Современные батареи: Современные радиаторы отопления – всему свое место. О специфике выбора оборудования

Содержание

Современные радиаторы отопления – всему свое место. О специфике выбора оборудования

Необходимость выбирать радиатор отопления у владельца недвижимости возникает в определенных случаях – при новоселье, обустройстве строящегося здания, замене системы отопления. При существующем богатстве типов радиаторов разобраться бывает сложно – чем же отличаются в эксплуатации алюминиевые, стальные, биметаллические и чугунные приборы.

Алюминиевые радиаторы

Алюминиевые радиаторы – популярная и достаточно экономичная для потребителей позиция на рынке.

У них есть большое преимущество – высокая теплоотдача каждой секции. Но в централизованных системах отопления многоквартирных домов или офисов алюминиевые радиаторы неизвестного происхождения могут не выдержать перепадов давления (из-за толщины стенок, не соответствующих ГОСТу) и быстро прийти в негодность под действием плохого качества теплоносителя.

Правильный вариант применения алюминиевых радиаторов – выбор качественной продукции известных брендов, отвечающих за свою репутацию, например, Global Radiatori, чьи приборы еще в 90-х годах прошлого века были адаптированы к российским условиям теплоснабжения. Качественные радиаторы из алюминия выдерживают рабочее давление до 16 атмосфер при нормативном максимуме для центральных сетей отопления в 9-10 атмосфер.

В целом, алюминиевые радиаторы – наиболее оптимальный выбор для владельцев частных домов, потому что в своем малоэтажном доме давление не превышает 6 атмосфер, и может регулироваться домовладельцем. Также владелец имеет возможность контролировать качество теплоносителя через систему водоподготовки, придерживаясь стандартной жесткости воды – до 7°Ж, а также показатель pH теплоносителя — до 8,5pH.

Стальные панельные радиаторы

Батареи из стали — вторые по популярности у застройщиков. Они обладают характерным видом. По тепловым характеристикам радиаторы схожи с алюминием… К примеру, для комнаты 20 м² нужна стальная панельная батарея шириной 100 см или алюминиевый радиатор из 10 секций шириной 88 см. Требования к воде стальных панельных радиаторов немного ниже, чем у алюминия, однако гораздо выше к давлению.

Они наиболее удобны для систем отопления, где давление в системе отопления не превышает 8 атмосфер, но качество теплоносителя оставляет желать лучшего. Поэтому они часто оказываются оптимальны для частных домов c автономными системами отопления или офисов, также с независимой системой отопления.

Биметаллические радиаторы

В многоквартирном доме, подключенном к городским сетям, ситуация с качеством и давлением воды значительно сложнее — теплоноситель химически более агрессивен, поэтому здесь стоит выбирать качественные биметаллические радиаторы, в частности, Global Radiatori — стойкие к нестабильному качеству и агрессивности теплоносителя благодаря тому, что в таких радиаторах отсутствует контакт теплоносителя с алюминием.

Внешняя часть биметаллических батарей сделана из алюминия, а сердцевина: вертикальный и горизонтальный коллектор — целиком из стали. Качественные радиаторы из биметалла можно ставить в доме любой высотности, поскольку они выдерживают очень высокое давление. Поэтому, если такие проблемы когда-то были, то с этими радиаторами про них можно забыть.

Биметаллическими радиаторами часто заменяют алюминиевые батареи, установленные застройщиком многоквартирного дома, если есть сомнения в их качестве.

Существуют различные виды биметаллических радиаторов. У некоторых из стали сделана только вертикальная часть внутренней закладной детали, горизонтальная — нет. И его все равно будут разрушать вредные примеси, находящиеся в воде. Также это может создавать опасные очаги коррозии на радиаторах в местах соединения алюминиевого коллектора и стального.

Чугунные батареи

Чугунные радиаторы органично вписываются в дизайнерские интерьеры, где другие современные типы батарей могут выглядеть неуместно. Благодаря толстым стенкам батареи из чугуна справляются с вредными веществами в воде. Со временем они тоже ржавеют, но из-за толщины металла эта ржавчина растет дольше. Но, благодаря большому объему теплоносителя в каждой секции чугунные радиаторы изначально дольше прогреваются и также остывают, что сказывается на скорости прогрева помещения. Опять же из-за толщины стенок теплоотдача таких радиаторов ниже относительно других видов.

При этом чугунные радиаторы выдерживают давление до 6 атмосфер, поэтому их не рекомендуется устанавливать в домах выше 10 этажей.

Радиаторы отопления — это инвестиции в жизненно важную инфраструктуру своего дома или квартиры на многие годы вперед. Поэтому правильно подобранный радиатор создает комфорт не только за счет полноценной теплоотдачи, но и своей надежной работы.

Радиаторы отопления: какие лучше для квартиры (47 фото) – сравниваем варианты

Радиатор отопления из медных трубок

Выбирая радиаторы отопления (какие лучше для квартиры, а какие для частного дома), следует учесть несколько факторов, но главный из которых, без сомнения – это качество теплоносителя.

