резервуаре во время зарядки / разрядки. Такая концепция может сохранять характер развязанной энергии и мощности для проточных батарей.

Для водных электролитов реакции выделения кислорода и газообразного водорода при электролизе воды происходят во время зарядки при очень положительном и отрицательном потенциалах электрода соответственно. Реакция выделения водорода наблюдалась как паразитная побочная реакция на аноде для некоторых систем проточных батарей. Такое поведение использовалось для одновременного накопления электричества и генерации водорода (2V 2+ + 2H + → H 2 + 2V 3+ ), как было продемонстрировано в ванадиево-цериевой проточной батарее [6].Произведенный водород можно затем использовать для производства электроэнергии в топливных элементах.

Ионная проводимость и селективность мембран часто существенно влияют на общую производительность элементов многих проточных окислительно-восстановительных батарей. Высокое поверхностное сопротивление мембраны ограничивает практическую работу только при низких плотностях тока. Переход активных частиц через мембрану приводит к потере производительности при езде на велосипеде. Редокс-химия активных частиц с образованием электроосаждений приводит к другому типу конфигурации ячейки без мембран и только с одним резервуаром электролита [7] (рис. 2c).Некоторые выбранные безмембранные проточные окислительно-восстановительные батареи перечислены в таблице 1 [8–14]. Наблюдается приемлемая энергоэффективность и устойчивость к циклическим нагрузкам. Учитывая высокую стоимость большинства имеющихся в продаже ионообменных мембран, такая безмембранная конфигурация ячеек может обеспечить простоту эксплуатации и экономичное применение.

901‐30

Проточные батареи Энергетическая эффективность Стабильность цикла Арт.
Pb / PbO 2 65% Ограничено ростом дендритов Pb и образованием нежелательной фазы β ‐PbO 2 [8]
Zn NiOOH 86% Стабильно более 1000 циклов с избытком цинка ∼600% [9]
Cu-PbO 2 Около 83% при 20.8 мА см -2 Стабильно в течение 450 циклов [10]
Zn-Ce Около 75% при 20 мА см -2 Ограничено отрицательным электродом Zn, остаточным цинком на электроде после разряда [11]
Zn ‐ хинон Около 40–70% при 30 мА см –2 Стабилен для хинона низкой концентрации (50 мМ) [12]
H 2 ‐Br 2 Высокая эффективность в обоих направлениях при высокой плотности тока до 1 А · см −2 Не указано [13]
Симметричный Ru (acac) 3 Около 20% при примерно 2 мА см −2 Низкая кулоновская эффективность и КПД по напряжению [14]

Таблица 1.

Проточные окислительно-восстановительные батареи без мембраны.

Осажденные анодные частицы должны иметь низкую скорость растворения в присутствии окисленных католитов в качестве реакции саморазряда. Прямая реакция между осажденным металлом и другими электроактивными частицами в электролите должна быть незначительной или подавленной. Эффекты саморазряда должны быть сведены к минимуму по сравнению с целевой быстрой реакцией заряда / разряда. Кислотный электролит не подходит для анодного осаждения металлов.Твердофазные реакции обычно имеют плохую кинетику по сравнению с реакциями в жидких электролитах. КПД по напряжению в большинстве безмембранных проточных батарей относительно низок (60–80%) и ограничивается кинетикой массопереноса и переноса заряда. По сравнению с проточной конфигурацией, неразделенная батарея с проточными электродами может обеспечить улучшенный массоперенос. Однако скорость потока будет в значительной степени ограничена.

Батарея с ламинарным потоком, в которой используются две текучие среды, прокачиваемые через тонкий канал без бокового перемешивания или с очень небольшим перемешиванием, обеспечивает работу без мембран.H 2 (протекающий через анод с перекачиваемой жидкой бромистоводородной кислотой) водно-бромная батарея с ламинарным потоком, продемонстрированная при этом, обеспечивает высокую концентрацию реагентов, высокую скорость реакции и высокую пиковую плотность мощности (0,795 Вт / см -2 ) [13].

Среди различных технологий хранения электроэнергии проточные окислительно-восстановительные батареи обычно имеют относительно низкую плотность энергии (например, около 30 Вт · ч L −1 для полностью ванадиевых проточных батарей окислительно-восстановительного потенциала). Таким образом, хотя подзарядка электролита может быть выполнена путем замены разряженного электролита в течение нескольких минут после транспортировки, проточные окислительно-восстановительные батареи считаются используемыми только в стационарных накопителях энергии.Чтобы увеличить плотность энергии, хорошо растворимые в воде частицы, например LiI (растворимость до 8,2 M) и ZnI (7 M), могут потенциально увеличить объемную плотность энергии. Использование концентрированного электролита ZnI приводит к высокой теоретической плотности энергии 322 Вт · ч · л −1 [15], что может даже конкурировать с батареями на основе литий-ионной химии (катод LiFePO 4 , 223 Вт · ч · л −1 ).

