Электролиз растворов солей (газовый аккумулятор) нид хэлп

[Alex_Sor]

Привет всем !

нужна ваша помощь Уважаемые химики.

мы с "группой товарищей" занимаюсь созданием электромобиля.
две главные проблемы:
1) создание специального экономичного и тяговитого электродвигателя (мотор колесо).
2) создание легкой и дешовой АКБ.

если по (1) у нас есть успехи (я и сам инженер-электрик) - то по (2) - есть много проблем...
Проблемы в том что ездить на свинцовых АКБ - это да, очень просто но это и очень тяжело получается что в машине весом 800кг - 400кг - занимает АКБ т.е. мы возим батарейки вместо полезной нагрузки... и это всего-лишь для "запаса пробега" в 100км

Литиевые АКБ - да, хороши, НО: высокая цена (АКБ будет стоить дороже самой машины) и проблемы зимой - теряется до 50% заряда при -10С...

Никель-металлгидридные - да, может быть но проблемы с тем что патент выкуплен "нефтяными магнатами" и в продаже возможны только "пальчиковые" АК - так что приходится набирать большую АКБ из кусочков - это плохо и требует спец. устройства контроля - чтобы найти батарейку "сдохшую" внутри АКБ - ну и опять-же - высокая цена + проблемы зимой...

Наш интерес вызвал газовый аккумулятор - потому что он очень прост, и его можно усовершенствовать с учетом знаний и технологий 21 века. И еще - по сути многие АК сегодня - это "продолжение темы" газового - а "ионисторы" - так по-моему вообще "стоят рядом"

нали по газовым только вот это - где разжевано - ссылка у вас выше.
"Газовый Аккумулятор"

Что плохо в том что написано по ссылке:
1) раствор соли (натрий хлор) - прошлый век она замерзает...
2) большие габариты ac.gif - вот если-бы делать графитовые пластины(или "ряд стержней") обмазанные активированным углем - то мы могли-бы получать АКБ похожие на классику - т.е. компактные банки как у свинцовых - но надо помнить про то что внутри самой банки ядовитая среда, и выводы не должны корродировать...
3) мембраны - то что написано по ссылке - "из глины" - это прошлый век - надо что-то полимерное(?) и небьющиеся...

Что хорошего:
1) его можно собирать "на коленке" с применением 21 века решений по материалам - т.е. можно говорить о простом неядовитом производстве.
2) ОН ДЕШЕВЫЙ (и должен быть дешевым!)

Я попытаюсь сформулировать краткий список требований к электролиту газового аккумулятора, как я их вижу:

1) раствор не должен давать нерастворимого и кристаллического осадка при испарении воды или выделении большого количества водорода.
2) раствор НЕ должен замерзать до -20С,
3) допускается "долив дистилл.воды" в электролит, для компенсации выделения водорода, НО: желательно делать АКБ необслуживаемой - чтобы не заставлять водителей учить химию ...
4) материал электродов и поглотителя газов - графит, уголь, активированный уголь - все что свободно продается (в том числе в аптеке и магазине хим-реактивов) и дешево стОит. Поэтому электролит не должен разрушать электроды...
5) желательно иметь "гелеобразный" электролит - это снимает многие проблемы с проектированием "мест расположения АКБ" в электромобиле.
6) электролит должен выдерживать до 1000 ( а лучше до 2000) циклов заряд-разряд, без образования нерастворимых в воде остатков и кристаллов(кристаллы разрушают покрытия электродов...).

Буду благодарен за Ваши идеи "куда копать" и советы...

К сожалению, у нас вообще нет в команде химиков ...

[ivasi]

Alex_Sor если вам удастся создать недорогой аккумулятор, с электролитом соответствующим вашим требованиям, да еще и малогабаритный, экологически чистый и морозо/жаростойкий и необслуживаемый да еще и на коленке... - на электромобиль можно забить, озолотиться можно будет на самом аккумуляторе

А если серьезно то в газовых аккумуляторах на 1А/Ч (2-4В.) требуется 4-6 литра электролита, соответственно придется с собой возить ванну электролита. Кроме этого после того как абсорбент перестанет поглощать газ, возникнет избыточное давление, что в замкнутой системе может привести к взрыву. Нужно контролировать давление внутри банок.


