Регистрация / Вход
Прислать материал

Технологические основы создания портативных воздушно-алюминиевых источников тока

Номер контракта: 14.604.21.0011

Руководитель: Маркович Дмитрий Маркович

Должность руководителя: ведущий научный сотрудник

Докладчик: Селезнева Галина Николаевна, инженер

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
воздушно-алюминиевый источник тока, алюминиевый анод, воздушный газодиффузионный катод, портативные источник тока

Цель проекта:
Целью проекта является получение научно-технических знаний, позволяющих переходить к созданию нового вида химических источников тока с улучшенными рабочими и экологическими характеристиками и разработка научно-технических основ, позволяющих - создавать портативные воздушно-алюминиевые источники тока для энергопитания мобильных электронных устройств в полевых условиях с удельной емкостью не мене 100 - 110 Втч/кг.

Основные планируемые результаты проекта:
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.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
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. 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:
Портативные ВА ИТ предназначены для электропитания мобильных электронных устройств. Масштаб возможного использования определяется повсеместным распространением портативной электроники. В первую очередь, разрабатываемые ВА ИТ будут востребованы в условиях отсутствия стационарных источников электропитания. Их возможными потребителями являются МЧС, геолого-разведывательные и поисковые службы, физические лица, планирующие длительное пребывание в местах с отсутствием электроснабжения.

Текущие результаты проекта:
Создана линейка экспериментальных образцов портативных ВА ИТ с номинальной мощностью 2 Вт, 20 и 100 Вт . Проведены их исследовательские испытания. Результаты испытаний показали что изготовленные образцы выдержали испытания и соответствуют заданным в техническом задании требованиям. Разработано ТЗ на проведение ОКР по теме: «Создание опытных образцов портативных ВА ИТ».