Нестареющая классика. Производство радиаторов отопления на современный манер
При слове «батарея» у большинства людей перед глазами возникают знакомые с детства чугунные радиаторы, и это неудивительно – с момента своего изобретения более 150 лет они давали тепло нашим зданиям. Но если раньше производство чугунных радиаторов ограничивалось привычными тяжелыми изделиями, то теперь они существенно изменили внешний вид, не утратив при этом своих качеств, за которые их ценили и ценят до сих пор.
Современное производство радиаторов отопления отличается особенным вниманием к внешнему виду – чугунные радиаторы стали красивыми. Их выпускают стилизованными под ретро или мовременность, они поступают в продажу уже окрашенными и полностью готовыми к установке.
Промышленное производство радиаторов из чугуна с ниппелевыми вставками выглядит следующим образом: путем литья в песчано-глинистые формы из серого чугуна производятся радиаторы, вернее, их секции. Сначала при помощи модельного комплекта и опоки создается форма, потом в ней формируется будущая полость отливки.
Внутренние и сложные внешние части отливки получаются с помощью стержней. В качестве формовочной смеси для производства радиаторов используется песок, глина и формальдегидные связывающие.
Заливаемый в форму при производстве радиаторов жидкий чугун модифицируют – вводят в него специальные вещества, улучшающие механические свойства. Готовые секции собирают в радиаторы при помощи ниппелей – так производят радиаторы из чугуна по традиционной технологии.
Несмотря на некоторые недостатки чугунных радиаторов, таких как медленный нагрев, большой вес секций, большой диаметр труб, а также низкая доля конвекции, они не снимаются с производства, и тому есть множество причин.
Каковы бы ни были веяния моды, но производство чугунных радиаторов не останавливалось ни на один день. Даже сейчас, когда производство радиаторов отопления предлагает потребителям множество более технологичных вариантов.
Разумеется, производство радиаторов шагнуло далеко вперед, но чугунные радиаторы по-прежнему остаются классикой водяного отопления.
Главное их достоинство – высокая коррозионная стойкость чугуна, благодаря которой они могут служить до 50 лет и больше. Кроме того, чугунные батареи лучше всех справляются с загрязнениями и агрессивными компонентами в теплоносителе.
Одним из плюсов производства радиаторов отопления из чугуна является толщина стенок секции, которые аккумулируют тепло. Чугунным батареям требуется много времени, чтобы набрать тепло, но и остывают они долго, что очень актуально в условиях российской зимы.
И еще одним голосом в пользу производства чугунных радиаторов является их демократичная цена. Вернее соотношение цена/качество, которое позволяет получить надежный прибор отопления за приемлемые деньги.
Чугунные радиаторы тоже различаются по своим техническим характеристикам. По количеству секций они бывают одноканальные и двухканальные, отличаются они и по ширине и высоте, которая может колебаться от 35 до 150 см. Глубина радиаторов колеблется от 50 до 140 см – в зависимости от размера и веса они крепятся на различные кронштейны, позволяющие выдерживать совместный вес батареи и теплоносителя.
В последнее время чугунные радиаторы стали выпускаться в напольном исполнении – к ним в комплекте прилагаются ножки.
Чугунные радиаторы разных модификаций и размеров вы можете приобрести в магазинах компании «Теплоком». Вы можете посмотреть описание каждой представленной модели или позвонить на бесплатный номер 8-800-333-57-79: наши консультанты расскажут вам актуальную информацию о чугунных радиаторах, об эксплуатационных характеристиках, особенностях монтажа и использования.
Звоните:
8-800-333-57-79
Производство чугунных радиаторов отопления: социально ориентированный сектор отрасли отопительных приборов
Uncategorisedadmin
За последнее десятилетие объемы потребления чугунных радиаторов отопления в России существенно сократились – примерно в 4,5 раза и в количественном и в денежном выражении.
В середине 2000-х годов с ростом благосостояния наши граждане, следуя модным интерьерным тенденциям, стали осуществлять замену чугунных батарей на радиаторы отопления более современного дизайна (алюминиевые, биметаллические и др.
). Кроме того, достаточно давно практически прекратилась установка чугунных радиаторов отопления в новостройках, а их замена по истечении срока службы стала производиться не на такие же чугунные батареи, а на радиаторы отопления других типов.
В результате за прошедшие десять лет доля чугунных секционных радиаторов на общем рынке потребления отопительных приборов снизилась с 25% до 4-5% и по количеству продукции, и по ее стоимости.
Вместе с тем следует отметить большую социальную значимость сектора производства и потребления чугунных радиаторов отопления для граждан и общества в целом.