Но если вы такой упорный, как вариант, попробуйте использовать раствор нитрата аммония. При электролизе, помимо кислорода и водорода должны образовываться не очень "газообразые" вещества - азотная кислота и аммиак, которые будут оставаться в растворе, что гораздо удобнее чем абсорбировать газы.

[ИСН]

Всё это фигня вопросы по сравнению с накопителями водорода.
(Но... фигня фигнёй, а решать их кто-то должен.)

[Myrsten]

патент выкуплен "нефтяными магнатами" и в продаже возможны только "пальчиковые" АК

Кореяки в гибридных автомобилях (т.е. работающих по принципу тепловоза, но еще и с аккумулятором) вроде никель-металлгидридные аккумуляторы используют. Что конкретно за патент(ы), о которых вы говорите ? Каких стран ? Было бы у потенциального производителя желание (материализованное в $), и c этим патентом можно что-то поделать, например взять российский хотя бы патент с формулировками "отличающийся ...", так многие тысячи патентов делаются. Главное найти человека, который в этой специфической кухне сведущ. Примеры (по крайней мере наших) патентов, содержание которых сводится к : "я, патентный эксперт В.Пупкин, настоящим подтверждаю, что никогда не читаю того, что подписываю" тут на форуме приводились.

ИМХО, если Вы разместите в Китае заказ на опытное количество аккумуляторов в нужных Вам среднегабаритных корпусах, то начхают они на чьи-то "паучьи права", невпервой.

[Alex_Sor]

А если серьезно то в газовых аккумуляторах на 1А/Ч (2-4В.) требуется 4-6 литра электролита, соответственно придется с собой возить ванну электролита

это вы прочитали где-то или просчитали ?
у меня вообще-то есть мнения что "Юный техник" сильно переврал факты - и аккум может работать с пастообразным электролитом или жидким - но совсем не 4-6литров давайте если говорить что-то то говорить ответственно а не разносить слухи и непровененные статьи, Ок ?

Кроме этого после того как абсорбент перестанет поглощать газ, возникнет избыточное давление, что в замкнутой системе может привести к взрыву. Нужно контролировать давление внутри банок.

процессорное управление - для меня не проблема. и контрользарядки тоже
но я до сих пор не понимаю как решить чисто химические вопросы...

Кстати - может кто-то знает из чего состоит модный нынче LiFePO4 аккумулятор ?
...раз тут нет химиков - может есть те кто знает состав LiFePO4 ?

[Himera]

...раз тут нет химиков - может есть те кто знает состав LiFePO4 ?

Я знаю -- это LiFePO4

[ИСН]

Не слушайте Химеру - он химик.

[Myrsten]

LiFePO₄ - один из многих известных материалов катодов литиевых аккумляторов.

[dan14444]

Меня умиляет попытка решить один из самых денежных вопросов современности на базе статьи из "Юного Техника"

[Alex_Sor]

Меня умиляет попытка решить один из самых денежных вопросов современности на базе статьи из "Юного Техника"

...очень много "якобы новых" вещей на самом деле вещи давно и прочно забытые...

Итак - есть конкретные вопросы К ХИМИКАМ (а не социофилам, срущим в каментах):

1) по этой ссылке описан СВИНЦОВО-ПОТАШНЫЙ АККУМУЛЯТОР
http://www.chemfiles.narod.ru/hit/pb_k2co3_akk.htm
какая там протекает хим.реакция, насколько она обратима и "вечна"(т.е. без выпадения нерастворимых осадков)

2) по этой ссылке описан Свинцово-оловянный аккумулятор
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0% ... 0%BE%D1%80
какая там протекает хим.реакция, насколько она обратима и "вечна"(т.е. без выпадения нерастворимых осадков)

3) Литий-хлорный аккумулятор
химический источник тока, в котором в качестве анода используется литий, электролит — растворы солей лития в органических растворителях (либо твердый электролит), катод — газовый хлорный электрод. Отличается значительной удельной энергоемкостью.