Содержание

Хороший радиатор отопления – залог комфортабельности и уюта в любом помещении

Хромированный радиатор смотрится очень эффектно

Если говорить о системе центрального отопления, то качество воды (а именно она выполняет роль теплоносителя) в ней очень далеко от идеального:

  • вода имеет очень высокий показатель водородности, который может достигать значения pH 9,5, к тому же в ней очень много химически активных соединений и примесей, которые, вступая в реакцию с металлом, могут вызвать коррозию радиатора
  • в воде содержится большое количество примесей – частичек песка или шлама, которые, перемещаясь по системе под давлением, выступают в роли своего рода абразива, царапая трубы и батареи изнутри, за несколько лет они способны просто протереть их
  • нестабильность температуры – она может колебаться в достаточно значительных пределах, иногда радиаторы почти холодные, а иногда – к ним просто невозможно дотронуться

Радиатор темного цвета отлично впишется в интерьер современного стиля

Вертикальный хромированный радиатор

Чтобы радиатор отопления сочетался с вашим интерьером, его можно покрасить в любой цвет

Кроме того, есть еще несколько факторов, характерных для систем центрального отопления:

  • рабочее давление системы – радиаторы должны выдерживать, как минимум, в полтора раза большее значение, чем действующее в отопительной системе. Для «хрущевок» оно составляет порядка 5-8 атмосфер, для более современных девяти- и шестнадцатиэтажек – 10-12 атмосфер, а в новых домах может достигать и 15
  • гидравлический удар – пиковое изменение давления теплоносителя, вызванное заполнением системы или перекрытием крана
  • летом воду из системы отопления сливают, поэтому материал радиатора должен противостоять «сухой» коррозии

Белые вертикальные радиаторы на желтом фоне

Некоторые радиаторы с интересным дизайном вполне могут стать элементом декора

Радиаторы – это важнейшая часть отопительной системы в целом, которые во многом и определяют эффективность её функционирования, от правильного их выбора будет зависеть, насколько комфортно, уютно и тепло вы будете чувствовать себя. При этом замена радиаторов – операция не только очень хлопотная, но и весьма затратная. Рассмотрим подробнее, какой тип радиатора оптимально подходит для установки в квартире.

Гостиная в стиле лофт с медным радиатором

Черный радиатор на фоне серой кирпичной стены

Радиатор, расположенный в ванной комнате, можно соединить с полотенцесушителем

Стальные радиаторы: однозначно не для квартир

Небольшой вес, компактность, низкая инертность, стилистическое разнообразие и привлекательность – все это сильные стороны стальных радиаторов, которые отлично подойдут для индивидуального отопления. А вот для центрального отопления они категорически не подходят:

  • они могут выдержать небольшое (до 8 атмосфер) рабочее давление в системе, и, соответственно, не способны выдержать гидроудар
  • очень чувствительны к кислороду, который попадает в трубы вместе с водой
  • после слива воды в конце отопительного сезона, внутренние стенки стальных радиаторов начинают активно окисляться (ржаветь)

Гостиная со стальным радиатором отопления

Стальной радиатор в кабинете с интерьером в стиле эко

Отзывы.

Семен:

«Очень большой выбор панельных стальных батарей. Можно выбрать радиатор «стандартного» прямоугольного форм-фактора, который можно просто упрятать под окно. А можно подобрать очень стильные, оригинальные и привлекательные модели»

Антонина:

«Со временем батарея превращается в пылесборник, убирать её очень тяжело. Панель радиатора (основная часть батареи) – это два тонких листа, в которых выштампованы вертикальные каналы для движения воды, сваренные друг с другом. Вот на этих впадинах и собирается вся пыль, очень негигиенично.»

Станислав:

«Поставили, но после подключения отопления начали подтекать. В системе что-то шумит и трещит, нам сказали – это колебания давления. Обратились в жилконтору, там только руками развели, мол, ваши проблемы, мы за давление не отвечаем. Среди зимы срочно пришлось менять один радиатор, второй еле дотянул до весны.»

Спальня в белых тонах со стальным радиатором

Алюминиевый радиатор: непереносимое соседство

Высокая теплоотдача (самая высокая из всех типов радиаторов, может достигать 200 Вт на секцию), низкий вес, элегантный дизайн, прочные и достаточно надежные (могут работать с давлением до 16 атмосфер) алюминиевые радиаторы абсолютно не переносят соседства с железными трубами – а именно по ним, в подавляющем большинстве случаев, транспортируется вода. Совмещение их в одной системе запускает агрессивные химические реакции, которые наносят вред, прежде всего, алюминиевым батареям. Кроме того, алюминиевые батареи очень чувствительны как к качеству воды, так и к наличию примесей в ней.

Секционный алюминиевый радиатор

Установка батарей из алюминия (впрочем, как и стальных) полностью оправдана в частных домах, а так же может рассматриваться как в вариант в многоквартирных домах с индивидуальным отоплением. Так же их можно установить в домах, имеющих собственную систему отопления (в которой вода проходит предварительную обработку), а для транспортировки теплоносителя используются полипропиленовые трубы.

Декоративные деревянный экран для батареи

Отзывы.

Виктор Петрович:

«В квартире решили поставить индивидуальное отопление, был выбор алюминиевые (с обогревом водой) или электрические радиаторы отопления (конвекторы). Выбрали первые и не жалеем — заполнили систему очищенной водой, греет просто замечательно, включаешь обогреватель, пару минут – и радиаторы горячие.»

Семеныч:

«Многие негативные отзывы связаны именно с качеством радиаторов, но при этом хорошие качественные батареи не могут стоить «три копейки». Это все равно, что купить «Ладу» и требовать от неё, как от «Феррари». Тем более, если брать радиаторы на рынке, китайские, не пойми какого производителя, слепленные непонятно из чего.»

Ольга:

«Если у вас дети, будьте внимательны – у некоторых алюминиевых радиаторов пластины оребрения очень тонкие и острые, такие лучше не ставить в детскую. Или потребуется накрыть их какой-то доп. защитой.»

Валерий:

«У нас на районе старая котельная, а соседи сверху рискнули – поставили алюминиевые батареи. Заодно и нам ремонт сделали – потом, когда они обильно потекли.»