Еще одна успешная разработка — литиевые батареи с окислительно-восстановительным потоком. Измельченные энергоемкие твердые электродные материалы, такие как LiCoO 2 и LiFePO 4 , можно суспендировать в текучей суспензии, которая затем циркулирует как растворимый в жидкости электролит (рис. 2d).Из-за высокой молярной концентрации лития в твердых материалах (например, около 51,2 M для LiCoO 2 и 22,8 M для LiFePO 4 , по сравнению с примерно 1,6 M для частиц ванадия в обычных батареях с окислительно-восстановительным потоком ванадия) такой поток батареи обеспечивают высокую объемную плотность энергии (было достигнуто около 580 Втч л -1 [16]). Таким образом, проточные окислительно-восстановительные батареи могут найти применение даже в портативной электронике и электромобилях.

4. Редокс-электрохимия проточных батарей

Общая производительность системы и стоимость проточных окислительно-восстановительных батарей в значительной степени зависят от окислительно-восстановительной электрохимии проточной ячейки.Были предприняты большие усилия в поисках альтернативной химии аккумуляторов от электролитов до электродов [4, 17, 18]. Возможное напряжение ячейки зависит от выбранных окислительно-восстановительных пар (таблица 2) и ограничивается электрохимическим окном данной системы растворитель-электрод, стабильностью поддерживающего катиона или аниона и стабильностью материалов биполярной пластины (рисунок 3).

Рис. 3.

Потенциалы и относительная растворимость выбранных неорганических и органических окислительно-восстановительных пар для проточных окислительно-восстановительных батарей.Пунктирные линии показывают предел электрохимической стабильности типичных водных электролитов. Пунктирными линиями показана возможность увеличения предела устойчивости водных электролитов с использованием концентрированных электролитов [19, 21].

Катодные окислительно-восстановительные реакции Анодные окислительно-восстановительные реакции Ячейка OCV / V
Br 2 + 2e ⇄ 2Br — 3 или Br + 2e ⇄ 3Br AQDSH ⇄ AQDS + H + + e 0.86
[Mn (acac) 3 ] + + e ⇄ Mn (acac) 3 [Mn (acac) 3 ] ⇄ Mn (acac) 3 + e 1,10
Fe 3+ + e ⇄ Fe 2+ Cr 2+ ⇄ Cr 3+ + e 1,19
VO 2 + + 2H + + e ⇄ VO 2+ + H 2 O V 2+ ⇄ V 3+ + e 1.26
I 3 + 2e ⇄ 3I Zn ⇄ Zn 2+ + 2e 1,30
PbO 2 + 4 + + SO 4 + 2e ⇄ PbSO 4 + 2H 2 O Cu ⇄ Cu 2+ + 2e 1,35
ClBr 2 2− + e ⇄ 2Br + Cl VBr 2 + Br ⇄ VBr 3 + e 1.35
Br 2 + 2e ⇄ 2Br или Br 3 + 2e ⇄ 3Br 2S 2 2− ⇄ S 4 2− + 2e 1,36
гидрохинон ⇄ Zn ⇄ Zn 2+ + 2e 1,40
параон ‐ 2бензохин + 2 бензохин + 2e
O 2 + 4H + + 4e ⇄ 2H 2 O V 2+ ⇄ V 3+ + e 1.49
[Fe (CN) 6 ] 3− + e ⇄ [Fe (CN) 6 ] 4− Zn + 4OH ⇄ [Zn (OH ) 4 ] 2− + 2e 1,58
PbO 2 + 4H + + 2e ⇄ Pb 2+ + 2H 2 O Pb ⇄ Pb 2+ + 2e 1,69
2NiOOH + 2H 2 O + 2e ⇄ 2Ni (OH) 2 Zn + 4OH ⇄ [Zn ( OH) 4 ] 2− + 2e 1.70
TEMPO + + e ⇄ TEMPO • Zn ⇄ Zn 2+ + 2e 1,70
VO 2 + + 2 + e ⇄ VO 2+ + H 2 O Zn ⇄ Zn 2+ + 2e 1,76
[Ru (acac) 3 ] + + e ⇄ Ru (acac) 3 [Ru (acac) 3 ] ⇄ Ru (acac) 3 + e 1.77
Br 2 + 2e ⇄ 2Br или Br 3 + 2e ⇄ 3Br Zn ⇄ Zn 2+ + 2e 1.82
Cl 2 + 2e ⇄ 2Cl Zn ⇄ Zn 2+ + 2e 2.12
— ClBr + 2e ⇄ 2Br + Cl Zn ⇄ Zn 2+ + 2e 2.16
[V (acac) 3 ] + + e ⇄ V (acac) 3 [V (acac) 3 ] ⇄ V (acac) 3 + e 2,18
Ce 4+ + e ⇄ Ce 3+ Zn ⇄ Zn 2+ + 2e 2,20–2,46
[Fe (bpy) 3 ] 3+ + e ⇄ [Fe (bpy) 3 ] 2+ [Ni (bpy) 3 ] ⇄ [Ni ( bpy) 3 ] 2+ + e 2.30
Рубрен • + + e ⇄ Рубрен Рубрен • ⇄ Рубрен + e 2,30
[Ru (bpy) 3 ] 3+ + e ⇄ [Ru (bpy) 3 ] 2+ [Ru (bpy) 3 ] + ⇄ [Ru (bpy) 3 ] 2+ + e 2,60
[Cr (acac) 3 ] + + e ⇄ Cr (acac) 3 [Cr (acac) 3 ] ⇄ Cr (acac) 3 + e 3.40
[Fe (CN) 6 ] 3− + e ⇄ [Fe (CN) 6 ] 4− Li ⇄ Li + + e 3,40
OFN • + + e ⇄ OFN BP • ⇄ BP + e 4,52
4Ce 4+ 30 + 2H O → 4Ce 3+ + 4H + + O 2 2V 2+ + 2H + → H 2 + 2V 3+ Элемент химически разряжен [6]