Во-первых, чугунные радиаторы отопления являются наиболее доступными по цене для малообеспеченных категорий граждан, в жилье которых необходимо осуществить плановую замену отопительных приборов.
Во-вторых, чугунные радиаторы отопления в ряде малых городов и поселков городского типа являются оптимальным (а иногда и единственно возможным) вариантом для монтажа с учетом особенностей генерации тепловой энергии, а также конструктивной специфики и уровня износа тепловых сетей.
В-третьих, использование чугунных радиаторов отопления имеет достаточно широкое распространение в рамках программ капитального ремонта жилья, с момента постройки которого прошел длительный период времени.
Следует отметить, что за последнее десятилетие из 8 российских заводов, осуществлявших изготовление чугунных радиаторов, отопительные приборы по-прежнему продолжает производить только один – Нижнетагильский котельно-радиаторный завод. Остальные либо обанкротились в целом, либо прекратили выпуск данного вида продукции в связи с низкой рентабельностью (а иногда и убыточностью), а также с высоким уровнем ценовой конкуренции со стороны предприятий-производителей иностранных государств.
Лидером поставок чугунных радиаторов отопления в Россию является Республика Беларусь, а именно один ее крупнейший производитель – Минский завод отопительного оборудования, продукция которого занимает порядка половины всего рынка потребления чугунных радиаторов отопления в нашей стране.
Второе место на своем внутреннем рынке уверенно занимает Россия,
а точнее, единственный выживший производитель – Нижнетагильский котельно-радиаторный завод (с долей на рынке около 30%).
Кроме того, порядка 12 процентов рынка занимают китайские чугунные радиаторы отопления различных марок, а около 5 процентов чугунные радиаторы из Украины (марка ЛЛМЗ – Луганский литейно-механический завод).
В сравнительно незначительных объемах в Россию также поставляются чугунные радиаторы ретро-дизайна из Чехии, Турции и Германии, которые по ценовой категории относятся к премиум-сегменту.
Учитывая высокий уровень социальной значимости данного вида продукции, а также угрозу полной потери собственного производства чугунных радиаторов отопления в России считаем необходимым реализовать комплекс мер, принятие которых позволит обеспечить сохранение и развитие в нашей стране данной отрасли собственного производства.
В числе таких мер в качестве приоритетных и первоочередных можно отметить следующие.
Первое. С целью создания благоприятных условий для развития импортозамещения целесообразно определить долю затрат (степень локализации не менее 50%) в готовой продукции – чугунных радиаторах отопления, необходимую для признания такой продукции российской.
Для реализации данной инициативы необходимо проработать вопрос о внесении изменений в нормативные правовые акты Российской Федерации по вопросам определения страны происхождения товаров. Такой подход позволит избежать ситуации, когда продукция, фактически произведенная за рубежом, будет позиционироваться как отечественная после совершения в отношении нее в России простейших сборочно-упаковочных операций.
Второе. Необходимо включить чугунные радиаторы отопления (наряду с другими отопительными приборами) в утвержденный постановлением Правительства Российской Федерации единый перечень продукции, подлежащей обязательной сертификации.
В случае реализации данного подхода отечественным производителям радиаторов отопления достаточно будет однократно сертифицировать свое серийное производство по определенному модельному ряду, в то время как импортеры радиаторов отопления будут вынуждены сертифицировать каждую ввозимую в Российскую Федерацию партию радиаторов отопления (включая предварительный ввоз образцов и оплату проведения испытаний), что создаст для импортеров дополнительные временные издержки и финансовые затраты, предоставив легитимные конкурентные преимущества российским заводам-изготовителям.
Третье. Важным направлением поддержки отрасли могло бы являться предоставление поставщикам чугунных радиаторов отопления российского производства различных форм преференций при участии в закупках для государственных и муниципальных нужд, а также в закупках хозяйствующих субъектов с государственным и муниципальным участием (включая закупки субъектов естественных монополий и организаций жилищно-коммунального комплекса).
Вместе с тем предоставление указанных преференций затруднено по ряду причин.
Так, все преференции, которые будут предоставлены российским предприятиям в рамках государственных и муниципальных закупок (например, 15-ти процентное ценовое преимущество) будут распространяться на их основных конкурентов – белорусских производителей, поскольку это предусмотрено нормами права Евразийского экономического союза об обеспечении в их отношении национального режима (то есть режима «как для своих») участия в государственных закупках.
Кроме того, для предоставления преференций при закупках на уровне нормативных правовых актов необходимо наличие на территории России нескольких производителей, а соответствие данному критерию обеспечить не представляется возможным, поскольку в нашей стране чугунные радиаторы отопления сейчас производит лишь один хозяйствующий субъект – Нижнетагильский котельно-радиаторный завод.