какая там протекает хим.реакция, насколько она обратима и "вечна"(т.е. без выпадения нерастворимых осадков)

[MONSTA]

2) по этой ссылке описан Свинцово-оловянный аккумулятор
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0% ... 0%BE%D1%80
какая там протекает хим.реакция, насколько она обратима и "вечна"(т.е. без выпадения нерастворимых осадков)

Ну, то что там написано, это слишком кратко, чтобы считать описанием. "Долговечность около 330—580 циклов" - Вам такое надо?

[Alex_Sor]

2) по этой ссылке описан Свинцово-оловянный аккумулятор
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0% ... 0%BE%D1%80
какая там протекает хим.реакция, насколько она обратима и "вечна"(т.е. без выпадения нерастворимых осадков)

Ну, то что там написано, это слишком кратко, чтобы считать описанием. "Долговечность около 330—580 циклов" - Вам такое надо?

1) мне и нужен химик чтобы воссоздать этот аккум. просчитать реакции и т.п.
2) 330-580 - КАКИХ циклов ? реально все это даст эксперимент на самом акке - тем более что сама статья относиться к прошлому веку - сейчас есть масса решений как продлить срок службы.

[glyuck]

Alex Sor, сама идея газового аккумулятора не плоха, вопрос с какой целью его собирать, ради эксперимента или для массового производства. Но если его делать, нужно выбрать электролит, при разложении которого выделялись бы легкосжижаемые газы (хлор, аммиак,например), выбрать хороший токопроводящий сорбент. Поэтому предлагаю использовать NH4Cl(хлористый аммоний), но при его разложении всё же выделяется водород, который поглощается оч плохо, может кто и другое предложит.. Хлор и аммиак отлично будут ипоглощаться. Вместо угля лучше использовать активированное углеволокно, но это будет дороже. Обмазывать пластины углем не получится, при контакте с электролитом он осыпется, ну а если добавить какой нить клей, то он забьёт все поры. Активированное углеволокно не придется никуда мазать, а просто обматать им электрод. Ну и можно повысить давление в аккумуляторе, тогда будет поглощаться больше газа, заодно сделать корпус гермитичным. Электролит на NH4Cl работает замечательно, проверено на опыте.

[Alex_Sor]

Alex Sor, сама идея газового аккумулятора не плоха, вопрос с какой целью его собирать, ради эксперимента или для массового производства

если эксперименты будут удачны - то для мелкосерийного производства.

Поэтому предлагаю использовать NH4Cl(хлористый аммоний), но при его разложении всё же выделяется водород, который поглощается оч плохо

а как с зимой быть ? хлористый аммоний - в какм растворе ? оно замерзает ?

если в акки надо будет периодически доливать воду (компенсация водорода - то это не проблема совсем но главное чтобы не замерзало зимой - до -25 хотя-бы...

[Myrsten]

Поэтому предлагаю использовать NH4Cl(хлористый аммоний)

Школьнегам не читать
При определенных условиях при электролизе холодного крепкого раствора нашатыря на аноде образуется замечательная вещь - NCl₃. Читал про енто в книжке, что-то вроде (точно не помню) "Лекционный демонстрационный эксперимент в химии". По всплытии на поверхность капли взрывают.

Так что нашатырь здесь - небезопасная затея

[Myrsten]

а не социофилам, срущим в каментах

Аффтар, отвыкаете не только от такой аргументации, но и от желания найти ответы на все вопросы в "Юном технике".
Вы представляете какими должны быть оптимиальные характеристики аккумулятора, пригодного для электромобиля ? В первую очередь - удельная мощность и удельная энергия ?

Чтобы поряснить для себя тему, качаете с русхима "Прикладную электрохимию" и что-нибудь по неорганике. Про никель-металлгидридные и литиевые аккумуляторы поищите что-нить поновее.