Таблица 2.

Избранные окислительно-восстановительные реакции и OCV ячейки для проточных окислительно-восстановительных батарей.

Таблица 2 суммирует электрохимические окислительно-восстановительные реакции на катоде и аноде и напряжение холостого хода элемента (OCV) для различных проточных окислительно-восстановительных батарей. Для водных электролитов типичное напряжение ячейки ниже 1,5 В. Для достижения высокого напряжения ячейки необходимы органические растворители с широким электрохимическим окном, такие как ацетонитрил (6,1 В) и пропиленкарбонат (6,6 В) [4]. Однако большинство используемых активных частиц плохо растворимо в органических растворителях.Высокое напряжение на ячейке в этом случае происходит за счет низкой концентрации активных частиц. Для выбора подходящего электролита должен быть достигнут компромисс между растворимостью, напряжением ячейки, кинетикой реакции и подходящей рабочей температурой. Ce 4+ / Ce 3+ окислительно-восстановительная реакция (от 1,44 до 1,70 В по сравнению с SHE, в зависимости от типа поддерживающего кислотного электролита), протекающая при потенциале, превышающем предел стабильности биполярной пластины (рисунок 3), требует особого подхода. электроды, такие как титановая пластина или сетка с катализатором.

Многие анодные реакции имеют низкий отрицательный потенциал; применение в водных батареях может быть затруднено из-за образования H 2 из-за электролиза воды с нежелательными потерями энергии и дисбалансом в состоянии заряда между двумя сторонами батарей. За счет использования концентрированных электролитов вода-в-ионной жидкости (вода в 1-бутил-3-метилимидазолий хлориде, BMImCl) [19, 20] или вода в соли (вода в литии, бис (трифторметилсульфонил) имид, LiTFSI) [ 21] начало выделения кислорода и реакции водорода может быть смещено в сторону более положительного и отрицательного потенциалов соответственно.Соответственно, было достигнуто широкое электрохимическое окно около 3 В (рисунок 3). Считается, что в таких концентрированных смесях количество свободных молекул воды уменьшается. Внутренний слой Гельмгольца вблизи поверхности электрода в основном занят катионом [BMIm] + или анионом TFSI соответственно. Тогда разложение воды в значительной степени замедляется. Редокс-потенциалы для реакций выделения водорода и кислорода зависят от pH. Индивидуальный контроль значений pH анолита и католита с помощью мульти-мембранной системы приводит к высокому рабочему напряжению ячейки около 3 В [22].

В отличие от электрохимической стабильности окислительно-восстановительных компонентов и растворителей, химическая стабильность электроактивных веществ и компонентов ячейки также имеет решающее значение для длительной эксплуатации. Электролиты ванадия образуют твердые осадки при температуре выше 40 или ниже 10 ° C при концентрациях выше 1,6 M для полностью ванадиевых проточных батарей с окислительно-восстановительным потенциалом. Окисление V 5+ и Ce 4+ может вызвать деградацию мембраны и материалов графитовых электродов. Комплексообразующие агенты необходимы для хранения брома, тогда как разделение фаз (образование водонерастворимой эмульсии) происходит для комплексов брома во время зарядки проточных батарей на основе брома.Перекрестное загрязнение бром-полисульфидных батарей может привести к выделению тепла и выделению токсичных Br 2 и H 2 S.

Высокая производительность проточных окислительно-восстановительных батарей означает высокую способность к выработке электроэнергии. В идеале ожидается, что два активных вида по обе стороны от клетки будут иметь близкие константы скорости. Однако часто наблюдаются несоответствия в скоростях реакции. Для многих электродных реакций с вялой кинетикой необходимы катализаторы, чтобы уменьшить поляризацию (т.е. улучшить КПД по напряжению) и улучшить скорость реакции (Таблица 3) [23].Катализаторы обычно наносятся на пористый материал, который обеспечивает большую площадь контакта электролитов. Поддерживающие материалы должны иметь высокую электропроводность, механическую стабильность, разумную стоимость и высокий уровень перенапряжения выделения кислорода и водорода для водной системы. Для этой цели обычно используются материалы на основе углерода [24].

