Регистрация / Вход
Прислать материал

Технологические основы создания портативных воздушно-алюминиевых источников тока

Докладчик: Маркович Дмитрий Маркович

Должность: ведущий научный сотрудник, заместитель директора, Учреждение Российской академии наук Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН , заместитель директора, заместитель директора по научной работе

Цель проекта:
Воздушно-алюминиевые источники тока представляют собой электрохимическую систему, топливом в которой является алюминий, а окислителем – кислород воздуха. Основными элементами, входящими в состав ВА ИТ являются алюминиевый анод, воздушный газодиффузионный катод, солевой или щелочной электролит. Одним из преимуществ таких элементов является высоких удельная плотность энергии. По этому показателю ВА ИТ превосходят практически все реализованные к настоящему времени источники тока других систем. Однако, в силу сложности физико-химических процессов, протекающих при разряде ВА ИТ, многие особенности его работы остаются недостаточно изученными. В частности, это относится к изученности процессов тепломассопереноса внутри элемента в условиях коррозии анода, сопровождаемой выделением водорода и возникновением двухфазного газожидкостного течения. Целью проекта является получение научно- технических знаний, позволяющих переходить к созданию нового вида химических источников тока с улучшенными рабочими и экологическими характеристиками. В результате проведения ПНИ будут проведены патентные исследования и созданы научно-технические основы для создания портативных воздушно-алюминиевых источников тока с высокой (не менее 100 – 120 Вт*час/кг) удельной емкостью. Работы по исследованию анодных сплавов позволят получить сплавы с улучшенными разрядными характеристиками, повышающими КПД использования алюминия. Исследование влияния на циркуляцию электролита пузырькового режима течения, возникающего за счет выделения водорода на алюминиевом аноде позволит оптимизировать геометрию электролитной камеры с целью равномерного использования электролита и оптимизировать способы удаления из ВА ИТ водорода. Исследование теплового баланса ВА ИТ позволит оптимизировать компоновку источника с целью улучшения его рабочих характеристик. В результате работ будет создан лабораторный образец ВА ИТ с удельной емкостью не менее 100 – 120 Вт*час/кг для зарядки или питания портативных электронных устройств.

Основные планируемые результаты проекта:
В настоящее время основные исследования по созданию ВА ИТ проводятся с целью создания резервных и портативных источников тока для военных приложений, а так же источников энергии для электромобилей. Высокий коммерческий интерес к конечному результату исследований негативно сказывается на качестве открытой информации по теме проекта. Так, в большинстве публикаций, посвященных перспективным анодным сплавам или ингибиторам коррозии алюминия, вопросы о влиянии объектов исследования на рабочие характеристики ВА ИТ, как целого, либо не затрагиваются, либо рассматривается для заведомо не представляющих практического интереса плотностей тока. Технологические принципы построения ВА ИТ являются коммерческой тайной. Основными направлениями исследований будут являться: Поиск новых анодных сплавов на основе алюминия, отличающихся улучшенными рабочими и способов их производства. Поиск путей оптимизации контура рециркуляции электролита, в том числе, исследование влияния на циркуляцию пузырькового режима течения, возникающего за счет выделения водорода на алюминиевом аноде, с целью оптимизации геометрии электролитной камеры и обеспечения безопасного вывода из нее водорода. Теоретическое и экспериментальное изучение теплового баланса ВА ИТ с целью создания компоновки, обеспечивающей улучшение рабочих характеристик ВА ИТ за счет утилизации или эффективного сброса выделяющегося при его работе тепла. Отработка способов объединения компоновки отдельных ячеек ВА ИТ в батарею с требуемыми характеристиками. Создание экспериментальных образцов ВА ИТ для зарядки или питания портативных электронных устройств и проведение их тестирования в лабораторных условиях.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Области применения и способы использования результатов определяются преимуществами воздушно-алюминиевых источников тока, к которым относятся их экологическая безопасность и простота конструкции, распространенность и относительно низкая стоимость топлива (алюминий), а также высокая удельная емкость. Масштаб возможного использования определяется повсеместным распространением портативной электроники. В первую очередь, полученные результаты будут востребованы в тех областях, где использование портативной электроники происходит в условиях отсутствия стационарных источников электропитания. Возможными потребителями таких источников являются МЧС, геолого-разведывательные и поисковые службы, физические лица, планирующие длительное пребывание в местах с отсутствием электроснабжения.
Возможными потребителями таких источников являются МЧС, геолого-разведывательные и поисковые службы. Потребителем продукта в розничной торговле являются физические лица. Мотивом потребления продукта является необходимость автономной (вдали от электросетей или других источников электроэнергии) зарядки портативных электронных устройств, а также использования ВА ИТ в качестве источника питания портативной электроники. Индустриальный партнер участника планирует в случае успешного выполнения проекта осуществить выпуск опытной партии портативных ВА ИТ с целью уточнения реакции возможных потребителей и уточнения требуемых характеристик изделия.
Результаты ПНИ передаются коммерческому партнеру, который на основании этих результатов производит опытные образцы портативных ВА ИТ и проводит их испытания. По результатам испытаний опытных образцов коммерческий партнер уточняет параметры устройства, требующие доработки и заключает с разработчиком или другими организациями дополнительное соглашение о проведении целевой ПНИ по устранению выявленных недостатков. После их устранения коммерческий партнер принимает решение о дальнейших способах использования разработки.

Текущие результаты проекта:
Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ.
Проведены патентные исследования по ГОСТ 15.011-96.
Выбрано и обосновано направление исследований.
Выработаны рекомендации по достижению удельной емкости, плотности тока, количеству и способу объединения элементов источника в батарею.
Разработана программа и методика исследовательских испытаний экспериментальных образцов портативных ВА ИТ.