Вертикальный алюминиевый радиатор прекрасно справится с обогревом кухни, совмещенной с гостиной

Чугунные батареи: классика теплотехники

Не будет преувеличением, если сказать, что чугунные радиаторы переживают вторую (и вполне оправданную) молодость. Прежде всего, разработчики активно поработали с составом и структурой чугуна, чтобы сохранив его прочность, повысить его теплопередачу. Если в классических чугунных «гармошках» мощность одной секции составляла порядка 80 Вт, то в современных моделях она практически в два раза выше – до 150-160 Вт.

Классический чугунный радиатор

Другое направление – эстетическое. Активно используются порошковые краски, которые позволяют получить равномерное и долговечное покрытие по всей батареи. Чугунные батареи незаменимы для интерьеров в классическом и английском стиле, поэтому сейчас можно подобрать радиаторы с фигурным литьем и с возможностью установки на ножках.

Чугунный радиатор отопления с фигурным литьем и на ножках

Батарея должна не только служить источником тепла, но и гармонично вписываться в интерьер

Чугунные радиаторы прекрасно смотрятся в интерьере венецианского стиля

Сохранили чугунные радиаторы и свои «традиционные» преимущества:

  • невосприимчивость к воде – точнее говоря, к качеству теплоносителя. Чугун крайне устойчив как уровню pH, наличию песка и прочего мусора, то есть всех тех агрессивных моментов, которые просто убивают другие радиаторы
  • коррозийная устойчивость – чугун практически не чувствителен к сухой коррозии, поэтому отлично переносит летнее время, когда из системы отопления сливают воду
  • устойчивость к засорению – внутреннее сечение радиатора имеет большой диаметр, поэтому даже если какой-то посторонний предмет попадет в теплоноситель (что очень даже не исключено, учитывая качество подготовки воды в тепломагистралях), то он пройдет сквозь радиатор, не создав заторов для воды. Отсюда и другое преимущество – большая (по времени) периодичность чистки батарей

Спальня в стиле фьюжн с черным радиатором

  • устойчивость к перегреву – чугунные радиаторы рассчитаны на температуру теплоносителя до 150° С
  • чугунные батареи отлично держат гидравлический удар и абсолютно нечувствительны к перепадам рабочего давления
  • долговечность – изготовление по современным технологиям гарантирует безаварийную работу батарей до 50 лет, в этом показателе чугунным батареям нет равных

Один из главных недостатков чугунных батарей – их вес, их монтировать можно только к основательной стене (никакой гипсокартон с закладными их не выдержит), используя крепкие кронштейны. Сюда же можно отнести и высокую инерционность – чугун долго прогревается.

Чугунные батареи очень прочны и долговечны

Медный радиатор отлично впишется в интерьер кухни лофт

Отзывы.

Стас:

«Подключение радиатора отопления из чугуна можно проводить к любому типу теплоносителя (труб)- они «всеядны», одинаково хорошо добрососедствуют как с металлом, так и с пластиком. Плюс – у них лучевой способ отопления, при котором нагревается не только воздух, но и предметы, расположенные рядом.»

Юлия:

«Очень долго прогреваются, у них большая инерция, автоматические системы обогрева и климатконтроля с чугунными батареями малоэффективны. Между секциями убрать и протереть пыль – еще то удовольствие, там постоянно скапливается пыль.«

Евгений:

«Чугунные батареи могут быть красивыми, надо только поискать, есть очень стильные вещи, стилизованные под старину, а есть почти хай-тек. Благодаря новым подходам, увеличилась поверхность теплоотдачи, батареи больше отдают тепла.«

Геннадий:

«В обслуживание системы отопления перед холодами входит такой процесс, как промывка — это когда в систему закачивают такую специальную жидкость, которая удаляет засоры, накипь, шлаки и т.д. И все это гоняют под хорошим давлением. Выдержать это могут только чугунные батареи, ну – еще биметалл.»

Современные чугунные батареи тоже могут быть эстетически привлекательными

Биметаллические радиаторы отопления: хорошо, но дорого

Попытка совместить надежность и долговечность чугунных радиаторов с теплоэффективностью и привлекательностью алюминиевых. Результат – комбинированные радиаторы со стальным сердечником и алюминиевой фигурной оболочкой. Они хорошо держат высокое рабочее давление и им не страшны гидроудары, устойчивы к коррозии, хорошо отдают тепло, при этом имеют низкую инерционность, поэтому легко управлять теплоотдачей, регулируя (поддерживая) температуру в помещении, показатель секционной тепловой мощности – 180-190 Вт (выше показатели только у алюминиевых). Но такая универсальность дорого стоит – в прямом значении этого слова, ведь по стоимости биметаллические радиаторы значительно превосходят все остальные типы радиаторов.

Детская комната с яркими биметаллическими радиаторами

Радиаторы отопления могут иметь различное исполнение

Секционная биметаллическая батарея

Радиатор отопления трубчатого типа

Отзывы.

Юлия Петровна:

«Отлично подошли в детскую, округлые формы, нет резких углов, плоские поверхности.»

Стас:

«По поводу стоимости. Просто к стоимости алюминиевых радиаторов добавьте стоимость ремонта – своего и соседей, и сразу все станет на свои места. Заплатил раз – и спишь спокойно.»

Вадим:

«Вариант как раз для городской квартиры с центральным отоплением. Большой и разнообразный модельный ряд, есть стильные и привлекательные варианты, это не чугунные раритеты, их не придется искусно прятать, отлично переносят нашу «химическую» воду. А вот для частного дома – не стоит, просто переплатите солидную сумму.»