Ir-модификация

из углеродного войлока
Электродные реакции Катализаторы
VO 2 + + 2H + + e ⇄ VO 2+ + H

29 2 9030 O 901 3 O 4 / углеродное волокно

ZrO 2
Bi 2 O 3
Nanorod Nb 2 O 5
WO 3
PbO 2
V 3+ + e ⇄ V 2+ Mn 3 O 4 углеродное волокно
ZrO 2
Bi 2 O 3
Nanorod Nb 2 O 5
TiC

0
Cr 3+ + e ⇄ Cr 2+ Благородные катализаторы
Ce 4+ + e → Ce 3+ Платинированный титан
Cl 2 + 2e ⇄ 2Cl RuO 2
O 2 + 4H + + 4e ⇄ 2H 2 O Смешанный оксид Pt / Ir

Таблица 3.

Катализаторы, используемые для реакций окислительно-восстановительных пар.

5. Окислительно-восстановительно-активные органические электролиты

По сравнению с электролитами на основе металлов для проточных окислительно-восстановительных батарей с ограниченным количеством и ресурсом, органические молекулы с неограниченным химическим пространством обеспечивают низкую стоимость (например, от 5–10 долларов за кг −1 против 27 кг −1 для ванадия) и высокопроизводительной эксплуатации. Кинетика быстрой реакции органических соединений позволяет производить высокую мощность. Высокая растворимость может быть достигнута путем контроля солюбилизирующих функциональных групп.Редокс-потенциалы можно регулировать путем изменения электронодонорных (-OH, -NH 2 ) или -принимающих (-SO 3 H, -NO 2 , -PO 3 H 2 ) свойств функциональные группы. Регулируя размер молекулы или прививая полимерные цепи, можно получить низкий кроссовер мембраны. Недавно были продемонстрированы высокоэффективные водные проточные окислительно-восстановительные батареи на органической основе (Таблица 4) [25–30].

Таблица 4.

Избранные редокс-активные органические соединения, используемые для проточных окислительно-восстановительных батарей.

Органическим соединениям на основе хинонов уделялось большое внимание, от простого гидрохинона до крупного антрахинона. Эти материалы обладают низкой стоимостью и высокой скоростью реакции. Пиковая плотность мощности 1 Вт / см -2 наблюдалась для системы 9,10-антрахинон-2,7-дисульфоновая кислота (AQDS) -бромид [31], что близко к заявленной пиковой плотности мощности 1,34 Вт см −2 для проточных ванадиевых окислительно-восстановительных батарей. По сравнению с относительно небольшими молекулами, такими как гидрохинон и 2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксил (TEMPO), ожидается, что большие молекулы, такие как AQDS и метилвиологен (MV), будут иметь низкую скорость кроссовера через мембрану.Функционализация этих активных органических соединений с помощью полимерных основных цепей дополнительно позволяет работать от батарей с недорогими исключающими размер мембранами [32]. Разработка органических активных материалов для проточных окислительно-восстановительных батарей открывает большие перспективы для стационарного электрохимического накопления энергии.

6. Полутвердые проточные окислительно-восстановительные батареи

Чтобы преодолеть ограничения в растворимости активных частиц в жидких электролитах, для проточных окислительно-восстановительных батарей были введены суспензии с плотными твердыми материалами.Впервые эта концепция была продемонстрирована с помощью интеркаляционных материалов Chiang et al. [33], которые обычно используются для литий-ионных батарей. Такие полутвердые проточные литиевые батареи с окислительно-восстановительным потенциалом сочетают в себе достоинства высокой плотности энергии для литий-ионных батарей и независимый характер обычных проточных окислительно-восстановительных батарей. Чтобы сформировать перколяционную сеть для переноса заряда, было предложено несколько стратегий: (i) диспергирование проводящей добавки, такой как углерод, в электролитах, (ii) добавление окислительно-восстановительных медиаторов и (iii) введение металлической проволоки в качестве токосъемника [34 ].Было обнаружено, что проводящие электролиты сталкиваются с проблемой шунтирования тока между элементами в стопке.

Энергоемкие батареи, основанные на химии лития и химии интеркаляции распространенных элементов (таких как Na, Mg, Al и т. Д.), Вносят значительный вклад в переносные приложения различных электронных устройств и революцию в наших современных обществах. Успешное развитие этих материалов открывает возможности для новых приложений проточных батарей. Недавно были разработаны полутвердые проточные окислительно-восстановительные батареи на основе лития, натрия и органических молекул (таблица 5) [33–37].Для насосной системы с твердой суспензией необходимо учитывать реологические свойства суспензии.

