На сколько квадратов одна секция алюминиевой батареи: Ничего не найдено для d1 81 d0 ba d0 be d0 bb d1 8c d0 ba d0 be d1 81 d0 b5 d0 ba d1 86 d0 b8 d0 b9 d1 80 d0 b0 d0 b4 d0 b8 d0 b0 d1 82 d0 be d1 80 d0 b0

Содержание

Расчет алюминиевого радиатора на примере 1 комнаты

03.01.18

Расчет алюминиевого радиатора на примере 1 комнаты

Нельзя просто прийти в магазин и купить радиатор, даже если он очень сильно понравился и стоит совсем недорого. Дело в том, что подобная покупка требует точного расчета, из ориентации на различные критерии. Предположим, что нами выбирается радиатор отопления для комнаты в 16 квадратных метров, которая расположена на северной стороне дома, имеет одно большое окно и две ее стены выходят на улицу.

При этом алюминиевый радиатор отопления, в зависимости от количества секций, может иметь разную мощность. Поэтому первое, что требуется посчитать — это мощность, подходящую на условную квадратуру, при высоте потолков до трех метров. Для этого стоит следовать одному простому правилу: В среднем, чтобы протопить 1 квадратный метр помещения, требуется от 70 до 100 Вт мощности. Экономить не будем, и возьмем 100 Вт на 1 квадратный метр. При этом в нашей комнате 16 квадратных метров, а, значит, нам потребуется 1600 условных ватт мощности одной батареи.

Все бы ничего, но есть правило, что если расчетная комната имеет стены, смежные с улицей, есть окно, а сам дом находится на северной стороне, то к полученному результату придется прибавить еще 30 процентов. Исключения могут составить только комнаты частично жилые или нежилые вовсе. Так вот, исходя из нашего запаса, получаем, что нам для комнаты в 16 квадратных метров потребуется примерная мощность радиатора, равная 2000 Вт. Купить радиаторы отопления с такой мощностью не составит труда.

В среднем, 2000 ватт мощности будут представлять собой радиатор, состоящий из 14 секций. При этом нужно условиться, что если мы будем использовать радиаторы отопления с теплым полом, то количество секций можно снизить до 12. Однако отечественные радиаторы отопления «Tipido» имеют высокую теплоотдачу до 210 Вт, и для обогрева комнаты в 16 квадратных метров достаточно будет 10 секций.

Читайте о:

Расчет секций алюминиевых радиаторов отопления

Каждый дом оснащён радиатором отопления. На постсоветском пространстве самые распространённые батареи – чугунные. Своё широкое распространение такие батареи получили благодаря долговечности. Однако со временем секции батареи забиваются ржавчиной и попавшим в систему отопления илом и мусором, что в свою очередь приводит к ухудшению теплоотдачи. Но на сегодняшний день ситуация кардинально изменилась благодаря альтернативе в виде биметаллических и алюминиевых радиаторов отопления. Они обладают повышенной стойкостью к коррозии и высокой теплоотдачей, при этом имея небольшие размеры.

Отличительной характеристикой алюминиевого радиатора является наличие большого проходного сечения канала секции, а также наличие специального эпоксидного покрытия, которое защищает алюминий от коррозии.

Отличные характеристики и высокое качество алюминиевых радиаторов достигаются благодаря:

использованию высококачественного алюминия;

применению автоматизированной системе производства;
контрольной проверкой при избыточном давлении.

Благодаря такой технологии производства теплоотдача алюминиевых радиаторов на 10-12% выше чугунных.

Расчёт мощности

Ниже приведена таблица изменения показателей мощности радиатора в зависимости от теплового напора.

t_z и t_p — соответственно начальная и конечная температура теплоносителя (на входе и выходе) в отопительном приборе, °С;

t_i — температура помещения, °С

Кол-во секций радиатора	tz/tp/ti, °С	Теплоотдача
Кол-во секций радиатора	tz/tp/ti, °С	РАП 300	РАП 500
3	90/70/20 75/65/20	302,1 238,2	463,2 365,4
4	90/70/20 75/65/20	402,8 317,6	617,6 487,2
5	90/70/20 75/65/20	503,5 397,0	772,0 609,0
6	90/70/20 75/65/20	604,2 476,4	926,4 730,8
7	90/70/20 75/65/20	704,9 555,8	1080,8 852,6
8	90/70/20 75/65/20	805,6 635,2	1235,2 974,4
9	90/70/20 75/65/20	906,3 714,6	1389,6 1096,2
10	90/70/20 75/65/20	1007,0 794,0	1544,0 1218,0
11	90/70/20 75/65/20	1107,7 873,4	1698,4 1339,8
12	90/70/20 75/65/20	1208,4 952,8	1852,8 1461,6
13	90/70/20 75/65/20	1309,1 1032,1	2007,2 1583,4
14	90/70/20 75/65/20	1409,8 1111,6	2161,6 1705,2
15	90/70/20 75/65/20	1510,5 1191,0	2316,0 1827,0
16	90/70/20 75/65/20	1611,2 1270,4	2470,4 1948,8

При расчёте мощности радиатора не важен его вид. Важен только один показатель – мощность самого радиатора (секции). При покупке радиатора всегда можно узнать этот параметр. В случае отсутствия показателей мощности, можно определить через интернет, зная модель радиатора.

Далее для определения мощности необходимоопределить площадь помещения, которое планируется обогревать.

Формула для расчёта мощности радиатора довольно таки проста. Требуемая мощность берётся из расчёта 100 Ватт на 1квадратный метр при высоте потолка 2,7 метра. Исходя из этого, получается следующая формула:

K=S×100/P,

где

K – количество секций радиатора;
S – площадь обогреваемого помещения;
P – мощность радиатора (секции).

Например: необходимо рассчитать число секций радиатора для комнаты площадью в 30 квадратных метров. Мощность секции составляет 200 Ватт. Исходя из условия, имеем S=30, P=200. Подставив данные в формулу, получаем

K=30×100/200
K=15 секций

При расчёте мощности радиатора необходимо учитывать разные случайные факторы. Исходи из этого лучше всего покупать радиатор с 20% запасом от рассчитываемого показателя. Таким образом, для выше указанного примера с учётом запаса количество секций будет равняться 18.

Лучше других батарей по многим показателям! Теплоотдача алюминиевых радиаторов отопления: таблица

Алюминиевые батареи обладают некоторыми преимуществами над прочими. Это небольшой вес, простота монтажа и хорошая теплоотдача.

Вместе с техническими показателями выделяют дизайн, поскольку металл достаточно легко обрабатывать.

Технические характеристики алюминиевых радиаторов отопления

При описании отопительных батарей учитывают 6 факторов, среди которых: показатели давления, габариты, тепловая эффективность, дизайн, срок эксплуатации.

Межосевое расстояние

Это промежуток между коллекторами секции. Большинство устройств имеет стандартную величину в 350 или 500 мм, но также есть множество вариаций. Минимальное значение составляет 200 мм, максимальное — 2000.

Малые устройства применяют для установки около пола, а длинные — в санузлах. Приборы среднего размера обычно устанавливают в ниши, если таковые есть, но это не является обязательным.

Рабочее давление

Алюминиевые радиаторы способны поддерживать работу при 6—20 атм. Но гораздо чаще встречаются приборы с меньшим диапазоном: от 10 до 16. Точное значение указано в техническом паспорте и обусловлено способом изготовления. На эту величину также влияет толщина стенок, но она же уменьшает количество энергии, которое батарея передаёт в атмосферу.

Если алюминиевые устройства планируется установить в многоквартирном доме, следует обратиться в управляющую компанию с вопросом: какое давление поддерживается в магистрали отопления. Это поможет подобрать радиатор под заданные условия.

Внимание! Лучше выбрать батарею, секции которой выдержат нагрузку больше планируемой. Это предотвратит возникновение разрывов или прочих аварий при возможных скачках давления.

Алюминиевые радиаторы — не лучший вариант для размещения в многоэтажном доме.

Они плохо сочетаются с централизованным отоплением, для которого характерен неожиданный рост давления. В автономных системах, напротив, рабочий показатель вряд ли превысит 10 атм.

В технической документации значение может быть представлено в одной из трёх единиц измерения: 1 бар = 1 атм = 0,1 МПа.

Опрессовочное давление

Указано в техническом паспорте рядом с рабочим. Этот показатель отвечает за максимально допустимое значение давления в системе. Его достигают во время проведения испытаний или при прочистке труб от накипи и ржавчины. Предел для алюминия составляет 25—35 атм. Число зависит от технологии производства и иногда может быть выше диапазона.

Справка. Опрессовочное давление достигается довольно редко, поэтому при выборе устройств рекомендуется ориентироваться на рабочий показатель.

Тепловая мощность: на сколько квадратов площади рассчитана одна секция

Алюминиевые радиаторы хорошо отдают энергию в окружающую среду. Коэффициент теплоотдачи измеряют в ваттах. Для алюминия он составляет от 80 до 210 Вт, в зависимости от конструкции и размера. Показатель можно повысить, если придумать особую форму для секций. Высокая отдача энергии позволяет экономить на расходе топлива для обогрева.

Одна секция мощностью 180 Вт способна качественно отопить около полутора квадратных метров. Соответственно, малое алюминиевое изделие способно обогреть около 0,67, а крупное — 1,75 м².

Некоторые вариации покрывают большую площадь. Для уточнения этой характеристики следует обратиться к производителю определённого устройства.

Дизайн, резьба батареи

Алюминий — мягкий металл, легко поддающийся обработке. Любые предметы, изготовленные из него, включая радиаторы, могут иметь весьма необычную форму. Благодаря этому создают уникальный дизайн, вписывающийся в общую задумку интерьера. Батареи также достаточно легко поддаются покраске. Фирмы, специализирующиеся на подобных устройствах, способны под заказ создать прибор, сочетающийся с орнаментом или рисунком стен. Это помогает скрыть наличие радиатора или выделить его, сделав декорацией.

Несмотря на указанное выше, найти подобные устройства нелегко. Большая часть радиаторов имеет стандартную форму и обычный серебристый цвет. Кроме описанных, встречаются алюминиевые батареи, которые можно использовать для сушки полотенец, а также приборы для размещения в полу. Последние делят на два вида:

Конвекторы, которые отдают энергию воды в воздух, прогревая его. Подобные устройства рекомендуется ставить возле окон для предотвращения запотевания последних.

Фото 1. Алюминиевый радиатор отопления, размещаемый в полу. Сверху прибор закрывается решеткой.

Систему тёплых полов: трубы укладывают под покрытие для обогрева помещения снизу. Монтаж системы разрешён в комнатах любого типа, но обвязку нельзя размещать под тяжёлыми предметами мебели или бытовой техникой.

Важно! И конвекторы, и тёплый пол можно сочетать с классическими видами обогрева, но не рекомендуется совмещать их друг с другом. Это достаточно трудно и не несёт видимой пользы.

У большинства современных алюминиевых радиаторов отопления стандартный размер резьбы равен одному дюйму.

Вам также будет интересно:

Срок службы

Длительность работы радиатора зависит от качества эксплуатации. Алюминий, как и прочие металлы, подвержен коррозии, поэтому перед установкой устройств следует тщательно подобрать теплоноситель.

Его нельзя изменить в централизованной системе, из-за чего подобные батареи не рекомендуется устанавливать в многоквартирных домах.

Срок службы уменьшается также от физических повреждений. Алюминий весьма мягок и легко гнётся после сильного удара, чего следует избегать. В нормальных условиях радиатор способен прослужить до 20, иногда 25 лет. Значение также зависит от способа изготовления.

Объём воды в батарее

Чтобы рассчитать ёмкость секции, необходимо узнать линейные размеры устройства. Ширина батарей обычно составляет 80 мм, но могут встречаться как меньшие, так и большие. Значение указано в техническом паспорте.

Глубина алюминиевых радиаторов в 90% случаев составляет 80 мм, в 9% — 82 мм. Оставшиеся изделия вмещают на 25% больше, но они менее устойчивы и чаще портятся из-за увеличения объёма: уровень воды повышает показатель давления.

Высота устройств варьируется в широком диапазоне, но для расчёта ёмкости используют межосевое расстояние. Эта величина представляет собой промежуток между коллекторами батареи. Рассматриваемый показатель имеет два распространённых значения: 350 и 500 мм, но также можно встретить устройства от 200 до 3 тыс. Непосредственно высота будет незначительно больше.

Для определения объёма секции необходимо перемножить представленные значения. К результату добавляют произведение ширины на площадь сечения коллектора. Увеличению ёмкости может способствовать изменение формы каналов, что встречается редко.

Таблица сравнительных характеристик: размер секции, теплоотдача и другое

В таблице представлены несколько фирм, занимающихся производством алюминиевых батарей, а также технические показатели последних.

Фото 2. Таблица сравнения характеристик алюминиевых радиаторов отопления у нескольких популярных производителей.

Маркировка алюминиевых радиаторов

Каждая батарея характеризуется тремя символами: одной буквой латинского алфавита и двумя цифрами. Первая из последних обозначает количество секций, вторая — количество стенок с рёбрами. Букву указывают не всегда, но если она присутствует, то обозначает сокращённое торговое наименование. В редких случаях указывают ещё одну — V. Подобные радиаторы можно подключить по нижней схеме, они имеют встроенный регулятор и патрубок.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором рассказывается, как увеличить количество секций в алюминиевом радиаторе отопления.

Польза для домовладельцев

Обобщив характеристики алюминиевых батарей, стоит отметить, что их эксплуатация будет гораздо более качественной в частных домах, нежели многоквартирных. Это связано с невозможностью вручную контролировать весь процесс отопления в централизованной системе.

Расчет радиаторов отопления на квадратный метр дома

Простые вычисления по площади

Вычислить величину батарей отопления для определенного помещения можно, ориентируясь на его площадь. Это самый простой способ – использовать сантехнические нормы, которые предписывают, что тепловой мощности 100 Вт в час нужно для обогрева 1 кв.м. Надо помнить, что этот метод используется для помещений, у которых потолки стандартной высоты (2,5-2,7 метра), а результат получается несколько завышенным. К тому же он не учитывает таких особенностей, как:

число окон и тип стеклопакетов на них;
количество в комнате наружных стен;
толщина стен здания и из какого материала они состоят;
тип и толщина использованного утеплителя;
диапазон температур в данной климатической зоне.

Тепло, которое для обогрева комнаты должны давать радиаторы: площадь следует умножить на тепловую мощность (100 Вт). К примеру, для комнаты в 18 кв.м требуется такая мощность батареи отопления:

18 кв.м х 100 Вт = 1800 Вт

То есть, в час для обогрева 18-ти квадратных метров необходимо 1,8 кВт мощности. Этот результат надо поделить на количество тепла, которое в час выделяет секция отопительного радиатора. Если данные в его паспорте указывают, что это составляет 170 Вт, то следующий этап вычислений выглядит так:

1800 Вт / 170 Вт = 10,59

Это число надо округлить до целого (обычно округляется в большую сторону) – получится 11. То есть, чтобы в комнате температура в отопительный сезон была оптимальной, необходимо установить радиатор отопления с 11-ю секциями.

Такой метод подходит только для вычисления величины батареи в помещениях с центральным отоплением, где температура теплоносителя не выше 70 градусов Цельсия.

Есть и более простой способ, который можно применять для обычных условий квартир панельных домов. В этом приблизительном расчете учитывается, что для обогрева 1,8 кв.м площади нужна одна секция. Другими словами, площадь помещения надо разделить на 1,8. Например, при площади 25 кв.м необходимо 14 частей:

25 кв.м / 1,8 кв.м = 13,89

Но такой метод расчета неприемлем для радиатора пониженной или повышенной мощности (когда средняя отдача одной секции варьируется в пределах от 120 до 200 Вт).

Влияние на результат материала изготовления радиатора

В настоящее время наибольшей популярностью пользуются следующие разновидности радиаторов:

Чугунные. Чаще всего используется чугунная батарея марки МС-140 с уровнем теплоотдачи 180 Вт. Этот показатель справедлив лишь при использовании теплоносителя с максимальной температурой. На практике такое бывает редко, поэтому фактическая мощность прибора – 60-120 Вт. Именно эти цифры рекомендуется использовать при проведении расчете ватт на квадратный метр отопления.
Стальные. Имеют почти такую же площадь, что и чугунные. Это же касается и параметров, точные значение которых указываются в сопроводительной документации. При этом масса стальных изделий меньше, что делает их транспортировку и монтаж более простым.
Алюминиевые. Дать общий ответ, сколько отапливает одна секция алюминиевого радиатора проблематично, так как подобные изделия представлены в продаже в большом количестве модификаций. Поэтому в каждом конкретном случае расчета количества секций алюминиевых радиаторов необходимо руководствоваться паспортными данными модели. В общем считается, что средним показателем, сколько обогревает одна секция алюминиевого радиатора, является 100 Вт/м2. Если заявленная мощность прибора меньше, то, скорее всего, речь идет о подделке. Также следует сказать, что уровень теплоотдачи алюминия более высокий, чем у чугуна и стали. Это также следует взять во внимание перед тем, как рассчитать количество секций алюминиевых радиаторов отопления.
Биметаллические. Эти изделия, совмещающие в себе высокую теплоотдачу алюминия и прочностные качества стали, в настоящее время пользуются наибольшей популярностью у покупателей (уровень мощности одной секции биметаллического радиатора идентичен тому, на сколько квадратов одна секция алюминиевой батареи). Благодаря хорошей теплоотдаче, разрешается несколько сокращать количество секций при установке. Правильный расчет биметаллических радиаторов позволяет сэкономить финансы даже несмотря на то, что биметаллические радиаторы считаются наиболее дорогими.

Максимальные значения теплоотдачи приборов не рекомендуется использовать при расчете секций алюминиевых радиаторов на квадратный метр – теплоноситель в системе обычно никогда не достигает крайних значений. Более надежный путь – использовать минимальные значения, что позволит гарантированно избежать ошибок. Обустроенная на основе расчета секций алюминиевых радиаторов отопительная система будет обеспечивать комфорт в жилище даже при сильных морозах.

Рассмотрим метод вычислений для комнат с высокими потолками

Однако расчет отопления по площади не позволяет верно определить количество секций для комнат с потолками выше 3 метров. В этом случае надо применять формулу, учитывающую объем помещения. Для обогрева каждого кубического метра объема по рекомендациям СНИП необходим 41 Вт тепла. Так, для комнаты с потолками высотой 3 м и площадью 24 кв.м, расчет будет следующим:

24 кв.м х 3 м = 72 куб.м (объем комнаты).

72 куб.м х 41 Вт = 2952 Вт (мощность батареи для обогрева помещения).

Теперь следует узнать количество секций. В случае, если в документации радиатора указано, что теплоотдача одной его части в час составляет 180 Вт, надо разделить на это число найденную мощность батареи:

2952 Вт / 180 Вт = 16,4

Это число округляется до целого – получается, 17 секций, чтобы обогреть комнату объемом 72 куб.м.

Путём не сложных вычислений можно с лёгкостью определить нужные вам данные.

Тепловая мощность 1 секции

Как правило, производители указывают в технических характеристиках обогревателей средние показатели теплоотдачи. Так для обогревателей из алюминия он составляет 1.9-2.0 м2. Чтобы высчитать, какое количество секций потребуется, нужно площадь помещения разделить на этот коэффициент.

Например, для той же комнаты площадью 16 м2 потребуется 8 секций, так как 16/ 2 = 8.

Эти расчеты приблизительные и использовать их без учета теплопотерь и реальных условий размещения батареи нельзя, так как можно получить после монтажа конструкции холодную комнату.

Чтобы получить самые точные показатели, придется рассчитать количество тепла, которое необходимо для обогрева конкретной жилой площади. Для этого придется учитывать многие корректирующие коэффициенты. Особенно важен такой подход, когда требуется расчет алюминиевых радиаторов отопления для частного дома.

Формула, необходимая для этого выглядит следующим образом:

КТ = 100Вт/м2 х S х К1 х К2 х К3 х К4 х К5 х К6 х К7

КТ – это то количество тепла, которое требуется данному помещению.
S – площадь.
К1 – обозначение коэффициента для остекленного окна. Для стандартного двойного остекления он равен 1.27, для двойного стеклопакета – 1.0, а для тройного – 0.85.
К2 – это коэффициент уровня утепления стены. Для неутепленной панели он = 1.27, для кирпичной стены с кладкой в один слой = 1.0, а в два кирпича = 0.85.
К3 – это соотношение площади, занимаемой окном и полом.Когда между ними:
40% — 1.1;
30% — 1.0;
20% — 0.9;
10% — 0.8.
К4 – это коэффициент, учитывающий температуру воздуха по СНиП в самые холодные дни года:
+25 = 1.2;
+20 = 1.1;
+15 = 0.9;
+10 = 0.7.
К5 указывает на корректировку при наличии наружных стен.Например:
две наружные стены – 1.2;
3 стены – 1.3;
все четыре стены – 1.4.
К6 учитывает наличие помещения над комнатой, для которой производятся расчеты.При наличии:
чердак с обогревом – 0.9;
жилая комната – 0.8.
К7 – это коэффициент, который указывает на высоту потолка в комнате:
3.0 м = 1.05;
3.5 м = 1.1;
4.0 м = 1.15;
4.5 м = 1.2.

Если применить эту формулу, то можно предусмотреть и учесть практически все нюансы, которые могут повлиять на обогрев жилой площади. Сделав расчет по ней, можно быть точно уверенным, что полученный результат указывает на оптимальное количество секций алюминиевого радиатора для конкретного помещения.

Если вы решили установить алюминиевые радиаторы отопления важно знать следующее:

Какой бы принцип расчетов ни был предпринят, важно сделать его в целом, так как правильно подобранные батареи позволяют не только наслаждаться теплом, но и значительно экономят на энергозатратах. Последнее особенно важно в условиях постоянно растущих тарифов

Дополнительные параметры, которые нужно учесть

Произведя примерный расчет количества секций радиаторов отопления для своей квартиры, не забудьте его откорректировать, приняв во внимание особенности помещения. Их нужно учитывать следующим образом:

для угловой комнаты (две стены выходят на улицу) с одним окном мощность радиатора надо увеличить на 20%, а при двух окнах – на 30%;
если радиатор монтируется в нише под окном, его теплоотдача снизится, это компенсируется увеличением мощности на 5%;
на 10% следует увеличить, если окна выходят на северную либо северо-восточную сторону;
экран, для красоты закрывающий радиаторы, «крадет» 15% их теплоотдачи, которые также надо учесть при расчете.

В самом начале следует рассчитать общее значение необходимой для помещения тепловой мощности, учитывая все наличествующие параметры и факторы. И лишь затем разделить это значение на количество тепла, которое выделяет в час одна секция. Результат при дробном значении, как правило, округляется до целого в большую сторону.

Производим расчеты по объему помещения

Для панельного дома со стандартной высотой потолков, как уже указывалось выше, расчет тепла производится из потребности 41 ватт на 1м3. Но если дом новый, кирпичный, в нем установлены стеклопакеты, а наружные стены утеплены, то нужно уже 34 ватт на 1м3.

Формула расчета количества секций радиатора выглядит так: объем (площадь, умноженная на высоту потолка) умножается на 41 или 34 (в зависимости от типа дома) и делится на теплоотдачу одной секции радиатора, указанного в паспорте производителя.

Например:

Площадь комнаты 18 м2, высота потолка 2, 6 м. Дом – типичная панельная постройка. Теплоотдача одной секции радиатора – 170 ватт.

18Х2,6Х41/170=11,2. Итак, нам нужно 11 секций радиатора. Это при условии, что комната не угловая и в ней нет балкона, в противном случае лучше установить 12 секций.

Специфика и другие особенности

Также возможна и другая специфика у помещений, для которых делается расчет, не все же они похожи и совершенно одинаковы. Это могут быть такие показатели как:

температура теплоносителя меньше 70 градусов – число частей соответственно предстоит увеличить;
отсутствие двери в проеме между двумя помещениями. Тогда требуется подсчитать общую площадь обоих помещений, чтобы вычислить количество радиаторов для оптимального обогрева;
установленные на окнах стеклопакеты препятствуют потере тепла, следовательно, можно монтировать меньше секций батареи.

При замене старых чугунных батарей, которые обеспечивали нормальную температуру в комнате, на новые алюминиевые или биметаллические, калькуляция весьма проста. Умножитьте теплоотдачу одной чугунной секции (в среднем 150 Вт). Результат разделите на количество тепла одной новой части.

Готовимся к зиме – расчет количества секций радиаторов отопления.

Здесь существует три метода, которые базируются на общих принципах:

стандартная величина мощности одной секции может варьироваться от 120 до 220 Вт, поэтому берется средняя величина
для корректировки погрешностей в расчетах при покупке радиатора следует заложить 20% резерв

Теперь обратимся непосредственно к самим методам.

Метод первый – стандартный

Исходя из строительных правил, для качественного отопления одного квадратного метра требуется 100 ватт мощности радиатора. Займемся подсчетами.

Допустим, площадь помещения составляет 30 м², мощность одной секции возьмем равной 180 ватт, тогда 30*100/180 = 16,6. Округлим значение в большую сторону и получим, что для комнаты площадью в 30 квадратных метров необходимо 17 секций радиатора отопления.

Однако, если помещение является угловым, то полученное значение следует умножить на коэффициент 1,2. В таком случае, количество необходимых секций радиаторов будет равно 20

Метод второй – примерный

Данный метод отличается от предыдущего тем, что основан не только на площади помещения, но и на его высоте. Обратите внимание, что метод работает только для приборов средней и большой мощности.

При малой мощности (50 ватт и менее) подобные расчеты будут неэффективны ввиду слишком большой погрешности.

Итак, если принять во внимание, что средняя высота помещения равна 2,5 метра (стандартная высота потолков большинства квартир), то одна секция стандартного радиатора способна обогреть площадь в 1,8 м².

Расчет секций для комнаты в 30 «квадратов» будет следующим: 30/1,8=16. Снова округляем в большую сторону и получим, что для обогрева данной комнаты нужно 17 секций радиатора.

Метод третий – объемный

Как видно из названия, подсчеты в этом методе базируются на объеме комнаты.

Условно принимается, что для обогрева 5 кубических метров помещения нужна 1 секция мощностью 200 ватт. При длине в 6 м, ширине 5 и высоте 2,5 м формула для расчета будет следующей: (6*5*2,5)/5 =15. Следовательно, для комнаты с такими параметрами нужно 15 секций радиатора отопления мощностью 200 ватт каждая.

Если радиатор планируется расположить в глубокой открытой нише, то количество секций нужно увеличить на 5%.

В случае, если радиатор планируется полностью закрыть панелью, то увеличение следует сделать на 15%. В противном случае будет невозможно добиться оптимальной теплоотдачи.

Прочитайте статью и узнайте как построить схему водяного отопления частного дома.
Вот здесь – все про то как выбрать радиатор отопления

Климатические зоны тоже важны

Не для кого ни секрет, что в разных климатических зонах имеется разная потребность в обогреве, поэтому при проектировании проекта необходимо учитывать и эти показатели.

Климатические зоны также имеют свои коэффициенты:

средняя полоса России имеет коэффициент 1,00, поэтому он не используется;
северные и восточные регионы: 1,6;
южные полосы: 0,7-0,9 (учитываются минимальные и среднегодовые температуры в регионе).

Данный коэффициент необходимо умножить на общую тепловую мощность, а полученный результат разделить на теплоотдачу одной части.

Выводы

Таким образом, расчет отопления по площади особых трудностей не представляет. Достаточно немного посидеть, разобраться и спокойно посчитать. С его помощью каждый владелец квартиры или дома может легко определить величину радиатора, который следует установить в комнате, кухне, ванной или в любом другом месте.

Если вы сомневаетесь в своих силах и знаниях – доверьте монтаж системы профессионалам. Лучше заплатить один раз профессионалам, чем сделать неправильно, демонтировать и повторно приступить к работе. Или же не сделать ничего вообще.

В продолжение темы: качественные межкомнатные двери www.dveri-tmk.ru помогут сохранить тепло в вашем доме или квартире. И упростить расчёты по площади отопления.

Зачем это нужно

Мотивы для выполнения расчетов довольно очевидны: при проектировании системы отопления необходимо знать количество энергии, которое помещение должно получать в пик холодов для стабилизации внутренней температуры.

В зависимости от результата расчетов подбирается:

Во всех без исключения системах водяного отопления — суммарная мощность батарей для отдельного помещения и для дома или квартиры в целом.
В автономных отопительных системах — мощность котла.

Заметьте: при покупке твердотопливного котла желателен избыток мощности, так как его растопки будут периодическими, раз в несколько часов. Избыток тепловой энергии аккумулируется теплоносителем и массивными отопительными приборами; иногда для этой цели в контур включается массивный теплоизолированный водяной бак — теплоаккумулятор.

Компенсация теплопотерь

Чтобы мощности батарей хватило для отопления помещения, нужно внести некоторые корректировки:

Дробные значения округлить в положительную сторону. Лучше пусть остается некоторые запас мощности, а нужный уровень температуры отрегулируется с помощью термостата.
Если в комнате два окна, то нужно поделить высчитанное количество секций на два и установить их под каждым из окон. Тепло будет подниматься, создавая тепловую завесу для холодного воздуха, проникающего в квартиру через стеклопакет.
Нужно добавить несколько секций, если две стены в комнате выходят на улицу, или высота потолка достигает больше 3 м.

Рассчитать батареи отопления своего дома. Расчет секций алюминиевых радиаторов на квадратный метр

Скорее всего Вы уже решили для себя Какие радиаторы отопления лучше, но необходим расчет количества секций. Как его выполнить безошибочно и точно, учесть все погрешности и теплопотери?

Существует несколько вариантов расчета:

по площади помещения

и полный расчет включающий все факторы.

Рассмотрим каждый из них

Расчет количества секций радиаторов отопления по объему

Если у Вас квартира в современном доме, со стеклопакетами, утепленными наружными стенами и , то для расчета уже используется значение тепловой мощности 34вт на 1куб.метр объема.

Пример расчета количества секций:

Комната 4*5м, высота потолка 2,65м

Получаем 4*5*2,65=53 куб.м Объем комнаты и умножаем на 41вт. Итого, требуемая тепловая мощность для обогрева: 2173Вт.

Исходя из полученных данных, не трудно рассчитать количество секций радиаторов. Для этого необходимо знать теплоотдачу одной секции, выбранного Вами радиатора.

Допустим:
Чугунный МС-140, одна секция 140Вт
Global 500,170Вт
Sira RS, 190Вт

Тут следует заметить, что производитель или продавец, часто указывает завышенную теплоотдачу, рассчитанную при повышенной температуре теплоносителя в системе. Поэтому ориентируйтесь на меньшее значение, указанное в паспорте на изделие.

Продолжим расчет: 2173 Вт делим на теплоотдачу одной секции 170Вт, получаем 2173Вт/170Вт=12,78 секций. Округляем в сторону целого числа, и получаем 12 или 14 секций.

Некоторые продавцы предлагают услугу по сборке радиаторов с необходимым числом секций, то есть 13. Но это уже будет не заводская сборка.

Этот метод, как и следующий является приблизительным.

Расчет количества секций радиаторов отопления по площади помещения

Является актуальным для высоты потолков помещения 2,45-2,6 метра. Принимается равным, что для обогрева 1кв.метра площади достаточно 100Вт.

То есть для комнаты 18 кв.метров, требуется 18кв.м*100Вт=1800Вт тепловой мощности.

Делим на теплоотдачу одной секции: 1800Вт/170Вт=10,59, то есть 11 секций.

В какую сторону лучше округлить результаты расчетов?

Комната угловая или с балконом, то к расчетам добавляем 20%
Если батарея будет устанавливаться за экраном или в нишу, то потери тепла могут достигать 15-20%

Но в то же время, для кухни, можно смело округлить в меньшую сторону, до 10 секций.
Кроме того, на кухне, очень часто монтируется . А это минимум 120 Вт тепловой помощи с одного квадратного метра.

Точный расчет количества секций радиаторов

Определяем требуемую тепловую мощность радиатора по формуле

Qт= 100ватт/м2 х S(помещения)м2 х q1 х q2 х q3 х q4 х q5 х q6 х q7

Где учитываются следующие коэффициенты:

Вид остекления (q1)

Тройной стеклопакет q1=0,85

Двойной стеклопакет q1=1,0

Обычное(двойное) остекленение q1=1,27

Теплоизоляция стен (q2)

Качественная современная изоляция q2=0,85

Кирпич (в 2 кирпича) или утеплитель q3= 1,0

Плохая изоляция q3=1,27

Отношение площади окон к площади пола в помещении (q3)

Минимальная температура снаружи помещения (q4)

Количество наружных стен (q5)

Одна (обычно) q5=1,1

Две (угловая квартира) q5=1,2

Тип помещения над расчетным (q6)

Обогреваемое помещение q6=0,8

Отапливаемый чердак q6=0,9

Холодный чердак q6=1,0

Высота потолков (q7)

Пример расчета:

100 вт/м2*18м2*0,85 (тройной стеклопакет)*1 (кирпич)*0,8
(2,1 м2 окно/18м2*100%=12%)*1,5(-35)*
1,1(одна наружная)*0,8(обогреваемое,квартира)*1(2,7м)=1616Вт

Плохая теплоизоляция стен увеличит это значение до 2052 Вт!

количество секций радиатора отопления: 1616Вт/170Вт=9,51 (10 секций)

При планировании капитального ремонта в вашем доме или же квартире, а так же при планировке постройки нового дома необходимо произвести расчет мощности радиаторов отопления . Это позволит вам определить количество радиаторов, способных обеспечить теплом ваш дом в самые лютые морозы. Для проведения расчетов необходимо узнать необходимые параметры, такие как размер помещений и мощность радиатора, заявленной производителем в прилагаемой технической документации. Форма радиатора, материал из которого он выполнен, и уровень теплоотдачи в данных расчетах не учитываются. Зачастую количество радиаторов равно количеству оконных проемов в помещении, поэтому, рассчитываемая мощность разделяется на общее количество оконных проемов, так можно определить величину одного радиатора.

Следует помнить, что не нужно производить расчет для всей квартиры, ведь каждая комната имеет свою отопительную систему и требует к себе индивидуальный подход. Так если у вас угловая комната, то к полученной величине мощности необходимо прибавить еще около двадцати процентов . Такое же количество нужно прибавить, если ваша система отопления работает с перебоями или имеет другие недостатки эффективности.

Расчет мощности радиаторов отопления может осуществляться тремя способами:

Согласно строительным нормами и другими правилами необходимо затрачивать 100Вт мощности вашего радиатора на 1метр квадратный жилплощади. В таком случае необходимые расчеты производятся при использовании формулы:

С*100/Р=К , где

К — мощность одной секции вашей радиаторной батареи, согласно заявленной в ее характеристике;

С — площадь помещения. Она равна произведению длины комнаты на ее ширину.

К примеру, комната имеет 4 метра в длину и 3.5 в ширину. В таком случае ее площадь равна:4*3.5=14 метров квадратных.

Мощность, выбранной вами одной секции батареи заявлена производителем в 160 Вт. Получаем:

14*100/160=8.75. полученную цифру необходимо округлить и получается что для такого помещения потребуется 9 секций радиатора отопления. Если же это угловая комната, то 9*1.2=10.8, округляется до 11. А если ваша система теплоснабжения недостаточно эффективна , то еще раз добавляем 20 процентов от первоначального числа: 9*20/100=1.8 округляется до 2.

Итого: 11+2=13. Для угловой комнаты площадью 14 метров квадратных, если система отопления работает с кратковременными перебоями понадобиться приобрести 13 секций батарей.

Примерный расчет — сколько секций батареи на квадратный метр

Он базируется на том, что радиаторы отопления при серийном производстве имеют определенные размеры. Если помещение имеет высоту потолка равную 2.5 метра, то на площадь в 1.8 метров квадратных потребуется лишь одна секция радиатора.

Радиатора для комнаты с площадью в 14 метров квадратных равен:

14/1.8=7.8, округляется до 8. Так для помещения с высотой до потолка в 2.5м понадобится восемь секций радиатора. Следует учитывать, что этот способ не подходит, если у отопительного прибора малая мощность (менее 60Вт) ввиду большой погрешности.

Объемный или для нестандартных помещений

Такой расчет применяется для помещений с высокими или очень низкими потолками . Здесь расчет ведется из данных о том, что для обогрева одного метра кубического помещения необходима мощность в 41ВТ. Для этого применяется формула:

К=О*41 , где:

К- необходимое количество секций радиатора,

О -объем помещения, он равен произведению высоты на ширину и на длину комнаты.

Если комната имеет высоту-3.0м; длину – 4.0м и ширину – 3.5м, то объем помещения равен:

3.0*4.0*3.5=42 метра кубических.

Расчитывается общая потребность в тепловой энергии данной комнаты:

42*41=1722Вт, учитывая, сто мощность одной секции составляет 160Вт,можно расчитать необходимое их количество путем деления общей потребности в мощности на мощность одной секции: 1722/160=10.8, округляется до 11 секций.

Если выбраны радиаторы, которые не делятся на секции, от общее число нужно поделить на мощность одного радиатора.

Округлять полученные данные лучше в большую сторону, так как производители иногда завышают заявленную мощность.