Владимир В:

«Привлекает возможность подобрать мощность радиатора, добавляя необходимое количество секций. Легко собираются и просто устанавливаются, даже можно к гипсокартону прикрепить.»

Радиатор с лакированной черной металлической отделкой открытого типа

Цена на батареи отопления разных типов и моделей

В любом каталоге интернет-магазинов, продающих радиаторы отопления, сотни наименований. Среди них батареи импортные от известных мировых брендов и отечественные. Указана разная цена на батареи отопления, у них разные размеры и вес. Как не заблудиться в этом море информации? Как выбрать радиаторы хорошие, надежные и недорогие?

Виды радиаторов отопления

Мировой рынок предлагает множество типов и моделей радиаторов. Подобрать подходящие батареи легко, если твердо знать, что именно нужно покупать для отопления.

Все выпускаемые радиаторы можно разделить на четыре типа:

  • чугунные;
  • стальные;
  • алюминиевые;
  • биметаллические.

Современные батареи из чугуна

Самыми дешевыми считаются чугунные батареи. Назвать конкретную цену и точно сказать, сколько стоит батарея отопления невозможно. Постоянно меняется курс доллара, а относительно курса меняются цены, которые можно уточнить в магазине.

Если раньше чугунные батареи имели неэстетический вид, то сейчас они выпускаются совершенно другой формы.

Выпускается даже линейка моделей в стиле «ретро», с вензелями и специальной декоративной покраской (более подробно можно прочитать в нашей стать «Усовершенствованные чугунные радиаторы в ретро стиле»). При этом чугунные батареи полностью сохраняют свои несомненные преимущества – устойчивость к коррозии, относительно невысокая стоимость, большая теплоемкость и долговечность. Поэтому можно сэкономить средства, если купить чугунные батареи отопления цена бу еще меньше. Если ее перебрать, промыть и установить новые прокладки, то такая батарея будет работать длительное время.

Батареи из стали

Бюджетные стальные радиаторы изготовляются методом штамповки, что уменьшает их конечную стоимость. Самыми дешевыми и популярными считаются панельные стальные радиаторы. Такие радиаторы долговечны, но если придется купить батареи отопления бу, то перед установкой их нужно хорошо промыть. В стальных радиаторах накопляется грязь.

В продаже находятся три вида радиаторов изготовленных из стали:

  1. панельные радиаторы, максимальное давление до 9 атмосфер;
  2. трубчатые радиаторы самые дорогие, они способны работать при давлении до 15 атмосфер;
  3. секционные радиаторы из стали, изготовляются методом штамповки, максимальное давление до 6 атмосфер.

Дизайн стальных радиаторов простой и незамысловатый, что облегчает уход за ними. Этот тип приборов характеризуется высоким КПД, аккуратным внешним видом, большим ассортиментов и оптимальным соотношением цена качество. Стальные батареи, которые выпускаются фирмами Германии (Kermi), (DeLonghi) Италии и многими другими. Это евро батареи для отопления цена которых во многом зависит от фирмы-изготовителя, размера и качества. В любом случае стоимость следует уточнять, т. к. она постоянно меняется.

Основные недостатки стальных радиаторов:

  • усиленная коррозия при сливе воды из системы;
  • не рекомендуется для открытых систем;
  • неустойчивость к гидроударам.

Радиаторы из алюминия

Современные алюминиевые радиаторы изготовляются методом прессования, а также методом литья. Прессованная батарея отопления радиаторная дешевле, чем отлитая из первичного алюминия. Внутренняя поверхность покрывается защитной пленкой. Наружная покраска осуществляется порошковым методом. Алюминиевые радиаторы выпускают всемирно известными итальянскими фирмами: Rogal, Nova Florida, Ferroli, Fondital. Технические характеристики их очень похожи, так же как и цены на батареи для отопления из алюминия итальянского производства. Основное различие заключается в разном дизайне батарей.

Биметаллические радиаторы

В сети самые лучшие отзывы батареи отопления биметаллические заслужили по праву. Они имеют прекрасный внешний вид, а стальная сердцевина позволяет выдерживать рабочее давление до 25 атмосфер.

Биметаллические радиаторы выполнены в виде каркаса из медных или стальных труб для движения теплоносителя.

Снаружи к каркасу прикреплены алюминиевые пластины. Секции соединяются между собой стальными ниппелями. Биметаллические итальянские батареи отопления цена на которые довольно высокая, долговечны, а надежность и качество компенсирует дополнительные затраты. Довольно часто можно встретить объявление — куплю б у батареи отопления биметаллические. Появление таких объявлений дополнительное свидетельство популярности и высочайшего качества биметаллических радиаторов.

Радиаторы, встраиваемые в пол

Не так давно появился особый вид радиаторов отопления, которые позволили до неузнаваемости изменить дизайн офисов, спортзалов и торговых центров. Приборы отопления, встраиваемые в пол, обеспечивают одновременно нагрев и стильный дизайн интерьера. Такие радиаторы успешно работают в зимних садах и загородных коттеджах.

Нагрев воздуха происходит за счет конвекции. Радиатор представляет собой ребристый нагреватель, подключенный к водяной системе отопления, который установлен в канал. Сверху канал закрывается декоративной решеткой. Более подробно батареях встроенных в пол, можно прочитать здесь. Встраиваемые в пол отопительные приборы эффективно обогревают помещения значительной площади. На современные батареи отопления в полу цена довольно высока, зависит от длины корпуса. Установка приборов в стяжку тоже требуют дополнительных затрат, но результат – современный дизайн помещения и его эффективный обогрев с лихвой компенсирует все расходы.