-надо себе уяснить разницу между абсорбцией и адсорбцией. В газовом аккумуляторе при заряде происходит адсорбция веществ на электродах. Да, площадь активных углей большая, да слой адсорбата очень тонкий. Т.е работает только поверхность, а во всех практически применяющихся системах - работает объем вещества, толщиной от десятков микрон до миллиметров (заряд/разряд электродных материалов можно, (может быть несколько вольно ) понимать как абсорбцию (лития, кадмия, кислорода, водорода и т.д.)).
Для того чтобы ощутить эту разницу, сравните емкости изделий примерно одинаковой массы, скажем дисковых аккумуляторов (десятки мА*ч) и ионисторов (где тоже имеет место адсорбция) (Q=C*U - имея при том же объеме изделия емкость, скажем, 1Ф и напряжение 4-5 В максимум = 1000*5/3600 = 1.4 мА*ч) . И это учитывая (в отличие от батарей) разряд ионистора до нулевого напряжения. За долговечность изделия приходится платить массой и ценой

Теперь насчет свинца и прочего (олова), упомянутых вами ранее. Из самых общих соображений следует, что в изделие с высокой удельной емкостью не должны, по крайней мере в качестве основных компонентов электродных материалов, входить тяжелые элементы. Про закон закон Фарадея в курсе ? Сравним электрохимический эквивалент, скажем лития, цинка и свинца - 7, 33 и 104 г/фарадей. Литий сравнительно дорог и капризен, и в виде компактного металла в аккумляторах не применяется, только только в одноразовых батареях. Есть какие-то надежды на применеия в аккумуляторах магния и алюминия в качстве анодных материалов (соответсвенно 12 и 9 г/фарадей), но в этом направлении еще копать и копать. Практически набор элементов, которые могут входить в состав эффективных по массе изделий должен ограничиваться по атомной массе, скажем, цинком (ну кадмием накрайняк - ну и рады экологи будут гипотетическому будущему засилию электромобилей на никель-кадмиевых аккумуляторах.)

ЗЫ упомянутый вами принцип "новое-это хорошо забытое старое" действует, но о нем знаете не только вы . Первая работа, в которой пытались сделать литиевую батарею датируются аж 1912 годом .

[Alex_Sor]

а не социофилам, срущим в каментах

Аффтар, отвыкаете не только от такой аргументации, но и от желания найти ответы на все вопросы в "Юном технике".

а вы не будьте социофилами и вам тоже будет щастье ...
Юный техник - это просто как идея - старая и забытая...
понятно что там все упрощено.

Вы представляете какими должны быть оптимиальные характеристики аккумулятора, пригодного для электромобиля ? В первую очередь - удельная мощность и удельная энергия ?

Да, представляю. Литий там ни к чему вообще - нам ГЛАВНОЕ это получить вес аккумов легче свинцовых и самое главное - количество циклов заряд-разряд - иначе вся затея смысла не имеет если АКБ менять каждые 2 года - то дешевле ездить на бензине проверено лучшими собаководами ...в автомобиле лишние 30кг - не вес, это не мобилка в кармане - а вот срок эксплуатации да еще и в мороз и солнце - это важно...

Чтобы поряснить для себя тему, качаете с русхима "Прикладную электрохимию" и что-нибудь по неорганике. Про никель-металлгидридные и литиевые аккумуляторы поищите что-нить поновее.

начитался я их уже есть у меня свой путь - и я хочу его реализовать с вашей помощью. а гоняться за литием который все равно "стареет" и пассивируется в аккумах, как ни стараются производители - я не хочу - меня устроит и в 3 раза больше емкость чем свинцовых при меньшем весе.

одинаковой массы, скажем дисковых аккумуляторов (десятки мА*ч) и ионисторов (где тоже имеет место адсорбция) (Q=C*U - имея при том же объеме изделия емкость, скажем, 1Ф и напряжение 4-5 В максимум = 1000*5/3600 = 1.4 мА*ч) . И это учитывая (в отличие от батарей) разряд ионистора до нулевого напряжения. За долговечность изделия приходится платить массой и ценой

не понял вас... ионисторы как раз "вечные" - до 100000 циклов работают - если-бы не цена - то можно ставить акб из них. мечта была-бы и песня

Теперь насчет свинца и прочего (олова), упомянутых вами ранее. Из самых общих соображений следует, что в изделие с высокой удельной емкостью не должны, по крайней мере в качестве основных компонентов электродных материалов, входить тяжелые элементы.