Чтобы в доме было тепло и уютно, мало выбрать правильные батареи — необходимо точно вычислить требуемое число секций батареи, чтобы прогревалось все помещение.

Вконтакте

Одноклассники

Подсчет по площади

Приблизительно вычислить количество секций можно при знании площади помещения, в котором будут устанавливаться батареи. Это самый примитивный метод вычисления, он неплохо работает для домов, где высота потолков небольшая (2,4-2,6 м).

Правильная производительность радиаторов рассчитывается в «тепловой мощности». По нормативам для обогрева одного «квадрата» площади квартиры нужно 100 ватт — на этот показатель и умножается полная площадь. Например, на помещение в 25 кв.м потребуется 2500 ватт.

Виды секций

Вычисленное таким образом количество тепла делят на теплоотдачу от секции батареи (указывается производителем). Дробное число при расчетах округляют в большую сторону (чтобы радиатор гарантированно справился с прогревом). Если батареи выбирают для помещений с низкой потерей тепла или дополнительными отопительными приборами (например, для кухни), можно округлить результат в меньшую сторону — нехватка мощности не будет заметна.

Разберем на примере:

Если в комнату площадью 25 кв.м планируется установка радиаторов отопления с теплоотдачей 204 Вт, формула будет выглядеть так: 100 Вт (мощность для обогрева 1 кв.м) * 25 кв.м (общая площадь) / 204 Вт (теплоотдача одной секции радиатора) = 12,25. Округлив число в большую сторону, получим 13 — количество секций батареи, которое потребуется для отопления комнаты.

Обратите внимание!
Для кухни той же площади достаточно взять 12 секций радиаторов.

Расчет количества секций радиаторов отопления видео:

Дополнительные факторы

Количество радиаторов на квадратный метр зависит от особенностей конкретного помещения (наличия межкомнатных дверей, количества и герметичности окон) и даже от расположения квартиры в здании. Комната с лоджией или балконом, особенно если они не остеклены, отдает тепло быстрее. Помещение на углу здания, где с «внешним миром» соприкасается не одна, а две стены, потребует большего числа батарей.

На количество секций батареи, которое потребуется для обогрева помещения, влияет также материал, использованный для возведения здания, и наличие дополнительной утепляющей обшивки на стенах. Кроме того, комнаты с окнами во двор будут удерживать тепло лучше, чем с окнами, выходящими на улицу, и потребуют меньшего количества отопительных элементов.

Для каждого из быстро остывающих помещений следует увеличить требуемую мощность, вычисленную по площади комнаты, на 15-20%. Исходя из этого числа высчитывают нужное число секций.

Разница подсоединения

Подсчет секций по объему

Расчет по объему комнаты более точен, чем подсчет на основе площади, хотя общий принцип остается тем же. В этой схеме учитывается и высота потолка в доме.

По нормативу на 1 кубометр пространства требуется 41 ватт. Для комнат с качественной современной отделкой, где на окнах стоят стеклопакеты, а стены обработаны утеплителем, требуемое значение всего 34 Вт. Объем рассчитывают, перемножая площадь на высоту потолка (в метрах).

Например, объем комнаты в 25 кв.м с высотой потолков 2,5 м: 25 * 2,5 = 62,5 кубометра. Помещение той же площади, но с потолками 3 м, будет большим по объему: 25 * 3 = 75 кубометров.

Расчет количества секций радиаторов отопления проводят, разделив нужную суммарную мощность радиаторов на теплоотдачу (мощность) каждой секции.

Для примера возьмем комнату со старыми окнами площадью 25 кв.м и с потолками 3 м нужно взять 16 секций батарей: 75 кубометров (объем комнаты) * 41 Вт (количество тепла для обогрева 1 кубометра помещения, где на окнах не установлены стеклопакеты) / 204 Вт (теплоотдача одной секции батарей) = 15,07 (для жилого помещения значение округляют в большую сторону).

Что учесть при подсчете?

Производители, указывая мощность одного секции батареи, немного лукавят и завышают цифры в расчете на то, что температура воды в отопительной системе будет максимальной. По факту в большинстве случаев вода для отопления не прогревается до расчетного значения. В паспорте, который прилагается к радиаторам, указываются и минимальные показатели теплоотдачи. В расчетах лучше ориентироваться на них, тогда в доме гарантированно будет тепло.

Обратите внимание!
Батареи, прикрытые сеткой или экраном, отдают немного меньше тепла, чем «открытые».

Точное количество «потерянного» тепла зависит от материала и конструкции самого экрана. Если планируется использовать такую дизайнерскую конструкцию, нужно увеличить расчетную мощность отопительной системы на 20%. То же касается и батарей, расположенных в нишах.

Точный подсчет радиаторов

Как рассчитать количество радиаторов отопления для комнаты в нестандартном помещении — например, для частного дома? Приблизительных подсчетов может быть недостаточно. На число радиаторов влияет большое количество факторов:

высота комнаты;
общее число окон и их конфигурация;
утепление;
соотношение суммарной площади поверхности окон и полов;
среднюю температуру на улице в холода;
число наружных стен;
тип помещения, расположенного над комнатой.

Для точного расчета используют формулу и поправочные коэффициенты.

Радиатор для большой комнаты

Формула расчета

Общая формула для подсчета количества тепла, которое должны генерировать радиаторы:

КТ = 100 Вт/кв.м * П * К1 * …* К7

П означает площадь комнаты, КТ — итоговое количество тепла, необходимое для поддержания комфортного микроклимата. Значения от К1 до К7 — поправочные коэффициенты, которые выбираются и применяются в зависимости от различных условий. Полученный в итоге показатель КТ делят на теплоотдачу от сегмента батареи для вычисления требуемого числа элементов (секций алюминиевых радиаторов потребуется иное количество, чем, например, чугунных).

Дополнительные секции

Коэффициенты расчета

К1 — коэффициент для учета типа окон:

классические «старые» окна — 1,27;
двойной современный стеклопакет — 1,0;
тройной пакет — 0,85.

К2 — поправка на теплоизоляцию стен дома:

низкая — 1,27;
нормальная (двойной ряд кирпича или стены с утепляющей прослойкой) — 1,0;
высокая — 0,85.

К3 выбирают в зависимости от пропорции, в которой соотносятся площади комнаты и установленных в ней окон. Если площадь окон равна 10% от площади пола, применяют коэффициент 0,8. На каждые дополнительные 10% прибавляют 0,1: для соотношения 20% значение коэффициента составит 0,9, 30% — 1,0 и так далее.

К4 — коэффициент, выбираемый в зависимости от среднего значения температуры за окном в неделю с минимальной температурой за год. От климата также зависит, сколько нужно на комнату тепла. При средней температуре -35 применяют коэффициент 1,5, при температуре -25 — 1,3, дальше на каждые 5 градусов коэффициент понижают на 0,2.

К5 — показатель для корректировки расчета тепла в зависимости от числа наружных стен. Базовый показатель — 1 (нет стен, соприкасающихся с «улицей»). Каждая наружная стена комнаты добавляет к показателю 0,1.

К6 — коэффициент для учета типа помещения над расчетным:

отапливаемая комната — 0,8;
отапливаемое чердачное помещение — 0,9;
чердачное помещение без отопления — 1.

К7 — коэффициент, который берется в зависимости от высоты помещения. Для комнаты с потолком 2,5 м показатель равен 1, каждые дополнительные 0,5 м потолков добавляют к показателю 0,05 (3 м — 1,05 и так далее).

Для упрощения подсчетов многие производители радиаторов предлагают онлайн калькулятор, где предусмотрены различные типы батарей и есть возможность настроить дополнительные параметры без «ручного» подсчета и выбора коэффициентов.

Соединение секций

Расчет в зависимости от материала радиатора

Батареи, выполненные из разных материалов, отдают разное количество тепла и отапливают помещение с разной эффективностью. Чем выше теплоотдача материала, тем меньше потребуется секций радиатора, чтобы прогреть комнату до комфортного уровня.

Наиболее популярны чугунные батареи отопления и заменяющие их биметаллические радиаторы. Средняя теплоотдача от единственного секции батареи из чугуна — 50-100 Вт. Это довольно немного, зато число секций для помещения проще всего подсчитать «на глазок» именно для чугунных радиаторов. Их должно быть примерно столько же, сколько «квадратов» в комнате (лучше взять на 2-3 больше, чтобы компенсировать «недогрев» воды в системе отопления).

Теплоотдача одного элемента биметаллических радиаторов — 150-180 Вт. На этот показатель может влиять и покрытие батарей (например, окрашенные масляной краской радиаторы греют комнату чуть меньше). Расчет количества секций биметаллических радиаторов проводится по любой их схем, при этом общее число необходимого тепла делят на значение теплоотдачи от одного сегмента.
Если Вы хотите приобрести радиаторы с установкой в Москве, рекомендуем обратиться

Одна из главных целей подготовительных мероприятий перед монтажом системы отопления – определить, сколько нагревательных приборов потребуется в каждое из помещений, и какую мощность они должны иметь. Перед тем, как рассчитать количество радиаторов, рекомендуется ознакомиться с основными методиками этой процедуры.

Расчет секций батарей отопления по площади

Это самый простой тип расчета количества секций радиаторов отопления, где необходимый на обогрев помещения объем тепла определяется с ориентиром на квадратные метры жилища.

Средний климатический пояс на обогрев 1 м2 жилья требует 60-100 Вт.
Для северных регионов это норма соответствует 150-200 Вт.

Имея на руках эти цифры, проводится подсчет необходимого тепла. К примеру, для квартир средней полосы обогрев комнаты площадью 15 м2 потребует 1500 Вт тепла (15х100). При этом следует понимать, что речь идет об усредненных нормах, поэтому лучше ориентироваться на максимальные показатели для конкретного региона. Для местностей с очень мягкими зимами допускается использование коэффициента 60 Вт.

Делая запас по мощности, желательно не переусердствовать, так как это потребует использования большого числа обогревающих приборов. Следовательно, объем необходимого теплоносителя также возрастет. Для обитателей многоквартирных домов с центральным отоплением этот вопрос не является принципиальным. Жильцам же частного сектора приходится увеличивать затраты на подогрев теплоносителя, на фоне возрастания инерционности всего контура. Это предполагает необходимость тщательного проведения расчета радиаторов отопления по площади.

После определения всего необходимого на обогрев тепла, появляется возможность выяснить число секций. Сопроводительная документация на любой нагревательный прибор содержит информацию о выделяемом им тепле. Для подсчета секций общий объем необходимого тепла нужно разделить на мощность батареи. Чтобы увидеть, как это происходит, можно обратится к уже приведенному выше примеру, где в результате проведенных подсчетов был определен необходимый объем для обогрева комнаты 15 м2 – 1500 Вт.

Возьмем за мощность одной секции 160 Вт: выходит, что число секций будет равняться 1500:160 = 9,375. В какую сторону округлять – это выбор самого пользователя. Обычно в учет берется наличие косвенных источников обогрева комнаты и степень ее утепления. К примеру, в кухне воздух обогревается также бытовыми приборами во время готовки, поэтому там округлять можно в сторону уменьшения.

Способ расчета секций батарей отопления по площади характеризуется значительной простотой, однако из поля зрения пропадет ряд серьезных факторов. К ним можно отнести высоту помещений, количество дверных и оконных проемов, уровень утепления стен и пр. Поэтому способ расчета количества секций радиатора по СНиП можно назвать приблизительным: чтобы получить результат без погрешностей, не обойтись без поправок.

Объем комнаты

Этот подход расчета предполагает учет также высоты потолков, т.к. обогреву подлежит весь объем воздуха в жилище.

Методика вычисления используется очень схожая — вначале определяют объем, после чего руководствуются следующими нормами:

Для панельных домов нагревание 1 м3 воздуха необходим 41 Вт.
Кирпичный дом требует 34 Вт/м3.

Для наглядности можно провести расчет батарей отопления того же помещения в 15м2 для сопоставления результатов. Высоту жилища возьмем 2,7 м: в итоге объем получится 15х2,7 = 40,5.

Подсчет для различных зданий:

Панельный дом. Для определения необходимого на обогрев тепла 40,5м3х41 Вт = 1660,5 Вт. Для расчета требуемого числа секций 1660,5:170 = 9,76 (10 шт.).
Кирпичный дом. Общий объем тепла – 40,5м3х34 Вт = 1377 Вт. Подсчет радиаторов – 1377:170 = 8,1 (8 шт.).

Получается, что для отопления кирпичного дома секций потребуется значительно меньше. Когда проводился расчет секций радиатора на площадь, результат получился усредненный – 9 шт.

Корректируем показатели

Для более успешного решения вопроса, как рассчитать количество радиаторов на комнату, в учет необходимо взять некоторые дополнительные факторы, способствующие увеличению или уменьшению теплопотерь. Значительное влияние имеет материал изготовления стен и уровень их теплоизоляции. Немалое значение играет также количество и размер окон, вид используемого для них остекления, наружные стены и т.д. Для упрощения процедуры, как рассчитать радиатор на комнату, вводятся специальные коэффициенты.

Окна

Через оконные проемы теряется примерно 15-35% тепла: на это влияют размеры окон и степень их утепления. Это объясняет наличие двух коэффициентов.

Соотношение площади окна и пола:

10% — 0,8
20% — 0,9
30% — 1,0
40% — 1,1
50% — 1,2

По типу остекления:

3-камерный стеклопакет или 2-камерный стеклопакеты с аргоном — 0,85;
стандартный 2-камерный стеклопакет — 1,0;
простые двойные рамы — 1,27.

Стены и крыша

Выполняя точный расчет батарей отопления на площадь, не обойтись без учета материала стен, степени их термоизоляции. Для этого также имеются коэффициенты.

Уровень утепления:

За норму берутся кирпичные стены в два кирпича — 1,0.
Небольшой (отсутствует) — 1,27.
Хороший — 0,8.

Внешние стены:

Не имеются — без потерь, коэффициент 1,0.
1 стена — 1,1.
2 стены — 1,2.
3 стены- 1,3.

Уровень теплопотерь тесно связан с наличием или отсутствием жилой мансарды или второго этажа. Если такое помещение имеется, коэффициент будет уменьшающим 0,7 (для чердака с обогревом– 0,9). Как данность предполагается, что степень влияния на температуру помещения нежилого чердака – нейтральная (коэффициент 1,0).

В тех ситуациях, когда при расчете секций радиаторов отопления по площади приходится иметь дело с нестандартной высотой потолка (стандартом считается 2,7 м), применяются уменьшающие или увеличивающие коэффициенты. Для их получения имеющаяся высота делится на стандартную 2,7 м. Возьмем пример с высотой потолка 3 м: 3,0м/2,7м=1,1. Далее показатель, полученный при расчете секций радиаторов по площади помещения, возводят в степень 1,1.

При определении вышеперечисленных норм и коэффициентов за ориентир брались квартиры. Чтобы выяснить уровень теплопотерь в частном доме со стороны кровли и подвала, к результату добавляют еще 50%. Таким образом, этот коэффициент будет равняться 1,5.

Климат

Существует также корректировка по средним зимним температурам:

10 и выше градусов — 0,7
-15 градусов — 0,9
-20 градусов — 1,1
-25 градусов — 1,3
-30 градусов- 1,5

После внесения всех возможных корректировок в расчет алюминиевых радиаторов по площади получается более объективный результат. Однако приведенный выше перечень факторов будет не полным без упоминания критериев, влияющих на мощность обогревания.

Тип радиатора

Если систему отопления будет комплектоваться секционными радиаторами, в которых осевое расстояние имеет высоту 50 см, то расчет секций радиаторов отопления особых затруднений не вызовет. Как правило, солидные производители имеют собственные сайты с указанием техническим данных (включая тепловую мощность) всех моделей. Иногда вместо мощности может указываться расход теплоносителя: перевести его в мощность очень просто, ведь потребление теплоносителя 1л/мин соответствует примерно 1 кВт. Чтобы определить осевую дистанцию, необходимо замерить расстояние между центрами трубы подачи до обратки.

Для облегчения задачи множество сайтов оснащены специальной программой по калькуляции. Все, что необходимо для расчета батарей на комнату – внести ее параметры в указанные строки. Нажав поле «Ввод», на выходе мгновенно высвечивается число секций выбранной модели. Определяясь с типом обогревательного прибора, берут во внимание разницу тепловой мощности радиатора отопления по площади, в зависимости от материала изготовления (при прочих равных условиях).

Облегчит понимание сути вопроса простейший пример расчета секций биметаллического радиатора, где в учет берется только площадь помещения. Определяясь с количеством биметаллических нагревательных элементов со стандартной межосевой дистанцией в 50 см, за отправную точку берут возможность обогревания одной секцией 1,8 м2 жилища. В таком случае для комнаты 15 м2 потребуется 15:1,8 = 8,3 шт. После округления получаем 8 шт. Схожим образом проводится расчет батарей из чугуна и стали.

Для этого потребуются следующие коэффициенты:

Для биметаллических радиаторов — 1,8 м2.
Для алюминиевых — 1,9-2,0 м2.
Для чугунных — 1,4-1,5 м2.

Эти параметры подходят для стандартной межосевой дистанции 50 см. В настоящее время выпускаются радиаторы, где это расстояние может колебаться от 20 до 60 см. Встречаются даже т.н. «бордюрные» модели высотой менее 20 см. Понятное дело, что мощность этих батарей будет другой, что потребует внесения определенных корректив. Иногда эта информация указывается в сопроводительной документации, в других же случаях потребуется самостоятельный подсчет.

Учитывая то, что площадь нагревательной поверхности напрямую влияет на тепловую мощность прибора, несложно догадаться, что по мере уменьшения высоты радиатора этот показатель будет падать. Поэтому корректирующий коэффициент определяется путем соотношения высоты выбранного изделия со стандартом 50 см.

Для примера рассчитаем алюминиевый радиатор. Для помещения в 15 м2 расчет секций радиаторов отопления по площади помещения выдает результат 15:2 = 7,5 шт. (округляем до 8 шт.) Намечена была эксплуатация маломерных приборов высотой 40 см. Вначале нужно найти соотношение 50:40 = 1,25. После корректировки количества секций получается результат 8х1,25 = 10 шт.

Учет режима системы отопления

Сопроводительная документация на радиатор обычно содержит информацию о его максимальной мощности. Если используется высокотемпературный режим эксплуатации, то в трубе подачи теплоноситель нагревается до +90 градусов, а в обратке — +70 градусов (маркируется 90/70). Температура жилища при этом должна быть +20 градусов. Подобный режим функционирования современными системами обогрева практически не используется. Чаще встречается средняя (75/65/20) или низкая (55/45/20) мощность. Этот факт требует корректировки расчета мощности батарей отопления по площади.

Чтобы определить режим работы контура, в учет берется показатель температурного напора системы: так называют разницу температуры воздуха и поверхности радиатора. За температуру отопительного прибора принимают среднее арифметическое между показателями подачи и обратки.

Для большего понимания рассчитаем чугунные батареи со стандартными секциями в 50 см в режиме высокой и низкой температуры. Площадь комнаты прежняя – 15 м2. Обогрев одной чугунной секции в высокотемпературном режиме обеспечивается для 1,5 м2, поэтому общее число секций будет равняться 15:1,5 = 10. В контуре запланировано применение низкотемпературного режима.

Определения температурного напора каждого из режимов:

Высокотемпературный — 90/70/20- (90+70):20 =60 градусов;
Низкотемпературный — 55/45/20 — (55+45):2-20 = 30 градусов.

Получается так, что для обеспечения нормального обогрева помещения в режиме низких температур число радиаторных секций нужно удвоить. В нашем случае для комнаты 15 м2 необходимо 20 секций: это предполагает наличие довольно широкой чугунной батареи. Именно поэтому приборы из чугуна не рекомендуется использовать в низкотемпературных системах.

Во внимание может быть взята и желаемая температура воздуха. Если за цель ставится поднять ее с 20 до 25 градусов, осуществляют расчет теплового напора с этой поправкой, высчитывая нужный коэффициент. Проведем расчет мощности батарей отопления по площади все того же чугунного радиатора, введя корректировку в параметры (90/70/25). Вычисление температурного напора в этой ситуации будет выглядеть так: (90+70):2-25=55 градусов. Теперь высчитываем соотношение 60:55=1,1. Чтобы обеспечить температурный режим 25 градусов, необходимо 11 шт х1,1=12,1 радиаторов.

Влияние типа и места установки

Наряду с уже упомянутыми факторами, степень теплоотдачи отопительного прибора зависит также от того, каким образом он был подключен. Самое эффективной считается коммутация по диагонали с подачей сверху, которая сводит уровень теплопотерь практически к нулю. Наибольшие потери тепловой энергии демонстрирует боковое подключение – почти 22%. Для остальных типов установки характерна средняя эффективность.

Способствуют уменьшению фактической мощности батареи и различные заграждающие элементы: к примеру, нависающих сверху подоконник снижает теплоотдачу почти на 8%. Если полного перекрывания радиатора не происходит, потери снижаются до 3-5%. Сетчатые декоративные экраны частичного покрытия провоцируют падения теплоотдачи на уровне нависающего подоконника (7-8%). Если батарею полностью закрыть таким экраном, ее эффективность снизится на 20-25%.

Как рассчитать количество радиаторов для однотрубного контура

Следует учесть тот факт, что все вышесказанное относится к двухтрубным отопительным схемам, предполагающим подачу на каждый из радиаторов теплоносителя одинаковой температуры. Рассчитать секции радиатора отопления в однотрубной системе на порядок сложнее, ведь каждая следующая батарея по ходу движения теплоносителя обогревается на порядок меньше. Поэтому расчет для однотрубного контура предполагает постоянный пересмотр температуры: такая процедура занимает много времени и усилий.

В качестве облегчения процедуры используется такой прием, когда расчет отопления на квадратный метр проводится, как для двухтрубной системы, а потом с учетом падения тепловой мощности наращивают секции для увеличения теплоотдачи контура в общем. Для примера возьмем схему однотрубного типа, которая имеет 6 радиаторов. После определения числа секций, как для двухтрубной сети, вносим определенные корректировки.

Первый из отопительных приборов по ходу движения теплоносителя обеспечивается полностью нагретым теплоносителем, поэтому его можно не пересчитывать. Температура подачи на второй по счету прибор уже меньшая, поэтому нужно определить степень снижения мощности, увеличив на полученное значение число секций: 15кВт-3кВт=12кВт (процентное соотношение уменьшения температуры составляет 20%). Итак, для восполнения потерь тепла понадобятся добавочные секции — если вначале их нужно было 8шт, то после добавления 20% получаем конечное число — 9 или 10 шт.

При выборе, в какую сторону округлить, учитывают функциональное назначение помещение. Если речь идет о спальне или детской, округление проводится в большую сторону. При расчете гостиной или кухни округлять лучше в меньшую сторону. Свою долю влияние имеет также то, на какой стороне расположена комната – южной или северной (северные помещения обычно округляются в большую сторону, а южные – в меньшую).

Данный метод подсчета не является совершенным, так как предполагает увеличение последнего радиатора на линии до поистине гигантских размеров. Следует также понимать, что удельная теплоемкость подаваемого теплоносителя почти никогда не равняется ее мощности. Из-за этого котлы для оснащения однотрубных контуров выбираются с некоторым запасом. Оптимизируют ситуацию наличие запорной арматуры и коммутация батарей через байпас: благодаря этому достигается возможность регулировки теплоотдачи, что несколько компенсирует снижение температуры теплоносителя. Однако от необходимости увеличивать размеры радиаторов и количество его секций по мере удаления от котла при использовании однотрубной схемы даже эти приемы не освобождают.

Чтобы решить задачу, как рассчитать радиаторы отопления по площади, много времени и сил не понадобится. Другое дело – провести корректировку полученного результата, взяв во внимание все характеристики жилища, его размеры, способ коммутации и дислокацию радиаторов: эта процедура достаточно трудоемкая и длительная. Однако именно таким образом можно получить максимально точные параметры для отопительной системы, что обеспечит тепло и уют помещений.

Отопление частного дома » Радиаторы отопления

Сколько должно быть секций в радиаторе?

Прожив худо-бедно зиму, мы каждый раз ставим перед собой одну и ту же цель — к новому отопительному сезону подготовиться максимально продуктивно, заменив старые батареи отопления на более эффективные. Выбрав отопительный прибор, нужно еще правильно рассчитать количество секций радиаторов отопления. Сделать это легко, если знать формулу.

Для правильных расчетов понадобится замерить габариты помещения и вычислить его площадь. Важно учесть, где располагается комната — в окружении других помещений или в стороне от них, определить толщину стен и материал, из которого они сделаны, обратить внимание на количество окон и качество теплоизоляции.

Стандартный расчет

Многие сетуют на то, что даже после установки новых батарей дома все равно некомфортно и холодно. Специалисты уверены — дело не в том, что приборы не оправдали надежды потребителей. Чаще причиной является неправильный расчет секций радиаторов отопления. Существуют стандартные схемы, учитывающие требования СНиП. В них указано, что на обогрев 1 квадратного метра жилой площади необходимо 100 Вт мощности отопительного прибора.

Отсюда можно вывести простую формулу:

К (количество батарей) = S (площадь помещения) умножить на 100 и разделить на Р (мощность одной секции батареи). Последняя величина указана в техническом паспорте изделия.

Приведем простой пример применения этой формулы. Допустим, есть помещение, площадь которого составляет 22 квадратных метра. 22×100/ 200=11

Для данной комнаты необходимо выбрать 11-секционный радиатор. А далее по обстоятельствам. Если комната угловая, добавляем 20% на запас и получаем немного больше — 13. По такой схеме можно рассчитать практически все радиаторы — и чугунные, и биметаллические.

Объемный расчет количества секций

Рассчитать количество необходимых секций можно, исходя из объема радиатора. Если дом или квартира построены без учета модных ныне технологий энергосбережения, то на 1 кубический метр объема требуется 41 Ватт тепловой мощности.

Такой схемой пользуются в Европе. Разделив имеющийся объем помещения на 41, мы получаем требуемую мощность прибора. Зная ее и этот же показатель для одной секции батареи, легко высчитать секционность прибора.

Приведем пример из расчета, что помещение имеет площадь 22 квадратных метра и высоту потолка 2,7 м. Кубический объем вычисляют так:

Современная комбинированная батарея

Мощность одной единицы радиатора в зависимости от модели может варьировать в пределах от 120 до 200 Вт. Приведем примеры расчета:

Если эта величина равна 120 Вт (параметры указаны в паспорте), то формула вычислений такова — 1448/120=12,06 (12-секционная батарея).
Если мощность одной единицы прибора равна 250 Вт, то получаются такие цифры — 1448/250=5,8 (6-секционная батарея). Принцип вычислений в целом понятен.

Как правило, продавцы в магазине осведомлены о мощности отопительного прибора. Известно, что для одной секции чугунного агрегата этот показатель равен 160 Вт, алюминиевого — 192 Вт, биметаллического — 200 Вт. Зная эти величины, можно заранее перед покупкой произвести точные расчеты.

Обратите внимание! Так как зимы в наших широтах могут быть очень суровыми, то к точным расчетам специалисты советуют еще прибавлять лишних 20%. Это значит, что к полученной вами цифре, указывающей на секционность прибора, всегда нужно добавлять 2 лишние единицы.

Обобщение по теме

Теперь вы знаете, как решить поставленную проблему. Есть две схемы, позволяющие с математической точностью найти ответ на вопрос о количестве секций радиаторов. Специалисты рекомендуют детально изучить технический паспорт изделия и не стесняться расспрашивать продавцов, приобретая отопительные приборы.

Расчет секций радиаторов отопления.

Радиаторов такой мощности не продают, поэтому округлим цифру в меньшую сторону — до 1500 Вт либо 1,5 киловатта.

Все, это та цифра, которая нам нужна. Радиатор любого типа: биметаллический, алюминиевый, чугунный, стальной, беленький в крапинку и черненький в полосочку обеспечит нам обогрев комнаты в любой возможный в наших широтах мороз, если он выдает 1500 ватт тепла.

К примеру, типичная мощность ребра алюминиевого или биметаллического радиатора высотой около 60 сантиметров — 150 Ватт. Таким образом, нам понадобится 10 ребер. Аналогично — для стандартных чугунных радиаторов типа МС-140

Чтобы узнать количество отопительных приборов для всей квартиры, расчет проводим для каждой комнаты отдельно.

Если квартира «холодная» , с большим количеством окон, тонкими стенами, на первом либо последнем этаже и т. п., для обогрева необходимо будет 47 Ватт на метр кубический, следовательно, в расчетах подставляем эту цифру вместо 41.

Если «теплая» , с металлопластиковыми окнами, утеплением полов, стен, в доме, построенном с использованием современных утепляющих материалов — берем 30 Вт .

И, наконец, самый простой способ расчета:

Если у вас в комнате перед заменой стояли стандартные чугунные радиаторы высотой около 60 сантиметров, и вам было с ними тепло, смело посчитайте их количество и умножьте на 150 Вт — узнаете необходимую мощность новых.

Если же планируете выбрать алюминиевые ребра или биметалл — можете покупать их в расчете — на одно ребро «чугунины» — одно ребро «галюминия».

При расчете необходимого количества тепла учитываются площадь отапливаемого помещения из расчета из расчета требуемого потребления 100 ватт на квадратный метр. Кроме того учитывается ряд факторов, влияющих на суммарные теплопотери помещения, каждый из этих факторов вносит свой коэффициент в общий результат расчета.

Такая методика расчета включает практически все нюансы и базируется на формуле довольно точного определения потребности помещения в тепловой энергии.

Как провести расчет секций радиаторов отопления?

Остается полученный результат разделить на значение теплоотдачи одной секции алюминиевого, стального или биметаллического радиатора и полученный результат округлить в большую сторону.

параметры отаплваемого помещения

результат расчета

необходимое количества тепла: Вт

количество секций радиатора, выбранного типа:

тип радиатора

ещё видео

На первый взгляд рассчитать, сколько секций радиатора установить в том или ином помещении – просто. Чем больше комната – тем из большего количества секций должен состоять радиатор. Но на практике то, насколько тепло будет в том или ином помещении зависит от более чем десятка факторов. Учитывая их, рассчитать нужное количество тепла от радиаторов, можно намного точнее.

Общие сведения

Теплоотдача одной секции радиатора указана в технических характеристиках изделий от любого производителя. Количество радиаторов в помещении обычно соответствует количеству окон. Под окнами чаще всего и располагаются радиаторы. Их габариты зависят от площади свободной стены между окном и полом. Нужно учитывать, что от подоконника радиатор должен быть опущен не менее, чем на 10 см. А между полом и нижней линией радиатора расстояние должно быть не меньше 6 см.

Как рассчитать количество секций радиатора

Эти параметры определяют высоту прибора.

Теплоотдача одной секции чугунного радиатора – 140 ватт, более современных металлических – от 170 и выше.

Можно производить расчет количества секций радиаторов отопления, выходя из площади помещения или же его объема.

По нормам считается, что на обогрев одного квадратного метра помещения нужно 100 ватт тепловой энергии. Если же исходить из объема, то тогда количество тепла на 1 кубический метр будет составлять не менее 41 ватта.

Но ни один из этих способов не будет точным если не учитывать особенностей того или иного помещения, количества и размер окон, материал стен, и многое другое. Поэтому рассчитывая секции радиатора по стандартной формуле, будем добавлять коэффициенты, созданные тем или иным условием.

Площадь помещения – расчет количества секций радиаторов отопления

Такой расчет обычно применяется к помещениям, расположенным в стандартных панельных жилых домах с высотой потолка до 2,6 метра.

Площадь комнаты множится на 100 (количество тепла для 1м2) и делится на указанную производителем теплоотдачу одной секции радиатора. Например: площадь комнаты 22 м2, теплоотдача одной секции радиатора – 170 ватт.

22Х100/170=12,9

Для этой комнаты нужно 13 секций радиатора.

Если же одна секция радиатора будет иметь 190 ватт теплоотдачи, то получим 22Х100/180=11,57 , то есть можно ограничиться 12 секциями.

К расчетам нужно добавить 20% если комната имеет балкон или находится в торце дома. Батарея, установленная в нише, еще на 15% снизит теплоотдачу. Но в кухне будет на 10-15% теплее.

Производим расчеты по объему помещения

Например:

Посчитаем максимально точно

А вот формула, по которой максимально точно можно сделать расчет количества секций радиатора:

Площадь помещения умноженная на 100 ватт и на коэффициенты q1, q2, q3, q4, q5, q6, q7 и поделенная на теплоотдачу одной секции радиатора.

Подробнее об этих коэффициентах:

q1 – тип остекления : при тройном стеклопакете коэффициент будет 0,85, при двойном стеклопакете — 1 и при обычном остеклении – 1,27.

q2 – теплоизоляция стен:

современная теплоизоляция – 0,85;
кладка в 2 кирпича с утеплителем – 1;
неутепленные стены — 1,27.

q3 – соотношение площадей окон и пола:

10% — 0,8;
30% — 1;
50% — 1,2.

q4 — минимальная наружная температура:

-10 градусов – 0,7;
-20 градусов – 1,1;
-35 градусов – 1,5.

q5 – количество наружных стен:

q6 – тип помещения, которое находится выше расчетного:

обогреваемое — 0,8;
чердачное обогреваемое — 0,9;
чердачное необогреваемое – 1.

q7 – высота потолка:

2,5 – 1;
3 – 1,05;
3,5 – 1,1.

Если будут учтены все вышеперечисленные коэффициенты, посчитать количество секций радиатора в помещении можно будет максимально точно.

06.01.2014 в 13:01

Основные критерии при расчете отопления
Влияние на результат материала изготовления радиатора
Способы расчета количества секций радиатора на квадратный метр

Несмотря на появляющиеся время от времени инновационные разработки обогревателей для жилья, самой надежной и эффективной продолжает оставаться система отопления с радиаторами. Перед ее установкой необходимо точно рассчитать количество радиаторных секций, чтобы избежать недостатка или переизбытка выделяемого тепла.

Основные критерии при расчете отопления

Наряду с общими показателями, при расчете радиаторов отопления на квадратный метр, необходимо взять во внимание ряд факторов, непосредственно влияющих на количество теплопотерь:

Число наружных стен . Комната с двумя наружными стенами и одним окном потребует увеличения мощности обогревающих приборов на 20%. В помещениях с двумя окнами количество теплопотерь увеличивается до 30%. Наиболее холодными считаются угловые помещения, где необходимо значительное увеличение энергоресурсов на отопление.
Ориентация по сторонам света . Помещения с северным или северо-восточном направлением окон по ходу расчета количества батарей на кв метр требуют добавления к полученной цифре еще 10%. Как показывает практика, потери тепла при таком расположении наиболее значительны.
Положение радиаторов . При самостоятельной организации отопительного контура необходимо вооружиться некоторыми принципами. Частично закрытые подоконниками батареи уменьшают свою эффективность на 3-4%. Если для установки обогревателей используются ниши, это влечет за собой увеличение потерь примерно до 7%.
Использование экрана . Закрывать батареи экранами – не лучшая идея: подобные действия не одобряются производителями сантехнического оборудования. Если же другого выхода нет, и экран все-таки применяется, следует учесть, что частично закрытые конструкции снижают производительность радиаторов на 7%. Полностью закрытый экран уменьшает эффективность батареи почти на 25%.

Кроме того, в учет необходимо взять число отделанных утеплителем стен, качество стеклопакетов, надежность простенков и т.п.
Как рассчитать количество секций батареи правильно – проверенные способы расчета
Для того, чтобы из-за недочета количества секций радиатора на квадратный метр в итоге не получить малоэффективную систему, к итоговому результату всегда рекомендуется добавлять 15-20% мощности.

Влияние на результат материала изготовления радиатора

В настоящее время наибольшей популярностью пользуются следующие разновидности радиаторов:

Чугунные . Чаще всего используется чугунная батарея марки МС-140 с уровнем теплоотдачи 180 Вт. Этот показатель справедлив лишь при использовании теплоносителя с максимальной температурой. На практике такое бывает редко, поэтому фактическая мощность прибора – 60-120 Вт. Именно эти цифры рекомендуется использовать при проведении расчете ватт на квадратный метр отопления.
Стальные . Имеют почти такую же площадь, что и чугунные. Это же касается и параметров, точные значение которых указываются в сопроводительной документации. При этом масса стальных изделий меньше, что делает их транспортировку и монтаж более простым.
Алюминиевые . Дать общий ответ, сколько отапливает одна секция алюминиевого радиатора проблематично, так как подобные изделия представлены в продаже в большом количестве модификаций. Поэтому в каждом конкретном случае расчета количества секций алюминиевых радиаторов необходимо руководствоваться паспортными данными модели. В общем считается, что средним показателем, сколько обогревает одна секция алюминиевого радиатора, является 100 Вт/м 2 . Если заявленная мощность прибора меньше, то, скорее всего, речь идет о подделке. Также следует сказать, что уровень теплоотдачи алюминия более высокий, чем у чугуна и стали. Это также следует взять во внимание перед тем, как рассчитать количество секций алюминиевых радиаторов отопления.
Биметаллические . Эти изделия, совмещающие в себе высокую теплоотдачу алюминия и прочностные качества стали, в настоящее время пользуются наибольшей популярностью у покупателей (уровень мощности одной секции биметаллического радиатора идентичен тому, на сколько квадратов одна секция алюминиевой батареи). Благодаря хорошей теплоотдаче разрешается несколько сокращать количество секций при установке. Это позволяет сэкономить финансы даже несмотря на то, что биметаллические радиаторы считаются наиболее дорогими.