Современные чугунные радиаторы отопления: характеристики и фото

Классическим вариантом отопительной системы в нашей стране являются чугунные батареи, которые характеризуются длительным сроком эксплуатации. Это обеспечивается благодаря материалу, из которого они сделаны. Чугун способен сохранять устойчивость к коррозии и воздействию различных примесей, которые содержит вода, циркулирующая в отопительной системе.

Часть домов, построенных в советское время, до сих пор оснащена чугунными батареями. Большое значение имеет и доступная стоимость этого вида продукции. Подобные радиаторы пользуются популярностью у владельцев частных домов, отрезанных от централизованной подачи газа. Отопление твердым горючим способствует созданию повышенной инерции в чугунных батареях и, как следствие, длительному сохранению тепла после завершения топочного процесса.

Технические характеристики

  1. Основными параметрами приборов отопления считаются теплоотдача и мощность. Документация на продукцию заключает в себе информацию о мощности одной секции, которая чаще всего составляет 160 Вт. Теплоотдача чугунных радиаторов в 2 раза ниже, чем у алюминиевых и биметаллических аналогов. Этот негативный момент перекрывается невысоким показателем инертности. К преимуществам чугуна следует отнести повышенную способность удерживать тепло и выделять энергию. Использование приборов отопления из этого материала является оптимальным вариантом для систем, которые имеют естественную циркуляцию теплоносителя.
  2. Масса секции, которая варьируется в пределах 3-7 кг. При этом батареи могут содержать разное количество отдельных частей, что определяется конкретной моделью и площадью помещения, в котором они установлены. По окончании монтажных работ количество секций можно менять по мере надобности.
  3. Габариты. Ширина одного конструктивного элемента батареи составляет 8-10 см, глубина – 7-12 см, высота – 37-57 см.
  4. Внутренняя полость имеет объем 0,7-1,5 л.
  5. Величина опрессовочного давления, которая выражает показатель максимальной нагрузки, выдерживаемой чугунным радиатором при случайном гидроударе. При проведении испытаний отопительной системы в ней создается нагрузка, которая практически идентична опрессовочной. Современные чугунные радиаторы характеризуются значением, равным 12-18 атм.
  6. Давление при эксплуатации. Это показатель нагрузки, оказываемой теплоносителем во время циркуляции по системе отопления. Средние данные такого параметра находятся в диапазоне 6-10 атм. Стандартная нагрузка имеет рабочее давление, равное 9 атм.
  7. Средний срок службы подобных устройств довольно длителен (25-35 лет). В некоторых случаях период использования достигает 50-60 лет. Данные показатели значительно превышают срок эксплуатации алюминиевых и биметаллических радиаторов. Это обусловлено тем, что внутренние каналы имеют довольно большое пространство и не склонны к засорению. Батареи из чугуна не боятся абразивного износа, поскольку не вступают в химические реакции. По истечении определенного срока радиаторы можно окрасить в нужный цвет.

Производители чугунных батарей выпускают огромное количество моделей. Самыми востребованными считаются STI Nova, MC-140 и Konner.

Современные чугунные батареи и их особенности

Нынешние модели отопительных приборов отличаются улучшенными техническими характеристиками и привлекательным внешним видом, что позволяет органично вписать их практически в любой интерьер.

Ранее чугунные батареи имели вид соединенных секторов, вылитых из одного материала. Стоимость отопительного прибора варьировалась в зависимости от количества секций, что сказывалось и на результативности всей системы. Радиаторы с большим числом наименьших конструктивных элементов устанавливались в угловых квартирах и на последних этажах высотных домов.

Сегодня батареи отличаются разнообразием конфигураций вплоть до причудливых форм. Некоторые из них можно даже отнести к произведениям искусства.

В определенных случаях оригинальный дизайн может сослужить плохую службу. Это объясняется увеличением трудоемкости изготовления и себестоимости батарей, наличием повышенных требований при их монтаже и содержании, поскольку обычная покраска здесь не будет актуальной.

Какой теплоноситель нужен для чугунных радиаторов

В качестве теплоносителей в нынешних батареях могут использоваться горячая вода, пар и антифриз. Для выработки нагретого влажного воздуха применяется специальный котел, благодаря которому он курсирует по радиаторам. При разогреве металлического устройства тепло поступает в жилище.

Чаще всего помещения оборудуются водными радиаторами, теплоноситель для которых нагревается за счет функционирования котла. Горячая жидкость курсирует по системе, а после остывания возвращается в емкость теплогенератора для повторного нагрева. В этих случаях используется непригодная для питья вода, а технология, основанная на принципе замкнутого круга, существенно экономит финансы.

Инновационные системы предусматривают использование антифриза, обладающего уникальными свойствами. Вероятность разморозки конструкции делает его незаменимым элементом.

Охлаждающая жидкость, применяющаяся в автомобилях, для этих целей непригодна, поскольку не соответствует нормам пожарной безопасности и способна навредить здоровью жителей дома. Это объясняет целесообразность покупки специальных антифризов, основой которых является пропиленгликоль, имеющий низкую токсичность.

Страны-производители

Выпуском чугунных батарей занимаются как отечественные, так и зарубежные компании. Большим спросом такие радиаторы пользуются у жителей стран СНГ, что объясняет развитие производства на территориях России и Республики Беларусь. Налажен выпуск батарей из чугуна и немецкими, американскими, итальянскими производителями, поскольку любители старины с удовольствием применяют такую продукцию в интерьере своего дома. Нередко можно встретить и истинных почитателей чугунных изделий, для которых такая продукция является оптимальным вариантом, предназначенным для отопления различных помещений.