Полутвердые проточные батареи Подвеска Примечания Арт.
LiCoO 2 / Li 4 Ti 5 O 12 26 об.% LiCoO 2 , 0,8 об.% Кетжен; 25 об.% Li 4 Ti 5 O 12 , 0,8 об.% Ketjen Скорость от C / 3 до C / 8, высокая энергоэффективность [33]
LiCoO 2 / Li 4 Ti 5 O 12 Без углерода 0.5 об.% LiCoO 2 , 1 об.% Li 4 Ti 5 O 12 Низкая плотность тока от 0,002 до 0,008 мА см −2 , низкий кулоновский КПД около 11,5% [34 ]
P2-тип Na x Ni 0,22 Co 0,11 Mn 0,66 O 2 / NaTi 2 (PO 4 ) 3 Активный материал с 1,3% масс. проводящая добавка Плотность тока ниже 0.5 мА · см −2 , низковольтная эффективность около 40%, плотность энергии около 9 Вт · ч. Л −1 [35]
Симметричная батарея с политиофеном Политиофен (8,41 г л −1 ), Ketjenblack (2 г л −1 ) Низкая плотность тока (<1 мА см −2 ), энергоэффективность 60,9% при 0,5 мА см −2 [36]
Zn / полианилин 10 мас.% Порошка полианилина в суспензии 0.Перенапряжение 28 В при 20 мА см −2 [37]

Таблица 5.

Избранные примеры для полутвердых проточных окислительно-восстановительных батарей.

В отличие от проточных батарей с реакциями (де) литиирования и переноса электрона, происходящими внутри электрохимических ячеек (рис. 2d), была представлена ​​новая концепция с использованием окислительно-восстановительных молекул челнока [38], в которой твердые активные материалы статически удерживаются в резервуар и только молекулы челнока циркулируют в электрохимической ячейке (рис. 4).Электрохимические окислительно-восстановительные реакции молекул челнока протекают на электроде внутри ячейки, тогда как химическое (де) литиирование активных твердых материалов в резервуаре происходит посредством реакций между твердыми материалами и молекулами челнока. Поскольку активные твердые материалы не участвуют в электрохимической реакции, проводящие добавки (такие как технический углерод) в такой системе не требуются. Кроме того, челночные молекулы с низкой концентрацией всего в несколько мМ достаточны для индукции реакции (де) литиирования большого количества твердых материалов.

Рис. 4.

Иллюстрация полутвердой проточной окислительно-восстановительной батареи с твердыми материалами, статически хранящимися в резервуаре, и окислительно-восстановительной челночной молекулой (SM), циркулирующей с электролитом.

7. Выводы и перспективы

Технология проточных окислительно-восстановительных батарей является относительно новой и еще недостаточно развитой. Рациональное использование электролита и конструкция ячейки могут привести к повышению способности аккумулирования энергии и снижению стоимости строительства. Новый химический состав электролитов и разработка новой конфигурации проточных батарей обеспечат высокую гибкость системы.Физиохимические и электрохимические окислительно-восстановительные свойства активных пар, окно стабильности поддерживающего электролита, выбор поддерживающих ионов, стабильность электродных материалов и компонентов ячейки являются ключевыми факторами для успешного применения. Будущее проникновение на рынок проточных батарей требует низкой стоимости, высокой плотности энергии и высокой плотности мощности. Темпы недавних разработок активных органических молекул в качестве электролитов открывают новые стратегии экономичных и устойчивых решений для крупномасштабных стационарных накопителей энергии.Применение энергоемких твердых материалов в суспензии для проточных окислительно-восстановительных батарей может значительно повысить удельную энергию проточных батарейных систем.

Благодарности

Мы благодарим за поддержку фундаментальных исследований, финансируемых KIST Europe («Электрохимическое преобразование энергии и накопление энергии»). Жуйонг Чен благодарит профессора Р. Хемпельмана за его постоянную поддержку.

Сокращения

BP

5

5 OF13 9146

9134

5 OF913

.

Что такое проточная батарея?

Обычные проточные батареи содержат два раствора электролита в двух отдельных резервуарах, циркулирующих через два независимых контура, разделенных мембраной, а энергия химически накапливается в резервуаре с электролитом. Источник: Primus Power

В то время как твердотельные батареи, такие как литий-ионные, накапливают энергию в твердом электродном материале, таком как металл, проточные батареи накапливают энергию в жидких электролитах.

В большинстве обычных проточных батарей используются два жидких электролита: одна с отрицательно заряженным катодом, а другая — с положительно заряженным анодом.Катод и анод разделены на два резервуара мембраной, потому что, если они соприкоснутся друг с другом, батарея закорочится и потребует замены. Это часто случается с литий-ионными батареями; мембрана со временем разрушается. Но обмен отрицательно и положительно заряженными жидкостями в проточных батареях производит электрический ток без ухудшения, обеспечивая более длительный срок службы и быстрое время отклика.