Способы расчета количества секций радиатора на квадратный метр

Для подсчета числа секций батареи на 1 м 2 жилища обычно применяется один из нижеперечисленных методов:

Как гласят строительные нормы, 100 Вт мощности нагревательного прибора должно приходиться на 1 м 2 хорошо утепленного дома.
На основе этого и проводятся соответствующие вычисления. К примеру, комната на 15 м 2 нуждается в 1500 Вт тепловой мощности радиатора. Для чугунных радиаторов за основу берется параметр в 100 Вт: как уже указывалось, получение максимального значения в 180 Вт на практике добиться практически нереально. В итоге получается оптимальное количество ребер – 15 шт.
Помещения нестандартной высоты адекватней рассчитывать по объему. В качестве примера можно взять уже знакомую комнату площадью в 15 м 2 и высотой 3 метра: ее объем составит 45 м 3 . Для одного квадратного метра, в зависимости от особенностей помещения, необходимо 30 — 40 Вт. В панельном доме этот показатель берется, как 40: дальнейший простой расчет показывает, что для эффективного обогрева комнаты необходимо 1800 Вт тепловой мощности.
Помещения сложной конфигурации рассчитываются формулами с большим числом коэффициентов. Чтобы избежать этой довольно громоздкой процедуры, рекомендуется воспользоваться услугами онлайн-калькулятора. Введя в специальные графы нужные данные, можно за считанные секунды получить необходимый результат. Кроме удобства, такой способ убережет от ошибок в подсчетах, почти неизбежных при самостоятельной реализации.

После того, как наиболее удобный способ расчета выбран, и нужное значение получено, учета потребуют и все остальные факторы, упомянутые выше. Если они имеются, необходимо увеличить итоговое число на указанный процент теплопотерь. В итоге они полностью компенсируются увеличением мощности отопительной системы.

Как рассчитать количество секций на комнату, расчет батареи

Как рассчитать количество секций радиатора

При модернизации системы отопления кроме замены труб меняют и радиаторы. Причем сегодня они есть из разных материалов, разных форм и размеров. Что не менее важно, имеют они разную теплоотдачу: количество тепла, которые могут передать воздуху. И это обязательно учитывают, когда делают расчет секций радиаторов.

В помещении будет тепло, если количество тепла, которое уходит, будет компенсироваться. Поэтому в расчетах за основу берут теплопотери помещений (они зависят от климатической зоны, от материала стен, утепления, площади окон и т.д.). Второй параметр — тепловая мощность одной секции. Это то количество тепла, которое она может выдать при максимальных параметрах системы (90°C на входе и 70°C на выходе). Эта характеристика обязательно указывается в паспорте, зачастую присутствует на упаковке.

Делаем расчет количества секций радиаторов отопления своими руками, учитываем особенности помещений и системы отопления

Один важный момент: проводя расчеты самостоятельно, учтите, что большинство производителей указывают максимальную цифру, которую они получили при идеальных условиях. Потому любое округление производите в большую сторону. В случае с низкотемпературным отоплением (температура теплоносителя на входе ниже 85°C) ищут тепловую мощность для соответствующих параметров или делают перерасчет (описан ниже).

Расчет по площади

Это — самая простая методика, позволяющая примерно оценить число секций, необходимое для отопления помещения. На основании многих расчетов выведены нормы по средней мощности отопления одного квадрата площади. Чтобы учесть климатические особенности региона, в СНиПе прописали две нормы:

для регионов средней полосы России необходимо от 60 Вт до 100 Вт;
для районов, находящихся выше 60°, норма отопления на один квадратный метр 150-200 Вт.

Почему в нормах дан такой большой диапазон? Для того, чтобы можно было учесть материалы стен и степень утепления. Для домов из бетона берут максимальные значения, для кирпичных можно использовать средние. Для утепленных домов — минимальные. Еще одна важная деталь: эти нормы просчитаны для средней высоты потолка — не выше 2,7 метра.

Как рассчитать количество секций радиатора: формула

Зная площадь помещения, умножаете ее норму затрат тепла, наиболее подходящую для ваших условий. Получаете общие теплопотери помещения. В технических данных к выбранной модели радиатора, находите тепловую мощность одной секции. Общие теплопотери делите на мощность, получаете их количество. Несложно, но чтобы было понятнее, приведем пример.

Пример расчета количества секций радиаторов по площади помещения

Угловое помещение 16 м2, в средней полосе, в кирпичном доме. Устанавливать будут батареи с тепловой мощностью 140 Вт.

Для кирпичного дома берем теплопотери в середине диапазона. Так как помещение угловое, лучше взять большее значение. Пусть это будет 95 Вт. Тогда получается, что для обогрева помещения требуется 16 м2 * 95 Вт = 1520 Вт.

Теперь считаем количество радиаторов для отопления этой комнаты: 1520 Вт / 140 Вт = 10,86 шт. Округляем, получается 11 шт. Столько секций радиаторов необходимо будет установить.

Расчет батарей отопления на площадь прост, но далеко не идеален: высота потолков не учитывается совершенно. При нестандартной высоте используют другую методику: по объему.

Считаем батареи по объему

Есть в СНиПе нормы и для обогрева одного кубометра помещений. Они даны для разных типов зданий:

для кирпичных на 1 м3 требуется 34 Вт тепла;
для панельных — 41 Вт

Этот расчет секций радиаторов похож на предыдущий, только теперь нужна не площадь, а объем и нормы берем другие. Объем умножаем на норму, полученную цифру делим на мощность одной секции радиатора (алюминиевого, биметаллического или чугунного).

Формула расчета количества секций по объему

Пример расчета по объему

Для примера рассчитаем, сколько нужно секций в комнату площадью 16 м2 и высотой потолка 3 метра. Здание построено из кирпича. Радиаторы возьмем той же мощности: 140 Вт:

Находим объем. 16 м2 * 3 м = 48 м3
Считаем необходимое количество тепла (норма для кирпичных зданий 34 Вт). 48 м3 * 34 Вт = 1632 Вт.
Определяем, сколько нужно секций. 1632 Вт / 140 Вт = 11,66 шт. Округляем, получаем 12 шт.

Теперь вы знаете два способа того, как рассчитать количество радиаторов на комнату.

Теплоотдача одной секции

Сегодня ассортимент радиаторов большой. При внешней схожести большинства, тепловые показатели могут значительно отличаться. Они зависят от материала, из которого изготовлены, от размеров, толщины стенок, внутреннего сечения и от того, насколько хорошо продумана конструкция.

Потому точно сказать, сколько кВт в 1 секции алюминиевого (чугунного биметаллического) радиатора, можно сказать только применительно к каждой модели. Эти данные указывает производитель. Ведь есть значительная разница в размерах: одни из них высокие и узкие, другие — низкие и глубокие. Мощность секции одной высоты того же производителя, но разных моделей, могут отличаться на 15-25 Вт (смотрите в таблице ниже STYLE 500 и STYLE PLUS 500) . Еще более ощутимые отличия могут быть у разных производителей.

Технические характеристики некоторых биметаллических радиаторов. Обратите внимание, что тепловая мощность одинаковых по высоте секций может иметь ощутимую разницу

Тем не менее, для предварительной оценки того, сколько секций батарей нужно для отопления помещений, вывели средние значения тепловой мощности по каждому типу радиаторов. Их можно использовать при приблизительных расчетах (приведены данные для батарей с межосевым расстоянием 50 см):

Биметаллический — одна секция выделяет 185 Вт (0,185 кВт).
Алюминиевый — 190 Вт (0,19 кВт).
Чугунные — 120 Вт (0,120 кВт).

Точнее сколько кВт в одной секции радиатора биметаллического, алюминиевого или чугунного вы сможете, когда выберете модель и определитесь с габаритами. Очень большой может быть разница в чугунных батареях. Они есть с тонкими или толстыми стенками, из-за чего существенно изменяется их тепловая мощность. Выше приведены средние значения для батарей привычной формы (гармошка) и близких к ней. У радиаторов в стиле «ретро» тепловая мощность ниже в разы.

Это технические характеристики чугунных радиаторов турецкой фирмы Demir Dokum. Разница более чем солидная. Она может быть еще больше

Исходя из этих значений и средних норм в СНиПе вывели среднее количество секций радиатора на 1 м2:

биметаллическая секция обогреет 1,8 м2;
алюминиевая — 1,9-2,0 м2;
чугунная — 1,4-1,5 м2;

Как рассчитать количество секций радиатора по этим данным? Все еще проще. Если вы знаете площадь комнаты, делите ее на коэффициент. Например, комната 16 м2, для ее отопления примерно понадобится:

Эти расчеты только примерные. По ним вы сможете примерно оценить затраты на приобретение отопительных приборов. Точно рассчитать количество радиаторов на комнату вы сможете выбрав модель, а потом еще пересчитав количество в зависимости от того, какая температура теплоносителя в вашей системе.

Расчет секций радиаторов в зависимости от реальных условий

Еще раз обращаем ваше внимание на то, что тепловая мощность одной секции батареи указывается для идеальных условий. Столько тепла выдаст батарея, если на входе ее теплоноситель имеет температуру +90°C, на выходе +70°C, в помещении при этом поддерживается +20°C. То есть, температурный напор системы (называют еще «дельта системы») будет 70°C. Что делать, если в вашей системе выше +70°C на входе на бывает? или необходима температура в помещении +23°C? Пересчитывать заявленную мощность.

Для этого необходимо рассчитать температурный напор вашей системы отопления. Например, на подаче у вас +70°C, на выходе +60°C, а в помещении вам необходима температура +23°C. Находим дельту вашей системы: это среднее арифметическое температур на входе и выходе, за минусом температуры в помещении.

Формула расчета температурного напора системы отопления

Для нашего случая получается: (70°C+ 60°C)/2 — 23°C = 42°C. Дельта для таких условий 42°C. Далее находим это значение в таблице пересчета (расположена ниже) и заявленную мощность умножаем на этот коэффициент. Поучаем мощность, которую сможет выдать эта секция для ваших условий.

Таблица коэффициентов для систем отопления с разной дельтой температур

При пересчете действуем в следующем порядке. Находим в столбцах, подкрашенных синим цветом, строчку с дельтой 42°C. Ей соответствует коэффициент 0,51. Теперь рассчитываем, тепловую мощность 1 секции радиатора для нашего случая. Например, заявленная мощность 185 Вт, применив найденный коэффициент, получаем: 185 Вт * 0,51 = 94,35 Вт. Почти в два раза меньше. Вот эту мощность и нужно подставлять когда делаете расчет секций радиаторов. Только с учетом индивидуальных параметров в помещении будет тепло.

Расчет батарей отопления на площадь

Один из наиболее важных вопросов создания комфортных условий проживания в доме или квартире – это надежная, правильно рассчитанная и смонтированная, хорошо сбалансированная система отопления. Именно поэтому создание такой системы – главнейшая задача при организации строительства собственного дома или при проведении капитального ремонта в квартире многоэтажки.

Несмотря на современное разнообразие систем отопления различных типов, лидером по популярности все же остается проверенная схема: контуры труб с циркулирующим по ним теплоносителем, и приборы теплообмена – радиаторы, установленные в помещениях. Казалось бы – все просто, батареи стоят под окнами и обеспечивают требуемый нагрев… Однако, необходимо знать, что теплоотдача от радиаторов должна соответствовать и площади помещения, и целому ряду других специфических критериев. Теплотехнические расчеты, основанные на требованиях СНиП – достаточно сложная процедура, выполняемая специалистами. Тем не менее, можно выполнить ее и своими силами, естественно, с допустимым упрощением. В настоящей публикации будет рассказано, как самостоятельно провести расчет батарей отопления на площадь обогреваемого помещения с учетом различных нюансов.

Расчет батарей отопления на площадь

Но, для начала, нужно хотя бы бегло ознакомиться с существующими радиаторами отопления – от их параметров во многом будут зависеть и результаты проводимых расчетов.

Кратко о существующих типах радиаторов отопления

Современный ассортимент радиаторов, представленных в продаже, включает следующие их виды:

Стальные радиаторы панельной или трубчатой конструкции.
Чугунные батареи.
Алюминиевые радиаторы нескольких модификаций.
Биметаллические радиаторы.

Стальные радиаторы

Этот тип радиаторов не снискал себе особой популярности, несмотря на то, что некоторым моделям придается весьма элегантное дизайнерское оформление. Проблема в том, что недостатки таких приборов теплообмена существенно превышают их достоинства – невысокую цену¸ относительно небольшую массу и простоту монтажа.

Стальные радиаторы отопления имеют немало недостатков

Тонкие стальные стенки таких радиаторов недостаточно теплоёмки – быстро нагреваются, но и столь же стремительно остывают. Могут возникнуть проблемы и при гидравлических ударах – сварные соединения листов иногда дают при этом течь. Кроме того, недорогие модели, не имеющие специального покрытия, подвержены коррозии, и срок службы таких батарей невелик – обычно производители дают им довольно небольшую по длительности эксплуатации гарантию.

В подавляющем большинстве случаев стальные радиаторы представляют собой цельную конструкцию, и варьировать теплоотдачу изменением числа секций не позволяют. Они имеют паспортную тепловую мощность, которую сразу же нужно выбирать, исходя из площади и особенностей помещения, где они планируются к установке. Исключение – некоторые трубчатые радиаторы имеют возможность изменения количества секций, но это обычно делается под заказ, при изготовлении, а не в домашних условиях.

Чугунные радиаторы

Представители этого типа батарей наверняка знакомы каждому еще с раннего детства – именно такие гармошки устанавливались ранее буквально повсеместно.

Знакомый всем с детских лет чугунный радиатор МС-140-500

Возможно, такие батареи МС-140—500 и не отличались особым изяществом, но зато верно служили не одному поколению жильцов. Каждая секция подобного радиатора обеспечивала теплоотдачу в 160 Вт. Радиатор сборный, и количество секций, в принципе, ничем не ограничивалось.

Современные чугунные батареи отопления

В настоящее время в продаже немало современных чугунных радиаторов. Их уже отличает более элегантный внешний вид, ровные гладкие наружные поверхности, которые облегчают уборку. Выпускаются и эксклюзивные варианты, с интересным рельефным рисунком чугунного литься.

При всем этом, такие модели в полной мере сохраняют основные достоинства чугунных батарей:

Высокая теплоемкость чугуна и массивность батарей способствуют длительному сохранению и высокой отдаче тепла.
Чугунные батареи, при правильной сборке и качественном уплотнении соединений, не боятся гидроударов, перепадов температур.
Толстые чугунные стенки мало восприимчивы к коррозии и к абразивному износу. Может использоваться практически любой теплоноситель, так что такие батареи одинаково хороши и для автономной, и для центральной систем отопления.

Если не принимать в расчёт внешние данные старых чугунных батарей, то из недостатков можно отметить хрупкость металла (недопустимы акцентированные удары), относительную сложность монтажа, связанную в больше мере с массивностью. Кроме того, далеко не любые стеновые перегородки смогут выдержать вес таких радиаторов.

Алюминиевые радиаторы

Алюминиевые радиаторы, появившись сравнительно недавно, очень быстро завоевали популярность. Они относительно недороги, имеют современный, достаточно элегантный внешний вид, обладают отменной теплоотдачей.

При выборе алюминиевых радиаторов нужно учитывать некоторые важные нюансы

Качественные алюминиевые батареи способны выдерживать давление в 15 и более атмосфер, высокую температуру теплоносителя – порядка 100 градусов. При этом тепловая отдача от одной секции у некоторых моделей достигает порой 200 Вт. Но при этом они небольшой массой (вес секции – обычно до 2 кг) и не требуют большого объема теплоносителя (емкость – не более 500 мл).

Алюминиевые радиаторы представлены в продаже как наборными батареями, с возможностью изменения количества секций, так и цельными изделиями, рассчитанными на определенную мощность.

Недостатки алюминиевых радиаторов:

Некоторые типы весьма подвержены кислородной коррозии алюминия, с высоким риском газообразования при этом. Это предъявляет особы требования к качеству теплоносителя, поэтому такие батареи обычно устанавливают в автономных системах отопления.
Некоторые алюминиевые радиаторы неразборной конструкции, секции которых изготавливаются по технологии экструзии, могут при определенных неблагоприятных условиях дать течь на соединениях. При этом провести ремонт – попросту невозможно, и придется менять всю батарею в целом.

Изо всех алюминиевых батарей самые качественные – изготовленные с применением анодного оксидирования металла. Этим изделиям практически не страшна кислородная коррозия.

Внешне все алюминиевые радиаторы примерно похожи, поэтому необходимо очень внимательно читать техническую документацию, делая выбор.

Биметаллические радиаторы отопления

Подобные радиаторы по своей надежности оспаривают первенство с чугунными, а по тепловой отдаче – с алюминиевыми. Причина тому заключается в их особой конструкции.

Строение биметаллического радиатора отопления

Каждая из секций состоит из двух, верхнего и нижнего, стальных горизонтальных коллекторов (поз. 1), соединенных таким же стальным вертикальным каналом (поз.2). Соединение в единую батарею производится высококачественными резьбовыми муфтами (поз. 3). Высокая теплоотдача обеспечивается наружной алюминиевой оболочкой.

Стальные внутренние трубы выполнены из металла, которые не подвержен коррозии или имеет защитное полимерное покрытие. Ну а алюминиевый теплообменник ни при каких обстоятельствах не контактирует с теплоносителем, и коррозия ему абсолютно не страшна.

Таким образом, получается сочетание высокой прочности и износоустойчивости с отличными теплотехническими показателями.

Цены на популярные радиаторы отопления

Радиаторы отопления

Такие батареи не боятся даже очень больших скачков давления, высоких температур. Они, по сути, универсальны, и подходят для любых систем отопления, правда, наилучшие эксплуатационные характеристики они все же показывают в условиях высокого давления центральной системы – для контуров с естественной циркуляцией они малопригодны.

Пожалуй, единственных их недостаток – высокая цена по сравнению с любыми другими радиаторами.

Для удобства восприятия размещена таблица, в которой приведены сравнительные характеристики радиаторов. Условные обозначения в ней:

ТС – трубчатые стальные;
Чг – чугунные;
Ал – алюминиевые обычные;
АА – алюминиевые анодированные;
БМ – биметаллические.

	Чг	ТС	Ал	АА	БМ
Давление максимальное (атмосфер)
рабочее	6-9	6-12	10-20	15-40	35
опрессовочное	12-15	9	15-30	25-75	57
разрушения	20-25	18-25	30-50	100	75
Ограничение по рН (водородному показателю)	6,5-9	6,5-9	7-8	6,5-9	6,5-9
Подверженность коррозии под воздействием:
кислорода	нет	да	нет	нет	да
блуждающих токов	нет	да	да	нет	да
электролитических пар	нет	слабое	да	нет	слабое
Мощность секции при h=500 мм; Dt=70 ° , Вт	160	85	175-200	216,3	до 200
Гарантия, лет	10	1	3-10	30	3-10

Видео: рекомендации по выбору радиаторов отопления

Возможно, вас заинтересует информация о том, что собой представляет батарея биметаллическая

Как рассчитать нужное количество секций радиатора отопления

Понятно, что установленный в помещении радиатор (один или несколько) должен обеспечить прогрев до комфортной температуры и компенсировать неизбежные теплопотери, независимо от погоды на улице.

Базовой величиной для вычислений всегда выступает площадь или объем комнаты. Сами по себе профессиональные расчеты – весьма сложны, и учитывают очень большое число критериев. Но для бытовых нужд можно воспользоваться упрощенными методиками.

Самые простые способы расчета

Принято считать, что для создания нормальных условий в стандартном жилом помещении достаточно 100 Вт на квадратный метр площади. Таким образом, следует всего лишь вычислить площадь комнаты и умножить ее на 100.

Q = S × 100

Q– требуемая теплоотдача от радиаторов отопления.

S– площадь обогреваемого помещения.

Если планируется установка неразборного радиатора, то это значение и станет ориентиром для подбора необходимой модели. В случае, когда будут устанавливаться батареи, допускающие изменение количества секций, следует провести еще один подсчет:

N = Q/ Qус

N– рассчитываемое количество секций.

Qус – удельная тепловая мощность одной секции. Эта величина в обязательном порядке указывается в техническом паспорте изделия.

Как видите, расчеты эти чрезвычайно просты, и не требуют каких-либо особых знаний математики – достаточно рулетки чтобы измерить комнату и листка бумаги для вычислений. Кроме того, можно воспользоваться и таблицей, расположенной ниже – там приведены уже рассчитанные значения для комнат различной площади и определённых мощностей обогревательных секций.

Таблица секции

Однако, нужно помнить, что эти значения – для стандартной высоты потолка (2,7 м) многоэтажки. Если высота комнаты иная, то лучше просчитать количество секций батареи, исходя из объема помещения. Для этого применяется усредненный показатель – 41 Вт тепловой мощности на 1 м³ объема в панельном доме, или 34 Вт – в кирпичном.

Q = S × h× 40 (34)

где h – высота потолка над уровнем пола.

Дальнейший расчет – ничем не отличается от представленного выше.

Подробный расчет с учетом особенностей помещения

А теперь перейдем к более серьезным расчетам. Упрощенная методика вычисления, приведенная выше, может преподнести хозяевам дома или квартиры «сюрприз». Когда установленные радиаторы не будут создавать в жилых помещениях требуемого комфортного микроклимата. И причина тому – целый перечень нюансов, которых рассмотренный метод просто не учитывает. А между тем, подобные нюансы могут иметь весьма важное значение.

Итак, за основу вновь берется площадь помещения и всё те же 100 Вт на м². Но сама формула уже выглядит несколько иначе:

Q = S × 100 × А × В × С × D× Е × F× G× H× I× J

Буквами от А до J условно обозначены коэффициенты, учитывающие особенности помещения и установки в нем радиаторов. Рассмотрим их по порядку:

А – количество внешних стен в помещении.

Понятно, что чем выше площадь контакта помещения с улицей, то есть, чем больше в комнате внешних стен, тем выше общие теплопотери. Эту зависимость учитывает коэффициент А:

Одна внешняя стена – А = 1,0
Две внешних стены – А = 1,2
Три внешний стены – А = 1,3
Все четыре стены внешние – А = 1,4

В – ориентация помещения по сторонам света.

Максимальные теплопотери всегда в комнатах, в которые не поступает прямого солнечного света. Это, безусловно, северная сторона дома, и сюда же можно отнести восточную – лучи Солнца здесь бывают только по утрам, когда светило еще «не вышло на полную мощность».

Прогреваемость помещений во многом зависит от их расположения относительно сторон света

Южная и западная стороны дома всегда прогреваются Солнцем значительно сильнее.

Отсюда – значения коэффициента В:

Комната выходит на север или восток – В = 1,1
Южная или западная комнаты – В = 1, то есть, может не учитываться.

С – коэффициент, учитывающий степень утепленности стен.

Понятно, что теплопотери из отапливаемого помещения будут зависеть от качества термоизоляции внешних стен. Значение коэффициента С принимают равным:

Средний уровень — стены выложены в два кирпича, или предусмотрено их поверхностное утепление другим материалом – С = 1,0
Внешние стены не утеплены – С = 1,27
Высокий уровень утепления на основе теплотехнических расчетов – С = 0,85.

D – особенности климатических условий региона.

Естественно, что нельзя равнять все базовые показатели требуемой мощности обогрева «под одну гребенку» — они зависят и от уровня зимних отрицательных температур, характерного для конкретной местности. Это учитывает коэффициент D. Для его выбора берутся средние температуры самой холодной декады января – обычно это значение несложно уточнить в местной гидрометеорологической службе.

— 35 °С и ниже – D= 1,5
— 25 ÷ — 35 °С – D= 1,3
до – 20 °С – D= 1,1
не ниже – 15 °С – D= 0,9
не ниже – 10 °С – D= 0,7

Е – коэффициент высоты потолков помещения.

Как уже говорилось, 100 Вт/м² — это усредненное значение для стандартной высоты потолков. Если она отличается, следует ввести поправочный коэффициент Е:

До 2,7 м – Е = 1,0
2,8 – 3,0 м – Е = 1,05
3,1 – 3,5 м – Е = 1,1
3,6 – 4,0 м – Е = 1,15
Более 4,1 м – Е = 1,2

F– коэффициент, учитывающий тип помещения, расположенного выше

Устраивать систему отопления в помещениях с холодным полом – бессмысленное занятие, и хозяева всегда в этом вопросе принимают меры. А вот тип помещения, расположенного выше, часто от них никак не зависит. А между тем, если сверху жилое или утепленное помещение, то общая потребность в тепловой энергии значительно снизится:

холодный чердак или неотапливаемое помещение – F= 1,0
утепленный чердак (в том числе – и утепленная кровля) – F= 0,9
отапливаемое помещение – F= 0,8

G– коэффициент учета типа установленных окон.

Различные оконные конструкции подвержены теплопотерям неодинаково. Это учитывает коэффициент G:

обычные деревянные рамы с двойным остеклением – G= 1,27
окна оснащены однокамерным стеклопакетом (2 стекла) – G= 1,0
однокамерный стеклопакет с аргоновым заполнением или двойной стеклопакет (3 стекла) — G= 0,85

Н – коэффициент площади остекления помещения.

Общее количество теплопотерь зависит и от суммарной площади окон, установленных в помещении. Эта величина рассчитывается на основании отношения площади окон к площади помещения. В зависимости от полученного результата находим коэффициент Н:

Отношение менее 0,1 – Н = 0,8
0,11 ÷ 0,2 – Н = 0,9
0,21 ÷ 0,3 – Н = 1,0
0,31÷ 0,4 – Н = 1,1
0,41 ÷ 0,5 – Н = 1,2

I– коэффициент, учитывающий схему подключения радиаторов.

От того, как подключены радиаторы к трубам подачи и обратки, зависит их теплоотдача. Это тоже следует учесть при планировании установки и определения нужного количества секций:

Схемы врезки радиаторов в контур отопления

а – диагональное подключение, подача сверху, обратка снизу – I = 1,0
б – одностороннее подключение, подача сверху, обратка снизу – I = 1,03
в – двустороннее подключение, и подача, и обратка снизу – I = 1,13
г – диагональное подключение, подача снизу, обратка сверху – I = 1,25
д – одностороннее подключение, подача снизу, обратка сверху – I = 1,28
е – одностороннее нижнее подключение обратки и подачи – I = 1,28

J– коэффициент, учитывающий степень открытости установленных радиаторов.

Многое зависит и от того, насколько установленные батареи открыты для свободного теплообмена с воздухом помещения. Имеющиеся или искусственно созданные преграды способны существенно снизить теплоотдачу радиатора. Это учитывает коэффициент J:

На теплоотдачу батарей влияет место и способ их установки в помещении

а – радиатор расположен открыто на стене или не прикрыт подоконником – J= 0,9

б – радиатор прикрыт сверху подоконником или полкой – J= 1,0

в – радиатор прикрыт сверху горизонтальным выступом стеновой ниши – J= 1,07

г – радиатор сверху прикрыт подоконником, а с фронтальной стороны — частично прикрыт декоративным кожухом – J= 1,12

д – радиатор полностью прикрыт декоративным кожухом – J= 1,2

⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰ ⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰ ⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰ ⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰ ⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰ ⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰ ⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰ ⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰

Ну вот, наконец, и все. Теперь можно подставлять в формулу нужные значения и соответствующие условиям коэффициенты, и на выходе получится требуемая тепловая мощность для надежного обогрева помещения, с учетом все нюансов.

После этого останется или подобрать неразборный радиатор с нужной тепловой отдачей, или же разделить вычисленное значение на удельную тепловую мощность одной секции батареи выбранной модели.

Наверняка, многим такой подсчет покажется чрезмерно громоздким, в котором легко запутаться. Для облегчения проведения вычислений предлагаем воспользоваться специальным калькулятором – в него уже заложены все требуемые величины. Пользователю остается лишь ввести запрашиваемые исходные значения или выбрать из списков нужные позиции. Кнопка «рассчитать» сразу приведет к получению точного результата с округлением в большую сторону.

Калькулятор для точного расчета радиаторов отопления

Автор публикации, и он же – составитель калькулятора, надеется, что посетитель нашего портала получил полноценную информацию и хорошее подспорье для самостоятельного расчета.

Возможно, вас заинтересует информация о том, как выбрать электрокотел.

калькулятор расчета: количество секций радиатора для обогрева помещения

Такая методика расчета включает практически все нюансы и базируется на формуле довольно точного определения потребности помещения в тепловой энергии. Остается полученный результат разделить на значение теплоотдачи одной секции алюминиевого, стального или биметаллического радиатора и полученный результат округлить в большую сторону.

параметры отаплваемого помещения

Площадь комнаты	м2
Высота потолка
Количество наружных стен комнаты
Коэффициент теплоизоляции стен
Учет типа помещения, расположенного этажом выше
Количество окон
Коэффициент, учитывающий остекление оконных проемов
Средняя температура на улице зимой

результат расчета

необходимое количества тепла: Вт количество секций радиатора, выбранного типа:
тип радиатора

	теплоотдача 1 секции	рабочее давление	давление опресовки	вместительность 1 секции	масса 1 секции
алюминевые, с межосевым расстоянием 500 мм	183 Вт	20 Бар	30 Бар	0,27 л	1,45 кг
алюминевые, с межосевым расстоянием 350 мм	139 Вт	20 Бар	30 Бар	0,19 л	1,2 кг
биметалические, с межосевым расстоянием 500 мм	204 Вт	20 Бар	30 Бар	0,2 л	1,92 кг
биметалические, с межосевым расстоянием 350 мм	136 Вт	20 Бар	30 Бар	0,18 л	1,36 кг
чугунные, с межосевым расстоянием 500 мм	160 Вт	9 Бар	15 Бар	1,45 л	7,12 кг
чугунные, с межосевым расстоянием 300 мм	140 Вт	9 Бар	15 Бар	1,1 л	5,4 кг

Расчет радиаторов отопления

При планировании капитального ремонта в вашем доме или же квартире, а так же при планировке постройки нового дома необходимо произвести расчет мощности радиаторов отопления. Это позволит вам определить количество радиаторов, способных обеспечить теплом ваш дом в самые лютые морозы. Для проведения расчетов необходимо узнать необходимые параметры, такие как размер помещений и мощность радиатора, заявленной производителем в прилагаемой технической документации. Форма радиатора, материал из которого он выполнен, и уровень теплоотдачи в данных расчетах не учитываются. Зачастую количество радиаторов равно количеству оконных проемов в помещении, поэтому, рассчитываемая мощность разделяется на общее количество оконных проемов, так можно определить величину одного радиатора.

Следует помнить, что не нужно производить расчет для всей квартиры, ведь каждая комната имеет свою отопительную систему и требует к себе индивидуальный подход. Так если у вас угловая комната, то к полученной величине мощности необходимо прибавить еще около двадцати процентов. Такое же количество нужно прибавить, если ваша система отопления работает с перебоями или имеет другие недостатки эффективности.

Расчет мощности радиаторов отопления может осуществляться тремя способами:

Стандартный расчет радиаторов отопления

С*100/Р=К, где

К- мощность одной секции вашей радиаторной батареи, согласно заявленной в ее характеристике;

С- площадь помещения. Она равна произведению длины комнаты на ее ширину.

К примеру, комната имеет 4 метра в длину и 3.5 в ширину. В таком случае ее площадь равна:4*3.5=14 метров квадратных.

Мощность, выбранной вами одной секции батареи заявлена производителем в 160 Вт. Получаем:

14*100/160=8.75. полученную цифру необходимо округлить и получается что для такого помещения потребуется 9 секций радиатора отопления. Если же это угловая комната, то 9*1.2=10.8, округляется до 11. А если ваша система теплоснабжения недостаточно эффективна, то еще раз добавляем 20 процентов от первоначального числа: 9*20/100=1.8 округляется до 2.

Итого: 11+2=13. Для угловой комнаты площадью 14 метров квадратных, если система отопления работает с кратковременными перебоями понадобиться приобрести 13 секций батарей.

Примерный расчет — сколько секций батареи на квадратный метр

Подсчет количества секций радиатора для комнаты с площадью в 14 метров квадратных равен:

Объемный или для нестандартных помещений

Такой расчет применяется для помещений с высокими или очень низкими потолками. Здесь расчет ведется из данных о том, что для обогрева одного метра кубического помещения необходима мощность в 41ВТ. Для этого применяется формула:

К=О*41, где:

К- необходимое количество секций радиатора,

О-объем помещения, он равен произведению высоты на ширину и на длину комнаты.

Если комната имеет высоту-3.0м; длину – 4.0м и ширину – 3.5м, то объем помещения равен:

3.0*4.0*3.5=42 метра кубических.

Расчитывается общая потребность в тепловой энергии данной комнаты:

Округлять полученные данные лучше в большую сторону, так как производители иногда завышают заявленную мощность.

Расчёт количества секций радиатора отопления: рекомендации по подготовке данных для расчета, формулы и калькулятор

На этапе подготовки к капитальным ремонтным работам и в процессе планирования возведения нового дома возникает необходимость расчета количества секций радиатора отопления. Результаты подобных вычислений позволяют узнать количество батарей, которого было бы достаточно для обеспечения квартиры либо дома достаточным теплом даже в наиболее холодную погоду.

Расчёт количества секций радиатора отопления

Порядок расчета может меняться в зависимости от множества факторов. Ознакомьтесь с инструкциями по быстрому расчету для типичных ситуаций, вычислению для нестандартных комнат, а также с порядком выполнения максимально подробных и точных расчетов с учетом всевозможных значимых характеристик помещения.

Расчёт количества секций радиатора отопления

Приблизительный расчет для стандартных помещений

Очень простой вариант расчета. Основывается он на том, что размер отопительных батарей серийного производства практически не отличается. Если высота комнаты составляет 250 см (стандартное значение для большинства жилых помещений), то одна секция радиатора сможет обогреть 1,8 м2 пространства.

Площадь комнаты составляет 14 м2. Для расчета достаточно разделить значение площади на упоминавшиеся ранее 1,8 м2. В результате получается 7,8. Округляем до 8.

Таким образом, чтобы прогреть 14-метровую комнату с 2,5-метровым потолком нужно купить батарею на 8 секций.

Важно! Не используйте этот метод при расчете маломощного агрегата (до 60 Вт). Погрешность будет слишком большой.

Подбор радиаторов отопления по тепловой мощности

Расчет для нестандартных комнат

Этот вариант расчета подходит для нестандартных комнат со слишком низкими либо же чересчур высокими потолками. В основу расчета положено утверждение, в соответствии с которым для прогрева 1 м3 жилого пространства нужно порядка 41 Вт мощности батареи. То есть вычисления выполняются по единственной формуле, имеющей такой вид:

A=Bx41,

где:

А – нужное число секций отопительной батареи;
B – объем комнаты. Рассчитывается как произведение длины помещения на его ширину и на высоту.

Для примера рассмотрим комнату длиной 4 м, шириной 3,5 м и высотой 3 м. Ее объем составит 42 м3.

Общую потребность этого помещения в тепловой энергии рассчитаем, умножив его объем на упоминавшиеся ранее 41 Вт. Результат – 1722 Вт. Для примера возьмем батарею, каждая секция которой выдает 160 Вт тепловой мощности. Нужное количество секций рассчитаем, разделив суммарную потребность в тепловой мощности на значение мощности каждой секции. Получится 10,8. Как обычно, округляем до ближайшего большего целого числа, т.е. до 11.

Важно! Если вы купили батареи, не разделенные на секции, разделите общую потребность в тепле на мощность целой батареи (указывается в сопутствующей технической документации). Так вы узнаете нужное количество отопительных радиаторов.

Расчетные данные рекомендуется округлять в сторону увеличения по той причине, что компании-производители нередко указывают в технической документации мощность, несколько превышающую реальное значение.

Расчет необходимого количества радиаторов для отопления

Расчет секций радиаторов отопления

Расчет секций радиаторов отопления по мощности

Мы предлагаем простой способ расчета, не требующий специального оборудования и потому доступный каждому. Главным показателем в нем является мощность, необходимая на 1 кв. м площади. Стандартный показатель мощности зависит от климатических условий региона. Москва находится в средней полосе России, для которой характерен умеренный климат. Исходя из этого, показатель необходимой мощности для Москвы равняется примерно 100 Вт на 1 кв. м. В районах, лежащих ближе к Северу, этот показатель доходит до 150-200 Вт на 1 кв. м. Этот показатель стоит учитывать при покупке отопительного котла.

Итак, чтобы произвести расчет секций радиаторов отопления, нужно выяснить мощность, которая потребуется от отопительной системы. Одна секция стандартного чугунного радиатора имеет теплоотдачу, приблизительно равную 120-150 Вт. Это значит, что для отопления помещения площадью 20 кв. м хватит двух чугунных радиаторов, каждый из которых будет состоять из восьми секций. Расчет для биметаллических и аллюминевых радиаторов производится точно так же. Их мощность немного больше мощности чугунного радиатора, и равна приблизительно 100-200 Вт. Точные показатели теплоотдачи указываются в технической характеристике каждого конкретного типа радиаторов. Помимо теплоотдачи самого радиатора, важна температура теплоносителя. Совокупность этих двух показателей влияет на итоговую температуру батарей отопления.