Предприятие, занимающееся выпуском отопительных устройств, расположенное в Минске, является ведущим производителем в Беларуси. Комплекс оборудован итальянскими автоматическими линиями, что существенно повышает качество выпускаемых чугунных батарей и выводит их на новый уровень конкурентоспособности.

Благодаря полной модернизации технологий удалось значительно снизить энергопотребление и улучшить местную экологическую ситуацию. Данные факты привели к повышенному спросу потребителей как в стране, так и за ее пределами.

Российский рынок по сбыту радиаторов из чугуна наполняет продукция заводов Челябинска, Нижнего Тагила, Брянской области. Внедряя инновационные технологии и выпуская чугунные радиаторы нового образца (трехканальные и с уменьшенным межосевым расстоянием), этим предприятиям удалось сохранить свое полноценное существование.

На отечественном рынке представлена также продукция зарубежных производителей, однако высокая стоимость делает ее менее популярной. Недостатком радиаторов, выпущенных за границей, является их несоответствие техническим требованиям нашей страны.

Отличительные черты чугунных батарей зарубежных и российских производителей

Отечественные радиаторы вполне заслуженно выдерживают конкуренцию с импортными аналогами, хотя некоторые технические параметры уступают зарубежным изделиям. Так, рабочее давление стандартного чугунного радиатора МС-140 находится на уровне 9 атм, а опрессовочного – 15 атм.

Существующие на рынке модели из Италии, Чехии, Германии имеют более высокие показатели и характеризуются довольно гладкой поверхностью. Их использование осуществляется с меньшим потреблением теплоносителя. При сравнении МС-140 и TERMO, изготовленным чешской фирмой Viadrus, видно, что при одинаковой мощности первая модель «поглощает» 1,3 л, а вторая – всего 0,8 л. Существенным преимуществом отечественных изделий является доступная стоимость.

Чугунные радиаторы достойны рассмотрения при выборе устройств отопления, поскольку их цена и качество вполне соразмерны. Мощность необходимого оборудования рассчитывается по параметрам площади отапливаемого помещения. Так, для обогрева 10 кв. м потребуется прибор мощностью 1-1,3 кВт. Согласно этим показателям подбирается необходимое количество секций, учитывая технические параметры батареи, указанные в документах.

Отрицательные стороны изделий из чугуна

  1. Большая масса.
  2. Длительный нагрев.
  3. Наличие тепловой инерционности.

Советы по монтажу

Прежде чем приступить к установке, отопительному прибору придается требуемый окрас, проверяются целостность резьбы на ниппелях и герметичность всех секций. На стенке фиксируются металлические кронштейны в нижней и верхней точках так, чтобы один элемент приходился на 1 кв. м плоскости.

Размещение радиатора под окном предусматривает, что центры оконного проема и отопительного оборудования будут совпадать, интервал между ним и полом составит в пределах 70-120 мм, а дистанция до стены превысит 30 мм. Подключение к подводящим трубам осуществляется после фиксации батареи.

В таком случае самостоятельная установка отопительного прибора нецелесообразна.

Обзор моделей современных радиаторов

На сегодняшний день выпуском чугунных батарей занимаются как производители России, так и стран СНГ (Украины и Беларуси). Не отстают от них и заводы Турции, Германии, США, Англии. Самыми востребованными являются чугунные радиаторы следующих компаний:

  • GURATEC;
  • ТомБат;
  • Konner.

Производством батарей с прежним дизайном и усовершенствованными свойствами занимается фирма «ТомБат». Выпускаемые изделия отвечают строгим нормам ГОСТа при разных массе и габаритах.

Наиболее дорогостоящей моделью является радиатор МС-140-500, у которого цена одной секции находится в пределах 240 р. Такой прибор имеет глубину 140 мм, номинальную мощность 160 Вт, межосевое расстояние 500 мм и емкость 1,45 л. Общий вес изделия составляет 7,1 кг.

Батарея с минимальными показателями массы (5,7 кг) и объема имеет аббревиатуру МС-110-500. Радиатор обладает средним номинальным тепловым потоком в 125 Вт и емкостью в 0,85 л. Модель батареи типа МС-90-300 наделена изготовителем низкой мощностью (всего 100 Вт) и минимальной ценой.

Производство высококачественных батарей налажено и на фирме GUARTEC, расположенной на территории Германии. Их изделия отличаются оригинальным дизайном и длительным сроком эксплуатации. Немецкая педантичность позволила им создавать на территории некоторых стран Европы (Германии, Франции, Англии) значительное количество радиаторов, пользующихся большой популярностью.

Стиль ретро, отличающий данные батареи, не помешал производителям оснастить их необходимыми характеристиками и цветовым оформлением (например, под медь, бронзу, чугун). Эти факты стали ключевыми моментами для любителей украсить интерьер подобными изделиями.

Китайская компания Konner занимается производством продукции, разработанной опытными инженерами. Их радиаторы отопления приспособлены к условиям нашей страны, имеют интересный дизайн и обладают современными характеристиками с сохранением отличного качества и высокой прочности. Работа батарей возможна как при естественной, так и принудительной подаче воды. Каждая модель характеризуется индивидуальной теплоотдачей.

Так, чугунный радиатор Konner Modern 500 имеет массу 4,75 кг, а теплоотдача одной секции равна 150 Вт. Другая модель Modern 300 обладает теплоотдачей 120 Вт и весом 3,5 кг при идентичной стоимости одного элемента в 500 р. Батареи устроены с различным межосевым расстоянием и пригодны для установки в комнатах с разной высотой подоконников.