В то время как литий-ионные батареи отлично подходят для мобильных, мощных приложений, таких как ноутбуки и сотовые телефоны, проточные батареи могут хранить энергию в течение более длительных периодов времени (четыре часа и более) и служат десятилетиями, прежде чем потребуется замена.Это делает их хорошими для обеспечения питания крупных коммунальных предприятий, военных баз, центров обработки данных, микросетей и автономных проектов, которые не ограничены пространством.

Демонстрация окислительно-восстановительного потенциала Источник: ESS

Primus diagram

В конструкции Primus Power используется один резервуар, конструкция с одним контуром потока, мембрана и энергия не хранится в металлическом покрытии на поверхности титановых электродов. Источник: Primus Power

Производители батарей

Flow предлагают различные химические составы, включая ванадий, хромовое железо, бром цинка, цинк-железо и другие.Батареи Flow также могут быть окислительно-восстановительными, гибридными и безмембранными.

В батареях

проточного окислительно-восстановительного потенциала используются реакции восстановления (увеличение количества электронов) и окисления (потеря электронов), когда электроны переносятся в электролите. Энергия накапливается в электролите, который протекает через батарею во время зарядки и разрядки.

В батареях с истинным окислительно-восстановительным потоком энергия постоянно накапливается в жидкости. Однако гибридные проточные окислительно-восстановительные батареи накапливают по крайней мере часть энергии в твердом металле во время зарядки.

В проточной безмембранной батарее жидкости разделяются в одном резервуаре.

Хотя это зависит от химического состава, проточные батареи, как правило, менее реактивны и их легко утилизировать, без риска возгорания. Их также часто можно перерабатывать.

Подробнее о проточных батареях здесь.

.Проточная батарея

Проточная батарея — это форма перезаряжаемой батареи, в которой электролит, содержащий одно или несколько растворенных электроактивных частиц, протекает через силовой элемент / реактор, который преобразует химическую энергию в электричество. Дополнительный электролит хранится снаружи, обычно в резервуарах, и обычно прокачивается через ячейку (или ячейки) реактора, хотя также известны системы гравитационной подачи. ref | Fujii Flow батареи можно быстро «перезарядить» путем замены жидкого электролита (аналогично заправке топливных баков для двигателей внутреннего сгорания) с одновременным извлечением отработанного материала для восстановления энергии.

Топливные элементы обычно определяются как электрохимические устройства для преобразования химической энергии в электричество, в которых реагенты протекают через силовой элемент / реактор из внешнего источника (резервуара, цилиндра или окружающей среды).

Исходя из этих определений, можно сделать вывод, что проточная батарея — это особый тип топливного элемента. Однако в явной форме редко указывается, что электролит в топливном элементе все время остается внутри реактора (например, в форме ионообменной мембраны).В реактор поступают только электроактивные химические вещества, которые не являются проводящими (например, водород, метанол, кислород и т. Д.). объемные условия) протекает через реактор.

Проточные батареи также отличаются от топливных элементов тем, что протекающая химическая реакция часто обратима, то есть они обычно относятся к типу вторичных батарей и поэтому их можно заряжать без замены электроактивного материала.

Чтобы добавить путаницу, Европейская патентная организация классифицирует проточные окислительно-восстановительные ячейки (H01M8 / 18C4) как подкласс регенеративных топливных элементов (H01M8 / 18).

Классы проточных батарей

Существуют различные классы проточных батарей, включая проточную батарею окислительно-восстановительного (окислительно-восстановительного) потока , в которой все электроактивные компоненты растворены в электролите. Если один или несколько электроактивных компонентов нанесены в виде твердого слоя, система известна как гибридная проточная батарея . ref | Bartolozzi Основное различие между этими двумя типами проточной батареи состоит в том, что энергия проточной батареи окислительно-восстановительного потенциала может быть определена полностью независимо от мощности батареи, поскольку энергия зависит от объема электролита (размера бака) и мощности к размеру реактора. Гибридная проточная батарея, как и обычная батарея, ограничена по энергии количеством твердого материала, которое может быть размещено внутри реактора. На практике это означает, что время разряда проточной окислительно-восстановительной батареи при полной мощности может варьироваться, при необходимости, от нескольких минут до многих дней, тогда как гибридная проточная батарея обычно может варьироваться от нескольких минут до нескольких часов.

Другой тип проточной батареи — окислительно-восстановительный топливный элемент . ref | Cutler У этого есть обычный реактор проточной батареи, который работает только для выработки электроэнергии (то есть не заряжается электрически). Перезарядка происходит за счет восстановления отрицательного электролита с использованием топлива (например, водорода) и окисления положительного электролита с использованием окислителя (обычно кислорода или воздуха).