Единственным возможным вариантом остается решение
в индивидуальном порядке вопроса об определении Нижнетагильского котельно-радиаторного завода единственным поставщиком продукции для определенных объектов или реализации конкретных проектов.
При этом позитивная практика реализации таких мер путем принятия распоряжений Правительства Российской Федерации имеет место. Например, в целях поддержки Брянского камвольного комбината данный завод на протяжении нескольких лет определялся единственным поставщиком обмундирования для военнослужащих и сотрудников правоохранительных органов. Также и последнее сохранившееся в России предприятие отрасли могло бы быть определено единственным поставщиком чугунных радиаторов отопления для нужд вооруженных сил: для монтажа в жилых и социальных объектах воинских частей.
Четвертое. Предлагается разработать проект федерального закона
о внесении изменений в пункт 2 статьи 164 Налогового кодекса Российской Федерации в части установления в отношении такого вида продукции, как чугунные радиаторы отопления, сниженной (10%, а не 18%) ставки налога на добавленную стоимость (НДС).
Реализация данной инициативы позволила бы существенно сократить совокупный объем налоговой нагрузки на производителей чугунных радиаторов отопления, снизить себестоимость продукции, повысить конкурентоспособность, а возможно, даже сделать данный сектор привлекательным с инвестиционной точки зрения.
Таким образом, состояние отрасли производства чугунных радиаторов отопления можно обозначить медицинским термином «крайне тяжелое» и во избежание полной потери собственного отечественного производства данному сектору необходимы экстренные «реанимационные» меры со стороны государства.
Полностью железная батарея с открытым исходным кодом 2.0
- Список журналов
- ОборудованиеX
- т.9; 2021 апр
- PMC50
ОборудованиеX.
2021 апрель; 9: e00171.
Опубликовано в сети 2 января 2021 г. doi: 10.1016/j.ohx.2020.e00171
Информация об авторе Примечания к статье Информация об авторских правах и лицензии Отказ от ответственности
- Дополнительные материалы
Открыть в отдельном окне Электрохимическая ячейка, перезаряжаемая, мощность, энергия, возобновляемая энергия
В этой работе мы представляем значительные улучшения полностью железной батареи с открытым исходным кодом. Мы показываем более высокую удельную мощность и более простое изготовление. Мы также показываем более воспроизводимую процедуру приготовления электролитов. В результате получился электрохимический элемент с высокой перезаряжаемостью на основе ионов железа, хлорида, сульфата и калия в воде при близком к нейтральному pH. Клетка стабильна в течение тысяч циклов. Он демонстрирует скромную плотность энергии, соответствующую предыдущей полностью железной батарее. Ток улучшен в 10 раз до практического уровня 500 мА/л и способен обеспечить максимальную мощность 250 мВт/л.
Хотя это скромные характеристики по сравнению с коммерческими перезаряжаемыми батареями, их низкая стоимость, простой синтез и безопасное производство могут сделать их подходящими для хранения возобновляемой энергии.
Specifications table
| Hardware name | Open source Iron Battery 2.0 |
|---|---|
| Subject area | |
| Hardware type | |
| Open Source License | CC BY-NC -ND 4.0 |
| Стоимость оборудования | 4,58–13,74 долл. США за ячейки по 8 мл каждая; Стоимость установки 400$ (для сборки 50 ячеек по 8 мл) |
| Репозиторий исходных файлов | https://doi. org/10.17605/OSF.IO/YV2E6 |
Открыть в отдельном окне
Недорогой, безопасный накопитель энергии имеет множество применений. Возобновляемая энергия может заменить только часть энергии ископаемого топлива, если ее нельзя эффективно и экономично хранить [1]. Литий-ионные батареи стали доминирующей системой хранения энергии для мобильных приложений, но они имеют проблемы с безопасностью [2] и стоимостью [3]. Для стационарных приложений может быть выгодно перейти на более дешевую, безопасную химию, но с меньшей плотностью энергии. Мы продемонстрировали малогабаритную цельнометаллическую батарею [4]. Эта ячейка была перезаряжаемой со скромной, но полезной плотностью энергии, подходящей только для маломощных приложений. Здесь мы сообщаем об улучшенной версии этой химии с аналогичной плотностью энергии и гораздо более высокой плотностью мощности, а также с более удобным форм-фактором.
Несколько полностью железных батарей были продемонстрированы в литературе и в больших масштабах для коммерческого применения.
Недавнее резюме см. в Anarghya et al. [5]. Такие батареи часто реализуются как проточные батареи [6], [7]. Преимущество проточных батарей состоит в том, что энергоемкость (определяемая размером резервуара с электролитом) отделена от мощности (определяется размером проточной ячейки). Это происходит за счет относительно сложной сантехники и насосов.