Минусы этого метода расчета секций радиаторов отопления

В числе минусов подобного способа расчета можно назвать невозможность учесть дополнительные факторы. Например, помещения с большим количеством окон, а также угловые помещения всегда холоднее остальных комнат. Качество самих окон также сильно влияет на температуру в помещении. Лучше всего тепло удерживается двухкамерными пластиковыми окнами с 5-7-камерными профилями и инфракрасным напылением. В любом случае, наличие двух и более окон означает, что помещение будет терять тепло быстрее.

Выше уже упоминалось о таком показателе, как температура теплоносителя. Возможно, фактическая температура теплоносителя в радиаторах будет значительно ниже той, которая предполагалась. Чтобы этого не произошло, производя расчет секций радиаторов отопления следует дополнительно прибавлять к показателям по 10-30 % на тепловые потери. Вы точно не ошибетесь в расчетах, если не будете гнаться за точностью, а сделаете расчет, исходя из здравого смысла, с хорошим запасом мощности.

Хорошо отапливаемая в зимнее время квартира или собственный дом – необходимое условие для комфортной жизни. Много раз подумайте, прежде чем решите сэкономить, иначе рискуете проводить все зимы, не снимая шерстяных носков и свитера. Лучше не рисковать собственным здоровьем и установить больше радиаторов отопления (батарей). Жар костей не ломит, как гласит народная мудрость, но если зимой в помещении будет все-таки слишком жарко, то можно закрывать батареи защитными экранами, и тогда они будут давать меньше тепла. Конечно, идеальным решением будет полностью автономная отопительная система с возможностью регулирования температуры.

Другие статьи раздела: Радиаторы

Панельные радиаторы отопления: описание, расчет, установка
Устройство радиаторов встраиваемых в пол
Биметаллические радиаторы отопления
Чугунный радиатор отопления: характеристики, достоинства и недостатки
Пластинчатые радиаторы: варианты радиаторов «гармошка»
Можно спрятать радиаторы в пол
Типы радиаторов отопления: какие типы радиаторов отопления существуют

Расчет радиаторов отопления на квадратный метр: на сколько квадратов одна секция, сколько ватт на кв метр, как рассчитать количество, сколько обогревает, отапливает

Сколько квт в 1 секции чугунного радиатора — достоинства батарей, отличие иностранных от отечественных, мощность классической МС 140, теплоотдача устройств, дополнительные особенности.

Количество кВт одного сегмента радиатора из чугуна

Правильный выбор чугунных батарей всегда требует анализа многих параметров. Одним из них является мощность секции. Зная эту цифру, можно сделать расчет общего количества секций чугунного радиатора, нужного для отопления определенной комнаты.

Современные предприятия предлагают покупателям батареи с различными размерами, поэтому мощность секций предложенных ими радиаторов сильно колеблется. При этом размеры радиаторов отопления, предназначенных для комнат с одинаковой площадью, могут быть разными, а их теплоотдача – одинаковой. Так, зарубежные устройства отопления имеют меньшие габариты, чем отечественные, но создают столько тепла, сколько производят классические отечественные.

Чем отличаются иностранные радиаторы от отечественных

Продукция обеих групп производителей изготавливается практически с одинакового чугуна. Однако разница есть. Она заключается в особенностях поверхности чугуна.

Внутренние стенки отечественных батарей можно назвать «шершавыми». Это создает дополнительное сопротивление движению воды. Из-за этого циркуляция теплоносителя ослабляется, а вместе с ней падает отдача тепла.

Зарубежные же варианты имеют гладкую внутреннюю поверхность. Циркуляция теплоносителя легко скользит по ней, не «чувствуя» большого гидравлического сопротивления. Поэтому меньшие по размерам секции иностранных устройств отопления способны пропустить больше воды на единицу внутренней площади и впитать больше тепла. В итоге их мощность растет. Поэтому их нужно устанавливать в домах, комнаты которых имеют большую площадь (30 и более квадратных метров).

Мощность классических радиаторов

Очень большой популярностью пользуются батареи МС-140. Несмотря на то, что в советские времена они «поселились» почти в каждой квартире и сегодня кажутся пережитком прошлого, многие люди все-таки отдают им предпочтение. Чаще всего они выбирают две модификации:

Секции первой модели радиатора меньше и способны выдать 0,106 кВт.

Что касается сегментов второй модели, то их мощность измеряется 0,160 кВт.

Они являются большими по размерам и тяжелыми. Так, большая модель имеет секцию, высота и ширина которой составляет 0,588х0,121 метра. Объем внутреннего пространства одного сегмента равняется 1,5 л.

Теплоотдача современных чугунных устройств

Очень большой эффективностью в плане отдачи тепла обладают чешские чугунные радиаторы . Эти устройства для отопления домов с разной площадью имеют секцию, которая отдает 0,14 кВт. Такую мощность имеет отопительное устройство Viadrus STYL 500. Интересно, что ее сегмент почти вдвое легче и меньше секции вышеописанных устройств. Одна частица такого чугунного устройства вмещает 0,8 л теплоносителя.

Подобный объем имеют секции радиаторов некоторых российских производителей. Правда, они способны порадовать отдачей тепла в 0,102 кВт. По этому показателю они несколько отстают от чешской продукции, однако являются лучшими МС-140.

Простейший расчет мощности батарей

Чтобы сделать расчет мощности устройства. необходимого для отопления помещения с площадью 25 м 2. нужно сделать следующее:

Определить объем помещения. Для этого 25 м2 нужно умножить на высоту комнаты, например, 2,5 метра. Получается цифра 62,5 куб. метра.
Полученный результат нужно умножить на специальный коэффициент. Он зависит от типа помещения. Если это панельный дом, то он составляет 0,041 кВт на 1 метр кубический. 62,5х0,041 = 2,562 кВт – эта цифра является общей мощностью устройства для комнаты с площадью в 25 м2.

Согласно правилам расчета далее нужно разделить общую теплоотдачу на мощность сегмента: 2,562/0,14 = 18,3 – является количеством секций батареи, необходимой для отопления помещения, площадь которого составляет 25 м2. Полученную цифру нужно округлять вверх. Получается, что нужно покупать батарею с 19 секциями. Можно приобрести две батареи с таким количеством сегментов, которые в сумме дадут цифру 19.

Стоит добавить, что указанный во втором шаге коэффициент зависит от типа дома. Этот показатель может быть таким:

0,034 кВт/м – для домов, построенных из кирпича;
0,02 кВт/м – для домов, строительство которых велось с соблюдением современных стандартов.

Используя этот способ расчета, можно узнать, сколько батарей нужно приобрести для всего дома.

Более сложный способ

Он предусматривает использование двух показателей:

Общей потребности в тепле.
Теплоотдачи одного ребра радиатора (эту величину можно взять из технической документации).

При определении первого показателя необходимо учитывать:

Площадь помещения.
Этаж.
Высоту потолка, а также превышает ли она 3 метра или нет.
Наличие кондиционера, камина.
Число и площадь окон.
Наличие утепления стен, пола и потолка.

Потребность в количестве тепла определяют в такой последовательности:

Вычисляют объем помещения (площадь умножают на высоту).
Объем умножают на цифру 41 Вт (согласно СНИП на 1 куб. м должно создаваться 41 Вт тепла).
Корректируют полученную цифру на различные коэффициенты:

если потолок меньше 3 м, то высоту делят на 3 и полученный результат умножают на вычисленную потребность в тепле. Если больше, то делают то же самое;
если комната угловая, то полученную цифру умножают на 1,8;
если есть одно очень большое окно или несколько окон, то результат снова умножают на 1,8. В случае наличия пластиковых стеклопакетов применяют корректирующий коэффициент 0,8;
если выполняется нижнее подключение батареи, то берут корректирующий коэффициент 1,1;

В конце полученную цифру делят на теплоотдачу секции и определяют число ребер.

Что нужно знать про мощность радиаторов?

Теплоотдача радиатора зависит от температуры теплоносителя и воздуха в помещении. Чем больше эта разница, тем лучше он отдает тепловую энергию.

Наглядный пример:

Если в помещении 0 градусов, то батарея будет остывать быстрее, чем если бы в комнате было +24. Соответственно – он отдает больше тепла. Получается, при 0 градусов мощность отопительного прибора больше.

Производители часто заявляют завышенные технические характеристики. Они показывают мощность для разницы температур в 65-70 °С. А в реальности перепад температур составляет 35-50 градусов.

Поэтому, если вы видите в инструкции тепловую мощность секции в 200 Вт при ΔТ = 70, реально она составляет 150-160 Вт (ΔТ обозначает перепад температур).

Зная значение реальной мощности можно подсчитать необходимое количество секций в онлайн-калькуляторе.

Источник: http://vteple.xyz/skolko-kvt-odnoy-sektsii-radiatora/

Чем отличаются иностранные радиаторы от отечественных

Продукция обеих групп производителей изготавливается практически из одинакового чугуна. Разница заключается в особенностях поверхности чугуна.

Зарубежные варианты имеют гладкую внутреннюю поверхность. Циркуляция теплоносителя легко скользит по ней, не «чувствуя» большого гидравлического сопротивления. Поэтому меньшие по размерам секции иностранных устройств отопления способны пропустить больше воды на единицу внутренней площади и впитать больше тепла. В итоге их мощность растет. Их нужно устанавливать в комнатах с большой площадью (30 и более кв. м.).

Источник: http://otoplenie.site/otoplenie/radiatory/skolko-kvt-v-1-sektsii-chugunnogo-radiatora.html

Мощность классических радиаторов

Большой популярностью пользуются батареи МС-140. Есть две модификации:

МС-140-300.
МС-140-500.

Секции первой модели радиатора меньше и способны выдать 0,106 кВт.

Мощность сегментов второй модели измеряется 0,160 кВт.

Они большие по размерам и тяжелые. Большая модель имеет секцию, высота и ширина которой 0,588х0,121 м. Объем внутреннего пространства одного сегмента равняется 1,5 л.

Источник: http://otoplenie.site/otoplenie/radiatory/skolko-kvt-v-1-sektsii-chugunnogo-radiatora.html

Размеры и вес чугунных радиаторов отопления

Параметры чугунных радиаторов на примере отечественного изделия МС-140 следующие:

высота – 59 сантиметров;
ширина секции – 9,3 сантиметра;
глубина секции – 14 сантиметров;
емкость секции – 1,4 литра;
вес – 7 килограммов;
мощность секции 160 ватт.

Со стороны владельцев недвижимости можно услышать нарекания, что довольно сложно переносить и устанавливать радиаторы, состоящие из 10 секций, вес которых достигает 70 килограммов, но радует, что такая работа в квартире или доме делается один раз, поэтому размеры чугунных радиаторов отопления необходимо правильно рассчитать.

Поскольку количество теплоносителя в такой батарее составляет всего 14 литров, то, когда тепловая энергия поступает из котла автономной отопительной системы, тогда придется оплачивать лишние киловатты электроэнергии или кубометры газа.

Источник: http://mr-build.ru/newsanteh/cugunnye-radiatory.html

Какая тепловая мощность чугунных радиаторов отопления

В последнее десятилетие на отечественном рынке появились новые модели отопительного оборудования, в том числе и радиаторов, но изделия из чугуна по-прежнему востребованы у потребителей. Их выпускают как российские, так и зарубежные производители. Чугунные радиаторы отопления, представленные на фото, являются одним из элементов обустройства теплоснабжения квартиры или собственного дома.

Что такое теплоотдача и мощность радиаторов

Мощность чугунных радиаторов отопления и их теплоотдача относятся к основным характеристикам любого прибора, обеспечивающего обогрев помещения. Обычно производители оборудования для отопительных конструкций указывают данный параметр для одной секции батареи, а требуемое их количество рассчитывают, исходя из размеров помещения и необходимой теплоотдачи чугунных радиаторов отопления.

Кроме этого учитывают и другие факторы, такие, например, как объем комнаты, наличие окон и дверей, степень утепления, особенности климатических условий и т.д. Теплоотдача радиаторов отопления зависит от материала их изготовления. Следует отметить, что чугун проигрывает в данном вопросе алюминию и стали. Теплопроводность данного материала ниже в 2 раза, чем у алюминия. Но данный недостаток компенсирует низкая инертность чугуна, который набирает тепло и отдает его долго.

В закрытых системах отопления с принудительной циркуляцией эффективность алюминиевых батарей будет значительно больше, но при условии наличия интенсивного потока теплоносителя. Что касается открытых конструкций, то при естественной циркуляции чугун имеет больше преимуществ.
Примерная мощность одной секции чугунного радиатора составляет 160 ватт, в то время как у алюминиевых и биметаллических приборов аналогичный параметр находится в пределах 200 ватт. Поэтому при равных условиях эксплуатации батарея из чугуна должна иметь большое количество секций.

Порядок расчета количества секций

Существуют разные методики выполнения технических расчетов радиаторов. Точные алгоритмы позволяют производить вычисления с учетом многих факторов, включая размеры и размещение помещения в здании. Также можно воспользоваться упрощенной формулой, которая позволит узнать искомое значение с достаточной точностью. Итак, рассчитать количество секций можно, умножив площадь помещения на 100 и полученный результат разделив на мощность секции чугунного радиатора в ватах.

При этом специалисты рекомендуют:

в том случае, когда итогом стало дробное число, округлять его в большую сторону. Запас по теплу лучше, чем его недостаток;
когда в комнате насчитывается не одно, а несколько окон, установить две батареи, разделив между ними необходимое количество секций. В результате не только увеличивается срок эксплуатации радиаторов, но и их ремонтопригодность. Батареи станут хорошей преградой для холодного воздуха, поступающего от окон;
при высоте потолка в комнате более 3-х метров и наличии двух внешних стен с целью компенсации потерь тепла желательно добавить пару секций и тем самым увеличить мощность чугунного радиатора отопления.

Размеры и вес чугунных радиаторов отопления

Параметры чугунных радиаторов на примере отечественного изделия МС-140 следующие:

высота – 59 сантиметров;
ширина секции – 9,3 сантиметра;
глубина секции – 14 сантиметров;
емкость секции – 1,4 литра;
вес – 7 килограммов;
мощность секции 160 ватт.

Срок службы чугунных радиаторов

По таким показателям как продолжительность срока эксплуатации и чувствительность к температуре и качеству теплоносителя чугунные радиаторы опережают другие виды батарей. Что вполне объяснимо: чугун характеризуется устойчивостью к абразивному износу и тем, что он не вступает ни в какие химические реакции с материалами, из которых изготавливают трубы и элементы нагревательных котлов.

Размеров каналов, проходящих через чугунные батареи, достаточно для того, чтобы приборы засорялись минимально. В результате им не требуются работы по очистке. По мнению специалистов, современные радиаторы из чугуна способны прослужить от 30 до 40 лет. Но нельзя не сказать о большом недостатке данной продукции – это плохая переносимость гидравлических ударов.

Рабочее и опрессовочное давление

Среди технических характеристик помимо того, что важна мощность чугунных радиаторов отопления, следует упомянуть о показателях давления. Обычно рабочее давление жидкого теплоносителя составляет 6-9 атмосфер. Любые виды батарей с таким параметром напора справляются без проблем. Штатным давлением для чугунных изделий считается именно 9 атмосфер.

Помимо рабочего используется понятие «опрессовочное» давление, отражающее максимально допустимую его величину, возникающую при первоначальном запуске отопительной системы. Для чугунной модели МС-140 оно равно 15 атмосфер.

Согласно регламенту, в процессе запуска системы отопления необходимо выполнять проверку возможности плавно запустить центробежные насосы, которые должны функционировать в автоматическом режиме, но в действительности все обстоит далеко не так, как следует.

К сожалению, в большинстве домов автоматика либо отсутствует, либо неисправна. Но инструкция проведения такого вида работ предусматривает, что первоначальный пуск следует выполнять при закрытой задвижке. Ее разрешается плавно открыть только после выравнивания давления в подающей теплоноситель магистрали.
Но работники коммунальных служб не всегда выполняют инструкции. В итоге в случае нарушения регламента возникает гидроудар. При нем значительный скачок давления приводит к превышению допустимого значения давления и одна из батарей, расположенная по пути движения теплоносителя, оказывается не способной выдержать такую нагрузку. В итоге срок службы прибора значительно сокращается.

Качество теплоносителя для чугунных радиаторов

Как ранее отмечалось, для чугунных радиаторов не имеет значения качество жидкого теплоносителя. Этим приборам не важен показатель pH и другие его характеристики. Одновременно посторонние примеси, такие как камни и другой мусор, присутствующие в коммунальных теплосетях, проходят без помех через достаточно широкие каналы батарей и транспортируются дальше. Частенько они оказываются в узких отверстиях вставок из стали в биметаллических радиаторах у соседей. Естественно, что со временем мощность секции чугунного радиатора понижается.

Если в частном доме используется автономная система теплоснабжения, не имеет значения, какой будет использован теплоноситель – вода, тосол или антифриз. Перед использованием воды в качестве носителя тепла владельцу недвижимости нужно произвести ее подготовку, в противном случае отопительный котел, гидравлическая группа или теплообменник быстро выйдут из строя (прочитайте: «Химическая очистка теплообменников котла «). Также может упасть мощность нагревательного теплоагрегата.

Корпус радиатора

Чугунные радиаторы продают неокрашенными, поэтому после покупки изделия покрывают термостойким составом. Кроме этого, их следует протянуть, поскольку отечественная сборка не отличается качеством.

Однозначно ответить, какие радиаторы лучше – алюминиевые, чугунные или биметаллические — невозможно. Все зависит от личных предпочтений.

Напоследок видео об установке чугунных радиаторов отопления:

Какая тепловая мощность чугунных радиаторов отопления

Мощность чугунных радиаторов отопления: расчет мощности одной секции чугунной батареи, фото и видео примеры

Источник: teplospec.com

Источник: http://klimat-vdome.ru/moshhnost-odnoy-sektsii-chugunnogo-radiatora.html

Сколько кВт в одной секции алюминиевого радиатора

Тепловая мощность секции алюминиевого радиатора зависит от объема воды, которая находится в ней. Стандартные объемы – 0,35 и 0,5 л.

Алюминиевые батареи отдают тепло на 50-60% за счет излучения и на 40-50% в виде конвекции. Отсекатель воздуха усиливает конвекцию на 20-25%, что повышает теплоотдачу.

При температуре воздуха 20-24 °С и воды в контуре 65-70 °С тепловая мощность одной алюминиевой секции составляет:

Объем 0,35 л., без отсекателя – 0,1-0,12 киловатт;
Объем 0,35 л., с отсекателем – 0,12-0,13 киловатт;
Объем 0,5 л., без отсекателя – 0,155-0,170 киловатт;
Объем 0,5 л., с отсекателем – 0,170-0,200 киловатт.

Точное количество теплоотдачи сложно назвать – оно зависит от особенностей конструкции, диаметра труб, толщины ребер. На производительность влияет тип подключения батареи, скорость прокачки воды, загрязненность внутренних поверхностей.

Алюминиевый радиатор без отсекателей воздуха.

Источник: http://vteple.xyz/skolko-kvt-odnoy-sektsii-radiatora/

Расчет радиаторов Kermi

Прежде чем проводить расчет тепловой мощности, следует определиться с фирмой-производителем устройства, которое будет установлено в помещении. Очевидно, что лучшие рекомендации заслуженно имеют лидеры данной отрасли. Обратимся к таблице известного немецкого производителя Kermi, на основе которой и проведем необходимые расчеты.

Для примера возьмем одну из новейших моделей — ThermX2Plan. По таблице можно увидеть, что параметры мощности прописаны для каждой модели Kermi, поэтому необходимо просто найти нужное устройство из списка. В области отопления не требуется, чтобы показатели полностью совпадали, поэтому лучше взять значение, которое немного больше рассчитанного. Так у вас будет необходимый запас на периоды резкого похолодания.

Радиатор Kermi Therm Х2 Plan-K

Все подходящие показатели отмечены в таблице красными квадратами. Допустим, для нас наиболее оптимальная высота радиатора – 505 мм (прописана в верхней части таблицы). Самый привлекательный вариант – устройства 33 типа с длиной 1005 мм. Если требуются более короткие приборы, следует остановиться на моделях 605 мм высотой.

Источник: http://delta-instrument.ru/radiatory/moshchnost-panelnyh-radiatorov.html

Алюминиевые радиаторы

Алюминиевые приборы имеют более высокую теплоотдачу, чем другие виды отопительных батарей. Также у них большая площадь проходного сечения. Благодаря этим особенностям, они обеспечивают быстрый прогрев помещения и дают возможность осуществлять регулирование температуры. Также они имеют небольшой вес.

Изготавливаются эти радиаторы из алюминиевого сплава и покрываются порошковой эмалью. Чаще всего их используют в частных домах с автономной системой отопления, поскольку они долго служат лишь при небольшом рабочем давлении и чистом теплоносителе. Для домов, подключенных к центральной магистрали, алюминиевые батареи не подходят из-за того, что в таких системах случаются резкие перепады давления. Алюминий – легкий материал, поэтому он может не выдержать высокого давления и просто лопнуть.

А вот для частных строений такие радиаторы подходят идеально. Чтобы в доме было уютно и тепло, а отопительные приборы прослужили долго, нужно лишь следить за чистотой теплоносителя и давлением в системе. Для поддержания комфортной температуры рекомендуется установить специальные терморегуляторы.

Если в качестве теплоносителя используется вода, то алюминиевые радиаторы нужно промывать раз в год проточной водой под давлением. С этим проблем не возникает, если система отопления была создана из пластмассовых труб с быстроразъемными соединениями. В этом случае радиатор легко снимается, моется и затем устанавливается обратно на свое место. Алюминиевые батареи имеют прекрасный внешний вид. Передняя часть кажется безупречной, ровной и красивой. Несмотря на то, что во время отливки секции всегда возникают неровности, на готовом изделии они не видны. Если судить по внешнему виду, то может показаться, что батареи сделаны из пластика. Боковые стороны секций также ровно окрашены. Задняя и внутренняя часть покрываются в один тонкий слой, но поскольку состав имеет высокое качество, краска не облущивается и не сдирается.

Основное отличие этих двух видов алюминиевых радиаторов заключается именно во внешнем виде, эксплуатационные характеристики практически идентичны.

Источник: http://mr-build.ru/newsanteh/cugunnye-radiatory.html

Мощность 1 секции чугунного радиатора

Очередная статья в рубрике – «потребление квартиры». Итак, как сейчас уже начался отопительный сезон многим интересно мощность своих батарей. Ведь от мощности зависит тепло в комнате и в целом в квартире (знать это нужно при расчете радиаторов отопления на уровне проектирования отопительной системы). Сегодня я расскажу о мощности 1 секции чугунного радиатора …

Чугунные радиаторы бывают различных марок, однако их не так много и их можно перечислить по пальцам. Все остальное лишь их вариация. Сегодня самые основные.

Классический и самый распространенный радиатор, устанавливается во многих квартирах нашей страны, а также многих стран постсоветского пространства. Ширина секции 140 мм, высота (между подводящими трубами) 500 мм. Дополнительная маркировка MC 140 – 500. Мощность 1 секции этого радиатора – составляет 175 Вт тепловой энергии.

Однако есть много вариаций этого радиатора

МС 140 – 500 с оребрением (коллектор)

Самый энергоэффективный вариант радиатора МС 140. Все дело в том, что между секциями устанавливаются дополнительные чугунные ребра, которые также дают дополнительный обогрев помещению. Мощность такого радиатора составляет 195 Вт тепловой энергии (что на 20Вт больше чем у классического МС 140). Однако у таких радиаторов есть существенный минус, нужно следить за частотой этих ребер, если они забьются (пылью например), то тепловая эффективность падает на 30 – 40 Вт!

MC 140 – 300

Как понятно из названия этот радиатор имеет ширину в те же 140 мм, а вот высота всего 300 мм. Это компактный вид радиаторов. Мощность одной секции всего 120 Вт тепловой энергии.

MC 90 — 500

Менее распространенный радиатор, но стоит дешевле предыдущего образца. Ширина одной секции 90 мм (более компактный), высота те же 500 мм отсюда и название. Менее эффективный, чем МС 140, мощность одной секции такого радиатора – около 140 Вт тепловой энергии.

МС 110 – 500

Чугунный радиатор шириной 110 мм и высотой между трубами 500 мм. Относительно редкий не так часто ставился. Мощность одной секции, около – 150 Вт

МС 100 – 500

Относительно новая разработка, следка измененная форма. Радиатор имеет ширину секции в 100 мм и высоту (между подводящими трубами в 500 мм). Тепловая мощность одной секции – 135 – 140 Вт.

Новые чугунные радиаторы

Не редко сейчас можно увидеть и современные чугунные радиаторы, производят как импортные компании, так и наши отечественные. С виду чем то похожи на алюминиевые радиаторы. Мощность 1 секции такого радиатора колеблется от 150 до 220 Вт, многое зависит от размеров радиатора.

А на этом все, думаю я вам дал раскладку привычных чугунных радиаторов. Конечно мощность может немного прыгать от производителя к производителю, но примерно мощность держится в этих пределах.

Мощность 1 секции чугунного радиатора

Мощность чугунного радиатора

Источник: remo-blog.ru

Источник: http://klimat-vdome.ru/moshhnost-odnoy-sektsii-chugunnogo-radiatora.html

Теплоноситель для чугунных радиаторов

Один из весомых плюсов чугунных моделей – нечувствительность к различным теплоносителям. Нет необходимости следить, какие показатели кислотности у циркулирующей жидкости. Ширина канала дает возможность свободно пропускать и не позволять скапливаться внутри примесям, которых в центральных отопительных системах огромное множество.

Чугунные радиаторы не вступают в химические реакции с тосолом, водой или другими жидкостями, содержащими в себе анти замерзающие добавки. Однако это не говорит о том, что о водоподготовке можно забыть. Ведь помимо батарей теплоноситель протекает по трубным магистралям, внутри котла и прочего установленного оборудования.

Источник: http://mr-build.ru/newsanteh/cugunnye-radiatory.html

Как подобрать чугунный радиатор — параметры выбора

Главным критерием подбора является производимая тепловая мощность прибора.

Каждая модель характеризуется определенным количеством выделяемой тепловой энергии. На ее количество в значительной степени влияет цвет покрытия. Изделия черного цвета выделяют на 25% больше тепловой энергии, чем окрашенные в белый цвет.

При выборе чугунного радиатора также следует обратить внимание на способ монтажа, подключения, допустимые температуры теплоносителя и его давление.

Источник: http://t-s-i.ru/obogrevateli/sekciya-chugunnogo-radiatora-kvt.html

Радиаторы LEMAX Premium

Сделано в России

Производственное предприятие «Лемакс» расположено в Таганроге. Компания предлагает отечественному потребителю радиаторы, не уступающие по качеству зарубежным вариантам, но более доступные по стоимости.

Дополнительно : радиаторы выполнены из стали лучших российских производителей, соответствуют российским нормам и адаптированы для местных отопительных систем.

Совет : для частных домовладений рекомендуем сочетать радиаторы с отопительными котлами «Лемакс».

Производство, материалы

Качество радиаторов LEMAX Premium гарантировано особенностями производства: использованием итальянского оборудования Leas, стали марок DC01 и 08Ю и уникальных покрасочных материалов.

Широкий выбор

Линейка радиаторов LEMAX Premium позволяет оборудовать отопительными проборами помещения любых типов и размеров.

В ассортименте бренда вы найдет все возможные комбинации: радиаторы с одной, двумя или тремя панелями, с количеством конвекторов от одного до трех. Каждый из типов выпускается в двух вариантах — с боковым или нижним подключением. Выбирайте любые из 1500 моделей радиаторов LEMAX Premium!

Качество

На предприятии проводится обязательный межоперационный контроль радиаторов (проверка размеров, качества сборки и отсутствия дефектов), все радиаторы испытываются давлением, в полтора раза превышающим рабочее. Приборы соответствуют ГОСТ 31311.

Доступность

Оригинальные качественные радиаторы LEMAX Premium от производителя легко найти в большинстве регионов России и в странах СНГ. Мы расширяем сеть представителей, у которых можно купить стальные панельные радиаторы по выгодным ценам и с сервисом, ориентированным на клиента. Найдите ближайшего к вам продавца среди 50 дилеров «Лемакс».

Источник: http://delta-instrument.ru/radiatory/moshchnost-panelnyh-radiatorov.html

Кто утверждает?

Проект производства работ утверждается руководителем организации, занимающейся его разработкой. При субподряде документация подписывается начальником компании — субподрядчика с последующим согласованием у генерального подрядчика.

Утверждение ППР является не менее важным аспектом, чем подготовка, разработка или соблюдение установленных норм. При возникновении чрезвычайных ситуаций из-за ошибок в проекте, лица, подписывающие документ, привлекаются к уголовной ответственности.

Источник: http://delta-instrument.ru/radiatory/moshchnost-panelnyh-radiatorov.html

Алюминиевый воздушный аккумулятор — Институт чистой энергии

Схема многоячеечной сваи с использованием медной фольги на пенополистироле, который используется в качестве изолятора между слоями.

Обзор:

Студенты строят первичную ячейку из алюминиевой фольги, соленой воды и медной проволоки.

PDF

Основной вопрос:

Как мы можем собирать электроны из металла, когда он окисляется, чтобы производить полезную электрическую энергию?

Фон:

В этой батарее используется окисление алюминия на аноде и восстановление кислорода на катоде с образованием гальванического элемента.В этом процессе алюминий полностью расходуется на производство гидроксида алюминия. Металлический воздушный аккумулятор имеет очень привлекательную плотность энергии, поскольку часть реагентов поступает из воздуха. Они были разработаны для источников питания дальнего действия для электромобилей. Например, перезаряжаемые литий-ионные батареи можно использовать в городских условиях, а алюминиевые воздушные батареи — на расстояние 1000 миль. Затем аккумулятор заменяют, и гидроксид алюминия повторно обрабатывают для получения восстановленного металлического алюминия.В некотором смысле энергия для этой батареи поступает от электричества, потребляемого в процессе рафинирования алюминия.

Полуреакция анодного окисления: Al + 3OH ^— → Al (OH) ₃ + 3e ^— −2,31 В.

Модель ячейки-мешочка имеет слои, состоящие из алюминия, войлока с углем, медной ленты и изолятора, сделанного из пищевых лотков из пенополистирола.

Набор модельных монетных ячеек состоит из небольших чашек Петри с алюминиевыми и медными проводниками вокруг угольного анода.

Полуреакция катодного восстановления составляет O ₂ + 2H ₂ O + 4e ^— → 4OH ^— +0,40 В.

Вычисленное уравнение: 4Al + 3O ₂ + 6H ₂ O → 4Al (OH) ₃ + 2.71 V.

(Реакция улучшается, если она проводится в щелочном растворе, который поставляет избыточные ионы OH ^—. С электролитом гидроксида калия 1,2 вольта вырабатывается с солью 0,7 В на элемент. Будьте очень осторожны, экспериментируя с электролитами KOH или NaOH, использовать перчатки и защитные очки)

Исследования связи:

Исследователи пытаются найти новый химический состав батарей, в которых используются материалы с большим содержанием земли, которые безопасны и надежны, а также имеют высокую плотность энергии.Хотя этот элемент не является перезаряжаемым, он может сыграть роль в электромобилях.

Стандарты NGSS:

HS-PS3-3.	Спроектируйте, создайте и доработайте устройство, которое работает с заданными ограничениями для преобразования одной формы энергии в другую.
МС-ПС1-2	Анализируйте и интерпретируйте данные о свойствах веществ до и после взаимодействия веществ, чтобы определить, произошла ли химическая реакция.

Классы: 7-12

Время: 1 час

Материалы:

Алюминиевый лист — пластина для пирога или фольга
Бумажное полотенце или акварель
Древесный уголь Брикет или активированный уголь, измельченный до порошка
.Лента из медной фольги 5 ”с токопроводящим клеем
Соленая вода (насыщенная) с небольшим содержанием карбоната натрия (стиральная сода)
Контейнер из пенопласта
Клипсы

Процедура:

Конструкция ячейки с чашкой

Отдельные алюминиевые ячейки помещаются в старые флаконы для таблеток и соединяются последовательно.

В этом формате используются алюминиевые ячейки в форме рулона, которые размещаются в отдельных чашках с резервуарами для электролита. Электролит попадает в уголь в центре и медленно испаряется, позволяя воздуху проникать внутрь.

Вырежьте квадрат 6 дюймов из алюминиевой фольги, пластины или алюминиевой банки. Отшлифуйте банку, чтобы удалить краску и пластиковый барьер с внутренней стороны.
Поместите алюминий на мягкую поверхность и проделайте в нем отверстия, чтобы воздух мог проникнуть внутрь.
Добавьте 6-дюймовый квадрат бумажного полотенца поверх алюминия.
Добавьте насыпь молотого брикета или активированного угля толщиной ½ дюйма примерно по консистенции кукурузной муки. Вы можете обернуть уголь бумагой и растолочь молотком, чтобы разбить комочки.
Поместите медную полоску в центр насыпи так, чтобы она не касалась дна и выступала на 2 дюйма сверху.
Сложите бумажное полотенце поверх стопки угля внизу, чтобы она не выпала позже.
Оберните алюминий так, чтобы медный электрод находился в центре насыпи древесного угля и не касался алюминия. Свяжите трубку крутым галстуком или куском проволоки. Верх трубки должен быть открыт с оголенными углем и медной проволокой.
Поместите аккумулятор в пластиковый стаканчик.
Залейте насыщенный солевой электролит в угольную сердцевину до тех пор, пока у вас не останется около 1 дюйма на дне чашки.
Подключите зажимы к центральному медному проводу и к верхней части алюминиевой трубки, а затем к электросчетчику.
Соедините несколько чашечных ячеек вместе, проведя медный вывод одного с алюминиевым выводом другого. Измерьте напряжение на конце цепи при вставке каждой ячейки. Когда вы достигнете 2-3 вольт, вы сможете зажечь светодиод.

Учителя Института лидерства в возобновляемых источниках энергии в Пьюджет-Саунд создают алюминиевые воздушные батареи.Фото Бонневильского экологического фонда

Тонкая батарея сэндвич-конструкции

Этот формат больше похож на батарею, но его сложнее собрать и он не проработает так долго, потому что высыхает электролит. Он предлагает несколько интересных задач проектирования, чтобы рассмотреть, как сделать технологию практичной.

Вырежьте квадраты пенопласта размером 1 дюйм из противней для мяса, алюминиевой фольги, пластин или алюминиевых банок, которые были отшлифованы. Поместите алюминиевый квадрат поверх квадрата из пенопласта.
Отрежьте полоску из медной фольги или ленты длиной 1,4 x 5 дюймов. Оберните его вокруг квадрата из пенополистирола так, чтобы липкая сторона охватывала нижнюю часть пенополистирола и соприкасалась с краем алюминиевого квадрата наверху
Отрежьте фильтровальную бумагу или бумажное полотенце толщиной 1 дюйм и поместите это в середину алюминиевого квадрата, стараясь не выступать за край.
Измельчите древесный уголь, чтобы получить порошок среднего размера, например кукурузную муку. Посыпьте бумажное полотенце тонким слоем.Это составляет одну ячейку, которая должна производить около 0,7 вольт с соленым электролитом.
Сгруппируйте несколько ячеек вместе. На дне воды есть длинная алюминиевая полоса, которая выступает в качестве контакта. Сверху есть квадрат из пенопласта и длинная медная полоска в качестве проводника. Аккуратно свяжите стопку резинкой.
Подсоедините медную фольгу вверху и алюминиевую фольгу внизу с помощью зажимов к светодиоду и / или электросчетчику. Смочите открытые бумажные полотенца на каждой ячейке раствором солевого электролита до тех пор, пока он не перестанет впитывать больше.

Первое испытание = алюминиевая фольга, бумажное полотенце, уголь, медь и электролит из соленой воды. Кредит: BEF

Вопросы проектирования для изучения

Какого напряжения и силы тока вы можете достичь?
Какое минимальное напряжение требуется для зажигания светодиода?
Как можно увеличить доступность кислорода к клетке?
Есть ли предел последовательного напряжения, которого может достичь цепь этих батарей?
Как pH и концентрация раствора электролита влияют на ток?
Можно ли «разбудить» клетку через несколько дней, если она перестает производить?
Каковы преимущества использования проточного или циркулирующего электролита?