Примерами проточных батарей окислительно-восстановительного потенциала являются проточная батарея окислительно-восстановительного потенциала ванадия, батарея полисульфидбромида (Regenesys) и проточная батарея окислительно-восстановительного потенциала урана. ref | Shiokawa Гибридные проточные батареи включают цинк-бромные, церий-цинковые и полностью свинцовые проточные батареи. Топливные элементы окислительно-восстановительного потенциала менее распространены на рынке, хотя было предложено множество систем. ref | Borchers ref | Nernst ref | Keefer ref | Kummer_and_Oei

Преимущества и недостатки

Проточные батареи окислительно-восстановительного потенциала и, в меньшей степени, гибридные проточные батареи имеют преимущества гибкой компоновки (из-за разделению силового и энергетического компонентов), длительный срок службы (поскольку нет переходов твердой и твердой фаз), быстрое время отклика (как почти все батареи), отсутствие необходимости в «выравнивающей» зарядке и отсутствие вредных выбросов (в общий почти со всеми батареями).Некоторые типы также предлагают простое определение состояния заряда (через зависимость напряжения от заряда), низкие эксплуатационные расходы и устойчивость к перезарядке / переразряду.

С другой стороны, проточные батареи довольно сложны по сравнению со стандартными батареями, поскольку для них могут потребоваться насосы, датчики, блоки управления и вторичные контейнеры. Плотность энергии значительно различается, но в целом она довольно низкая по сравнению с портативными батареями, такими как литий-ионные.

Приложения

Принимая во внимание вышеупомянутые соображения, должно быть очевидно, что проточные батареи обычно рассматриваются для относительно больших (1 кВт — много МВт) стационарных приложений.Они предназначены для выравнивания нагрузки, когда батарея используется для хранения дешевой электроэнергии в ночное время и обеспечения электроэнергией, когда она является более дорогой, а также для хранения энергии из возобновляемых источников, таких как ветер или солнце, для разряда в периоды пикового спроса; пиковое бритье, когда всплески спроса удовлетворяются за счет батареи; и ИБП, где батарея используется, если основное питание не может обеспечить бесперебойное питание.

Поскольку проточные батареи можно быстро «перезарядить» путем замены электролита, они были предложены для электромобилей, а использование проточных батарей окислительно-восстановительного потенциала ванадия для выравнивания нагрузки в ветряных электростанциях уже является перспективным.

Еще одно потенциальное применение проточных окислительно-восстановительных батарей заключается в том, что все элементы используют один и тот же электролит / ы. Следовательно, электролит (-ы) можно заряжать, используя определенное количество ячеек, и разряжать, используя другое количество. Поскольку напряжение батареи пропорционально количеству используемых ячеек, батарея может действовать как очень мощный преобразователь постоянного тока в постоянный. Кроме того, если количество ячеек постоянно изменяется (на входной и / или выходной стороне), преобразование энергии также может быть переменным-постоянным, переменным-переменным или постоянным-переменным током, при этом частота ограничивается частотой переключения. ref | Spaziente

ee также

* Глоссарий терминов топливных элементов
* Водородные технологии
* Балансировка нагрузки
* Редокс-электрод
* Цинк-бромная проточная батарея

Каталожные номера

# Примечание | Fujii T. Fujii, T. Hirose и N. Kondou, в патенте JP 55096569 (1979), Meidensha Electric Mfg. Co. Ltd.
# Примечание | Bartolozzi M. Bartolozzi, «Разработка проточных окислительно-восстановительных батарей. A Историческая библиография »Дж.Источники энергии, т. 27, pp. 219-234, 1989.
# Примечание | Cutler L.H. Cutler, в патенте США 3607420 (1969), на имя E.I. du Pont de Nemours and Co.
Примечание | Сиокава Ю. Сиокава, Х. Ямана и Х. Морияма, «Применение актинидных элементов для проточной окислительно-восстановительной батареи», J. Nucl. Sci. Тех., Т. 37, pp. 253-256, 2000.
# Note | Borchers W. Borchers, в патенте США 567959 (1894)
# Note | Nernst W. Nernst, в DE Patent 264026 (1912)
# Note | Кифер Р.M. Keefer, в патенте США 3682704 (1970), Electrocell Ltd.
Примечание | Kummer_and_Oei_1982 J. T. Kummer and D.-G. Oei, «Химически регенерирующий окислительно-восстановительный топливный элемент», J. Appl. Электрохим., Т. 12, pp. 87-100, 1982
# Примечание | Spaziente PM Spaziante, K. Kampanatsanyakorn и A. Zocchi, в патенте WO 03043170 (2001), на Squirrel Holdings Ltd.

Внешние ссылки

* [ http://www.imr-oarai.jp/en/research/research5-5.html Исследование проточной батареи окислительно-восстановительного потенциала урана ]

Фонд Викимедиа.2010.

.