Представленный здесь цельнометаллический аккумулятор является обычным аккумулятором, а не проточным аккумулятором. Хотя химические реакции, которые перемещают и сохраняют электроны, одинаковы (т. Е. Окисление Fe и восстановление Fe 3+ ), физический дизайн намного проще. Вместо того, чтобы использовать высокоэффективную проточную ячейку для достижения практических уровней мощности, наш подход заключается в модификации материалов анода и катода для достижения полезной энергии и мощности.
Мы описываем конструкцию аккумуляторной батареи с анодом и катодом на основе железа. Общая стратегия показана на . Металлическое железо окисляется до двухвалентного железа на аноде, в то время как трехвалентное железо восстанавливается до двухвалентного железа на катоде, позволяя электронам течь.
Эта система обеспечивает высокую перезаряжаемость и настраиваемость, но мощность и плотность энергии ниже по сравнению с коммерческими батареями. Мы также описываем простой синтез подходящей разделительной мембраны из бумаги, пропитанной ацетатом целлюлозы. Этот сепаратор разделяет химию анода и катода, но обеспечивает перенос ионов. Площадь полимерного листа определяет максимальный ток. Для большей мощности батарея должна быть тонкой с большой площадью поверхности. Если требуется меньшая мощность и большая энергоемкость, батарея может быть толще с меньшей площадью разделительной мембраны (т. Е. Можно использовать более толстый акриловый пластик или несколько слоев).
Открыть в отдельном окне
Общий дизайн и функции батареи. (A) На изображениях показаны три активные формы железа. (B) Схема показывает, как общая конструкция батареи и ток.
Наше основное усовершенствование оригинальной полностью железной батареи с открытым исходным кодом заключается в увеличении плотности тока.
Первоначальный состав [4] представлял собой смесь хлорида железа и сульфата калия, доведенную до pH 7,5 с помощью гидроксида натрия. Повышение рН вызывает осаждение твердого вещества. Проводимость осажденных частиц низкая, и концентрация ионов железа в растворе также низкая. Это ограничивало максимальный электрический ток батареи. Мы определили, что максимальный ток разряда и заряда можно значительно увеличить, добавив проводящий углерод. Уменьшив расстояние между углеродным проводником электронов (первоначально углеродным войлоком) и осадком железа, мы смогли увеличить удельную мощность. Добавление сажи ketjen [проводящий углерод] в анодную и катодную пасты позволяет электронам мигрировать на гораздо более короткое расстояние от активного материала через проводящую матрицу (см. ). и определили, что 4% углерода по массе достаточно для достижения почти оптимальных характеристик. Более 4% углерода означает, что для железа остается меньше места, поэтому более высокие концентрации не рекомендуются.
Открыть в отдельном окне
Черные токопроводящие частицы Ketjen улучшают работу аккумулятора. (A) Схема показывает, как электроны диффундируют через электролит. (B) Схема показывает, как гипотетический эффект проводящего углерода сокращает расстояние диффузии. (C) График устойчивого тока в зависимости от % (масс./масс.) проводящего углерода.
В качестве вторичного улучшения мы стремились упростить первоначальный химический состав железной батареи. В исходной химии растворы солей железа содержали растворенные ионы железа, натрия, калия, хлорида и сульфата. Это показано слева с использованием предыдущей лучшей мембраны. В результате получилась стабильная химия с большим падением напряжения (крайний слева). Мы заменили мембрану из полиакрилата натрия на улучшенную мембрану (капля из ацетата целлюлозы, нанесенная на бумагу для печати). Это улучшило плотность мощности, что привело к меньшему внутреннему сопротивлению и меньшему падению напряжения во время разряда. Мы также систематически исключали каждый компонент, чтобы определить, какие из них были необходимы.
Ионы сульфата, хлорида и калия необходимы для создания высокопроизводительного перезаряжаемого элемента. Только удаление ионов натрия переносилось с высокой эффективностью (см. No Na + ). Устранение любых других ионов приводило к деградации клетки и изменению профиля заряда-разряда. Новейшая формула включает хлорид железа и сульфат калия, осажденные гидроксидом калия. По сравнению с исходным химическим составом новая формула немного проще. Однако, в зависимости от наличия материалов, возможны и другие составы (например, использование сульфата железа аммония) при условии, что соответствующие ионы растворяются в растворе до осаждения.
Открыть в отдельном окне
Оптимизация клеточного химического состава включает циклические потенциограммы каждого из четырех составов с исходным химическим составом железа (Iron Battery 1.0, крайний слева). В каждом случае удалялся один ионный компонент (Na + , K + , Cl — или SO 4 2–).