Возражу: в свинцовом АКБ всего 15-20% активной массы используется !
т.е. из 30кг веса 120Ач аккума - только 4.5кг(!!!) работаем - остальное - это материал решеток и прочее... Так вот: если как-то уйти от "решеток" - то и пусть будет свинец!
при 120Ач если получим 10кг весу и циклов хотя-бы 1500 - это уже будет ОГРОМНОЕ спасибо от всех эл.мобилистов! Ребята - я "всемирную революцию" делать не имею цели - ее пусть делают те у кого миллирадные бюджеты на исследования

Практически набор элементов, которые могут входить в состав эффективных по массе изделий должен ограничиваться по атомной массе, скажем, цинком (ну кадмием накрайняк - ну и рады экологи будут гипотетическому будущему засилию электромобилей на никель-кадмиевых аккумуляторах.)

кадмий - дорог нам нужно решение дешевле и равное по цене свинцовым аккам...

[eukar]

одинаковой массы, скажем дисковых аккумуляторов (десятки мА*ч) и ионисторов (где тоже имеет место адсорбция) (Q=C*U - имея при том же объеме изделия емкость, скажем, 1Ф и напряжение 4-5 В максимум = 1000*5/3600 = 1.4 мА*ч) . И это учитывая (в отличие от батарей) разряд ионистора до нулевого напряжения. За долговечность изделия приходится платить массой и ценой

не понял вас... ионисторы как раз "вечные" - до 100000 циклов работают - если-бы не цена - то можно ставить акб из них. мечта была-бы и песня

Поясняю: обратите внимание на порядок разницы в эмкости при равной массе.

[glyuck]

Есть предложение использовать подогрев аккумулятора, а не специальный незамерзающий электролит. Для аккумулятора ёмкостью сколько-то кВтч, несколько десятков ватт в час на обогрев могут оказаться вполне приемлемы. Кроме того при более высокой температуре реакция будет идти быстрее, можно будет снять с аккума больше мощности, что есть хорошо. Ионисторы замечательно будут работать вместе с аккумулятором, а не вместо, помогая при разгонах, когда требуется большая мощность за короткое время.
Про водород. При разложении NH4Cl, выделяющийся водород будет поглощаться вместе с аммиаком, поэтому и доливать воду то не надо. С одной стороны это хорошо, но с другой хранить большие объёмы водорода очень сложно, в этом и есть минус газового аккумулятора. Кстати, если рассчитать сколько нужно угля на электроды, получится такое соотношение: хлор/водород+аммиак - 1/50, т.е. один электрод больше другого в 50 раз, и всё это из-за водорода..

[Myrsten]

glyuck, какова удельная мощность предлагаемого вами аккумулятора ?
Во-вторых, чем больше температура, тем меньше адсорбируются газы.
Очевидно, что описываемая вами система - это частный случай задачи хранения водорода, при этом решенный далеко не самым эффективным способом. Считается, что экономически оправданный минимум емкости накопителей водорода - 5-7 масс.%.
В промышленно опробованных системах (никель-водородный аккумулятор) водород не сорбируют, а просто накапливают под давлением. При давлениях 10-20 атм., скорей всего, аккумулятор такой конструкции будет весить меньше вашего угольного равной емкости.

Кстати, в тему хранения водородного топлива - кореяки говорят, что делают водородные баллоны на 700 атм , которые весят чуть ли не меньше обычных наших 150 атм. "торпед" того же объема.

Alex_Sor, а не могли бы вы пояснить, что это за трудности с "патентом выкупленным нефтянными магнатами" в отношении никель-металлгидридных аккумуляторов ? Те же корейтсы говорят, что у них они в гибридных автомобилях успешно используются. Не думаю, что речь идет о нескольких тысячах батареек типоразмера АА Не-обходимых патентов не бывает