Новый тип «проточной батареи» может хранить в 10 раз больше энергии, чем лучшее устройство | Наука

Промышленные батареи, известные как проточные батареи, могут в один прекрасный день привести к повсеместному использованию возобновляемых источников энергии — но только в том случае, если устройства могут дешево хранить большое количество энергии и подавать ее в сеть, когда солнце не светит и ветры спокойны. Это то, чего не могут сделать обычные проточные батареи.Теперь исследователи сообщают, что они создали новый тип проточной батареи, в которой используется литий-ионная технология — тип, который используется для питания ноутбуков — для хранения примерно в 10 раз больше энергии, чем у наиболее распространенных проточных батарей на рынке. С некоторыми улучшениями новые батареи могут существенно повлиять на то, как мы храним и доставляем энергию.

Батареи

Flow не сильно отличаются от аккумуляторов, к которым мы все привыкли, за исключением их огромного размера. В обычных перезаряжаемых аккумуляторах электрические заряды хранятся в электроде, называемом анодом.При разряде электроны отрываются от анода, проходят через внешнюю цепь, в которой они работают, и возвращаются на второй электрод, называемый катодом. Жидкие электролиты между электродами переносят ионы через батарею, чтобы сбалансировать заряды. Батареи можно перезарядить, вставив их в розетку, что заставит заряды — и ионы — течь в обратном направлении.

Но в проточных батареях заряды хранятся в жидких электролитах, которые находятся во внешних резервуарах. Затем несущие заряд электролиты прокачиваются через электродный узел, известный как пакет, содержащий два электрода, разделенных ионопроводящей мембраной.Такая установка позволяет хранить в резервуарах большие объемы электролитов. Поскольку эти резервуары не имеют ограничений по размеру, емкость проточной батареи может быть увеличена по мере необходимости. Это делает их идеальными для хранения большого количества энергии в сети.

Сегодня самые современные проточные батареи известны как ванадиевые окислительно-восстановительные батареи (VRB), которые накапливают заряды в электролитах, содержащих ионы ванадия, растворенные в растворе на водной основе. Преимущество ванадия заключается в том, что его ионы стабильны и могут проходить через батарею снова и снова без нежелательных побочных реакций.Но ванадий стоит дорого, а VRB имеют относительно низкую плотность энергии. Это означает, что внешние резервуары должны быть достаточно большими, чтобы удерживать достаточную мощность для использования.

Литий-ионные аккумуляторы

имеют гораздо более высокую плотность энергии, чем VRB. Но было сложно внедрить их технологию в проточные батареи. Во-первых, мембрана, разделяющая два электрода в проточной батарее, должна обеспечивать быстрое прохождение ионов лития, чтобы сбалансировать заряды во время зарядки и разрядки.Современные литиевые проводящие мембраны либо эффективны, но хрупки, либо гибки, но неэффективны.

Чтобы решить эту проблему, исследователи во главе с Цин Ван, ученым-материаловедом из Национального университета Сингапура, предложили своего рода гибридное решение. Они сохранили общую архитектуру проточной батареи с резервуарами для хранения заряда, разделенными центральным блоком электродов. Но внутри внешних резервуаров они поместили твердые — в отличие от жидких — литиевые накопители, один из которых содержит обычный катодный материал литий-ионной батареи, называемый фосфатом лития-железа (LiFePo 4 ), а другой — диоксидом титана (TiO 2 ). который иногда используется в качестве анода литий-ионной батареи.Затем они использовали жидкости, переносящие заряд, называемые окислительно-восстановительными медиаторами, для переноса электрических зарядов от твердых тел в стопку и обратно. Твердые накопительные материалы достаточно пористы, чтобы позволить жидким окислительно-восстановительным медиаторам пузыриться, захватывать как электроны, так и ионы лития и переносить их на мембрану.

Исследователи также модифицировали обычный гибкий мембранный материал под названием Nafion, объединив его с другим полимером, который лучше пропускал ионы лития. Подход сработал.Как они сообщают сегодня в Science Advances , новые проточные ячейки на основе лития способны хранить в резервуарах в 10 раз больше энергии по объему по сравнению с VRB.

Это «очень инновационная» работа, — говорит Майкл Азиз, эксперт по проточным батареям из Гарвардского университета. Но он добавляет, что, несмотря на то, что новая батарея имеет высокую плотность энергии, скорость, с которой она выдает эту мощность, в 10 000 раз ниже, чем у обычных проточных батарей, что слишком медленно для большинства приложений. Ван и его коллеги признают наличие ограничений, но говорят, что они должны иметь возможность улучшить скорость доставки с помощью дальнейших улучшений мембраны и окислительно-восстановительных медиаторов, переносящих заряд.Если они смогут, то новые проточные литиевые батареи могут дать столь необходимый толчок возобновляемым накопителям энергии.

.

0 0 vote
Article Rating
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments
AQDS 9,10-антрахинон-2,7-дисульфоновая кислота
BMImCl 1-Бутил-3-3-метилимидазолий хлорид
• — Анион-радикал бифенила
LiTFSI Бис (трифторметилсульфонил) имид лития
MV Метилвиологен дихлорид 4

OFN • + Катион-радикал октафторнафталина
SHE Стандартный водородный электрод
TEMPO 2,2,6,6-тетраметилпиперидин 1-оксил