Графики показывают потенциал как функцию времени в течение первых 10 и последних 10 из 500 полных циклов. Постоянство профилей заряда-разряда указывает на стабильность.
Это оборудование может быть полезно в любом контексте, где безопасная и недорогая батарея будет преимуществом. Возможность использования решения для хранения энергии с открытым исходным кодом может дополнить проекты аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом во многих областях: энергия солнечной фермы с открытым исходным кодом [9]
•
Регистраторы данных об окружающей среде с открытым исходным кодом [10]
•
Станции с открытым исходным кодом [11]
Дизайн Файл.
Открыть в отдельном окне.
Указанная конструкция включает ячейку с внешними размерами 165 мм × 85 мм × 5 мм и внутренним активным объемом 9,6 мл. Ячейка собрана из четырех акриловых частей и скреплена сваркой растворителем, клеем и крепежными винтами.
Нижеследующее для 3 ячеек, содержащих по 8 мл каждой из электролитных паст.
| Обозначение | Компонент | Количество (за 3 ячейки по 8 мл каждая) | Стоимость за кювету 8 мл — долл. США ($) | Стоимость за единицу — долл. США ($) Общая стоимость | 6 | 6 ($) | Источник материалов | Тип материала | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| FE соль 1 | Хлорид железа (FECL 2 ) | 3,97 G | $ 0,25333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333н. г 0,50 $/г | $47.90 $21 $49.95 | Alfa-Aesar (A16327) CPLabSafety Amazon (B00QG9I3SK) | Inorganic | |||||
| Fe Salt 2 | Ferric Chloride (FeCl 3 ) | 3.24 g | $0.08 $0.04 $0.14 | $0.08/g $0.035/g $0.13 | $39.10 $17.60 $12.95 | Alfa Aesar (A16231) Amazon (B00DYOA85Q)ebay | Inorganic | ||||
| Salt | Potassium Sulfate (K 2 SO 4 ) | 6.97 g | $0.08 $0.23 | $0. 034/g $0.10/g | $34.40 $5.09 | Alfa Aesar (A13975) ebay | Inorganic | ||||
| Base | Potassium Hydroxide (KOH) | 8.42 g | $0.13 $0.42 $0.28 | $0.047/g $0.15 $0.10/g | $23.70 $15.31 $5.09 | Alfa Aesar (A18854) Amazon (B07JVVTP56) ebay | Inorganic | ||||
| Fe Metal | Steel Wool (Fe) | 0.44 g | $0.01 | $0.02/g | $3.78 | Amazon/Walmart (B074MDTWQR) | Metal | ||||
| Cellulose Acetate | 0. 45 g | $0.07 | $0.48/g | $11.92 | Fisher-Scientific (AC177780250) | Organic | |||||
| Nafion | 45 µL | $0.04 | $2.46/ml | $61.50 | Alfa Aesar (42118) | Organic | |||||
| Ethylene Glycol | 67.5 µL | $0.01 | $0.074/g | $18.60 | Alfa Aesar (A11591) | Organic | |||||
| Printing Paper | 1 pcs | $0. 01 | $0.013/sheet | $6.44 | Amazon (B0050MRBA0) | Composit | |||||
| Conductive Carbon | Ketjen Black EC-600JD | 1.20 g | $0.43 $0.52 | $1.07/gm $1.31/gm | $60 $65.50 | Ebay Ebay | Inorganic | ||||
| Housing | Arcylic sheet | 6 pcs (5″ × 7″) Or, 1700 cm 2 | $4.40 $1.7 | $2.20/pcs $0.003/cm 2 | $21.99 ~$30 | Amazon (B081B15HL4 ) Local Hardware Store | Composite | ||||
| Glue | Clear Seal | ~6 ml | $0. 05 | $0.025/ml | $3.97 | Amazon/Walmart (B001T8UDOU) | Composite | ||||
| Elec 1 | Графитный лист | 450 см 2 | $ 0,15 $ 1,12 | $ 0,001/см 2 $ 0,008/CM 2 | $ 1100123 $ 23 | 77 | 7 9007K 2 237 9007K 2 237 9007K 2 237 | 9007K 23 23 | . | Полупроводник | |
| Метиленхлорид | 6 мл | $ 0,11 | $ 0,057/мл | $ 28,40 | ALFA AESAR AESAR (AESARSAR AESAR (AESARSAR. text»:»L13089″,»term_id»:»529565″,»term_text»:»L13089″}}L13089) | Organic | |||||
| Copper tape | 30 cm 2 | ~$0.50 | – | 2,63 $ | Walmart | Металл | |||||
| Nuts and bolts | 30 pcs | $5 $1 | $0.5/pc $0.1/pc | $15 | Walmart Local hardware store | Metal/Alloy/Plastics | |||||
| Totals (Lowest) $4.58/ Ячейка (8 мл) Итого (максимум) 13,74 долл. США за ячейку (8 мл) | |||||||||||
Открыть в отдельном окне
*Вышеуказанные цены указаны без учета местных налогов и стоимости доставки.