Ресурсы

1. 1. Википедия http: // en.wikipedia.org/wiki/Aluminium%E2%80%93air_battery
  2. Открытый проект: создание высокопроизводительной, но простой бытовой аккумуляторной батареи
1. 1. - Пинг И. Фурлан, Томас Крупа, Хумза Накив и Кайл Андерсон
    - Журнал химического образования 2013 90 (10), 1341-1345
  2. Содействие инновациям посредством активного обучения, вдохновленного Багдадской батареей
    - Сюй Лу и Франклин Анариба
    - Журнал химического образования 2014 91 (11), 1929-1933
  3. Алюминий-Воздушный аккумулятор
    - Модесто Тамес и Джули Х.Yu
    - Журнал химического образования 2007 84 (12), 1936A
  4. Батарея Phinergy с Arconic
    - https://www.arconic.com/global/en/what-we-do/aluminium-air-battery.asp
Вы также можете поэкспериментировать с другими типами электрохимических ячеек, используя в качестве электролитов различные металлы и бытовую химию.
Ячейка электрохимическая
Аккумулятор от бытовой химии (дисплей)
Дополнительные уроки чистой энергии

Страница не найдена — Институт чистой энергии

Перейти к основному содержанию сделать подарок

О компании
- Руководство и персонал
- Примите участие
- Свяжитесь с нами
- Логотип и благодарности
Люди
Исследования
- Солнечная энергия
- Накопитель энергии
- Энергетические системы
- Современные энергетические материалы
- Дочерние исследовательские центры
Объекты
- Вашингтонские испытательные стенды чистой энергии
- Научно-исследовательский центр кампуса
- CAMCET
Образование
- Аспиранты UW
- Студенты бакалавриата
- Педагоги
Новости
- Информационный бюллетень
События
- Семинары CEI
- Особые события
- Мастерские
- Конференция Orcas

О компании
Руководство и персонал
Примите участие
Свяжитесь с нами
Логотип и благодарности
Люди
Исследования
Солнечная энергия
Накопитель энергии
Энергетические системы
Современные энергетические материалы
Дочерние исследовательские центры
Объекты
Вашингтонские испытательные стенды чистой энергии
Научно-исследовательский центр кампуса
CAMCET
Образование
Аспиранты UW
Студенты бакалавриата
Педагоги
Новости
Информационный бюллетень
События
Семинары CEI
Особые события
Мастерские
Конференция Orcas
Около Руководство и персонал
Примите участие
Свяжитесь с нами
Логотип и благодарности
Люди
Исследования Солнечная энергия
Накопитель энергии
Энергетические системы
Современные энергетические материалы
Дочерние исследовательские центры
Объекты Вашингтонские испытательные стенды чистой энергии
Научно-исследовательский центр кампуса
CAMCET
Образование Аспиранты UW
Студенты бакалавриата
Педагоги
Новости Информационный бюллетень
События Семинары CEI
Особые события
Мастерские
Конференция Orcas
извините, что-то пошло не так
Дом
границ | Анализ алюминиево-воздушной батареи на основе полипропилена
Введение
Быстрый рост мировой экономики привел к увеличению спроса на энергию в повседневной жизни и в промышленности.Прогнозируется, что мировое потребление энергии вырастет на 50% в период с 2018 по 2050 год, особенно в азиатском регионе. С другой стороны, глобальные выбросы CO ₂, связанные с энергетикой, будут расти на 0,6% в год с 2018 по 2050 год. В результате антропогенное изменение климата также неуклонно растет. Следовательно, изучаются возобновляемые источники энергии, чтобы свести к минимуму сжигание ископаемого топлива и создать загрязнение окружающей среды. Одним из альтернативных решений является использование электрохимических систем хранения энергии для замены обычных двигателей внутреннего сгорания для выработки электроэнергии для транспортных средств.Есть несколько преимуществ, связанных с электрохимическими системами хранения энергии на транспортных средствах на топливных элементах, таких как сокращение вредных выбросов, меньшее шумовое загрязнение и снижение зависимости от ископаемого топлива (Clark et al., 2018).
Основным источником энергии электромобилей (электромобилей) являются электрохимические системы хранения энергии, такие как свинцово-кислотные аккумуляторы, литий-ионные аккумуляторы, никель-кадмиевые и никель-металлогидридные аккумуляторы. Среди различных батарей, используемых в электромобилях, популярным выбором является литий-ионный аккумулятор с высокой плотностью энергии (7900 Втч / л) и удельной мощностью (3460 Втч / кг) (Clark et al., 2018). Кроме того, литий-ионный аккумулятор имеет более длительный срок службы и глубину разряда по сравнению с другими типами систем хранения энергии (Abdin and Khalilpour, 2018). Однако литий-ионный аккумулятор очень чувствителен к рабочим температурам и склонен к тепловому разгоне (Tan et al., 2011). С другой стороны, электромобили, оснащенные аккумуляторной батареей, потребуют строительства нового зарядного устройства. Быстрая зарядка электромобиля в часы пик, безусловно, увеличит электрическую нагрузку на существующие электросети.Кроме того, утилизация использованных литий-ионных аккумуляторов также является одной из нерешенных проблем. Следовательно, были проведены исследования системы накопления энергии с целью поиска альтернативного решения для замены литий-ионной батареи; одно из возможных решений — использование металл-воздушной батареи.
Металло-воздушные батареи с высокой плотностью энергии проектируются как одно из решений в области экологически чистой энергии для пост-литий-ионной эры аккумуляторов (Li and Lu, 2017). Принцип действия металло-воздушных батарей очень прост; электрохимическая реакция происходит, когда батарея потребляет кислород из воздуха на катоде и образует гидроксид-ион.На аноде металл, окисляемый до оксида металла, вырабатывает электричество. Используются различные типы металлических электродов, такие как цинк, алюминий, магний, железо, литий (Xiang et al., 2020) и натрий (Jiang et al., 2018). Среди различных типов металлов алюминий считается привлекательным кандидатом из-за его уникальных характеристик, таких как высокая удельная энергия, высокая скорость преобразования, низкие эксплуатационные расходы, хорошая скрытность и экологичность (Liu et al., 2017). Более того, алюминий является самым распространенным металлическим элементом в мире, и с ним легко обращаться, транспортировать и перерабатывать путем промышленной обработки. Алюминиево-воздушная батарея имеет самые высокие теоретическое напряжение и плотность энергии среди различных типов батарей, которые были зарегистрированы при 2,7 В и 8 100 Вт · ч кг ^-1 соответственно (Nestoridi et al., 2008; Schwarz, 2014). Однако у алюминиево-воздушной батареи есть несколько недостатков, таких как необходимость механической перезарядки батареи путем замены алюминиевой.Кроме того, паразитная коррозия анода еще больше повлияет на характеристики батарей (Zhang et al., 2018).
Характеристики алюминиевого анода в алюминиево-воздушной батарее широко изучались во всем мире известными исследователями. Wang et al. поставил эксперимент по исследованию коррозии алюминиевого анода в алюминиево-воздушной батарее. В данной работе в качестве анода использовалась алюминиевая фольга, а в качестве электролита — гидроксид натрия (NaOH) (Wang et al., 2013).Результат показал, что по мере увеличения концентрации электролита эффективность использования алюминия снижалась. Кроме того, алюминиевый анод может быть пропитан другими металлами, чтобы уменьшить саморазряд алюминия (Liu et al., 2017). Помимо фактора алюминиевого анода, электролиты в алюминиево-воздушной батарее также являются важным фактором, влияющим на производительность батареи. Основываясь на предыдущих исследованиях, щелочной электролит показал замечательные результаты и хорошо работает с алюминиево-воздушными батареями, такими как гидроксид калия (KOH) и гидроксид натрия (NaOH), которые могут оптимизировать производительность алюминиево-воздушных аккумуляторов (Mori, 2020). .Кроме того, выбор воздушного катода, анода и электролита может повлиять на срок службы батарей (Pei et al., 2014; Xu et al., 2015). Несмотря на все преимущества свойств водных электролитов, он также столкнулся с некоторыми недостатками, такими как коррозия воздушного катода на основе углерода, которая может происходить из-за реакции высококонцентрированного щелочного электролита в батареях металл-воздух. Это может привести к изменению цвета электролита на коричневый в результате окисления иона углерода на воздушном катоде, что приведет к образованию карбоновых кислот.Таким образом, снижение pH электролита может быть решением для улучшения характеристик металл-воздушной батареи. Sumboja et al. (2016) исследовали долговечность воздушно-цинковых батарей с использованием нейтральной соли и катализатора на основе оксида марганца. Было обнаружено, что электролиты со значением pH 7 могут стабилизировать и дать приемлемый результат за счет уменьшения возникновения углеродной коррозии в воздушном катоде. Вдобавок ко всему, неводный электролит также является одним из решений для преодоления проблемы в системе металл-воздух батареи на водной основе.Помимо этого, легирование алюминиевого анода также может помочь улучшить характеристики батареи. Ou et al. (2020) провели эксперимент с использованием предварительно легированного сплава LiAl в качестве анода батареи. Было обнаружено, что сохранение емкости около 79% было достигнуто в сплаве LiAl по сравнению с 51%, достигнутым у чистой алюминиевой фольги. Ван и Танг (2020) применили искусственную межфазную фазу из твердого электролита на поверхности алюминиевого анода. Результаты показали, что искусственный межфазный слой из твердого электролита способен пассивировать алюминиевый анод и предотвращать коррозию алюминиевого анода.
Анод и катод батареи обычно разделены пористым разделителем, который является одним из ключевых элементов при определении эффективности батареи. Сепаратор разделяет анод и катод для предотвращения короткого замыкания и позволяет ионам переходить на другую сторону. Обычно используемые сепараторы производятся из полимера, такого как олефин, который имеет низкую температуру плавления. Однако этот тип термически нестабильного сепаратора может подвергнуться термической усадке, когда рабочая температура превысит точку плавления, что в дальнейшем приведет к тепловому разгоне и проблемам безопасности батареи (Song et al., 2019). Следовательно, сепаратор батареи должен иметь хорошую пористость, но не влиять на термическую стабильность и механическую прочность на определенном уровне (Moon et al., 2019). Чтобы удовлетворить эти требования, для алюминиево-воздушной батареи был введен сепаратор на основе целлюлозы (Pan et al., 2018; Pan et al., 2019b). Pan et al. (2019a) изучали двусторонний токопроводящий сепаратор с использованием углеродных нанотрубок и композитных слоев целлюлозных нановолокон, покрытых стекловолокном. Эксперимент показал, что более стабильный и продолжительный срок службы был обнаружен благодаря уменьшению локальной плотности тока, обеспечиваемой пористым и проводящим слоем.Можно сделать вывод, что двусторонний токопроводящий сепаратор может использоваться для алюминиево-воздушной батареи и способствовать развитию алюминиево-воздушной батареи. Однако сепаратор на основе целлюлозы может иметь несколько недостатков, таких как набухание при погружении в электролит, вызывающее ослабление прочности и изменение свойств материала по сравнению с полимерными сепараторами. Xie et al. (2019) исследовали свойства при растяжении целлюлозного сепаратора в условиях погружения в электролит и обнаружили, что модуль Юнга сепаратора уменьшается, а коэффициент расширения увеличивается.Это еще раз доказало, что прочность сепаратора ослабевает и набухание происходит в условиях погружения в электролит (Xie et al., 2019). Хотя механические свойства целлюлозного сепаратора ухудшаются в водном электролите, набухание целлюлозных сепараторов улучшит производительность сепараторов, а также электрохимические свойства. Следовательно, необходимо преодолеть проблемы ослабления прочности, чтобы произвести аккумулятор с более длительным сроком службы.
Недавно была разработана новая конструкция алюминиево-воздушных батарей с использованием твердого электролита.Он изготовлен из водопоглощающих полимеров, погруженных в щелочной раствор для получения полутвердого геля. Этот метод упростит конструкцию батареи и устранит проблемы утечки электролита (Wang et al., 2019b). Многие исследователи использовали гелеобразователь в качестве ингибитора коррозии в щелочном электролите. Это улучшит характеристики твердотельного сплава алюминий-воздух и обеспечит высокую выходную мощность. Однако большинство твердых электролитов существует в больших объемах и обладает жесткими физическими свойствами, которые снижают удельную энергию батареи.Поэтому необходим поиск более подходящего твердого электролита для алюминиево-воздушной батареи (Zhang et al., 2014; Pino et al., 2015; Di Palma et al., 2017). В связи с этим Wang et al. (2019a) представили твердый электролит на бумажной основе для производства недорогих алюминиево-воздушных батарей. Было обнаружено, что алюминиево-воздушная аккумуляторная батарея с твердым электролитом на бумажной основе с возможностью механической перезарядки может питать мини-ваттное устройство. Батарея способна производить удельную мощность 21 мВт / см ⁻² с удельной емкостью 1273 мАч g ⁻¹.Последовательно соединив батареи, он может образовать батарейный блок с напряжением холостого хода 13,2 В (Wang et al., 2019a). Выходная мощность сопоставима с исследованиями Liu et al. (2016) и Xu et al. (2016), которые показали 254,6 мАч г ^-1 и 935 мАч г ^-1, соответственно. Avoundjian et al. (2017) разработали небольшую алюминиевую батарею на бумажной основе размером всего 9 см ². Эта небольшая батарея может генерировать мощность 3 мВт. Последовательно соединив три батареи, его можно использовать для питания светодиодных фонарей и фонарей.С другой стороны, Katsoufis et al. проанализировали характеристики тонкопленочной алюминиево-воздушной батареи (Katsoufis et al., 2020). В исследовании максимальная мощность 28 мВт / см ^-2 генерируется тонкопленочной алюминиево-воздушной батареей с алюминиевым анодом 1 см ^-2. Шен и др. исследовали микрофлюидную алюминиево-воздушную батарею на бумажной основе и измерили ее электрические характеристики (Shen et al., 2019). Было обнаружено, что батарея имеет плотность энергии 2900 Вт · ч · кг ^-1 и удельную емкость 2750 А · ч · кг ^-1, что лучше, чем у батареи без текучей конфигурации.Все эти исследования показали, что алюминиево-воздушные батареи на бумажной основе хорошо подходят для миниатюрных приложений.
В связи с вышеизложенным, в данном исследовании предлагается недорогая алюминий-воздушная батарея на основе полипропилена. По сравнению с традиционной водной алюминиево-воздушной аккумуляторной системой, полипропиленовая прокладка используется в качестве естественного микрофлюидного канала для доставки электролита за счет капиллярного действия. Такая конструкция обеспечивает компактную конструкцию алюминиево-воздушной батареи и снижает самокоррозию алюминия.Кроме того, исследуется влияние концентрации щелочного электролита. Затем производительность алюминиево-воздушной батареи на основе полипропилена сравнивается с производительностью алюминиево-воздушной батареи на бумажной основе с использованием Kimwipes. Наконец, для изучения микроструктуры и изменения состава на алюминиевом аноде выполняются анализы SEM и XRD. Остальная часть статьи организована следующим образом: Раздел Методология описывает работу алюминиево-воздушной батареи, конструкцию батареи и экспериментальную установку.После этого в разделе «Результаты и обсуждение» представлены характеристики алюминия-воздуха при различных концентрациях щелочных растворов и токах разряда. Наконец, выводы сделаны в Разделе Заключение на основе полученных результатов.
Методология
Механизм разряда воздушно-воздушной батареи
Важнейшими компонентами алюминиево-воздушной батареи являются алюминиевый анод, воздушный катод, сепаратор и электролит. Сепаратор используется для изоляции анода и катода для предотвращения короткого замыкания.Реакция восстановления кислорода (ORR) является основной катодной реакцией на воздушном катоде. Кислород восстанавливается в щелочной среде с образованием гидроксильных ионов (OH ^—), как показано в уравнении. 1. С другой стороны, алюминиевый анод будет реагировать с OH ^— с образованием Al (OH) ₄ ^—, и вырабатывается электричество (уравнение 2). Общая реакция в алюминиево-воздушной батарее показана в формуле. 3. Существует еще одна реакция, протекающая вместе с реакцией на анодной стороне, которая известна как паразитные потери.Эта реакция потребляет электроны в качестве побочной реакции для генерации водорода, как показано в уравнении. 4. Паразитная реакция является критической проблемой для алюминиево-воздушных батарей на водной основе, которые имеют бесконечный контакт с алюминиевым анодом и электролитом. Коррозия алюминиевого анода серьезно повлияет на эффективность и производительность батареи.
Катодная реакция:
O2 + 2h3O + 4e− → 4OH− (1)
Анодная реакция:
Al3 ++ 4OH− → Al (OH) 4− (2)
Общая реакция:
4Al + 3O2 + 6h3O → 4Al ( OH) 3 (3)
Паразитная реакция на аноде:
2Al + 6h3O → OH − 2Al (OH) 3 + 3h3 (4)
Конструкция алюминиево-воздушной батареи
Конструкция алюминиево-воздушной батареи на основе полипропилена показана на Рисунок 1.Площадь реакции аккумулятора составляет около 5 см × 5 см. Батарея состоит из четырех основных частей: двух акриловых пластин, используемых в качестве корпуса алюминиево-воздушной батареи, анода, изготовленного из алюминиевой фольги (98,2% Al и толщиной 0,01 мм), воздушного катода, изготовленного из ткани из углеродного волокна. (0,167 мм), и разделитель батареи, который изготовлен из впитывающей прокладки из полипропилена (100% полипропилен, толщина 2 мм, Crisben). Материал на основе акрила выбран в качестве корпуса батареи из-за его инертных свойств, которые не влияют на реакцию алюминиево-воздушной батареи.На стороне камеры с воздушным катодом было вырезано воздушное окно размером 5 см × 5 см для облегчения транспортировки кислорода. Проволочную сетку разрезали на требуемый размер, чтобы обеспечить поддержку воздушного катода и обеспечить плотный контакт воздушного катода с сепаратором. Гидроксид калия (КОН) использовался в качестве электролита в этом исследовании с концентрациями, варьирующимися от 1 до 3 М. Электролит готовится растворением гранул КОН в деионизированной воде, и 1,5 мл раствора КОН вводят в полипропиленовый сепаратор.Алюминиевая фольга также была вырезана в реакционной зоне размером 5 см × 5 см и вставлена в корпус. Преимущества этого типа батарей — дешевизна и простота изготовления. Более того, паразитную реакцию на аноде можно контролировать, ограничивая количество электролитов, присутствующих в батарее, и не требует громоздкой системы рециркуляции электролита.
РИСУНОК 1 . (A) Концептуальный проект воздушно-воздушной батареи (B) Прототип воздушно-воздушной батареи.
Экспериментальный анализ
В данном исследовании были приготовлены три различных концентрации электролита КОН — 1, 2 и 3 М. На впитывающую подушечку (полипропилен) было нанесено 1,5 мл электролита, чтобы активировать аккумулятор. Обрыв цепи батареи регистрировали, когда реакционная зона была полностью смочена электролитом. Электрохимическая рабочая станция (ZIVE SP1) использовалась для анализа батареи. Для получения поляризационной кривой батареи использовалась вольтамперометрия с линейной разверткой. Скорость развертки 5 мВ с ^-1 использовалась для изменения напряжения холостого хода батареи до 0 В.Характеристика характеристик алюминиево-воздушной батареи проводилась путем разряда батареи постоянным током. Различные токи разряда в диапазоне от 10 мА до 50 мА использовались для разряда батареи с различными концентрациями электролита КОН.
Затем компания Kimwipes использовала для замены полипропилена в качестве разделителя. Производительность алюминиево-воздушной батареи на бумажной основе регистрировалась и сравнивалась с алюминиево-воздушной батареей на полипропиленовой основе. Все тесты были повторены трижды для получения среднего значения.Все испытания проводились при комнатной температуре 25 ° C. После циклического испытания производительности аккумулятор был разобран, чтобы измерить потерю веса алюминиевого анода. Затем с помощью сканирующего электронного микроскопа наблюдали морфологию поверхности анода и сепаратора до и после эксперимента. Кроме того, был также проведен рентгеноструктурный анализ; диапазон сканирования был установлен от 10 до 90 градусов со скоростью сканирования 2 градуса в минуту. Затем рентгенограммы были интерпретированы с помощью X’Pert HighScore Plus.
Испытание на смачиваемость было проведено для анализа гидрофобных свойств сепаратора путем капания 1, 2 и 3 М раствора КОН на поверхность сепаратора. Краевой угол смачивания измеряли для изучения характеристик смачиваемости. ImageJ использовался для измерения угла смачивания. На рис. 2 показан контактный угол сепаратора. Результаты показали, что угол смачивания имеет тенденцию к увеличению при увеличении концентрации электролита от 1 до 3 М. Углы смачивания составляли 70,1 °, 76,5 ° и 97 °.6 ° для 1, 2 и 3 M соответственно. Это говорит о том, что с увеличением концентрации гидрофобные свойства сепаратора улучшаются. Однако только 3 М электролит достиг истинного гидрофобного потенциала, поскольку угол смачивания был больше 90 ° (Doshi et al., 2018). Свойства гидрофобности сепаратора могут ограничивать поток молекул воды от катода к аноду, что помогает предотвратить коррозию.
РИСУНОК 2 . Угол контакта на полипропилене.
Результаты и обсуждение
Тест активации
Тест активации был выполнен перед проведением полномасштабного эксперимента.Тесты активации важны, потому что они могут помочь улучшить производительность батареи. В тесте активации был проведен тест с множественной поляризацией для батареи. В каждом тесте на поляризацию ткань из углеродного волокна оставалась неизменной, в то время как анод из алюминия и полипропилен менялись. Используемая концентрация КОН составляет 1 М. На рис. 3 показан тест на поляризацию для исследования. Как показано на Рисунке 3, производительность батареи улучшалась с каждым последующим тестом. За 10 циклов поляризационного теста максимальная мощность составила 4 мВт.Это значение было улучшено до 7,3 мВт после 20 циклов поляризационного теста. Испытание продолжалось до тех пор, пока максимальная мощность не увеличилась до 25,6 мВт за 30 циклов поляризационного испытания. После 30 циклов активационного теста произошло резкое увеличение удельной мощности. Однако дальнейшее продолжение эксперимента до 40 циклов не показало значительного улучшения, поскольку удельная мощность достигла 26,9 мВт при 40 циклах. Плотность мощности улучшилась примерно в 6,7 раза при сравнении результатов испытаний при 10 циклах и 40 циклах.Также не было значительного изменения напряжения холостого хода батареи. Напряжение холостого хода оставалось постоянным на уровне 1,45 В для всех тестов поляризации. Улучшение плотности мощности предполагает, что тест активации необходим для улучшения характеристик батареи. Это улучшение происходит в основном на воздушном катоде. По мере продолжения поляризационного испытания покрытие из ПТФЭ с ткани из углеродного волокна было удалено из-за электрохимического процесса, как было предложено в работе Wang et al.(2019a). Кроме того, исследование также показало, что гидрофильный катод благоприятен для улучшения контакта жидкости с электродом и повышения производительности батареи.
РИСУНОК 3 . Кривая поляризации активационного теста.
Производительность батареи ниже 1 м KOH
Эксплуатационные характеристики алюминиево-воздушной батареи были исследованы при различных токах разряда и концентрациях электролита KOH. Алюминиево-воздушную батарею испытывали до тех пор, пока ее напряжение не упало до 0 В, чтобы определить емкость батареи.Разрядные токи, использованные в этом исследовании, составляли 10, 20, 30 и 50 мА. На рисунке 4 показаны характеристики разряда алюминиево-воздушной батареи с 1 M КОН. Это указывало на то, что разряд батареи с током 10 мА потребовал больше времени, чтобы полностью разрядиться. Это могло длиться около 1 часа 36 минут, прежде чем батарея высохла. Продолжительность разряда обратно пропорциональна току разряда. При токе разряда 50 мА батарея проработала всего около 20 мин. В процессе разряда ионы алюминия и гидроксила потребляются, что приводит к снижению напряжения батареи.Когда оставшиеся ионы гидроксила и алюминия полностью потребляются и не могут обеспечить требуемый ток разряда, напряжение батареи упадет до 0 В. Это явление более очевидно, когда для разряда батареи используется высокий ток, который приводит к более быстрому падению напряжения. напряжение батареи. Основываясь на результате, алюминиево-воздушная батарея с небольшой токовой нагрузкой будет производить более высокое начальное напряжение элемента и более длительный период разряда по сравнению с нагрузками с большим током разряда. Начальное напряжение, достигаемое при токе разряда 10, 20, 30 и 50 мА, составляет около 1.1, 1,0, 0,8 и 0,3 В соответственно. Это связано с тем, что электрохимическая реакция в батарее положительно коррелирует с разрядным током, и в реакцию вовлечено больше ионов. Быстрое потребление ионов, имеющихся в аккумуляторе, вызовет внезапное падение напряжения аккумулятора. Следовательно, увеличение количества электролита, присутствующего в батарее, или увеличение размера алюминиевого анода может дополнительно увеличить емкость батареи и продлить период разряда. Кроме того, увеличение толщины полипропилена прямо пропорционально увеличению количества электролита, хранящегося в полипропиленовом сепараторе.Использование лучшего электрокатализатора для усиления реакции восстановления кислорода также поможет улучшить характеристики батареи.
РИСУНОК 4 . Разрядная способность алюминиево-воздушной батареи с электролитом 1M KOH.
Характеристики аккумулятора при различных концентрациях электролита
Производительность разрядных характеристик аккумулятора сравнивалась с различными концентрациями электролитов. В данном исследовании ток разряда был зафиксирован на уровне 20 мА. Сильный щелочной раствор наверняка снизит производительность батареи.Как показано на рисунке 5, по мере увеличения концентрации электролита емкость аккумулятора уменьшается. При высоких концентрациях КОН аккумулятор разряжается быстрее. Время разряда составляло около 28 мин для 3 М электролита. С другой стороны, время разряда было уменьшено примерно до 59 и 64 мин для 2 и 1 М электролита соответственно. Концентрация электролита отрицательно коррелирует с разрядными характеристиками алюминиево-воздушной батареи. Это наблюдение согласуется с работой Mohammad (2008). Сокращение времени разряда связано со скоростью коррозии батареи.По мере увеличения концентрации электролита увеличивается и концентрация ионов OH ^—. Это будет способствовать образованию гидроксида алюминия, Al (OH) _3, и водорода в качестве побочного продукта, как показано в уравнении. 4. Большая часть алюминия на аноде потреблялась в побочной реакции, а не использовалась в электрохимической реакции. По мере продолжения процесса разряда алюминий будет покрыт гидроксидом алюминия во время электрохимического процесса, что снизит производительность батареи.Доказательства образования гидроксида алюминия будут представлены в разделе XRD и SEM Results . Следовательно, использование высокой концентрации электролитов увеличит частоту замены анода в алюминиево-воздушной батарее.
РИСУНОК 5 . Разрядная способность алюминиево-воздушной батареи с разной концентрацией КОН при токе разряда 20 мА.
Хотя высокая концентрация ограничивает разрядную емкость алюминиево-воздушной батареи, напряжение стабилизируется на более высоком значении для высоких концентраций электролитов.При 20 мА напряжение стабилизировалось на уровне 0,8 В при использовании 3 М электролита в исследовании, тогда как оно упало примерно до 0,5 В при использовании 1 М электролита. Это связано с тем, что сильная щелочь имеет лучшую ионную проводимость и способствует лучшему движению ионов. Более высокие количества ионов OH ^— доступны в растворе электролита и реагируют с алюминием на аноде с образованием электричества. Это также помогает снизить сопротивление движению ионов в сепараторе. Следовательно, существует компромисс между концентрацией электролита, разрядной емкостью и рабочим напряжением алюминиево-воздушной батареи.Однако увеличение концентрации электролита не влияет на напряжение холостого хода аккумулятора. Как показано на рисунке 5, напряжение холостого хода имеет тенденцию оставаться неизменным и составляет около 1,1 В для 1, 2 и 3 М КОН, тогда как влияние концентрации электролита на напряжение холостого хода незначительно.
Удельная разрядная емкость алюминиево-воздушной батареи
На рисунке 6 показана удельная емкость алюминиево-воздушной батареи для различных концентраций и токов разряда.Как показано на рисунке, 1 М электролита всегда показывал самую высокую удельную емкость при токах разряда 10, 20, 30 и 50 мА. Из-за низкой скорости коррозии 1 М электролита большая часть алюминия расходуется на электрохимическую реакцию, а не на параститные потери в побочной реакции. Следовательно, удельная емкость увеличивалась по мере улучшения использования анода. Удельные разрядные емкости 228 и 375 мАч g ^-1 были получены для разрядных токов 10 и 30 мА соответственно.Однако этого улучшения не наблюдается при токе разряда 50 мА. Удельная емкость для 1 M электролита имеет тенденцию к снижению при 50 мА. Это связано с ограничением ионов OH ^— в 1 М электролите. На анод подавалось недостаточное количество ОН ^—, поэтому электрохимическая реакция уменьшалась и приводила к падению удельной емкости.
РИСУНОК 6 . Удельная разрядная емкость различных концентраций и разрядных токов.
В 2 и 3 М электролитах удельная емкость всегда была ниже 1 М.По мере увеличения концентрации увеличивается скорость коррозии, что приводит к плохому использованию анода. Некоторая часть алюминия была израсходована в результате реакции с ионами OH ^— с образованием гидроксида алюминия, что привело к снижению использования анода, что привело к падению удельной емкости. Электролит 3 М всегда показывал самую низкую удельную емкость. Это говорит о том, что эффект коррозии очень серьезен для батареи, использующей 3 М электролита.
Среди всех тестов лучшая производительность была достигнута с 1 M электролитом при разрядной емкости 30 мА, в которой была зафиксирована удельная емкость 375 мАч g ^-1.Производительность лучше, чем в предыдущих исследованиях алюминиево-воздушной батареи: 65 мАч g ⁻¹ (Elia et al., 2017), 239 мАч g ⁻¹ (Yu et al., 2018) и 350 мАч g. ⁻¹ (Wang et al., 2016).
Эффективность полипропилена по сравнению с разделителем на бумажной основе
В этом исследовании сравнивалась эффективность разряда алюминиево-воздушной батареи с использованием полипропиленового сепаратора и разделителя на бумажной основе — Kimwipes. В данном исследовании в качестве электролита использовался 1 М КОН.Kimwipes разрезали на квадрат размером 5 см × 5 см и использовали в качестве разделителя в алюминиево-воздушной батарее. Из результатов, показанных на Рисунке 7, можно увидеть, что полипропиленовый сепаратор работает лучше, чем бумажный сепаратор для всех разрядных токов. При токе разряда 10 мА полипропиленовый сепаратор поддерживал продолжительность разряда около 97 мин, в то время как сепаратор на бумажной основе был способен поддерживать продолжительность разряда только около 33 мин. Полипропиленовый сепаратор улучшился примерно в 3 раза по сравнению с бумажным сепаратором.Произошло резкое падение напряжения в алюминиево-воздушной батарее на бумажной основе. При 10 мА напряжение холостого хода упало с 1,18 В до примерно 0,82 В и поддерживало постоянное напряжение разряда на уровне примерно 0,8 В. С другой стороны, сепаратор на основе полипропилена показал начальное падение напряжения с 1,1 до 0,9 В и был способен обеспечить постоянное напряжение разряда 0,9 В до внезапного падения напряжения из-за высыхания электролита. Это говорит о том, что электрические характеристики полипропиленового сепаратора лучше, чем у кимвайпов.При более высоком токе разряда 20 и 30 мА разделитель на бумажной основе не обеспечивает хорошей стабильности выходного напряжения. Напряжение имеет тенденцию к колебаниям, как показано на рисунке 7. Продолжительность разряда также имеет тенденцию сокращаться по мере увеличения тока разряда. При токе 30 мА алюминиево-воздушная батарея на бумажной основе может прожить только 18 мин. На кривой разряда нет очевидного плато постоянного напряжения разряда. С другой стороны, использование полипропилена в качестве сепаратора может обеспечить продолжительность разряда 52 мин при поддержании постоянного напряжения разряда около 0.4 В. Продолжительность разряда увеличена в 3 раза.
РИСУНОК 7 . Производительность разряда полипропилена против ким салфеток в качестве разделителя.
Характеристики алюминиево-воздушной батареи на бумажной основе при токе разряда 20 мА аналогичны характеристикам алюминиево-воздушной батареи на основе полипропилена при токе разряда 30 мА. Обе батареи показали постоянное напряжение разряда 0,4 В. Однако продолжительность разряда алюминиево-воздушной батареи на бумажной основе составила около 28 минут и короче, чем у алюминиево-воздушной батареи на основе полипропилена, которая была зафиксирована на уровне 52 минут.Характеристики разряда показывают, что полипропиленовый сепаратор смог обеспечить лучшую производительность батареи при более высоком токе разряда по сравнению с сепаратором на бумажной основе при более низком токе разряда.
Кроме того, полипропиленовый сепаратор не испытал резкого падения напряжения по сравнению с кимвайпами при всех токах разряда. Резкое падение начального напряжения в сепараторе кимвипов приведет к снижению разрядного напряжения. Из-за колебаний напряжения и большого падения начального напряжения можно предположить, что kimwipes не обеспечивает стабильных электрических характеристик.Это может быть связано с более высоким внутренним сопротивлением разделителя на бумажной основе. Полипропиленовый сепаратор может обеспечить стабильную разгрузку в течение более длительного периода времени. Хотя кимвипы обладают лучшими химическими абсорбирующими свойствами, чем полипропилен, они не обладают хорошими характеристиками при использовании в качестве разделителя в алюминиево-воздушной батарее. Это может быть связано с физической микроструктурой Kimwipes. Kimwipes — это материал на основе целлюлозы, а полипропилен — это материал на основе волокон.Когда материал на основе целлюлозы используется в качестве сепаратора в батарее, он может вызвать вздутие при погружении в электролит. Это изменит свойства материала сепаратора. Тем не менее, геометрия полипропилена на основе волокна не искажается при его погружении в электролит. Следовательно, полипропиленовый сепаратор обеспечивает лучшую производительность батареи. Это наблюдение согласуется с работой Xie et al. (2019).
Вес алюминиевой фольги
Во время электрохимической реакции алюминиевый анод расходуется для выработки энергии, а гидроксид алюминия образуется как побочный продукт.Измерение веса алюминиевого анода до и после электрохимического процесса может помочь понять скорость коррозии алюминиевого анода. Поскольку плотность гидроксида алюминия (2,42 г см ^-3) меньше плотности алюминия (2,70 г см ^-3), потерю веса можно отнести к образованию гидроксида алюминия во время электрохимического процесса. Скорость коррозии прямо коррелирует с потерей веса алюминиевого анода. Начальный вес алюминиевого анода измерялся до эксперимента и после процесса разряда.В таблице 1 показан вес алюминиевого анода до и после эксперимента с разрядным током 12,50 мА.
ТАБЛИЦА 1 . Потеря веса алюминиевого анода при трех различных концентрациях КОН.
На основании разницы в весе алюминиевого анода было показано, что больше алюминия расходуется по мере увеличения концентрации КОН. Это происходит из-за большого количества ионов OH ^—, присутствующих в электролите, способствующих паразитной реакции и вызывающих сильную коррозию алюминиевого анода.Кроме того, это также указывает на то, что во время процесса образуется больше гидроксида алюминия. Гидроксид алюминия блокирует поверхность алюминиевого анода, предотвращая участие чистого алюминия в электрохимическом процессе. Удаление гидроксида алюминия необходимо до того, как свежий алюминий снова будет готов к электрохимической реакции. В результате возникает необходимость более частой замены алюминиевых анодов при использовании более высоких концентраций электролита.
Результаты XRD и SEM
SEM был выполнен для характеристики морфологии поверхности алюминиевого анода.Наблюдалось изменение микроструктуры до и после эксперимента. Физические наблюдения за алюминиевым анодом после эксперимента для различных концентраций электролитов показаны на рисунке 8. Алюминиевый анод имеет тенденцию подвергаться коррозии после испытания на разряд. Степень коррозии увеличивается с увеличением концентрации электролита. Порошок наблюдался в алюминиевом аноде с 2 и 3 М электролита. Для 1 М электролита после процесса разряда не образовывалась явная порошкообразная структура.
РИСУНОК 8 . Изображения алюминиевого анода после более чем 2 часов разряда с концентрацией КОН 1 M (A) , 2M (B) и 3M (C) соответственно.
На рис. 9 показаны СЭМ-изображения алюминиевого анода после разряда батареи в течение более 2 часов с различными концентрациями КОН. Для алюминиевого анода с 1 М КОН были небольшие изменения в микроструктуре. Наблюдались ямы и шероховатость поверхности.Это показало, что алюминий расходуется и нет очевидного образования гидроксида алюминия. Это наблюдение было дополнительно проанализировано с помощью XRD-анализа. Диаграмма рентгеновской дифракции алюминиевого анода после испытания с 1 М раствором КОН показана на рисунке 10. Диаграмма дифракции рентгеновских лучей показала, что алюминий был единственным кандидатом в испытании, поэтому можно сделать вывод, что коррозия алюминиевого анода не является серьезной и образование гидроксида алюминия не наблюдается.
РИСУНОК 9 .СЭМ-изображения 1000-кратное увеличение алюминия (A) перед разрядкой (B) алюминия после разрядки более 2 часов с использованием 1 M KOH (C) алюминия после разрядки более 2 часов с использованием 2 M KOH (D) алюминия.
РИСУНОК 10 . График, сравнивающий рентгенограмму (красная линия) на алюминиевой фольге после испытания с 1 М раствором КОН со стандартной рентгенограммой алюминия (синяя линия).
При исследовании с участием 2 и 3 М КОН было замечено, что алюминиевый анод подвергается сильной коррозии, как показано на Рисунке 8.На поверхности алюминиевого анода образовалась порошкообразная структура. Это может быть подтверждено тестами SEM и XRD. На рис. 9 показаны изображения алюминиевого анода после испытания, полученные с помощью СЭМ, и видно, что поверхность алюминиевого анода была серьезно повреждена. Поверхность алюминиевого анода была шероховатой, на ней образовывались примеси. Образование примесей было более серьезным для батареи, в которой использовался 3 М электролита КОН, по сравнению с 2 М электролитом КОН. Следовательно, высокая концентрация КОН способствует росту примесных веществ.Затем была проведена XRD для определения содержания примесного вещества, образовавшегося на поверхности.
Рентгенограмма алюминиевого анода после испытания с 2 и 3 М электролита КОН показана на рисунках 11 и 12 соответственно. В ходе анализа было обнаружено, что гидроксид алюминия является основным компонентом порошка, образованного после испытания на выгрузку, что позволяет предположить, что алюминий потреблялся и вступал в реакцию с гидроксилом с образованием гидроксида алюминия. Высокие концентрации КОН ускоряют коррозию алюминиевого анода.
РИСУНОК 11 . График, сравнивающий рентгенограмму (красная линия) алюминиевой фольги после испытания с 2 М раствором КОН со стандартной рентгенограммой гидроксида алюминия (синяя линия).
РИСУНОК 12 . График, сравнивающий рентгенограмму (красная линия) алюминиевой фольги после испытания с 3 М раствором КОН со стандартной рентгенограммой гидроксида алюминия (синяя линия).
Заключение
Производительность полипропиленового сепаратора и сепаратора на бумажной основе в алюминиево-воздушной батарее была протестирована при различных токах разряда и различных концентрациях электролита КОН.Алюминиево-воздушная батарея была спроектирована и изготовлена с использованием алюминиевой фольги в качестве анода, ткани из углеродного волокна в качестве воздушного катода, полипропиленовой прокладки и Kimwipes в качестве сепаратора и гидроксида калия (КОН) в качестве электролита. Было проведено испытание на обрыв цепи, и результаты показали, что алюминиево-воздушная батарея с полипропиленовым сепаратором способна генерировать напряжение холостого хода 1,1 В. Концентрация электролитов, используемых в сепараторе, важна для определения характеристик батареи.Высокая концентрация вызовет более высокую скорость коррозии алюминиевого анода, что ухудшит характеристики батареи. Наилучшая удельная разрядная емкость для аккумулятора, оснащенного полипропиленовым сепаратором, составляет около 375 мАч g ⁻¹ для 30 мА разрядного тока при 1 M электролите. Исследование также показывает, что полипропилен является подходящим кандидатом для использования в качестве разделителя по сравнению с Kimwipes. По сравнению с бумажным сепаратором, волокнистый сепаратор больше подходит для алюминиево-воздушной батареи.Требуются обширные исследования для продвижения сепаратора на основе полипропилена в качестве одного из ключевых решений в будущих системах хранения энергии.
Заявление о доступности данных
Оригинальные материалы, представленные в исследовании, включены в статью / дополнительные материалы, дальнейшие запросы можно направить соответствующему автору.
Вклад авторов
Все перечисленные авторы внесли существенный, прямой и интеллектуальный вклад в работу и одобрили ее для публикации.
Финансирование
Эта работа поддержана схемой грантов на фундаментальные исследования (грант № FRGS / 1/2018 / TK07 / UTAR / 02/4) Министерства высшего образования Малайзии и грантом Университета Малайя RU (грант № ST024-2019 ).
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Благодарности
Мы хотели бы поблагодарить Нор Хазика Наквиддина за их помощь в тестировании некоторых характеристик батарей.
Ссылки
Абдин, З., и Халилпур, К. Р. (2018). «Технологии с одним и несколькими хранилищами для гибридных энергетических систем на основе возобновляемых источников энергии» в . Полигенерация с несколькими хранилищами: для химических и энергетических центров . (Амстердам, Нидерланды: Elsevier Sciences), doi: 10.1016 / B978-0-12-813306-4.00004-5
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Avoundjian, A., Galvan, V., and Gomez, F.A. (2017). Недорогой алюминиево-воздушный аккумулятор на бумажной основе. Микромашины 8 (7), 222.doi: 10.3390 / mi8070222
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Кларк, С., Латц, А., и Хорстманн, Б. (2018). Обзор средств моделирования на основе моделей для металло-воздушных батарей. Батареи 4, 5. doi: 10.3390 / battery4010005
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ди Пальма, Т. М., Мильярдини, Ф., Капуто, Д. и Корбо, П. (2017). Щелочные гидрогели на основе ксантана и κ-каррагинана в качестве электролитов для алюминиево-воздушных батарей. Carbohydr. Polym. 157, 122.doi: 10.1016 / j.carbpol.2016.09.076
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Элиа Г. А., Хаса И., Греко Г., Димант Т., Марквардт К., Хёппнер К. и др. (2017). Понимание обратимости алюминиево-графитовых батарей. J. Mater. Chem. A. 5, 9682. doi: 10.1039 / c7ta01018d
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Jiang, C., Fang, Y., Zhang, W., Song, X., Lang, J., Shi, L., et al. (2018). Многоионная стратегия в отношении полностью заряжаемых натриево-ионных аккумуляторных батарей с высоким рабочим напряжением и высокой скоростью работы. Angew. Chem. Int. Эд. 57, 16370. doi: 10.1002 / anie.201810575
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Katsoufis, P., Katsaiti, M., Mourelas, C., Andrade, T. S., Dracopoulos, V., Politis, C., et al. (2020). Исследование тонкопленочной алюминиево-воздушной батареи. Energies 13, 1447. doi: 10.3390 / en13061447
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Li, Y., and Lu, J. (2017). Металло-воздушные батареи: станут ли они предпочтительным электрохимическим накопителем энергии в будущем? ACS Energ.Lett. 2, 1370. doi: 10.1021 / acsenergylett.7b00119
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Liu, Y., Li, J., Li, W., Li, Y., Zhan, F., Tang, H., et al. (2016). Изучение азотных разновидностей графена, легированного азотом, в качестве электрокатализаторов для реакции восстановления кислорода в алюминиево-воздушных батареях. Внутр. J. Hydrogen Energ. 41, 10354. doi: 10.1016 / j.ijhydene.2015.10.109
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Liu, Y., Sun, Q., Li, W., Adair, K. R., Li, J., и Sun, X. (2017). Всесторонний обзор последних достижений в области алюминиево-воздушных батарей. Зеленый. Energ. Environ. 2, 246. doi: 10.1016 / j.gee.2017.06.006
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Mohammad, A. A. (2008). Электрохимические свойства алюминиевых анодов в алюминиево-воздушных батареях на основе гелевых электролитов. Corrosion Sci. 50, 3475–3479. doi: 10.1016 / j.corsci.2008.09.001
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Moon, J., Jeong, J.Ю., Ким, Дж. И., Ким, С., и Парк, Дж. Х. (2019). Ультратонкий гибридный неорганико-органический слой на коммерческих полимерных сепараторах для современных литий-ионных аккумуляторов. J. Power Sourc. 416, 89. doi: 10.1016 / j.jpowsour.2019.01.075
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Мори, Р. (2020). Последние разработки для алюминиево-воздушных батарей. Electrochem. Energ. Ред. 3, 344–369. doi: 10.1007 / s41918-020-00065-4
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Несториди, М., Плетчер, Д., Вуд, Р. Дж. К., Ван, С., Джонс, Р. Л., Стокс, К. Р. и др. (2008). Исследование алюминиевых анодов для алюминиево-воздушных аккумуляторов высокой удельной мощности с солевыми электролитами. J. Power Sourc. 178, 445. doi: 10.1016 / j.jpowsour.2007.11.108
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ou, X., Zhang, G., Zhang, S., Tong, X., and Tang, Y. (2020). Одновременно предварительное легирование и искусственная граница раздела твердого электролита с высокостабильным алюминиевым анодом для высокоэффективного гибридного литиевого конденсатора. Energ. Хранение Mater. 28, 357. doi: 10.1016 / j.ensm.2020.03.021
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Pan, R., Sun, R., Wang, Z., Lindh, J., Edström, K., Strømme, M., et al. (2019a). Двухсторонние токопроводящие сепараторы для литий-металлических аккумуляторов. Energ. Хранение Mater. 21, 464. doi: 10.1016 / j.ensm.2019.06.025
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Pan, R., Sun, R., Wang, Z., Lindh, J., Edström, K., Strømme, M., et al. (2019b).Сепараторы на основе нано / микроволокна сэндвич-структуры для литий-металлических батарей. Nano Ener. 55, 316. doi: 10.1016 / j.nanoen.2018.11.005
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Pan, R., Xu, X., Sun, R., Wang, Z., Lindh, J., Edström, K., et al. (2018). Сепараторы из модифицированного наноцеллюлозой полиэтилена для литий-металлических батарей. Small 14, 1704371. doi: 10.1002 / smll.201704371
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Пей, П., Ван, К., и Ма, З. (2014). Технологии продления срока службы воздушно-цинковых батарей: обзор. Прил. Energ. 128, 315. doi: 10.1016 / j.apenergy.2014.04.095
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Пино, М., Чакон, Дж., Фатас, Э., и Окон, П. (2015). Применение товарных алюминиевых сплавов в качестве анодов в алюминиево-воздушных батареях с гелевым электролитом. J. Power Sourc. 299, 195. doi: 10.1016 / j.jpowsour.2015.08.088
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Schwarz, H.Г. (2014). «Производство алюминия и энергия», в Энциклопедия энергетики . (Амстердам, Нидерланды: Elsevier Sciences), doi: 10.1016 / B0-12-176480-X / 00372-7
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Шен Л. Л., Чжан Г. Р., Бисальский М. и Этцольд Б. Дж. М. (2019). Бумажные микрофлюидные алюминиево-воздушные батареи: к миниатюрному источнику питания следующего поколения. Lab. Чип. 19, 3438. doi: 10.1039 / c9lc00574a
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Song, Q., Ли, А., Ши, Л., Цянь, К., Ферич, Т. Г., Фу, Ю., и др. (2019). Термостойкий, нанопористый и экологически чистый сепаратор альгината / аттапульгита натрия для литий-ионных аккумуляторов. Energ. Хранение Mater. 22, 48. doi: 10.1016 / j.ensm.2019.06.033
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Sumboja, A., Ge, X., Zheng, G., Goh, F. W. T., Hor, T. S. A., Zong, Y., et al. (2016). Долговечные аккумуляторные воздушно-цинковые батареи с нейтральным электролитом и катализатором на основе оксида марганца. Дж.Power Sourc. 332, 330. doi: 10.1016 / j.jpowsour.2016.09.142
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Тан, Ю. К., Мао, Дж. К., и Ценг, К. Дж. (2011). «Моделирование влияния температуры аккумулятора на электрические характеристики литий-ионного аккумулятора в гибридном электромобиле», в материалах международной конференции по силовой электронике и системам привода, Сингапур, 5–8 декабря 2011 г. doi: 10.1109 / PEDS.2011.6147318
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ван, Х., и Танг, Ю. (2020). Искусственная межфазная фаза из твердого электролита действует как «броня» для защиты анодных материалов для высокоэффективной литий-ионной батареи. Chem. Res. Подбородок. Univ. 36, 402. doi: 10.1007 / s40242-020-0091-5
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Wang, L., Wang, W., Yang, G., Liu, D., Xuan, J., Wang, H., et al. (2013). Гибридная система ячеек алюминий / водород / воздух. Внутр. J. Hydrogen Energ. 38, 14801. doi: 10.1016 / j.ijhydene.2013.09.036
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Wang, S., Yu, S., Tu, J., Wang, J., Tian, D., Liu, Y., et al. (2016). Новый ионно-алюминиевый аккумулятор: Al / AlCl3- [EMIm] Cl / Ni3S2 @ Graphene. Adv. Energ. Матер. 6, 1600137. doi: 10.1002 / aenm.201600137
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Wang, Y., Kwok, H.Y.H., Pan, W., Zhang, H., Lu, X., and Leung, D.Y.C. (2019a). Параметрическое исследование и оптимизация недорогой алюминиево-воздушной батареи на бумажной основе с ингибирующей коррозионной способностью. Прил. Energ. 251, 113342. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2019.113342
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Wang, Y., Pan, W., Kwok, H., Lu, X., and Leung, D. Y. (2019b). Недорогие воздушно-алюминиевые батареи с твердым электролитом на бумажной основе. Energ. Процедуры. 158, 522. doi: 10.1016 / j.egypro.2019.01.146
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Xiang, L., Ou, X., Wang, X., Zhou, Z., Li, X., and Tang, Y. (2020). Высококонцентрированный электролит для увеличения плотности энергии и увеличения продолжительности цикла работы двухионного аккумулятора. Angew. Chem. Int. Эд. 59, 17924. doi: 10.1002 / anie.202006595
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Xie, W., Liu, W., Dang, Y., Tang, A., Deng, T., and Qiu, W. (2019). Исследование свойств целлюлозного сепаратора литий-ионных аккумуляторов с погружением в электролит многомасштабным методом. J. Power Sourc. 417, 150. doi: 10.1016 / j.jpowsour.2019.02.002
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Xu, M., Ivey, D. G., Xie, Z., и Ку, В. (2015). Перезаряжаемые Zn-воздушные батареи: прогресс в разработке электролитов и усовершенствовании конфигурации элементов. J. Power Sourc. 283, 358. doi: 10.1016 / j.jpowsour.2015.02.114
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Xu, Y., Zhao, Y., Ren, J., Zhang, Y., and Peng, H. (2016). Полностью твердотельный алюминиево-воздушный аккумулятор в форме волокна с гибкостью, растяжимостью и высокими электрохимическими характеристиками. Angew. Chem. Int. Эд. Англ. 55, 7979. DOI: 10.1002 / anie.201601804
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Yu, Y., Chen, M., Wang, S., Hill, C., Joshi, P., Kuruganti, T., et al. (2018). Лазерное спекание напечатанных анодов для алюминиево-воздушных аккумуляторов. J. Electrochem. Soc. 165, А584. doi: 10.1149 / 2.0811803jes
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Zhang, Y., Liu, S., Ji, Y., Ma, J., and Yu, H. (2018). Новые неводные алюминиево-ионные аккумуляторы: проблемы, состояние и перспективы. Adv. Матер. 30, 1706310. doi: 10.1002 / adma.201706310
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Zhang, Z., Zuo, C., Liu, Z., Yu, Y., Zuo, Y., and Song, Y. (2014). Полностью твердотельные алюминиево-воздушные батареи с полимерно-щелочно-гелевым электролитом. J. Power Sourc. 251, 470. doi: 10.1016 / j.jpowsour.2013.11.020
CrossRef Полный текст | Google Scholar
DIY Aluminium-Air Battery School Experiment
Алюминиево-воздушные батареи в последнее время были в новостях из-за интересных исследований.Однако многим из нас трудно понять их. Возможно, это потому, что мы не можем поверить, что они могут быть такими простыми в теории. Мы решили, что было бы круто провести эксперимент с алюминиево-воздушными батареями своими руками, чтобы доказать, что они действительно такие простые.
Требования к эксперименту с алюминиево-воздушной батареей своими руками
# Стеклянный кувшин подходящего размера
# Две унции поваренной соли
# Полпинты питьевой воды
# Кухонная пленка 2 квадратных фута
# Одно бумажное полотенце
# Горсть стальной ваты
# Два провода с зажимами из крокодиловой кожи
# Мультиметр установлен на минимальное сопротивление
Вам также понадобится разрешение повара, чтобы пользоваться большей частью этих повседневных кухонных принадлежностей.
Теперь посмотрите, как провести этот крутой эксперимент