Итоги

Современный дизайн интерьера помещений позволяет использовать радиаторы из чугуна в качестве декоративных элементов. Теплый пол может компенсировать их низкую теплоотдачу. Удивите своих гостей, установив в гостиной такие батареи, тем более что рынок заполнен их разнообразными вариантами.

Похожие статьи:

Виды и типы радиаторов отопления

Современные производители таких отопительных приборов, как радиаторы, на сегодняшний день предлагают широкий ассортимент товаров. Виды радиаторов отопления сегодня зависят не только от технических характеристик, но и от внешнего вида. В настоящее время важную роль играют не только лишь технические параметры, но и размер, форма, цветовое решение радиаторов. Так разберемся, какие бывают радиаторы отопления.

Виды радиаторов отопления

Виды батарей отопления в зависимости от материала

Конечно, при выборе приборов отопления на первом месте все-таки остается именно эффективность радиаторов. Чтобы понять, какие батареи будут лучше, нужно изучить особенности разных видов.

Самое первое разделение радиаторов основывается на материале изготовления батарей. Так, современные радиаторы отопления могут быть чугунными, стальными, алюминиевыми, биметаллическими, медными, пластиковыми, а также включать различные сплавы.

Чугунные батареи

Чугунные батареи – можно сказать, что это своего рода советские батареи отопления. Такие радиаторы в свое время были просто на пике популярности. Несмотря на разнообразие батарей в современности, мы все же до сих пор используем радиаторы из чугуна. Что касается минусов чугунных батарей, то здесь все основывается на материале чугуне. В первую очередь, чугун имеет низкий уровень теплопроводности. И чтобы радиатор нагрелся до 45 градусов, температура воды или другого теплоносителя должна быть около 70 градусов. А это – вызовет большие затраты на топливо.

Современная чугунная батарея

Хоть чугунные газовые батареи отопления и имеют достаточно большой срок работы, все же они не вечные. Обычно от чугунных радиаторов отпугивает их внешний вид – в современные комнаты их очень трудно вписать. Единственным, но очень существенным преимуществом радиаторов из чугуна является то, что они не требовательны к носителю тепла. Так, технические характеристики радиаторов отопления радиаторов из чугуна позволяют использовать в них воду любого качества – хоть ржавую, хоть с множеством бактерий.

Алюминиевые радиаторы

Следующие разновидности радиаторов отопления – это алюминиевые. Что касается внешнего вида, то такие батареи намного лучше чугунных. Помимо этого, модельный ряд батарей постоянно пополняется новыми образцами. Отличное преимущество радиаторов из алюминия – это высокая теплопроводность. Но стоит отметить, что такие радиаторы для индивидуального отопления являются очень чувствительными к качеству носителя тепла. Если вода будет хоть немного грязной, они тут же выйдут из строя. Именно поэтому стоит заранее хорошо очистить теплоноситель – поставить разнообразные фильтры и приспособления. А это – дополнительные затраты. Также алюминий не подойдет для промышленных помещений, где наблюдается высокое давление горячей воды – такие виды батарей отопления просто-напросто порвет на части.

Алюминиевые радиаторы

Стальные радиаторы

Еще одним материалом изготовления радиаторов отопления является сталь. Стальные батареи могут быть трубчатыми и панельными. Панельные варианты относятся к категории бюджетных, но они имеют высокую теплоотдачу. Панельные модели довольно неприхотливые, поэтому они широко используются не только в домах, но и в офисах, и на производствах. Трубчатые стальные батареи – это отопительные приборы разряда премиум. Такие характеристики достались этим моделям не только благодаря отличным техническим параметрам – высокому уровню теплоотдачи и большому сроку работы (около 25 лет). Помимо всего этого, такие батареи имеют отличный внешний вид. Стальные батареи не только обогреют помещения, но и способны украсить их. Стоит отметить особенно радиатор парового отопления, сделанный из нержавейки – из всех стальных трубных батарей они самые эффективные.

Рекомендуем к прочтению:

Стальные радиаторы

Биметаллические радиаторы

Биметаллические типы радиаторов отопления – это отличный вариант. У них высокая теплоотдача за счет того, что в конструкции присутствует алюминий. Также такие батареи являются очень прочными, а их срок эксплуатации также большой – из-за того, что устройства комплектуются металлическими трубами. Но единственным недостатком биметаллических батарей является их высокая стоимость.

Медные радиаторы отопления

Еще одним вариантом могут быть медные радиаторы отопления. Такие батареи – самые стойкие к агрессивным средам. Эти радиаторы почти не изнашиваются, однако это очень дорогое удовольствие. На сегодняшний день медные батареи отопления применяются в тех системах отопления, где теплоноситель – и вода, и антифриз. Ставят их и для централизованного, и для автономного отопления. Медные радиаторы нивелируют сопротивление теплоносителя. Также они максимально рассеивают тепло и увеличивают эффективность прибора отопления. Конструкция медных батарей более надежна, они практически не подвергаются коррозионным процессам и гидроударам.

Медные радиаторы отопления

Пластиковые радиаторы отопления

Помимо названных вариантов, существуют также пластиковые радиаторы отопления. Если вы хотите сэкономить – то этот вариант вам подойдет. Однако здесь следует быть уверенным в том, что температура вашего отопления не будет выше 80 градусов по Цельсию. Такие низкотемпературные радиаторы отопления – достаточно простые в установке и работе, они стойкие к износу, обладают малым весом, недорогие.