Ниже приведены краткие инструкции по сборке (подробные инструкции по сборке включены в качестве дополнительного материала). Корпус ячейки был вырезан лазером из акрилового пластика (используя подходящий CO 2 лазерный резак, например BossLaser 80 W, или приобретенный в коммерческой службе, например Ponoko). Конструкция может быть адаптирована к широкому диапазону размеров. Проекты САПР для лазерной резки акрилового пластика (ПММА) показаны на A. Следует сделать две копии каждой детали. Внутренний замкнутый объем определяет емкость накопления энергии. Площадь поверхности определяет мощность.
Открыть в отдельном окне
Дизайн и конструкция ячеек. (A) CAD дизайн сотового корпуса. (B) Схема сборки клеток. (C) Фотография изображения материалов и выбранных этапов сборки клеток.
Графитовая фольга [Elec1] была обрезана с выступами для электрического соединения с зажимами типа «крокодил». Графитовая фольга была приклеена к плоскому акриловому листу с помощью прозрачного клея.
Второй акриловый лист был вырезан с центральным отверстием немного меньше, чем графитовая фольга, и приклеен к первому. Конструкция оставляет открытую полость для активного материала (т. е. пасты анодного электролита или пасты катодного электролита), как показано на B. Мембрана сепаратора была приготовлена путем растворения ацетата целлюлозы в ацетоне, нанесения раствора на бумагу вместе с необязательным небольшим объемом Нафион, и дав испариться (см. рис. Д.2).
Электролитную пасту готовили путем растворения хлорида железа (двухвалентное железо для катода и двухвалентное для анода) в воде в соответствующих пропорциях. К этому добавляли отмеренное количество раствора гидроксида калия для достижения рН 7,5. К полученному осадку добавляли размолотую в шаровой мельнице кетженовую сажу [проводящий углерод] до достижения 4%. Анодная полость была заполнена мелкодисперсной стальной ватой [Fe Metal], а затем заполнена анодной пастой. Мембрана сепаратора располагалась над полостью анода.
Катодная полость заполнялась катодной пастой, затем катодный узел прижимался к мембране сепаратора. Затем вся сборка была скреплена крепежными винтами по периметру и герметизирована сваркой акрилового пластика с метиленхлоридом. Медная лента использовалась для усиления выступов из графитовой фольги, которые выходят за края акрила. В собранном виде ячейка находится в заряженном состоянии и готова генерировать электрический ток.
После сборки батарею можно разряжать и заряжать, как любую батарею или гальванический элемент. Это может генерировать необходимый электрический ток для данного электронного устройства. Для разрядки аккумулятор можно использовать для питания любого электрического устройства постоянного тока, потребляющего меньше максимального тока для элемента (4,5 мА для элемента объемом 8 мл). Несколько ячеек могут быть соединены вместе последовательно или параллельно для получения более высокого напряжения или тока. Для зарядки мы рекомендуем постоянное регулируемое зарядное напряжение 1,1 В на элемент последовательно.
В качестве примера приложения мы использовали одну ячейку со схемой «похитителя Джоуля» для повышения напряжения. Эта схема преобразует постоянный ток низкого напряжения в переменный и передает переменное напряжение через повышающий трансформатор. Результат достаточен для скромной яркости светодиода (см. ). В качестве альтернативы пять таких батарей можно было соединить последовательно. Они могут выступать в качестве резервуара для хранения солнечной энергии, необходимой для освещения ночью. Эта батарея может иметь некоторые преимущества по сравнению с ионно-литиевыми батареями, включая более низкую стоимость и меньшее воздействие производства на окружающую среду, а также низкую токсичность и возможность повторного использования.
Открыть в отдельном окне
Железная батарея 2.0 и джоулев вор питают светодиод. (A) На фотографии показана разомкнутая цепь (светодиод не горит). (B) На фотографии показана замкнутая цепь (светящийся светодиод).
Железная батарея имеет значительное внутреннее сопротивление.
Помимо максимального тока, внутреннее сопротивление приводит к значительно более низкому рабочему напряжению. Более низкое напряжение снижает доступную мощность. Максимальная плотность энергии для ячейки объемом 8 мл составляла 0,25 мВт на мл. Батарея должна быть спроектирована и изготовлена с учетом этого ограничения. В зависимости от требований к мощности потребуется батарея соответствующего размера.