Научные принципы, лежащие в основе вашей алюминиево-воздушной батареи DIY
Во-первых, водный раствор является электролитом для самодельной алюминиево-воздушной батареи. Тогда сморщенная кухонная фольга — это отрицательный анод. Плюс бумажное полотенце — это разделитель. Наконец, стальная вата выполняет роль положительного катода. Когда мы соединяем анод и катод через устройство — в данном случае мультиметр — течет электричество.
Однако внутри самой алюминиевой воздушной батареи происходит нечто еще более удивительное. Окисление алюминиевого анода высвобождает электроны, которые проходят через электролит в солевом растворе к катоду. Это вызывает снижение содержания кислорода на катоде и позволяет электрической энергии проходить через мультиметр.
Это простое устройство когда-нибудь сможет приводить в действие электромобили, хотя и с более сложной конструкцией. Ученые находят способы сделать алюминиево-воздушные батареи перезаряжаемыми и прочными.Когда учитель естественных наук говорит об этом в классе, вы рискуете сказать: «Это вчерашние новости. Я уже сделал дома свой собственный алюминиево-воздушный аккумулятор ».
Связанные
Смазка алюминиево-воздушных батарей… маслом
Может ли алюминий-воздух заменить бензин
Изображение для предварительного просмотра: Предложение по усовершенствованному алюминиево-воздушному топливному элементу
Ссылка для обмена видео
: https://youtu.be/_FxIzMwOF00
Катод V2O5 без связующего для аккумуляторных алюминиево-ионных батарей с высокой плотностью энергии
Наноматериалы (Базель).2020 Фев; 10 (2): 247.
Бернхард Фенк
² Институт твердого тела им. Макса Планка, Гейзенбергштрассе 1, 70569 Штутгарт, Германия; [email protected]
² Max-Planck-Institute for Solid State Research, Heisenbergstraße 1, 70569 Stuttgart, Germany; [email protected]
Поступило 14.01.2020 г .; Принято 2020 г. 28 января.
Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http: // creativecommons.org / licenses / by / 4.0 /).
Abstract
В настоящее время исследования электрохимических систем хранения движутся в направлении постлитий-ионных аккумуляторов, таких как алюминиево-ионные аккумуляторы, и поиск подходящих материалов для таких аккумуляторов. Пентоксид ванадия (V ₂ O ₅) является одним из наиболее многообещающих материалов-хозяев для интеркаляции многовалентных ионов. Здесь мы сообщаем о изготовлении самонесущего материала без связующего и самонесущего V ₂ O ₅ микрометрового бумажного электродного материала и его использовании в качестве катода для аккумуляторных алюминиево-ионных батарей.Электропроводность катода была значительно улучшена за счет нового подхода к самоограничивающейся миграции меди на месте в структуру V ₂ O ₅. Этот процесс использует преимущество растворения Cu электролитом на основе ионной жидкости, а также наличие двух разных центров аккомодации в наноструктурированном V ₂ O ₅, доступных для ионов алюминия и мигрировавшей Cu. Кроме того, усовершенствованный наноструктурированный катод обеспечивает удельную разрядную емкость до ~ 170 мАч g ^-1 и обратимое интеркалирование Al ³⁺ в течение более 500 циклов с высокой кулоновской эффективностью, достигающей почти 100%.Концепция без связующего приводит к плотности энергии 74 Вт · ч · кг ^-1, что показывает улучшенную плотность энергии по сравнению с опубликованными до сих пор катодами на основе V ₂ O ₅. Наши результаты дают ценную информацию для будущего проектирования и разработки новых самонесущих электродов без связующего для перезаряжаемых поливалентных металло-ионных батарей, сочетающих высокую плотность энергии, стабильность при циклических нагрузках, безопасность и низкую стоимость.
Ключевые слова: V ₂ O ₅ катод, тонкие пленки, похожие на бумагу, электрод без связующего, постлитий-ионные аккумуляторы, алюминиево-ионные аккумуляторы
1.Введение
Растущий спрос на передовые системы накопления энергии, например, перезаряжаемые металло-ионные батареи с высокой плотностью энергии, требует новых электродных материалов и концепций изготовления для удовлетворения важнейших требований для их применения. Эти требования включают высокую емкость и плотность тока, а также долгосрочную стабильность, низкую стоимость и устойчивость [1,2,3]. В этом контексте литий-ионные батареи (ЛИА) были в центре внимания исследований из-за их высокой плотности энергии и широкого окна электрохимического потенциала [4].Однако литий — металл с высокой реакционной способностью, и его природные ресурсы весьма ограничены [5,6]. Поэтому внимание переключилось на различные одно- и многовалентные ионы в качестве замены лития [7]. Среди них особенно многообещающим является алюминий, поскольку он является третьим по распространенности элементом в земной коре, менее опасным и химически активным по сравнению с щелочными металлами. Кроме того, трехэлектронная окислительно-восстановительная пара алюминия обеспечивает высокую теоретическую гравиметрическую и объемную емкость 2980 мАч / г ^-1 и 8063 мАч / см ^-3, соответственно, что делает его пригодным для металло-ионных аккумуляторов с высокой плотностью энергии [ 8,9].Хотя принцип работы перезаряжаемых алюминиево-ионных батарей (AIB) был до некоторой степени прояснен [8], текущая разработка сталкивается с рядом проблем. Это включает определение подходящих электролитов, токосъемников и добавок. Ионные жидкости, такие как жидкости на основе имидазолия, смешанные с хлоридом алюминия (AlCl ₃), оказались многообещающими в качестве электролитов [10,11,12,13,14,15]. Однако такие электролиты не полностью совместимы с токосъемниками (например, Ni, Cu, Ta, Mo или нержавеющая сталь).В частности, нержавеющая сталь [16] и Cu [13,17,18] растворяются электролитами на основе имидазолия. Кроме того, для достижения лучшей стабильности токоприемников необходимо оптимизировать окно рабочего потенциала. Например, использование Ni ограничено, поскольку побочные реакции происходят между потенциалами от 1,0 В до 1,5 В [17]. Подобно токоприемникам, связующие, такие как поливинилиденфторид (PVDF), часто имеют лишь ограниченную стабильность по отношению к электролиту [12]. Наконец, следует принимать во внимание роль технического углерода, обычно используемого в качестве проводящего агента в электродах, изготовленных традиционным способом.С учетом всех аспектов вышеупомянутые ограничения подчеркивают необходимость в подходящей конструкции ячейки, которая включает в себя оптимальное соединение токосъемника с электролитом, а также разработку самонесущих электродов без связующего для AIB.
Одним из многообещающих классов катодных материалов для AIB являются угли, в частности графит и графен, благодаря их слоистой структуре и хорошей электропроводности. Lin et al. [10] сообщили о катоде, состоящем из трехмерной графитовой пены с удельной емкостью до ~ 70 мАч g ^-1 при плотности тока 4000 мА g ^-1 в течение более 7000 циклов.В другом исследовании сообщается, что электрод, сделанный из чешуек природного графита и ПВДФ, демонстрирует удельную емкость ~ 110 мА · ч г ^-1 при плотности тока 99 мА · г ^-1 и кулоновский КПД ~ 98% [14 ]. Восстановленный оксид графена в сочетании с PVDF и углеродной сажей также использовался в качестве катодного материала, что дало емкость 171 мА · ч · г ^-1 при плотности тока 100 мА · г ^-1 [17]. Недавно Чжан и его коллеги [19] смогли улучшить емкость катода на основе графена при высоких плотностях тока, увеличив количество мест интеркаляции за счет изготовления графеновой бумаги с богатыми краями.Таким образом, они достигли для этого катода удельной емкости 128 мА · ч · г ^-1 при плотности тока 2000 мА · г ^-1. В общем, возможность применения высоких плотностей тока для электродов на углеродной основе обусловлена более высокой скоростью диффузии, обеспечиваемой интеркалированными частицами, хлоралюминатом (AlCl ₄ ^—) [20]. Углеродистые материалы не способствуют расщеплению Al ₂ Cl ₇ ^— на AlCl ₄ ^— и Al ³⁺ на границе электрод / электролит во время электрохимических реакций, таким образом, AlCl ₄ ^— вставляется вместо Al ³⁺ в решетку хозяина [12].Помимо преимущества высокой скорости диффузии, только один электрон переносится на один интеркалированный ион, что ограничивает накопительную способность таких материалов [8,10,14]. Следовательно, активные материалы, которые обеспечивают возможность подачи Al ³⁺ на границе раздела с электролитом, были бы полезны для достижения трехэлектронного переноса, приводящего к более высокой накопительной емкости.
Это стимулировало исследования пентоксида ванадия (V ₂ O ₅) в качестве катодного материала для AIB, слоистая структура которого позволяет внедрять в решетку различные ионы, включая Al ³⁺ [2,3,21] .Другим важным преимуществом V ₂ O ₅ является его поддержка для диссоциации хлоралюминатов на Al ³⁺ на границе раздела между электродом и электролитом [12]. Следовательно, частицы Al ³⁺ доступны для вставки, что может обеспечить трехэлектронный перенос, ведущий к высокой емкости хранения. Был проведен ряд исследований кристаллического порошка V ₂ O ₅ в качестве катодов, для которых сообщалось о накопительной емкости от 30 до 305 мАч г ^-1 [11,13,15,22,23,24 ].Относительно низкие значения (по сравнению с теоретической емкостью 442 мАч g ^-1) и широкий диапазон достигаемых емкостей обусловлены разной плотностью приложенного тока, используемыми токосъемниками и составом электродов. В последнем случае связующие используются в качестве механической опоры для рыхлого порошка V ₂ O ₅, а добавление сажи к электроду решает проблему плохой электропроводности. Однако они не участвуют в электрохимических реакциях и увеличивают вес электрода, тем самым снижая гравиметрическую накопительную способность [12].Более того, добавки могут вступать в реакцию с электролитом, приводя к снижению стабильности при циклическом воздействии. Несмотря на эти недостатки, о системах без связующего редко сообщалось. Одним из примеров является катод, изготовленный прямым осаждением V ₂ O ₅ на пену Ni, который служит механической опорой и токоприемником [12]. Пенная структура катода, а также непосредственная близость V ₂ O ₅ к Ni привели к улучшенной диффузии электролита через сеть и улучшенному обмену заряда между V ₂ O ₅ и Ni.Следовательно, электрохимическая поляризация уменьшается по сравнению с электродами, содержащими связующее. Это привело к высокой емкости хранения до ~ 240 мАч g ^-1 при плотности тока 44,2 мА g ^-1. Хотя этот подход очень многообещающий, он по-прежнему требует никеля в качестве механической опоры, что влияет на гравиметрическую накопительную способность электрода. Следовательно, подход к изготовлению самонесущего электрода без связующего и к увеличению электропроводности активного материала будет иметь большое значение для разработки усовершенствованных AIB.
При изготовлении самонесущих электродов микро- и наноструктурирование представляет собой универсальную стратегию повышения их механической стабильности. Недавно мы продемонстрировали, что самонесущие бумажные пленки V ₂ O ₅ доступны посредством самосборки нановолокон V ₂ O ₅ из водной суспензии. Пленки характеризуются высокой механической стабильностью (предел прочности на разрыв до 116 МПа и модуль Юнга 42 ГПа), которая может регулироваться длиной нановолокна и содержанием воды.Механическая стабильность и умеренная электрическая проводимость в плоскости ~ 2 См · см ^-1 делают их подходящим катодом без связующего для металл-ионных батарей, таких как LIBs [25]. Однако для того, чтобы в полной мере использовать трехэлектронный перенос во время интеркаляции Al ³⁺, была бы полезна более высокая электрическая проводимость в плоскости и вне плоскости. В этом отношении легирование ионами металлов — один из возможных подходов. Сообщалось, что электропроводность ксерогелей на основе нановолокон V ₂ O ₅ может быть значительно увеличена за счет легирования Cu, что приводит к образованию бронз Cu _x V ₂ O ₅, в то время как слоистая структура нановолокон сохраняется [26].Повышенная электронная проводимость коррелирует с уменьшением V ⁵⁺ до V ⁴⁺, таким образом, прыжки электронов как механизм переноса являются более доминирующими. Электрохимические характеристики бронз, непосредственно нанесенных на токосъемники, выявили высокие скорости введения лития, приводящие к высокой накопительной емкости и устойчивости к циклам [27,28]. Следовательно, легирование медью является подходящим подходом для улучшения электропроводности тонких пленок V ₂ O ₅, что делает их перспективным самонесущим катодным материалом без связующего для AIB.
Здесь мы сообщаем об использовании самонесущего катода без связующего для интеркаляции Al ³⁺, состоящего из нановолокон V ₂ O ₅ в виде самонесущих тонких пленок микрометровой толщины. . Катод изготавливается методом самосборки, в результате чего получается выровненная и слоистая структура с высокой механической стабильностью [25]. Оптимизированная настройка ячейки и параметры тестирования включали подходящий токосъемник и потенциальное окно, которое позволяет избежать нежелательных побочных реакций с электролитом.Процесс легирования Cu был использован для увеличения электропроводности катода V ₂ O ₅. Такие катоды обеспечивают обратимое интеркалирование Al ³⁺ в течение более 500 циклов с высокой удельной разрядной емкостью до ~ 170 мАч g ^-1, высокой кулоновской эффективностью и плотностью энергии 74 Втч кг ^-1 . Наши результаты предоставляют новые рекомендации и идеи для решения возникших проблем и продолжения разработки будущих AIB.
2. Материалы и методы
Синтез V ₂ O ₅ дисперсия: Нановолокна V ₂ O ₅ синтезируются путем смешивания метаванадата аммония (1 г, Fluka, Мюнхен). , Германия) и кислотный ионообменник (10 г, Dowex 50WX8 50-100, Alfa Aesar, Кандел, Германия) в деионизированной воде (200 мл) [21], которую нагревают в течение 10 мин на масляной бане при 80 ° C. . После медленного охлаждения до комнатной температуры дисперсия нановолокон выдерживалась в течение 42 дней.
Изготовление V ₂ O ₅ катодов: Кремниевые (100) пластины (p-типа, Wacker, Sitronic AG, Мюнхен, Германия) были использованы в качестве подложек, которые очищались хлороформом, ацетоном и этанолом каждая. в течение 10 мин в ультразвуковой ванне, а затем сушили в токе азота. Эти кремниевые пластины помещали в чашку Петри и добавляли раствор 1: 1 (9 мл) дисперсии нановолокон V ₂ O ₅ и деионизированную воду. После полного испарения воды в условиях окружающей среды пленка V ₂ O ₅ была удалена с кремниевой пластины на водяной бане для получения самонесущей пленки, напоминающей бумагу.Самонесущие бумаги сушили в два этапа в климатической камере (VC 7018, Vötsch, Industrietechnik GmbH, Балинген, Германия). Первым шагом было повышение влажности с 50% до 80% и температуры с 25 ° C до 40 ° C за 15 минут. Влажность через час снизилась до 20% в течение 10 часов, а температура поддерживалась постоянной в течение 15 часов. Влажность 20% поддерживалась в течение 4,5 ч. Наконец, температуру снизили до комнатной. Второй этап состоял из повышения температуры с 25 ° C до 100 ° C за 30 минут, которое выдерживалось в течение двух часов, с последующим снижением температуры до 25 ° C за 30 минут.
Микроструктурные характеристики: Для микроструктурных исследований, оборудована сканирующая электронная микроскопия (SEM, Zeiss Ultra 55, Zeiss GmbH, Оберкохен, Германия) и просвечивающая электронная микроскопия (TEM, Philips CM200-FEG, Thermo Fisher, Хиллсборо, Орегон, США). с системой EDX (CM200, EDAX, Thermo Fisher, Хиллсборо, Орегон, США) на 200 кВ, а также для дифракции на выбранной площади (SAD) и атомно-силовой микроскопии (AFM, MultiMode 8, Nanoscope V, Bruker, Санта-Барбара, Калифорния, США) ), были использованы.Пластинки ПЭМ получали с помощью системы SEM-FIB (1540 XB CrossBeam, Zeiss GmbH, Оберкохен, Германия). Рентгеновскую дифракцию проводили с помощью PXRD (Rigaku Smartlab, Ной-Изенбург, Германия) в геометрии Брэгга – Брентано с использованием излучения меди K _α, ускоряющего напряжения 40 кВ и тока 30 мА в диапазоне 5 °. –40 ° с шагом 0,02 °.
Электрические характеристики: Электропроводность вне плоскости определялась с помощью двухточечной конфигурации (SourceMeter 2400, Кейтли, Кливленд, Огайо, США).
Электрохимические характеристики: Для сборки ячейки в перчаточном боксе, заполненном аргоном (Labmaster SP, MBraun, Garching, Германия), использовались соединительные муфты Swagelok ^TM из ПТФЭ с контактами из нержавеющей стали. Контакты были защищены от электролита либо обычной полиэтиленовой фольгой, либо Ta-пластиной, которая наклеивалась серебряной пастой (Plano GmbH, Вецлар, Германия) поверх контакта. Оставшаяся стальная часть была покрыта прозрачным лаком (Swingcolor, BAHAG AG, Мангейм, Германия) (Рисунок S6, Дополнительная информация).Катод V ₂ O ₅ был напылен с обеих сторон слоем золота (35 нм, SCD 040, Balzers Union) для уменьшения контактного сопротивления к токосъемнику. В качестве источника легирования использовалась медная фольга толщиной 25 мкм (чистота 99,98%, Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Тауфкирхен, Германия) с диаметром на 1/3 меньше диаметра катода V ₂ O ₅. Алюминиевая фольга толщиной 8 мкм (чистота 99%, Sigma Aldrich) использовалась в качестве анода и 6 слоев стекловолоконной мембраны (Grade 934-AH, Whatman, Sigma Aldrich) в качестве сепаратора, а хлорид 1-этил-3-метилимидазолия, смешанный с хлорид алюминия в соотношении 1: 1.5 (IoLiTec Ionic Liquids Technologies, Хайльбронн, Германия) был установлен в качестве электролита. Испытания гальваностатического заряда / разряда проводились при 25, 50, 100, 200 и 500 мА g ⁻¹ как плотности тока в диапазоне напряжений 0,2–1,1 В. Таким образом, ячейки выдерживались не менее 2 часов на открытом воздухе. -circuit conditions.h в состоянии напряжения холостого хода (OCV), с последующим предварительным циклированием в течение 50 циклов с силой тока 1000 мА g ^-1. Циклическая вольтамперометрия проводилась в окне напряжения 0.02–1,5 В и 0,2–1,1 В соответственно со скоростью развертки 0,1 мВ с ^–1. Спектроскопию электрохимического импеданса проводили в диапазоне частот 0,1–10 ⁶ Гц и амплитуде 10 мВ. Полученные данные EIS были подобраны с использованием модели эквивалентной схемы ( R ₁ + R ₂/ C ₂ + W _d), включая R ₁ в качестве контактного сопротивления , R ₂ как объемное сопротивление, C ₂ объемная емкость и Вт _d как элемент Варбурга.Испытания стабильности Ta и Cu проводились с помощью CV в окнах потенциалов 0,02–2,5 В и 0,2–1,1 В со скоростью сканирования 1 мВ с ^–1 и 0,1 мВ с ^–1. Все измерения проводились на электрохимических испытательных станциях (VSP300, Biologic и 660C, CH Instruments, Seyssinet Pariset, Франция).
3. Результаты и обсуждение
Самонесущий катод для AIB без связующего был изготовлен из нанокристаллических нановолокон V ₂ O ₅. Нановолокна получают золь-гель методом и растут в результате анизотропной реакции поликонденсации, в результате чего получается прямоугольное поперечное сечение нановолокна с высотой ~ 1.5 нм и шириной 10–20 нм [21]. Они состоят из двухслойного цепочечного расположения полиэдров VO ₅, разделенных слоем молекул воды, который обеспечивает межслоевое расстояние до 1,77 нм [21,29]. Такое расстояние достаточно велико для размещения ионов или даже небольших молекул [2,21]. Длина нановолокон находится в диапазоне нескольких микрометров и может регулироваться температурой хранения и возрастом раствора нановолокон [25,30]. В данном исследовании использованные нановолокна V ₂ O ₅ имеют длину примерно 2 мкм.
Наличие функциональных поверхностных групп, например гидроксильных и оксогрупп, присоединенных к нановолокнам, способствует их самосборке за счет образования водородных связей в самоподдерживающуюся тонкую пленку, похожую на бумагу толщиной в микрометр (а). Самосборка приводит к хорошему расположению нановолокон в плоскости (b) внутри упорядоченной слоистой структуры, как показывает поперечное сечение, показанное в c. Эта высокоупорядоченная структура, состоящая из сгибаемых нановолокон, обусловленная их высоким соотношением сторон, приводит к механической гибкости пленок, которая позволяет придавать им любую желаемую форму (d).Кроме того, механические свойства пленок могут быть изменены с помощью термической обработки, которая поддерживает образование кислородных мостиков между нановолокнами и, таким образом, укрепляет всю структуру [31]. Поэтому тонкие пленки, похожие на бумагу, подвергали термической обработке при 100 ° C. Температура отжига 100 ° C была выбрана для достижения компромисса между содержанием воды и сохранением структурной целостности нановолокон. В частности, важно присутствие воды, поскольку молекулы воды сохраняют необходимое расстояние между слоями.Это расстояние очень важно для внедрения ионов. Кроме того, молекулы воды могут экранировать высокие заряды интеркалированного Al ³⁺, что приводит к более быстрому перемещению ионов в решетку-хозяин, что доказано совместным интеркалированием ионов воды и магния [32]. Состояние гидратации V ₂ O ₅ ∙ n H ₂ O определяет межслоевое расстояние бислоя V ₂ O ₅ [21], которое было исследовано методом рентгеновской дифракции (XRD). ).На рентгеновской дифрактограмме (е) отожженной самонесущей тонкой пленки, похожей на бумагу, видно одно четкое отражение при 8,98 °, которое коррелирует с межслоевым расстоянием 0,984 нм и состоянием гидратации n = ~ 1,15. Для данной работы использовались такие термически обработанные пленки, как самонесущие катоды и катоды без связующего для АИП. Определенная микро- и наноструктура таких электродов должна обеспечивать доступные места интеркаляции и короткие пути диффузии для Al ³⁺, что положительно влияет на кинетические свойства электрода.
( a ) Схематическое изображение получения тонкой пленки пятиокиси ванадия (V ₂ O ₅). Кремниевую пластину помещают в химический стакан, который заполняют дисперсией V ₂ O ₅. Сушка в условиях окружающей среды и удаление кремниевой пластины с тонкой пленки V ₂ O ₅ приводит к получению самонесущей тонкой пленки V ₂ O ₅, напоминающей бумагу. ( b ) АСМ-изображение похожей на бумагу поверхности, показывающее совмещение нановолокон.( c ) СЭМ-изображение бумаги V ₂ O ₅, показывающее слоистую структуру. ( d ) Формованная бумага V ₂ O ₅, демонстрирующая гибкость. ( e ) Рентгенограмма бумаги V ₂ O ₅.
Было показано, что электропроводность ксерогелей V ₂ O ₅, состоящих из нановолокон, легированных серебром или медью, повышена более чем на два порядка [26]. Соответственно, мы улучшаем проводимость нашего катодного материала V ₂ O ₅ за счет одноступенчатого легирования.Этот подход использует преимущества синергизма растворения Cu под действием ионного жидкого электролита на основе имидазолия [10,12,14] и миграции Cu в катод V ₂ O ₅. Основываясь на том факте, что коррозия Cu в этом электролите происходит около 1,5 В по сравнению с Al / Al ³⁺ [18], мы провели электрохимические испытания с 1,5 В в качестве потенциала отсечки, гарантируя растворение Cu и, следовательно, подход к легированию. . В заключение, одностадийный подход состоит из одновременного легирования катода медью и электрохимической интеркаляции Al ³⁺.Наш самонесущий катод без связки V ₂ O ₅ был помещен на медную фольгу, которая действует как источник легирующей примеси. Алюминиевая фольга использовалась в качестве противоэлектрода, а стекловолоконные мембраны — в качестве разделителя. Смесь хлорида 1-этил-3-метилимидазолия ([EMIM] Cl]) и хлорида алюминия (AlCl ₃) использовалась в качестве электролита в соотношении 1: 1,5, что гарантирует присутствие AlCl ₄ ^— и Al ₂ Cl ₇ ^— комплексов [10].Для наших исследований мы использовали электролизер Swagelok с контактами из нержавеющей стали, защищенный фольгой из промышленного полиэтилена (PE), чтобы избежать реакций с электролитом.
Измерения циклической вольтамперометрии (CV) показывают обратимое интеркалирование ионов, как показано на a. Этот результат указывает на то, что электропроводность катода повышается за счет легирования Cu и достаточно высока для поддержки интеркаляции Al ³⁺. В частности, два различных потенциала интеркаляции при 0,79 В и 0,64 В и потенциалы деинтеркаляции 0.Видны 80 В и 0,94 В. Потенциалы интеркаляции выше, чем сообщалось для электродов Ni-V ₂ O ₅ без связующего (0,6 В), что свидетельствует о влиянии пониженной электрохимической поляризации из-за отсутствия связующих [12]. Более того, два наблюдаемых пика де- / интеркаляции могут быть коррелированы с двумя разными сайтами интеркаляции, обнаруженными для структур V ₂ O ₅, описанных для интеркаляции Li ⁺ и Mg ²⁺ [33].В частности, более высокий потенциал интеркаляции коррелирует с внедрением ионов в узлы внутреннего слоя блока VO ₅ (участок а в b), который находится вблизи плоских квадратных атомов кислорода. Аналогичным образом, более низкий потенциал интеркаляции коррелирует с внедрением ионов в места, близкие к апикальному атому кислорода единицы VO ₅ (участок b в b). Кривая CV дополнительно показывает более сильный пик при более высоком потенциале интеркаляции, указывая на то, что вставленный Al ³⁺ предпочитает интеркаляцию на сайтах внутреннего слоя (сайт-a).Объяснение этого явления может заключаться в том, что этот участок предлагает четырехкратную координацию атомами кислорода, таким образом, лучшую аккомодацию заряда интеркалированного иона [34].
( a ) Кривая циклической вольтамперометрии второго цикла при скорости сканирования 0,1 мВ с ^-1, выявляющая два потенциала де- / интеркаляции. ( b ) Схематическое изображение двух различных сайтов интеркаляции рядом с плоским атомом кислорода (сайт-a) и рядом с апикальным атомом кислорода (сайт-b) звеньев VO ₅.
Упрощенный механизм реакции процессов де- / интеркаляции в V ₂ O ₅ представлен в. Как правило, Al ³⁺ отделяется от алюминиевого анода во время процесса разряда (а) и образуется с AlCl ₄ ^— и более крупным комплексом Al ₂ Cl ₇ ^—, который распадается на AlCl ₄ ^— и Al ³⁺ на границе раздела между электролитом и катодом. Таким образом, доступен Al ³⁺, который впоследствии внедряется в решетку-хозяин V ₂ O ₅.В процессе интеркаляции происходят следующие упрощенные реакции:
Анод: Al — 3 e ^— → Al ³⁺,
(1)
Катод: V ₂ O ₅ + x Al ³⁺ + 3 e ^— → Al _x V ₂ O ₅,
(2)
Упрощенное схематическое изображение реакций, протекающих в процессе разряда и заряда в легированной меди V ₂ O ₅ катод.( a ) В процессе разряда Al ³⁺ электрохимически отделяется от алюминиевого анода и внедряется в катод V ₂ O ₅ через промежуточное соединение Al ₂ Cl ₇ ^— сложный. ( b ) В процессе зарядки Al ³⁺ деинтеркалируется с катода V ₂ O ₅, образуя промежуточный комплекс Al ₂ Cl ₇ ^—, и осаждается металлический Al. на аноде.
В процессе зарядки происходит деинтеркаляция Al ³⁺ (б), приводящая к образованию комплекса Al ₂ Cl ₇ ^— на границе раздела между электролитом и катодом. Образовавшийся комплекс Al ₂ Cl ₇ ^— диссоциирует на анодной стороне на AlCl ₄ ^— и металлический Al. Последний впоследствии осаждается на аноде из алюминия. Следовательно, реакции деинтеркаляции протекают согласно:
Анод: 4 Al ₂ Cl ₇ ^— + 3 e ^— → Al + 7 AlCl ₄ ^—,
(3)
Катод: Al _x V ₂ O ₅ — 3 e ^— → V ₂ O ₅ + x Al ³⁺,
(4)
Обратимость реакции отгонки (Уравнение (1)) и осаждения (Уравнение (3)) напрямую связана с отношением [EMIM] Cl к AlCl ₃ и получаемой кислотностью электролита.Для достижения требуемой кислотности соотношение должно находиться в диапазоне от 1: 1 до 1: 2, чтобы гарантировать удаление алюминия и осаждение [23].
На основании того факта, что Cu растворяется в электролите, как показано в b, мы заключаем, что легирование Cu происходит во время электрохимических процессов в катоде V ₂ O ₅. С этой целью мигрированная Cu может необратимо реагировать с V ₂ O ₅ на бронзу Cu _x V ₂ O ₅, аналогично химически легированной Cu _x V ₂ O ₅ бронза [26].Чтобы охарактеризовать влияние легирования Cu на структуру и морфологию нашего катода, мы выполнили ex-situ XRD-анализ катодов после второго и восьмого циклов CV. Полученные дифрактограммы (рис. S1, подтверждающая информация) показывают, что основное отражение около 9,00 °, наблюдаемое для чистого катода (d), также присутствует для катода V ₂ O ₅, легированного медью, после обоих измерений CV. Это указывает на то, что структурная целостность, например V ₂ O ₅ стопки листов, нашего катода сохраняется.Однако небольшой сдвиг в сторону более высоких значений 2θ (от 8,98 ° до 9,44 °) показывает, что расстояние между листами V ₂ O ₅ уменьшается. Причиной может быть притяжение между положительными ионами Cu и отрицательно заряженными листами V ₂ O ₅ [26]. Кроме того, химическая стабильность электрода типа бумаги V ₂ O ₅ в использованном электролите на основе ионной жидкости показана неизменными рентгенограммами электрода после циклирования.Если бы произошла какая-либо реакция, то переключение электродов было бы невозможным. Для визуализации стабильности электрода были сделаны цифровые изображения V ₂ O ₅, погруженного в электролит на основе ионной жидкости, через 0 мин, 30 мин, 60 мин и 20 ч (рис. S2, вспомогательная информация).
Для дальнейшего исследования влияния мигрировавшей Cu на морфологию катода V ₂ O ₅ мы провели ex-situ просвечивающую электронную микроскопию (ПЭМ) на катоде после циклов разряда.Исследование катода с помощью просвечивающего электронного микроскопа ex-situ после двух циклов CV показало типичную многослойную укладку листов V ₂ O ₅ (рисунок S3, вспомогательная информация). Напротив, ПЭМ-микрофотографии катода, циклически повторяемого в течение восьми циклов CV (а), показали регулярную укладку листов V ₂ O ₅ и однородно распределенные выделения (темные области на) по всему поперечному сечению. Осадки имеют сферическую форму (б) со средним диаметром 9.18 ± 3,30 нм (в) и имеют плоскости кристаллической решетки с расстоянием между решетками в диапазоне 0,2–0,3 нм (г). Предполагается, что такие преципитаты зарождаются в пустотах или местах несовершенного выравнивания нановолокон или в точках соединения между нановолокнами, которые служат пятнами гетерогенного зародышеобразования для образующихся преципитатов. Их локальный химический состав определяется методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX). Высокое количество ванадия и меди, обнаруженное с помощью элементного картирования, связано с миграцией Cu в катод V ₂ O ₅.Количественный анализ (таблица S1, дополнительная информация) показал, что матрица V ₂ O ₅ (светлая область в) демонстрирует соотношение ванадия к меди примерно 1: 1. Напротив, осадки показывают значительно большее количество меди, чем ванадий, при соотношении ванадия к меди 3: 4. Таким образом, мы заключаем, что мигрирующая Cu приводит к легированию нашего катода V ₂ O ₅ и образует обогащенные Cu выделения (см. Рисунки S4 и S5, дополнительная информация), которые равномерно распределены по всему катоду.
Изображения поперечного сечения катода, подвергнутого восьмикратным циклам во время исследований CV, полученные во время исследования просвечивающим электронным микроскопом ex-situ. Обзор исследуемого сечения показан на изображении ( a ). Черные области соответствуют выделениям с высоким содержанием меди, которые равномерно распределены по всему образцу. Изображения ( b — d ) представляют собой пятна с большим увеличением из изображения ( a ).
Наш вывод был подтвержден определением электропроводности, которая значительно усиливается легированием Cu [26].Электропроводность наших катодов V ₂ O ₅ состоит из электронного и ионного вкладов, в частности, прыжков электронов вдоль центров ванадия (V ⁵⁺ и V ⁴⁺) и диффузии протонов вдоль поверхности нановолокна. соответственно [21,25]. Электропроводность в плоскости в диапазоне 2 См · см ⁻¹ [25,31], который параллелен листам V ₂ O ₅, примерно на пять порядков выше, чем вне плоскости. электропроводность [31].В настоящей работе мы исследовали проводимость наших катодов V ₂ O ₅ вне плоскости, поскольку она является ограничивающим фактором для электрохимических испытаний. Мы определили значение 0,16 ∙ 10 ⁻⁶ См см ⁻¹ для катода до цикла CV, тогда как после второго и восьмого циклов CV удельная электропроводность составила 0,07 ∙ 10 ⁻² См см ⁻¹. и 0.16 ∙ 10 ⁻² См см ⁻¹ соответственно. Это значительное увеличение на четыре порядка подтверждает несколько фактов.Во-первых, легирование Cu сопровождается увеличением электропроводности. Во-вторых, уже после двух циклов CV некоторое количество Cu перемещается, хотя и не видно с помощью ПЭМ. Наконец, двукратное увеличение проводимости катода после восьми циклов по сравнению со значениями после двух циклов подчеркивает значительное влияние легирования медью на электрическую проводимость.
Основываясь на всех этих выводах, мы дополнительно оптимизировали нашу ячейку, чтобы избежать всех нежелательных побочных реакций.В связи с этим пластины Ta были закреплены на контактах из нержавеющей стали, которые впоследствии были покрыты прозрачным лаком для предотвращения любой реакции между нержавеющей сталью и электролитом (см. Рисунок S6, Дополнительная информация). Кроме того, мы определили оптимальное окно напряжения, при котором не происходит побочных реакций, связанных с настройкой ячейки. Для этой цели CV был выполнен в конфигурации пластины Ta по сравнению с Ta в диапазоне напряжений 0,02–2,5 В со скоростью сканирования 1 мВ с ^–1 (рисунок S7, вспомогательная информация).Кривая CV показала, что побочные реакции начинаются при ~ 1,5 В, что связано либо с Ta-пластиной, либо с коррозией прозрачного лака. Кроме того, некоторые незначительные побочные реакции наблюдались ниже 0,2 В. Кроме того, было важно определить, при каком потенциале начинается растворение Cu, чтобы использовать Cu в качестве источника легирования. Поэтому мы выполнили электрохимические измерения для чистой медной фольги в качестве катода (рис. S8, дополнительная информация). Мы наблюдали слабые пики на ВАХ для потенциалов выше 1.0 В, что мы коррелировали с побочными реакциями или медной коррозией. Соответственно, для электрохимических исследований было установлено окно потенциалов от 0,2 В до 1,1 В. Он поддерживает необходимое растворение меди, предотвращает сильную коррозию меди и обеспечивает стабильность токоприемников. По данным спектроскопии электрохимического импеданса (EIS), измеренной на конфигурации пластины Ta по сравнению с Ta, проводимость по ионам алюминия была оценена как 5,54 × 10 ⁻³ См · см ⁻¹, что сопоставимо с другими известными электролитами [35 , 36].
Эта оптимизированная установка ячейки была использована для электрохимических характеристик чистого катода V ₂ O ₅ (pV ₂ O ₅) в качестве эталона и легированного медью катода V ₂ O ₅ ( V ₂ O ₅ / Cu). Источником Cu служила медная фольга толщиной в микрометр, помещенная между катодом и пластиной Ta. Соответствующие кривые CV, полученные после двух циклов для обоих катодов, представлены на рис. Кривая CV p-V ₂ O ₅ показывает отсутствие электрохимических характеристик вообще из-за отсутствия каких-либо пиков интеркаляции и деинтеркаляции.Напротив, CV-кривая V ₂ O ₅ / Cu показывает два четких пика интеркаляции при потенциалах 0,82 В и 0,65 В и два пика деинтеркаляции при 0,79 В и 0,96 В. Это подчеркивает важность Присутствие Cu влияет на электрохимические характеристики катода, что связано только с повышенной электропроводностью катода. Чтобы доказать, что Cu не является электрохимически активным в пределах используемого диапазона напряжений, были проведены дополнительные испытания. Соответствующие измерения CV и гальваностатического заряда / разряда с неизолированной медью в качестве катода представлены на рисунках S8 – S10 (вспомогательная информация).Точно так же пики потенциалов также указывают на то, что две позиции интеркаляции заняты ионами, как объяснялось перед сайтом-a и сайтом-b. Здесь следует отметить, что мы наблюдали два потенциала де- / интеркаляции, тогда как во всех других опубликованных работах указан только один потенциал. В этом отношении потенциал интеркаляции при 0,65 В аналогичен сообщаемым потенциалам внедрения для различных кристаллических AIB на основе V ₂ O ₅ [11,12,13,23], в то время как второй потенциал интеркаляции равен 0.82 В сравнимо с наблюдаемым вводимым потенциалом 0,8 В, сообщенным Chiku et al. [15], для катода из аморфного композита V ₂ O ₅ / C, смешанного с углеродной сажей и политетрафторэтиленом (ПТФЭ). Наличие двух доступных сайтов интеркаляции и, следовательно, двух наблюдаемых пиков для нашей тонкой пленки V ₂ O ₅, напоминающей бумагу, соответствует морфологии, состоящей из кристаллических нановолокон и их аморфному расположению. Таким образом, мы могли сделать вывод, что сайт интеркаляции -a (0.82 В) относится к аморфной фракции, а участок b (0,65 В) — к нановолокнам. Было бы очень интересно исследовать взаимосвязь между структурой и сайтами интеркаляции более подробно, чтобы еще больше заявить о преимуществах таких самоорганизующихся электродов без связующего.
Кривые циклической вольтамперометрии при скорости сканирования 0,1 мВ с ⁻¹ ( a ) секундных циклов для pV ₂ O ₅ и V ₂ O ₅ / Cu, что свидетельствует о важности мигрировавшая Cu, а также для ( b ) циклов 2, 4 и 8 V ₂ O ₅ / Cu.
Кроме того, мы наблюдали изменение положения потенциалов интеркаляции и деинтеркаляции после четвертого и восьмого циклов для V ₂ O ₅ / Cu, как показано на b. Положения пиков немного смещены в сторону более низких потенциалов, что указывает на то, что для диффузии ионов через материал требуется меньше энергии. Это можно объяснить тем фактом, что границы раздела между катодным материалом и электролитом образуются и впоследствии стабилизируются продолжающимися процессами интеркаляции и деинтеркаляции.Кривые CV на b показывают уменьшение плотности тока для потенциала интеркаляции ~ 0,65 В и потенциала деинтеркаляции ~ 0,79 В. Эти потенциалы упоминаются как сайт интеркаляции-b вблизи апикального атома кислорода. Сообщается, что это же место является благоприятным местом для размещения Cu, используемого для допирования ксерогелей V ₂ O ₅ [34]. Таким образом, ВАХ показывают необратимое встраивание Cu в наш катод во время электрохимического циклирования. В связи с этим наши результаты показывают, что Cu мигрирует в сайт-b, поэтому доступно меньше сайтов интеркаляции для Al ³⁺.В отличие от этого, пиковая интенсивность для потенциала интеркаляции 0,82 В и потенциала деинтеркаляции 0,96 В (соответствующего сайту-a) не изменилась. Это указывает на обратимое внедрение Al ³⁺ и на то, что интеркаляция в сайте-a, рядом с плоским атомом кислорода звеньев VO ₅, является благоприятной.
Измерения CV были дополнены испытаниями гальваностатического заряда / разряда для определения удельной накопительной емкости наших самонесущих катодов, не содержащих связующего вещества, V ₂ O ₅.a представляет собой удельную разрядную емкость как функцию количества циклов для pV ₂ O ₅, демонстрируя очень низкую разрядную емкость до ~ 2,3 мАч g ^-1 при самой низкой приложенной плотности тока 25 мА g ^{— 1}. Низкие разрядные емкости обнаружены для всех скоростей тока, и не видно четких плато интеркаляции и деинтеркаляции (b). Эти результаты подтверждают, что p-V ₂ O ₅ вообще не показывает электрохимических характеристик, как уже показали измерения CV (а).Низкая разрядная емкость по сравнению с другими заявленными катодами на основе V ₂ O ₅ с углеродной сажей в качестве проводящего агента объясняется очень низкой электропроводностью pV ₂ O ₅, изготовленных только из активных материал.
Измерения гальваностатического заряда и разряда с различной плотностью тока, как показано на диаграммах. Удельная емкость памяти в зависимости от номера цикла. ( a ) Удельная пропускная способность p-V ₂ O ₅.( b ) График зависимости потенциала от удельной производительности для p-V ₂ O ₅. ( c ) Удельная пропускная способность p-V ₂ O ₅ и V ₂ O ₅ / Cu. ( d ) График зависимости потенциала от удельной емкости для V ₂ O ₅ / Cu. ( e ) Емкость заряда / разряда и кулоновская эффективность катода V ₂ O ₅ / Cu.
Это становится еще более очевидным при сравнении удельных емкостей хранения катодов p-V ₂ O ₅ и V ₂ O ₅ / Cu (c).Перед всеми экспериментами по зарядке / разрядке элементы подвергаются предварительным циклам из 50 циклов при силе тока 1000 мА g ^-1. Этот предварительный цикл для V ₂ O ₅ / Cu был использован для индукции миграции Cu в катод V ₂ O ₅ (Рисунок S11, вспомогательная информация). Для дальнейшего изучения влияния мигрировавшей меди на электрическую проводимость предварительное циклирование было объединено с измерениями EIS. Следовательно, в течение первых 20 циклов и циклов 30, 40 и 50 EIS выполнялись в полностью заряженном и разряженном состоянии.Полученные данные EIS были сопоставлены с соответствующей моделью эквивалентной схемы и было определено объемное сопротивление (Рисунок S12, Дополнительная информация). Сопротивление в полностью разряженном состоянии не зависит от предварительного цикла и остается постоянным. Однако в полностью заряженном состоянии, где отсутствует Al ³⁺, сопротивление постоянно уменьшается. Это уменьшение сопротивления или увеличение проводимости приписывается перемещенной Cu.
Для всех исследованных плотностей тока (c) были определены гораздо более высокие разрядные емкости для V ₂ O ₅ / Cu.Соответствующие профили емкости для первых циклов в зависимости от плотности тока показаны на d. В частности, мы определили удельные разрядные емкости 6 мАч g ⁻¹, 16 мАч g ⁻¹, 27 мАч g ⁻¹, 53 мАч g ⁻¹ и 155 мАч g ⁻¹ с соответствующие кулоновские эффективности 99%, 88%, 81%, 72% и 65% при плотности тока 500 мА г ^-1, 200 мА г ^-1, 100 мА г ^-1, 50 мА г ⁻¹ и 25 мА г ⁻¹.e показывает удельную зарядку, разрядную емкость и кулоновский КПД по циклам для приложенных плотностей тока. Начальный кулоновский КПД (ICE) составляет около 95% при плотности тока 500 мА г ^-1. Низкая кулоновская эффективность и видимые падения потенциала в d указывают на незначительные побочные реакции. Побочные реакции при этом потенциале не вызваны ни электролитом, ни электрохимической стабильностью электрода V ₂ O ₅ (рис. S2, дополнительная информация).Однако в основном они связаны с растворением Cu. Эти побочные реакции более выражены в процессе зарядки при низких плотностях тока, что приводит к снижению кулоновского КПД до 70%.
Диаграмма в e далее показывает, что емкость накопителя и кулоновская эффективность стабилизируются во времени путем сравнения первого и второго блоков пяти плотностей тока. Более того, видно, что наш катод обеспечивает постоянную разрядную емкость ~ 25 мА · ч · г ^-1 при плотности тока 100 мА · г ^-1.Кроме того, кулоновский КПД, близкий к 100%, подчеркивает высокую обратимость по отношению к интеркаляции Al ³⁺ и стабильность циклов в течение 300 циклов. Последнее объясняется способностью микроструктуры катода эффективно выдерживать нагрузки при циклическом воздействии.
Влияние мигрировавшей меди на электрическую проводимость катодов проявляется в разрядных емкостях p-V ₂ O ₅ и V ₂ O ₅ / Cu.В частности, для максимальной плотности тока разрядная емкость для V ₂ O ₅ / Cu примерно на 150% выше, чем для p-V ₂ O ₅. Мы предполагаем, что миграция Cu в V ₂ O ₅ / Cu является самоограничивающимся процессом. При циклическом изменении наблюдается плато, относящееся к насыщению мигрировавшей Cu внутри катода. Насыщение происходит из-за необратимой миграции Cu, поэтому количество доступных сайтов интеркаляции уменьшается. Кроме того, насыщение Cu сопровождается увеличением электропроводности катода.Это позволяет повысить де- / интеркаляцию Al ³⁺ до 0,38 моля алюминия на единицу V ₂ O ₅. Более того, оптимизация источника легирующей примеси была бы полезной для достижения компромисса между количеством мигрировавшей Cu, результирующей повышенной электропроводностью и доступностью сайтов интеркаляции Al ³⁺.
Для подтверждения нашей концепции изготовления самонесущего катода без связующего V ₂ O ₅ по сравнению с другими катодными материалами для AIB плотность энергии была рассчитана и сведена в Таблицу S2 (Дополнительная информация).Мы определили плотность энергии для V ₂ O ₅ / Cu 74 Вт · ч кг ⁻¹ (173 мА · ч · г ⁻¹ при 25 мА · г ⁻¹), что сопоставимо с электродом на углеродной основе. материалы [10,14,17,19]. Кроме того, плотность энергии наших катодов на основе V ₂ O ₅ / Cu превосходит значения других заявленных катодов на основе V ₂ O ₅ [11,12,13,15,22,23]. Это улучшение частично объясняется отсутствием связующих при изготовлении электродов.Кроме того, эти электроды, изготовленные исключительно из активного материала, собраны в однородную выровненную микроструктуру. Преимуществом этой микроструктуры является улучшенная доступность для ионов по всему электроду. Таким образом, облегчается миграция Cu и де- / интеркаляция Al ³⁺, что значительно увеличивает электропроводность и накопительную способность, соответственно. Эти открытия представляют собой большой скачок в разработке новых усовершенствованных электродов для AIB.
4. Выводы
Мы успешно получили самонесущую тонкую бумажную пленку, не содержащую связующего вещества, состоящую из нановолокон V ₂ O ₅, легированных медью, что позволяет использовать ее в качестве катодного материала для AIB. Легирование Cu основано на растворении Cu электролитом на основе ионной жидкости и последующей миграции Cu в пленки V ₂ O ₅. Хотя миграция Cu заметно увеличивает электропроводность пленок, их высокая механическая стабильность и гибкость, обусловленная их регулярной иерархической структурой слоев, эффективно сохраняется после легирования Cu.Самоограничивающийся процесс легирования гарантирует высокую плотность участков аккомодации, доступных для Al ³⁺, и одновременно способствует их интеркаляции. Таким образом достигается удельная разрядная емкость ~ 170 мАч g ^-1 при плотности тока 25 мА g ^-1, что приводит к плотности энергии 74 Втч кг ^-1. Кроме того, кулоновский КПД почти 100% достигается за 300 циклов при еще более высокой плотности тока. В целом, наши выводы дают ценную информацию о том, как преодолеть текущие проблемы в развитии AIB.Продемонстрированный подход можно перенести на производство других батарей, работающих с многовалентными катионами.
Благодарности
Авторы благодарят группу Дж. Спатца и лабораторию наноструктурирования Дж. Вайса из Института Макса Планка в Штутгарте за использование оборудования и техническую поддержку, а также группу Г. Шмитца из Института материалов. Наука Штутгартского университета за использование ТЕА. Авторы благодарны Т. Янке и Р. Лавицки за помощь ТЕА, Т.Вернеру за техническую поддержку, М. Виденмейеру и Л. Раафату за плодотворные обсуждения и А. Шиллингу за помощь в проведении экспериментов. Мы высоко ценим финансовую поддержку, оказываемую Vector Stiftung (номер проекта: 00
).
Дополнительные материалы
Следующие материалы доступны в Интернете по адресу https://www.mdpi.com/2079-4991/10/2/247/s1, Рисунок S1: Рентгенограмма первичных и циклических образцов, Рисунок S2: Стабильность бумаги в использованном электролите на основе ионной жидкости,: изображения TEM Ex-situ после двух циклов CV,: исследование TEM / EDX Ex-situ после восьми циклов CV, Таблица S1: Количественный анализ EDX после восьми циклов CV, Рисунок S5: Электронограмма , Рисунок S6: Схема используемой установки ячейки, Рисунок S7: Испытание стабильности тантала в электролите и окно напряжения, Рисунок S8: CV-сканирование для чистой меди в качестве катода, Рисунок S9: Сравнение V ₂ O ₅ / Cu и Cu в качестве катодов, Рисунок S10: Испытание гальваностатического заряда / разряда для чистой меди в качестве катода, Рисунок S11: Исследование предварительного цикла с помощью тестов гальваностатического заряда / разряда.Рисунок S12: Сопротивление в зависимости от количества циклов предварительного цикла, Таблица S2: Сравнение различных активных материалов в отношении их емкости и плотности энергии.
Вклад авторов
Рукопись написана с участием всех авторов. Концептуализация, A.M.D. и Z.B .; методология, A.M.D. и B.F .; проверка, A.M.D., J.B. и Z.B .; расследование, A.M.D .; письменная — подготовка оригинального черновика, A.M.D .; написание — просмотр и редактирование, A.M.D., J.B. и Z.B .; наблюдение, Дж.Б. и З.Б .; администрация проекта, Z.B .; привлечение финансирования, Z.B. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.
Финансирование
Эта работа финансировалась Vector Stiftung (номер проекта: 00
).
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Список литературы
1. Armand M., Tarascon J.-M. Строим батареи лучше. Природа. 2008; 451: 652–657. DOI: 10.1038 / 451652a. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 2.Моретти А., Пассерини С. Двухслойная наноструктура V ₂ O ₅ · nH ₂ O для металлических батарей. Adv. Energy Mater. 2016; 6: 1600868. DOI: 10.1002 / aenm.201600868. [CrossRef] [Google Scholar] 3. Yao J., Li Y., Massé R.C., Uchaker E., Cao G. Возродили интерес к пятиокиси ванадия в качестве катодного материала для литий-ионных батарей и других материалов. Материя хранения энергии. 2018; 11: 205–259. DOI: 10.1016 / j.ensm.2017.10.014. [CrossRef] [Google Scholar] 4. Уиттингем М.С. Литиевые батареи и катодные материалы.Chem. Ред. 2004; 104: 4271–4302. DOI: 10.1021 / cr020731c. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 5. Этачери В., Маром Р., Элазари Р., Салитра Г., Аурбах Д. Проблемы разработки передовых литий-ионных аккумуляторов: обзор. Energy Environ. Sci. 2011; 4: 3243–3262. DOI: 10.1039 / c1ee01598b. [CrossRef] [Google Scholar] 6. Макналти Д., Бакли Д. Н., О’Двайер С. Синтез и электрохимические свойства материалов и структур оксида ванадия в качестве положительных электродов литий-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии. 2014; 267: 831–873.DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2014.05.115. [CrossRef] [Google Scholar] 7. Канепа П., Сай Гаутам Г., Ханна Д.К., Малик Р., Лю М., Галлахер К.Г., Перссон К.А., Седер Г. Одиссея многовалентных катодных материалов: открытые вопросы и будущие задачи. Chem. Ред. 2017; 117: 4287–4341. DOI: 10.1021 / acs.chemrev.6b00614. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 8. Элиа Г.А., Марквардт К., Хёппнер К., Фантини С., Лин Р., Книпинг Э., Питерс В., Дрилле Дж .-Ф., Пассерини С., Хан Р. Обзор и перспективы развития алюминиевых батарей.Adv. Матер. 2016; 28: 7564–7579. DOI: 10.1002 / adma.201601357. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 9. Дас С.К., Махапатра С., Лахан Х. Алюминий-ионные батареи: разработки и проблемы. J. Mater. Chem. А. 2017; 5: 6347–6367. DOI: 10.1039 / C7TA00228A. [CrossRef] [Google Scholar] 10. Линь М.-К., Гонг М., Лу Б., Ву Ю., Ван Д.-Й., Гуань М., Энджелл М., Чен С., Ян Дж., Хван Б.-Дж. и др. al. Сверхбыстрый перезаряжаемый алюминиево-ионный аккумулятор. Природа. 2015; 520: 324–328. DOI: 10,1038 / природа14340. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 11.Гу С., Ван Х., Ву К., Бай Й., Ли Х., Ву Ф. Подтверждение обратимого механизма хранения Al3 + за счет внедрения Al ³⁺ в нанопроволоки V ₂ O ₅ в перезаряжаемом алюминии аккумулятор. Материя хранения энергии. 2017; 6: 9–17. DOI: 10.1016 / j.ensm.2016.09.001. [CrossRef] [Google Scholar] 12. Ван Х., Бай Й., Чен С., Ло Х., Ву К., Ву Ф., Лу Дж., Амин К. Без связующего вещества V ₂ O ₅ Катод для более экологичной перезаряжаемой алюминиевой батареи. Acs Appl. Матер. Интерфейсы.2015; 7: 80–84. DOI: 10.1021 / am508001h. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 13. Джаяпракаш Н., Дас С.К., Арчер Л.А. Аккумуляторная алюминий-ионная батарея. Chem. Commun. 2011; 47: 12610–12612. DOI: 10.1039 / c1cc15779e. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 14. Ван Д.-Й., Вэй С.-Й., Линь М.-К., Пань С.-Дж., Чжоу Х.-Л., Чен Х.-А., Гонг М., Ву Ю., Юань К., Энджелл М. и др. Усовершенствованный перезаряжаемый ионно-алюминиевый аккумулятор с высококачественным катодом из натурального графита. Nat. Commun. 2017; 8: 14283. DOI: 10,1038 / ncomms14283.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 15. Чику М., Такеда Х., Мацумура С., Хигучи Э., Иноуэ Х. Положительный электрод из аморфного оксида ванадия / углеродного композита для аккумуляторной алюминиевой батареи. Acs Appl. Матер. Интерфейсы. 2015; 7: 24385–24389. DOI: 10.1021 / acsami.5b06420. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 16. Рид Л.Д., Менке Э. Роль V ₂ O ₅ и нержавеющей стали в перезаряжаемых алюминиево-ионных батареях. J. Electrochem. Soc. 2013; 160: A915 – A917. DOI: 10,1149 / 2.114306jes. [CrossRef] [Google Scholar] 17. Smajic J., Alazmi A., Batra N., Palanisamy T., Anjum D.H., Costa P.M.F.J. Мезопористый восстановленный оксид графена как катод большой емкости для алюминиевых батарей. Небольшой. 2018; 14: 1803584. DOI: 10.1002 / smll.201803584. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 18. Ван С., Ю З., Ту Дж., Ван Дж., Тиан Д., Лю Ю., Цзяо С. Новая алюминий-ионная батарея: Al / AlCl3- [EMIm] Cl / Ni3S2 @ Graphene. Adv. Energy Mater. 2016; 6: 1600137. DOI: 10.1002 / aenm.201600137. [CrossRef] [Google Scholar] 19.Zhang Q., Wang L., Wang J., Xing C., Ge J., Fan L., Liu Z., Lu X., Wu M., Yu X. и др. Низкотемпературный синтез графеновой бумаги с богатыми краями для высокопроизводительных алюминиевых батарей. Материя хранения энергии. 2018; 15: 361–367. DOI: 10.1016 / j.ensm.2018.06.021. [CrossRef] [Google Scholar] 20. Бауриял П., Махата А., Патак Б. Стадийный механизм внедрения AlCl 4 в графитовый электрод для алюминиево-ионной батареи. Phys. Chem. Chem. Phys. 2017; 19: 7980–7989. DOI: 10.1039 / C7CP00453B. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 21.Livage J. Гели пятиокиси ванадия. Chem. Матер. 1991; 3: 578–593. DOI: 10,1021 / см00016a006. [CrossRef] [Google Scholar] 22. Wang H., Bi X., Bai Y., Wu C., Gu S., Chen S., Wu F., Amine K., Lu J. Открытая структура V ₂ O ₅ · nH ₂ O Нанофлейки как высокообратимый катодный материал для одновалентных и мультивалентных интеркаляционных батарей. Adv. Energy Mater. 2017; 7: 1602720. DOI: 10.1002 / aenm.201602720. [CrossRef] [Google Scholar] 23. Ван Х., Гу С., Бай Ю., Чен С., Чжу Н., Ву К., Ву Ф. Анион-эффекты на электрохимические свойства ионных жидких электролитов для аккумуляторных алюминиевых батарей. J. Mater. Chem. А. 2015; 3: 22677–22686. DOI: 10.1039 / C5TA06187C. [CrossRef] [Google Scholar] 24. Гонсалес Дж. Р., Насимиенто Ф., Кабелло М., Алькантара Р., Лавела П., Тирадо Дж. Л. Обратимое внедрение алюминия в ксерогель пятиокиси ванадия для водных аккумуляторных батарей. Rsc Adv. 2016; 6: 62157–62164. DOI: 10.1039 / C6RA11030D. [CrossRef] [Google Scholar] 25. Дием А.М., Кноллер А., Бургхард З., Билл Дж. Отдельно стоящие наноструктурированные пленки пятиокиси ванадия для металл-ионных аккумуляторов. Наноразмер. 2018; 10: 15736–15746. DOI: 10.1039 / C8NR04033H. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 26. Кустье Ф., Хилл Дж., Оуэнс Б. Б., Пассерини С., Смирл В. Легированные оксиды ванадия в качестве основных материалов для интеркаляции лития. J. Electrochem. Soc. 1999; 146: 1355–1360. DOI: 10,1149 / 1,13_{. [CrossRef] [Google Scholar] 27. Кустье Ф., Хареро Г., Пассерини С., Смирл В. Характеристики ксерогеля V ₂ O ₅, легированного медью, в сборке монетоприемников.J. Источники энергии. 1999; 83: 9–14. DOI: 10.1016 / S0378-7753 (99) 00243-8. [CrossRef] [Google Scholar] 28. Джорджетти М., Мукерджи С., Пассерини С., МакБрин Дж., Смирл В.Х. Доказательства обратимого образования металлической меди в катодах ксерогеля Cu0,1 V 2 O 5 во время циклического интеркалирования ионов Li ⁺, обнаруженных с помощью рентгеновской абсорбционной спектроскопии. J. Electrochem. Soc. 2001; 148: A768 – A774. DOI: 10,1149 / 1,1379029. [CrossRef] [Google Scholar] 29. Петков В., Трикалитис П.Н., Бозин Е.С., Биллинге С.Дж.Л., Фогт Т., Канацидис М.Г. Структура V ₂ O ₅ · nH ₂ O Ксерогель, решенный методом функции распределения пар атомов. Варенье. Chem. Soc. 2002; 124: 10157–10162. DOI: 10.1021 / ja026143y. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 30. Пак С.Дж., Ха Дж.С., Чанг Ю.Дж., Ким Г.Т. Зависимая от времени эволюция нанопроволок пятиокиси ванадия в золях. Chem. Phys. Lett. 2004; 390: 199–202. DOI: 10.1016 / j.cplett.2004.04.024. [CrossRef] [Google Scholar] 31. Бургхард З., Лайневебер А., ван Акен П.А., Дюфо Т., Бургхард М., Билл Дж. Армированная водородными связями бумага из ванадиевого нановолокна высокой жесткости. Adv. Матер. 2013; 25: 2468–2473. DOI: 10.1002 / adma.201300135. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 32. Саи Гаутам Г., Канепа П., Ричардс В.Д., Малик Р., Седер Г. Роль структурного H ₂ O в интеркаляционных электродах: случай Mg в нанокристаллическом Xerogel-V ₂ O ₅. Nano Lett. 2016; 16: 2426–2431. DOI: 10.1021 / acs.nanolett.5b05273. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 33.Имамура Д., Мияяма М. Характеристика интеркалированных магнием V ₂ O ₅ / углеродных композитов. Ион твердого тела. 2003. 161: 173–180. DOI: 10.1016 / S0167-2738 (03) 00267-4. [CrossRef] [Google Scholar] 34. Джорджетти М., Берреттони М., Смирл В.Х. Doped V ₂ O _{5 Катодные материалы на основе}: куда идет легирующий металл? Исследование рентгеновской абсорбционной спектроскопии. Chem. Матер. 2007; 19: 5991–6000. DOI: 10,1021 / см701910c. [CrossRef] [Google Scholar] 35. Ли Х., Янилмаз М., Toprakci O., Fu K., Zhang X. Обзор последних разработок в области мембранных сепараторов для перезаряжаемых литий-ионных батарей. Energy Environ. Sci. 2014; 7: 3857–3886. DOI: 10.1039 / C4EE01432D. [CrossRef] [Google Scholar] 36. Феррара К., Далл’Аста В., Бербенни В., Квартарон Э., Мустарелли П. Физико-химические характеристики AlCl ₃ –1-этил-3-метилимидазолийхлоридные ионные жидкие электролиты для алюминиевых аккумуляторных батарей. J. Phys. Chem. С. 2017; 121: 26607–26614. DOI: 10.1021 / ACS.jpcc.7b07562. [CrossRef] [Google Scholar] Заряд за секунды, в последние месяцы
(Pocket-lint). Хотя смартфоны, умные дома и даже умные носимые устройства становятся все более совершенными, они все еще ограничены мощностью. Аккумулятор не совершенствовался десятилетиями. Но мы находимся на пороге революции власти.
Крупные технологические и автомобильные компании слишком хорошо осведомлены об ограничениях литий-ионных аккумуляторов.В то время как чипы и операционные системы становятся более эффективными для экономии энергии, мы все еще рассматриваем только один или два дня использования смартфона, прежде чем потребуется подзарядка.
Хотя может пройти некоторое время, прежде чем мы сможем прожить неделю жизни наших телефонов, разработка идет хорошо. Мы собрали все лучшие открытия в области аккумуляторов, которые могут быть с нами в ближайшее время, от беспроводной зарядки до сверхбыстрой 30-секундной подзарядки. Надеюсь, скоро вы увидите эту технологию в своих гаджетах.
Маркус Фолино / Технологический университет Чалмерса Структурные батареи могут привести к созданию сверхлегких электромобилей
Исследования, проведенные в Технологическом университете Чалмерса, уже много лет рассматривают возможность использования батареи не только для питания, но и в качестве структурного компонента.Преимущество этого предложения состоит в том, что продукт может уменьшить количество структурных компонентов, потому что батарея обладает достаточной силой для выполнения этих задач. Используя углеродное волокно в качестве отрицательного электрода, а в качестве положительного — фосфат лития-железа, последняя батарея имеет жесткость 25 ГПа, хотя есть еще кое-что, чтобы увеличить энергоемкость.
NAWA Technologies Электрод из углеродных нанотрубок с вертикальной ориентацией
Компания NAWA Technologies разработала и запатентовала сверхбыстрый углеродный электрод, который, по ее словам, изменил правила игры на рынке аккумуляторов.В нем используется конструкция с вертикально расположенными углеродными нанотрубками (VACNT), и NAWA заявляет, что он может увеличить мощность батареи в десять раз, увеличить запас энергии в три раза и увеличить срок службы батареи в пять раз. Компания считает, что электромобили являются основным бенефициаром, сокращая углеродный след и стоимость производства аккумуляторов, одновременно повышая производительность. NAWA заявляет, что дальность действия 1000 км может стать нормой, а время зарядки сокращено до 5 минут, чтобы достичь 80 процентов. Технология может быть запущена в производство уже в 2023 году.
Литий-ионная батарея без кобальта
Исследователи из Техасского университета разработали литий-ионную батарею, в которой в качестве катода не используется кобальт. Вместо этого он переключился на высокий процент никеля (89 процентов), используя марганец и алюминий в качестве других ингредиентов. «Кобальт — наименее распространенный и самый дорогой компонент в катодах аккумуляторных батарей», — сказал профессор Арумугам Мантирам, профессор кафедры машиностроения Уолкера и директор Техасского института материалов.«И мы полностью устраняем это». Команда говорит, что с помощью этого решения они преодолели общие проблемы, обеспечив длительный срок службы батареи и равномерное распределение ионов.
SVOLT представляет батареи для электромобилей, не содержащие кобальт.
Несмотря на то, что свойства электромобилей по снижению выбросов широко распространены, все еще существуют разногласия по поводу аккумуляторов, особенно по поводу использования таких металлов, как кобальт. Компания SVOLT, штаб-квартира которой находится в Чанчжоу, Китай, объявила о производстве безкобальтовых батарей, предназначенных для рынка электромобилей.Помимо сокращения содержания редкоземельных металлов, компания заявляет, что они обладают более высокой плотностью энергии, что может привести к дальности действия до 800 км (500 миль) для электромобилей, а также продлить срок службы батареи и повысить безопасность. Мы не знаем, где именно мы увидим эти батареи, но компания подтвердила, что работает с крупным европейским производителем.
Тимо Иконен, Университет Восточной Финляндии На шаг ближе к литий-ионным батареям с кремниевым анодом
Стремясь решить проблему нестабильного кремния в литий-ионных батареях, исследователи из Университета Восточной Финляндии разработали метод производства гибридного анода. , используя микрочастицы мезопористого кремния и углеродные нанотрубки.В конечном итоге цель состоит в том, чтобы заменить графит в качестве анода в батареях и использовать кремний, емкость которого в десять раз больше. Использование этого гибридного материала улучшает характеристики батареи, в то время как силиконовый материал устойчиво производится из золы ячменной шелухи.
Университет Монаша Литий-серные аккумуляторы могут превзойти литий-ионные, снизить воздействие на окружающую среду