При приготовлении реагентов необходимо учитывать несколько соображений безопасности. Гидроксид калия является едким веществом и не должен попадать на кожу. Хлорид железа вызывает коррозию и сильно кислит, поэтому нельзя допускать его попадания на кожу. Кроме того, хлорид железа разрушает металлы, с которыми контактирует. После нейтрализации компонентов путем смешивания в соответствующих пропорциях они становятся относительно инертными. Когда ячейка больше не нужна, ее можно считать неопасными отходами (в соответствии с местным законодательством). Пластик, вода с нейтральным pH, соли железа и соли калия являются неопасными отходами (сравнимыми с обычными пищевыми и бытовыми отходами).
Версия железного элемента объемом 8 мл была протестирована на общую емкость и максимальную мощность. Ячейка показана на A. Эта ячейка содержит по 4 мл анодной и катодной пасты. Мембрана 48 см 2 . Чтобы определить общую емкость, элемент разряжали при постоянном токе 1 мА до тех пор, пока потенциал не упал до 75 мВ, как показано на B. Общая емкость при первом разряде составила 80 мАч. При использовании 0,97 г трехвалентного железа в качестве катода мы ожидаем максимум 160 мАч. Таким образом, мы получаем доступ к 50% железа в катоде. После 1000 циклов емкость была повторно измерена и составила 72 мАч, показав потерю всего 10%.
Открыть в отдельном окне
Характеристика клеток. (A) Фотография собранной ячейки. (B) График показывает глубокий разряд до и после 1000 циклов. (C) График зависимости мощности от тока показывает максимальную мощность.
Для определения максимальной мощности ячейку объемом 8 мл разряжали в диапазоне токов и измеряли напряжение.
Мощность рассчитывалась для каждого условия путем умножения тока и напряжения. В результате был получен график зависимости мощности от тока, как показано на С. Максимальная мощность составляла ~ 2 мВт или 0,25 мВт/мл при 4,5 мА. Это значительно ниже, чем у типичных коммерческих батарей, но почти на два порядка больше, чем у наших предыдущих лучших показателей.
Возможности и ограничения:
•
Напряжение: несмотря на то, что ячейка показывает потенциал открытой ячейки 1,1 В, напряжение может упасть до ~ 200 мВ во время сильноточного разряда. Это внутреннее сопротивление снижает доступную мощность.
•
Объемная емкость: 10 Ач/л. Это ограничивает использование батареи стационарными приложениями.
•
Плотность энергии: >3 Втч/л
•
Плотность мощности: 250 мВт/л
•
Циклическая стабильность: стабильно более 1000 циклов жилье)
•
Цена: 0,36 доллара США за ватт-час для активных материалов по оптовым ценам
Права человека и животных
В этой работе не использовались люди или животные.
Авторы заявляют, что у них нет известных конкурирующих финансовых интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в этой статье.
Приложение A Дополнительные данные к этой статье можно найти в Интернете по адресу https://doi.org/10.1016/j.ohx.2020.e00171.
Ниже приведены дополнительные данные к этой статье:
Дополнительные данные 1:
Нажмите здесь для просмотра. (2.0M, docx)
1. Будишак К., Сьюэлл Де А., Томсон Х., Мах Л., Верон Д.Е., Кемптон В. Минимизированные по стоимости комбинации энергии ветра, солнечной энергии и электрохимического хранения, питания сетка до 99,9% времени. J. Источники питания. 2013; 225:60–74. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.09.054. [CrossRef] [Google Scholar]
2. Liu B., Jia Y., Yuan C., Wang L., Gao X., Yin S., Xu J. Проблемы безопасности и механизмы литий-ионного аккумулятора при механических воздействиях.
оскорбительная загрузка: обзор. Материя накопления энергии. 2020;24:85–112. doi: 10.1016/j.ensm.2019.06.036. [CrossRef] [Google Scholar]
3. Naumann M., Karl R.C., Truong C.N., Jossen A., Hesse H.C. Анализ стоимости литий-ионных аккумуляторов в бытовых фотоэлектрических системах. Энергетическая процедура. 2015;73:37–47. doi: 10.1016/j.egypro.2015.07.555. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
4. Йенсен Н., Аллен П.Б. Полностью железная батарея с открытым исходным кодом для хранения возобновляемой энергии. ОборудованиеX. 2019;6:e00072. doi: 10.1016/j.ohx.2019.e00072. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
5. Динеш А., Оливера С., Венкатеш К., Сантош М.С., Прия М.Г., Инамуддин, Асири А.М., Муралидхара Х.Б. Проточные батареи на основе железа для хранения возобновляемой энергии. Окружающая среда. хим. лат. 2018;16(3):683–694. doi: 10.1007/s10311-018-0709-8. [CrossRef] [Google Scholar]