Исследователи из Университета Монаша разработали литий-серные аккумуляторы, способные питать смартфон в течение 5 дней, превосходя литий-ионные.Исследователи изготовили эту батарею, имеют патенты и интерес производителей. У группы есть финансирование для дальнейших исследований в 2020 году, заявив, что дальнейшие исследования автомобилей и использования сетей будут продолжены.
Утверждается, что новая аккумуляторная технология оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем литий-ионные, и снижает производственные затраты, при этом предлагая потенциал для питания автомобиля на 1000 км (620 миль) или смартфона в течение 5 дней.
Аккумулятор IBM получен из морской воды и превосходит литий-ионный
IBM Research сообщает, что он обнаружил новый химический состав аккумулятора, который не содержит тяжелых металлов, таких как никель и кобальт, и потенциально может превзойти литий-ионные.IBM Research утверждает, что этот химический состав никогда раньше не использовался в комбинации в батарее и что материалы можно извлекать из морской воды.
Производительность батареи многообещающая, при этом IBM Research заявляет, что она может превзойти литий-ионные в ряде различных областей — это дешевле в производстве, она может заряжаться быстрее, чем литий-ионная, и может иметь как более высокую мощность. и плотности энергии. Все это доступно в аккумуляторе с низкой горючестью электролитов.
IBM Research отмечает, что эти преимущества сделают ее новую технологию аккумуляторов подходящей для электромобилей, и она работает с Mercedes-Benz, в частности, над превращением этой технологии в жизнеспособную коммерческую батарею.
Panasonic Система управления батареями Panasonic
Хотя литий-ионные батареи повсюду и их число растет, управление этими батареями, включая определение того, когда у них закончился срок службы, затруднено.Panasonic, работая с профессором Масахиро Фукуи из Университета Рицумейкан, разработала новую технологию управления батареями, которая упростит мониторинг батарей и определение остаточной стоимости литий-ионных в них.
Panasonic заявляет, что ее новую технологию можно легко применить с изменением системы управления батареями, что упростит мониторинг и оценку батарей с множеством ячеек, которые можно найти в электромобиле. Panasonic сообщает, что эта система поможет продвинуться в направлении устойчивого развития, поскольку сможет лучше управлять повторным использованием и переработкой литий-ионных аккумуляторов.
Асимметричная модуляция температуры
Исследования продемонстрировали метод зарядки, который приближает нас на шаг ближе к сверхбыстрой зарядке — XFC — который направлен на пробег 200 миль электромобиля примерно за 10 минут с зарядкой 400 кВт. Одна из проблем с зарядкой — это литиевая гальваника в батареях, поэтому метод асимметричной температурной модуляции заряжает при более высокой температуре, чтобы уменьшить гальванику, но ограничивает это до 10-минутных циклов, избегая роста межфазной границы твердого электролита, что может сократить срок службы батареи.Сообщается, что этот метод снижает износ батареи, позволяя заряжать XFC.
Pocket-lint Песочная батарея увеличивает время работы в три раза
В этом альтернативном типе литий-ионной батареи используется кремний для достижения в три раза большей производительности, чем у современных графитовых литий-ионных батарей. Батарея по-прежнему литий-ионная, как и в вашем смартфоне, но в анодах используется кремний вместо графита.
Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде какое-то время занимались нанокремнием, но он слишком быстро деградирует, и его трудно производить в больших количествах.С помощью песка его можно очистить, измельчить в порошок, затем измельчить с солью и магнием перед нагреванием для удаления кислорода, что приведет к получению чистого кремния. Он пористый и трехмерный, что помогает повысить производительность и, возможно, продлить срок службы батарей. Изначально мы начали это исследование в 2014 году, и теперь оно приносит свои плоды.
Silanano — стартап в области аккумуляторных технологий, который выводит эту технологию на рынок и получил большие инвестиции от таких компаний, как Daimler и BMW. Компания заявляет, что ее решение можно использовать в существующем производстве литий-ионных аккумуляторов, поэтому оно настроено на масштабируемое развертывание, обещая прирост производительности аккумулятора на 20% сейчас или на 40% в ближайшем будущем.
Захват энергии от Wi-Fi
Хотя беспроводная индуктивная зарядка является обычным явлением, возможность захвата энергии от Wi-Fi или других электромагнитных волн остается проблемой. Однако группа исследователей разработала ректенну (антенну, собирающую радиоволны), которую думают всего несколько атомов, что сделало ее невероятно гибкой.
Идея состоит в том, что устройства могут включать в себя эту ректенну на основе дисульфида молибдена, чтобы энергия переменного тока могла быть получена от Wi-Fi в воздухе и преобразована в постоянный ток, либо для подзарядки батареи, либо для непосредственного питания устройства.Это может привести к появлению медицинских таблеток с питанием без необходимости во внутренней батарее (безопаснее для пациента) или мобильных устройств, которые не нужно подключать к источнику питания для подзарядки.
Энергия, полученная от владельца устройства
Вы можете стать источником энергии для вашего следующего устройства, если исследования TENG принесут свои плоды. TENG или трибоэлектрический наногенератор — это технология сбора энергии, которая улавливает электрический ток, генерируемый при контакте двух материалов.
Исследовательская группа из Суррейского института передовых технологий и Университета Суррея дала представление о том, как эту технологию можно использовать для питания таких вещей, как носимые устройства. Хотя мы еще далеки от того, чтобы увидеть это в действии, исследование должно дать дизайнерам инструменты, необходимые для эффективного понимания и оптимизации будущей реализации TENG.
Золотые батареи с нанопроволокой
Великие умы Калифорнийского университета в Ирвине создали треснувшие батареи с нанопроволокой, способные выдержать много перезарядок.В результате в будущем батареи могут не разрядиться.
Нанопроволока, в тысячу раз тоньше человеческого волоса, открывает большие возможности для батарей будущего. Но они всегда ломались при подзарядке. Это открытие использует золотые нанопроволоки в гелевом электролите, чтобы этого избежать. Фактически, эти батареи были проверены на перезарядку более 200 000 раз за три месяца и не показали вообще никакой деградации.
Твердотельные литий-ионные
Твердотельные батареи традиционно обеспечивают стабильность, но за счет передачи электролита.В статье, опубликованной учеными Toyota, рассказывается об их испытаниях твердотельной батареи, в которой используются сульфидные суперионные проводники. Все это означает превосходный аккумулятор.
В результате получился аккумулятор, способный работать на уровне суперконденсатора и полностью заряжаться или разряжаться всего за семь минут, что делает его идеальным для автомобилей. Поскольку он твердотельный, это также означает, что он намного стабильнее и безопаснее, чем нынешние батареи. Твердотельный блок также должен работать при температуре от минус 30 до 100 градусов Цельсия.
Электролитные материалы по-прежнему создают проблемы, поэтому не ожидайте увидеть их в ближайшее время в автомобилях, но это шаг в правильном направлении к более безопасным и быстро заряжаемым аккумуляторам.
Графеновые батареи Grabat
Графеновые батареи потенциально могут быть одними из самых лучших на рынке. Grabat разработал графеновые батареи, которые могут обеспечить электромобилям запас хода до 500 миль без подзарядки.
Graphenano, компания, стоящая за разработкой, заявляет, что аккумуляторы можно полностью зарядить всего за несколько минут и они могут заряжаться и разряжаться в 33 раза быстрее, чем литий-ионные.Разряд также имеет решающее значение для таких вещей, как автомобили, которым требуется огромное количество энергии для быстрого трогания с места.
Нет информации о том, используются ли аккумуляторы Grabat в настоящее время в каких-либо продуктах, но у компании есть аккумуляторы для автомобилей, дронов, мотоциклов и даже для дома.
Лазерные микроконденсаторы
Rice Univeristy Ученые из Университета Райса совершили прорыв в создании микроконденсаторов. В настоящее время их производство дорогое, но с использованием лазеров, которые вскоре могут измениться.
При использовании лазеров для выжигания электродов на листы пластика затраты на производство и усилия значительно снижаются. В результате получается батарея, которая может заряжаться в 50 раз быстрее, чем нынешние батареи, и разряжаться даже медленнее, чем современные суперконденсаторы. Они даже прочные, способны работать после более чем 10 000 сгибаний во время испытаний.
Пенные аккумуляторы
Prieto верит, что будущее аккумуляторов — за 3D. Компании удалось решить эту проблему с помощью своей батареи, в которой используется вспененная медная подложка.
Это означает, что эти батареи будут не только более безопасными благодаря отсутствию горючего электролита, но также будут обеспечивать более длительный срок службы, более быструю зарядку, в пять раз более высокую плотность, будут дешевле в производстве и будут меньше, чем существующие предложения.
Prieto стремится в первую очередь размещать свои батареи в небольших предметах, например, в носимых устройствах. Но там говорится, что аккумуляторы можно масштабировать, чтобы мы могли видеть их в телефонах и, возможно, даже в автомобилях в будущем.
Carphone Warehouse Складной аккумулятор похож на бумагу, но прочный
Jenax J.Аккумулятор Flex был разработан, чтобы сделать гаджеты возможными. Батарея, похожая на бумагу, складывается и является водонепроницаемой, что означает, что ее можно интегрировать в одежду и другие носимые устройства.
Батарея уже создана и даже прошла испытания на безопасность, в том числе ее сложили более 200 000 раз без потери производительности.
Ник Билтон / The New York Times uBeam над воздушной зарядкой
uBeam использует ультразвук для передачи электричества. Энергия преобразуется в звуковые волны, неслышимые для людей и животных, которые передаются, а затем преобразуются обратно в энергию при достижении устройства.
С концепцией uBeam наткнулась 25-летняя выпускница астробиологии Мередит Перри. Она основала компанию, которая позволит заряжать гаджеты по воздуху с помощью пластины толщиной 5 мм. Эти передатчики можно прикрепить к стенам или сделать предметами декоративного искусства для передачи энергии на смартфоны и ноутбуки. Гаджетам просто нужен тонкий приемник, чтобы принимать заряд.
StoreDot StoreDot заряжает мобильные телефоны за 30 секунд
StoreDot, стартап, созданный на базе кафедры нанотехнологий Тель-Авивского университета, разработал зарядное устройство StoreDot.Он работает с современными смартфонами и использует биологические полупроводники, сделанные из природных органических соединений, известных как пептиды — короткие цепочки аминокислот, которые являются строительными блоками белков.
В результате получилось зарядное устройство, способное заряжать смартфон за 60 секунд. Батарея состоит из «негорючих органических соединений, заключенных в многослойную защитную структуру, предотвращающую перенапряжение и нагрев», поэтому проблем с ее взрывом быть не должно.
Компания также объявила о планах создать аккумулятор для электромобилей, который заряжается за пять минут и обеспечивает запас хода до 300 миль.
Пока неизвестно, когда аккумуляторы StoreDot будут доступны в глобальном масштабе — мы ожидали, что они появятся в 2017 году, — но когда они появятся, мы ожидаем, что они станут невероятно популярными.
Pocket-lint Прозрачное солнечное зарядное устройство
Alcatel продемонстрировал мобильный телефон с прозрачной солнечной панелью над экраном, которая позволяет пользователям заряжать свой телефон, просто поместив его на солнце.
Хотя вряд ли он появится в продаже в течение некоторого времени, компания надеется, что он каким-то образом решит повседневные проблемы, связанные с постоянным отсутствием заряда батареи.Телефон будет работать как с прямым солнечным светом, так и со стандартным освещением, так же, как и обычные солнечные батареи.
Phienergy Алюминиево-воздушная батарея обеспечивает пробег на 1100 миль без подзарядки
Автомобилю удалось проехать 1100 миль на одном заряде аккумулятора. Секрет этого супердиапазона заключается в технологии батареи, называемой «алюминий-воздух», которая использует кислород из воздуха для заполнения своего катода. Это делает его намного легче, чем заполненные жидкостью литий-ионные батареи, что дает автомобилю гораздо больший запас хода.
Бристольская робототехническая лаборатория Батареи с питанием от мочи
Фонд Билла Гейтса финансирует дальнейшие исследования Бристольской робототехнической лаборатории, которая обнаружила батареи, которые могут питаться от мочи. Этого достаточно для зарядки смартфона, который ученые уже продемонстрировали. Но как это работает?
Используя микробный топливный элемент, микроорганизмы собирают мочу, расщепляют ее и выделяют электричество.
Звуковое питание
Исследователи из Великобритании создали телефон, который может заряжаться, используя окружающий звук в окружающей атмосфере.
Смартфон построен по принципу пьезоэлектрического эффекта. Были созданы наногенераторы, улавливающие окружающий шум и преобразующие его в электрический ток.
Наностержни даже реагируют на человеческий голос, а это значит, что болтливые мобильные пользователи могут подключать свой телефон во время разговора.
Двойная угольная батарея Ryden заряжается в 20 раз быстрее.
Power Japan Plus уже анонсировала новую технологию аккумуляторов под названием Ryden dual carbon. Он не только прослужит дольше и будет заряжаться быстрее, чем литиевые, но его можно будет производить на тех же заводах, где производятся литиевые батареи.
В батареях используются углеродные материалы, что означает, что они более экологичны и безопасны для окружающей среды, чем существующие в настоящее время альтернативы. Это также означает, что аккумуляторы будут заряжаться в двадцать раз быстрее, чем литий-ионные. Они также будут более долговечными, способными выдержать до 3000 циклов зарядки, а также более безопасными с меньшей вероятностью возгорания или взрыва.
Натрий-ионные аккумуляторы
Ученые из Японии работают над новыми типами аккумуляторов, для которых не нужен литий, таких как аккумулятор вашего смартфона.В этих новых батареях будет использоваться натрий, один из самых распространенных материалов на планете, а не редкий литий, и они будут в семь раз эффективнее обычных батарей.
Исследования натриево-ионных батарей ведутся с восьмидесятых годов в попытке найти более дешевую альтернативу литию. Используя соль, шестой по распространенности элемент на планете, можно сделать батареи намного дешевле. Ожидается, что в ближайшие 5-10 лет начнется коммерциализация аккумуляторов для смартфонов, автомобилей и других устройств.
Upp Зарядное устройство для водородных топливных элементов Upp
Переносное зарядное устройство для водородных топливных элементов Upp уже доступно. Он использует водород для питания вашего телефона, не позволяя вам подключаться к электросети и оставаясь безвредным для окружающей среды.
Одна водородная ячейка обеспечит пять полных зарядов мобильного телефона (емкость 25 Втч на ячейку). И единственный производимый побочный продукт — это водяной пар. Разъем USB типа A означает, что он будет заряжать большинство USB-устройств с выходом 5 В, 5 Вт, 1000 мА.
Батареи со встроенным огнетушителем
Литий-ионные батареи нередко перегреваются, загораются и даже взрываются.Аккумулятор в Samsung Galaxy Note 7 — яркий тому пример. Исследователи из Стэнфордского университета придумали литий-ионные батареи со встроенными огнетушителями.
Батарея содержит компонент под названием трифенилфосфат, который обычно используется в качестве антипирена в электронике, добавленный к пластиковым волокнам, чтобы помочь разделить положительный и отрицательный электроды. Если температура батареи поднимается выше 150 градусов C, пластмассовые волокна плавятся и выделяется химический трифенилфосфат.Исследования показывают, что этот новый метод может предотвратить возгорание аккумуляторов за 0,4 секунды.
Майк Циммерман Батареи, защищенные от взрыва
Литий-ионные батареи имеют довольно летучий слой пористого материала жидкого электролита, расположенный между анодным и катодным слоями. Майк Циммерман, исследователь из Университета Тафтса в Массачусетсе, разработал батарею, которая имеет вдвое большую емкость, чем литий-ионные, но без присущих ей опасностей.
Батарея Циммермана невероятно тонкая, немного толще, чем две кредитные карты, и заменяет жидкость электролита пластиковой пленкой, которая имеет аналогичные свойства.Он может выдерживать прокалывание, измельчение и нагревание, так как он негорючий. Еще предстоит провести много исследований, прежде чем технология сможет выйти на рынок, но хорошо знать, что существуют более безопасные варианты.
Батареи Liquid Flow
Ученые из Гарварда разработали батарею, которая накапливает свою энергию в органических молекулах, растворенных в воде с нейтральным pH. Исследователи говорят, что этот новый метод позволит батарее Flow работать исключительно долго по сравнению с нынешними литий-ионными батареями.
Маловероятно, что мы увидим эту технологию в смартфонах и т.п., поскольку жидкий раствор, связанный с батареями Flow, хранится в больших резервуарах, чем больше, тем лучше. Считается, что они могут быть идеальным способом хранения энергии, создаваемой решениями в области возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнце.
Действительно, исследование Стэнфордского университета использовало жидкий металл в проточной батарее с потенциально отличными результатами, заявляя, что напряжение вдвое выше, чем у обычных проточных батарей. Команда предположила, что это может быть отличным способом хранения прерывистых источников энергии, таких как ветер или солнце, для быстрого выпуска в сеть по запросу.
IBM и ETH Zurich разработали жидкостную проточную батарею гораздо меньшего размера, которая потенциально может быть использована в мобильных устройствах. Эта новая батарея утверждает, что может не только обеспечивать питание компонентов, но и одновременно охлаждать их. Обе компании обнаружили две жидкости, которые подходят для этой задачи, и будут использоваться в системе, которая может производить 1,4 Вт мощности на квадратный сантиметр, при этом 1 Вт мощности зарезервирован для питания батареи.
Zap & Go Карбон-ионный аккумулятор
Оксфордская компания ZapGo разработала и произвела первую угольно-ионную аккумуляторную батарею, готовую к использованию уже сейчас.Углеродно-ионный аккумулятор сочетает в себе сверхбыструю зарядку суперконденсатора с характеристиками литий-ионного аккумулятора, при этом полностью пригодный для вторичной переработки.
Компания предлагает зарядное устройство powerbank, которое полностью заряжается за пять минут, а затем полностью заряжает смартфон за два часа.
Цинково-воздушные батареи
Ученые из Сиднейского университета считают, что они придумали способ производства воздушно-цинковых батарей, намного более дешевый, чем существующие методы.Цинково-воздушные батареи можно считать лучше литий-ионных, потому что они не загораются. Единственная проблема в том, что они полагаются на дорогие компоненты в работе.
Sydney Uni удалось создать воздушно-цинковую батарею без необходимости использования дорогих компонентов, а скорее с некоторыми более дешевыми альтернативами. Возможно, появятся более безопасные и дешевые батареи!
Умная одежда
Исследователи из Университета Суррея разрабатывают способ использования одежды в качестве источника энергии.Батарея называется трибоэлектрическими наногенераторами (TENG), которая преобразует движение в накопленную энергию. Накопленное электричество затем можно использовать для питания мобильных телефонов или устройств, таких как фитнес-трекеры Fitbit.
Эта технология может быть применена не только к одежде, она может быть интегрирована в тротуар, поэтому, когда люди постоянно ходят по ней, она может накапливать электричество, которое затем может использоваться для питания стальных ламп или в шинах автомобиля, чтобы он может привести машину в действие.
Растягиваемые батареи
Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали растяжимый биотопливный элемент, который может генерировать электричество из пота.Говорят, что генерируемой энергии достаточно для питания светодиодов и радиомодулей Bluetooth, а это означает, что однажды он сможет питать носимые устройства, такие как умные часы и фитнес-трекеры.
Графеновая батарея Samsung
Samsung удалось разработать «графеновые шары», которые способны увеличивать емкость существующих литий-ионных батарей на 45 процентов и заряжаться в пять раз быстрее, чем существующие батареи. Чтобы представить это в контексте, Samsung заявляет, что его новый аккумулятор на основе графена может быть полностью заряжен за 12 минут, по сравнению с примерно часом для текущего устройства.
Samsung также заявляет, что его можно использовать не только в смартфонах, но и в электромобилях, поскольку он может выдерживать температуру до 60 градусов по Цельсию.
Более безопасная и быстрая зарядка существующих литий-ионных аккумуляторов
Ученые из WMG из Университета Уорика разработали новую технологию, которая позволяет заряжать существующие литий-ионные аккумуляторы до пяти раз быстрее, чем рекомендуемые текущие пределы. Технология постоянно измеряет температуру батареи намного точнее, чем существующие методы.
Ученые обнаружили, что нынешние батареи действительно могут выходить за пределы рекомендуемых пределов, не влияя на производительность или перегрев. Возможно, нам вообще не нужны другие упомянутые новые батареи!
Написано Крисом Холлом. Первоначально опубликовано 15 августа 2014 г. .
Разработчик алюминиево-ионных аккумуляторов утверждает, что они заряжаются в 60 раз быстрее, чем литий-ионные, предлагая прорыв в диапазоне электромобилей
Революционная технология графеновых алюминиево-ионных аккумуляторов может сдуть литий-ионные аккумуляторы для получения энергии… [+] плотность энергии, скорость зарядки и экологичность. Фото: Группа производителей графена
Группа по производству графена Беспокойство по поводу дальности, опасения по поводу утилизации и быстрой зарядки — все это может стать частью истории электромобилей с изобретением австралийских аккумуляторов, основанным на нанотехнологиях.
Утверждается, что графеновые алюминиево-ионные аккумуляторные элементы от компании Graphene Manufacturing Group (GMG) из Брисбена заряжаются до 60 раз быстрее, чем лучшие литий-ионные элементы, и удерживают в три раза больше энергии, чем лучшие элементы на основе алюминия.
Они также более безопасны, не имеют верхнего предела в амперах, вызывающего самопроизвольный перегрев, более экологичны и легче утилизируются благодаря стабильным материалам основы. Тестирование также показывает, что проверочные батареи типа «таблетка» служат в три раза дольше, чем литий-ионные версии.
GMG планирует вывести на рынок алюминиево-ионные графеновые аккумуляторные элементы в конце этого или в начале следующего года, а выпуск автомобильных аккумуляторных элементов планируется в начале 2024 года.
Созданные на основе передовой технологии Австралийского института биоинженерии и нанотехнологий Квинслендского университета (UQ), в элементах батарей используются нанотехнологии, позволяющие вставлять атомы алюминия внутрь крошечных отверстий в графеновых плоскостях.
Алюминиево-ионная технология Graphene Manufacturing Group позволяет заряжать iPhone менее чем за 10 … [+] секунд. Он работает, бросая атомы алюминия в отверстия в графене. Фото: Группа производителей графена
Группа по производству графена Тестирование, проведенное рецензируемым специализированным изданием Advanced Functional Materials Публикация заключила, что элементы обладают «выдающимися высокопроизводительными характеристиками (149 мАч г-1 при 5 А г-1), превосходящими все ранее описанные катодные материалы AIB».
Управляющий директор GMG Крейг Никол настаивал на том, что, хотя элементы его компании — не единственные разрабатываемые графеновые алюминиево-ионные элементы, они, несомненно, являются самыми мощными, надежными и быстро заряжающимися.
«Он заряжается так быстро, что это, по сути, суперконденсатор», — заявил Николь. «Он заряжает монетный элемент менее чем за 10 секунд».
Утверждается, что новые аккумуляторные элементы обеспечивают гораздо большую удельную мощность, чем существующие литий-ионные аккумуляторы, без проблем с охлаждением, нагревом или редкоземельными элементами, с которыми они сталкиваются.
«Пока проблем с температурой нет. Двадцать процентов литий-ионной аккумуляторной батареи (в автомобиле) связано с их охлаждением. «Очень высока вероятность, что нам вообще не понадобится ни охлаждение, ни обогрев», — заявил Николь.
«Он не перегревается и пока хорошо работает при отрицательных температурах при тестировании.
«Им не нужны контуры для охлаждения или обогрева, которые в настоящее время составляют около 80 кг в упаковке 100 кВт / ч».
При перезарядке алюминиево-ионных батарей они возвращаются к отрицательному электроду и меняют местами три алюминиевых… [+] электронов на ион, по сравнению с максимальной скоростью лития, равной одному. Фото: Группа производителей графена
Группа по производству графена Новую технологию ячеек, настаивал Николь, можно было бы внедрить в существующие литий-ионные корпуса, такие как архив MEB от Volkswagen Group, что позволит избежать проблем с архитектурой автомобильной промышленности, которая, как правило, используется до 20 лет.
«Наши будут иметь ту же форму и напряжение, что и нынешние литий-ионные элементы, или мы можем придать любую необходимую форму», — подтвердил Николь.
«Это прямая замена, которая заряжается так быстро, что это, по сути, суперконденсатор.
«Некоторые литий-ионные элементы не могут работать более 1,5-2 ампер, иначе вы можете взорвать аккумулятор, но наша технология не имеет теоретических ограничений».
Алюминиево-ионные аккумуляторные элементы — горячая почва для развития, особенно в автомобильной промышленности.
Одни только недавние проекты включали сотрудничество между Китайским технологическим университетом Даляня и Университетом Небраски, а также другими проектами из Корнельского университета, Университета Клемсона, Университета Мэриленда, Стэнфордского университета, факультета полимеров Университета Чжэцзян и промышленного консорциума European Alion. .
Различия носят сугубо технический характер, но в ячейках GMG используется графен, полученный с помощью собственного плазменного процесса, а не из традиционных источников графита, и в результате плотность энергии в три раза превышает плотность энергии следующей лучшей ячейки из Стэнфордского университета.
Алюминиево-ионный монетный элемент Graphene Manufacturing Group будет запущен в производство в начале 2022 года. Фото: … [+] Graphene Manufacturing Group
Группа по производству графена Алюминий-ионная технология Stanford с природным графитом дает 68.7 Ватт-часов на килограмм и 41,2 Вт на килограмм, в то время как его вспененный графит обеспечивает мощность до 3000 Вт / кг.
Аккумулятор GMG-UQ нагнетает мощность от 150 до 160 Вт / кг и до 7000 Вт / кг.
«Они (UQ) нашли способ проделывать дыры в графене и способ хранить в дырках атомы алюминия ближе друг к другу.
«Если мы просверлим отверстия, атомы застрянут внутри графена, и он станет намного более плотным, как шар для боулинга на матрасе».
В рецензируемой публикации Advanced Functional Materials обнаружено, что трехслойный графен с перфорацией на поверхности (SPG3-400) имеет «значительное количество плоских мезопор (≈2.3 нм) и чрезвычайно низкое отношение O / C 2,54% продемонстрировали отличные электрохимические характеристики.
«Этот материал SPG3-400 демонстрирует исключительную обратимую емкость (197 мАч г-1 при 2 А г-1) и выдающуюся производительность», — говорится в заключении.
Алюминий-ионная технология имеет существенные преимущества и недостатки по сравнению с литий-ионной аккумуляторной технологией, которая сегодня используется почти в каждом электромобиле.
Когда элемент перезаряжается, ионы алюминия возвращаются к отрицательному электроду и могут обмениваться тремя электронами на ион вместо ограничения скорости лития, равного только одному.
Использование алюминиево-ионных элементов дает также огромное геополитическое, ценовое, экологическое и вторичное преимущество, поскольку в них практически не используются экзотические материалы.
«Это в основном алюминиевая фольга, хлорид алюминия (прекурсор алюминия, который может быть переработан), ионная жидкость и мочевина», — сказал Николь.
«Девяносто процентов мирового производства и закупок лития по-прежнему осуществляется через Китай, а 10 процентов — через Чили.
«У нас есть весь необходимый нам алюминий прямо здесь, в Австралии, и его можно безопасно производить в первом мире.”
Главный научный сотрудник Graphene Manufacturing Group д-р Ашок Кумар Нанджундан (слева) и д-р … [+] Сяодан Хуанг из Австралийского института биоинженерии и нанотехнологий Квинслендского университета обсуждают прорыв в области батарей. Фото: Производственная группа графена.
Группа по производству графена Зарегистрированная на бирже TSX Venture в Канаде, GMG подключилась к технологии графеновых алюминиево-ионных аккумуляторов UQ, поставив университету графен.
«Наш ведущий специалист по продуктам д-р Ашок Нанджундан с самого начала участвовал в проекте Университета Квинсленда в своем исследовательском центре нанотехнологий», — сказал Николь, признав, что GMG почти «повезло» с этой технологией, бесплатно предоставив для исследовательских проектов свой графен. .
GMG не заключила договор о поставках с крупным производителем или производственным предприятием.
«Мы еще не связаны с крупными брендами, но это может войти в Apple iPhone и зарядить его за секунды», — подтвердил Николь.
«Сначала мы выведем на рынок монетную ячейку. Он заряжается менее чем за минуту и имеет в три раза больше энергии, чем литий », — говорится в продукте Barcaldine.
«Это также гораздо менее вредно для здоровья. Ребенка можно убить литием, если его проглотить, но не алюминием.
Монетная батарея станет первой производимой алюминиево-ионной батареей Graphene Manufucturing Group, … [+] которая начнется в начале следующего года. Фото: Группа производителей графена
Группа по производству графена Еще одно преимущество — стоимость.Литий подорожал с 1460 долларов США за метрическую тонну в 2005 году до 13 000 долларов США за тонну на этой неделе, в то время как цена на алюминий выросла с 1730 долларов США до 2078 долларов США за тот же период.
Еще одно преимущество состоит в том, что в графеновых алюминиево-ионных элементах GMG не используется медь, которая стоит около 8470 долларов США за тонну.
Хотя он открыт для производственных соглашений, предпочтительный план GMG состоит в том, чтобы «работать» с технологией, насколько это возможно, сначала с установками от 10 гигаватт до 50 гигаватт, даже если Австралия не может быть логическим первым выбором для производственного предприятия.
No related posts.}