6. Gong K.E., Xu F., Grunewald J.B., Ma X., Zhao Y.
, Gu S., Yan Y. Полностью растворимая железосодержащая водная окислительно-восстановительная батарея. ACS Energy Lett. 2016;1(1):89–93. doi: 10.1021/acsenergylett.6b00049.s001. [CrossRef] [Google Scholar]
7. Манохар А.К., Ким К.М., Плихта Э., Хендриксон М., Роулингс С., Нараянан С.Р. Высокоэффективная проточная железо-хлоридная окислительно-восстановительная батарея для крупномасштабного накопления энергии. Дж. Электрохим. соц. 2016; 163(1):A5118–A5125. doi: 10.1149/2.0161601jes. [CrossRef] [Google Scholar]
8. Бартманн Д., Финк Д. Энергия ветра в домашних условиях: практическое руководство по использованию ветра. Издательство Баквилл. ООО. 2009 [Академия Google]
9. Buitenhuis A.J., Pearce J.M. Разработка солнечной фотоэлектрической технологии с открытым исходным кодом. Энергетическая поддержка. Развивать. 2012;16(3):379–388. doi: 10.1016/j.esd.2012.06.006. [CrossRef] [Google Scholar]
10. Э.д. Baker Регистратор данных с открытым исходным кодом для недорогого мониторинга окружающей среды BDJ 2 e1059 10.
3897/BDJ.2.e1059.suppl2 [бесплатная статья PMC] [PubMed]
электронная станция абляции для измерения воздействия изменения климата на ледники. ОборудованиеX. 2019;5:e00053. doi: 10.1016/j.ohx.2019.e00053. [CrossRef] [Google Scholar]
Статьи от HardwareX предоставлены здесь с разрешения Elsevier
Анализ стоимости элемента аккумуляторной батареи электромобиля
Визуализация потребления топлива и материалов в США на душу населения
Первоначально это было опубликовано на Elements. Подпишитесь на бесплатный список рассылки, чтобы каждую неделю получать красивые визуализации мегатенденций в области природных ресурсов по электронной почте.
Богатые страны потребляют огромное количество природных ресурсов на душу населения, и Соединенные Штаты не являются исключением.
По данным Национальной горнодобывающей ассоциации, каждому американцу ежегодно требуется более 39 000 фунтов (17 700 кг) полезных ископаемых и ископаемого топлива для поддержания уровня жизни.
Материалы, необходимые для строительства
Каждое здание вокруг нас и каждый тротуар, по которому мы ходим, сделаны из песка, стали и цемента.
В результате эти материалы лидируют по потреблению на душу населения в США. В среднем на каждого жителя Америки приходится более 10 000 фунтов камня и около 7 000 фунтов песка и гравия в год.
| Материал/ископаемое топливо | Фунтов на человека |
|---|---|
| Камень | 10 643 |
| Природный газ | 9 456 |
| Песок, гравий | 7 088 |
| Нефтепродукты | 6 527 |
| Уголь | 3 290 |
| Цемент | 724 |
| Прочие неметаллы | 569 |
| Соль | 359 |
| Железная руда | 239 |
| Фосфатная руда | 166 |
| Сера | 66 |
| Калий | 49 |
| Кальцинированная сода | 36 |
| Бокситы (алюминий) | 24 |
| Прочие металлы | 21 |
| Медь | 13 |
| Свинец | 11 |
| Цинк | 6 |
| Марганец | 4 |
| Итого | 39 291 |
Строительная отрасль вносит основной вклад в экономику США.
Щебень, песок, гравий и другие строительные заполнители составляют половину промышленных полезных ископаемых, добываемых в стране, в результате чего годовой доход составляет 29 миллиардов долларов.
Также в список входят важные твердые металлы, такие как медь, алюминий, железная руда и, конечно же, многие более редкие металлы, используемые в меньших количествах каждый год. Эти более редкие металлы могут иметь большое экономическое значение, даже если их использование является более концентрированным и изолированным — например, палладий (в основном используемый в каталитических преобразователях) стоит 54 миллиона долларов за тонну.
Топливо, обеспечивающее нашу жизнь
Несмотря на постоянные усилия по борьбе с изменением климата и сокращению выбросов углерода, каждый житель США использует более 19000 фунтов ископаемого топлива в год.
Бензин является наиболее потребляемым нефтепродуктом в США.
В 2021 году потребление готового автомобильного бензина в среднем составляло около 369 миллионов галлонов в день, что составляет около 44% от общего потребления нефти в США.