Конструкция радиаторов

В зависимости от конструктивных особенностей, радиаторы можно разделить на несколько подвидов:

  • Секционные радиаторы отопления – такие батареи имеют несколько секций, поэтому вы сможете собрать радиатор нужного размера и мощности. Размеры и формы секций могут быть различными.
  • Трубчатые радиаторы – это цельная конструкция из металла, которая имеет верхний и нижний горизонтальный коллектор и приваренные к нему вертикальные трубки. Такие батареи – это прерогатива централизованного отопления, для которого они и были разработаны.
  • Панельные батареи – могут быть как стальными, так и бетонными. Бетонные встраивают внутри стен, они могут передавать тепло только излучением.
  • Пластинчатые батареи – обладают конвективным теплообменом, представляют собой сердечник и насаженные на него ребра из металлических тонких пластин.

Отдельно существуют угловые радиаторы отопления. Они могут быть выполнены в любом приведенном варианте конструкции. Однако угловые батареи отопления предназначены для монтажа в углах помещений.

Угловые батареи отопления

Автономные модели батарей

Мы разобрались, какие бывают батареи отопления для стандартных отопительных систем. Однако стоит отметить и автономные модели радиаторов, которые инее зависят от отопительной системы и могут быть использованы как дополнение.
Масляные радиаторы отопления – их еще называют маслонаполненными. Это прекрасное решение, если вам нужно обогреть небольшое помещение до 30 кв.м. Такие масляные радиаторы отопления настенные работают от электрической сети. Они являются полностью автономными от отопительной системы. Также они мобильны – это позволяет легко переносить приборы.

Масляные радиаторы отопления

Еще один вариант – это кварцевые батареи отопления. Такие приборы представляют собой монолитную плиту, которая выполнена из специального раствора на кварцевом песке. Нагревательный компонент сделан из сплава дух металлов – хрома и никеля, он полностью отделен от окружающей среды. Устройство также функционирует от сети.

Рекомендуем к прочтению:

Кварцевые батареи отопления

Относительно новое решение – плинтусные радиаторы отопления. Это комфортные устройства, которые работают от низкотемпературных источников. Такие радиаторы делают тепловую завесу, при этом сохраняя температурный режим по периметру всех помещений.

Плинтусные радиаторы отопления

Подбираем модель радиатора

Когда мы просматриваем фото, которые предоставляет каталог радиаторов отопления, мы можем оценить только внешний вид и дизайнерские характеристики того или иного прибора. Визуально невозможно определить качество и технические параметры батарей.

Различные модели радиаторов отопления

Выбирая типы батарей отопления, прежде всего, следует определиться со сроком их эксплуатации. Такой показатель будет зависеть от того, какое качество имеет изделие и в каких условиях оно эксплуатируется. И если вы живете в многоквартирном доме, ваши радиаторы центрального отопления будут снабжаться водой ужасного качества. Поэтому не стоит ставить батареи из алюминия в многоэтажном доме. Конечно, производители в современности устанавливают массу защитных технологий и обрабатывают внутренности батарей полимерами. Это, конечно, вариант получше, однако и подороже.

Что касается стальных и биметаллических батарей, то они тоже подвергаются коррозии, но в меньшей мере. В таком случае наиболее надежными будут чугунные батареи центрального отопления.

Стоит отметить, что существует еще один показатель, который нужно особенно учитывать, — это возможность выдерживать давление теплоносителя. Минимальный показатель – 7 атмосфер, однако специалисты рекомендуют выбирать радиаторы отопления с вентилятором на 15 атм – если система потерпит гидравлический удар.

На сегодняшний день многие потребители при выборе разновидности батарей отопления очень часто обращают внимание на такой параметр,  как дизайн. Конечно, это также важно. Но помните, что красота радиаторов ни в коем случае не должна быть в ущерб качеству и функциональности. Современные евро радиаторы отопления наряду с отличными техническими характеристиками обладают хорошим дизайном. Евро батареи для отопления можно удачно вписать практически в каждый современный интерьер.

В настоящее время много внимания уделяется такому вопросу, как экономия. Поэтому появились энергосберегающие батареи отопления. Такие устройства позволят сэкономить затраты на отопление. Их еще называют экономичные радиаторы отопления.

старого или нового образца, фотогалерея

Чугунные радиаторы уже больше ста лет применяются в тепловых системах жилых помещений и сегодня ни один вид приборов отопления не превзошел их по долговечности и стойкости к коррозии.

Эти обогревательные устройства бывают как отечественного, так и импортного производства. Выделяют также батареи старые и новые чугунные радиаторы отопления. Какие лучше из них, мы и рассмотрим в нашей статье.

Чугунные радиаторы − какие лучше?

До сих пор наиболее востребованы у россиян чугунные радиаторы отопления российского производства и зарубежного. Почему на них сохраняется такой спрос и какие чугунные батареи лучше устанавливать в многоквартирных и частных домах – рассмотрим подробнее.

Чугунная батарея российского производства

На Западе тепловые системы более чистые и качественные. Соответственно чугунные батареи нового образца (цена вполне демократична) разработаны в расчете на более качественные составляющие систем отопления. А российские центральные системы отопления нередко состоят из некачественных компонентов. К примеру, обогревательные трубы довольно часто продолжают использовать даже после нескольких неисправностей: течи и т. п. В особенности это относится к лежакам и стоякам.

Течь чугунной батареи

В воде, применяемой в подобных системах, находятся куски ржавчины и немалый объем химических соединений, откладывающихся внутри, и в итоге они могут пагубно отразиться на функционирование батарей. Грязь, которая накапливается внутри приборов отопления, ограничивает внутренний просвет и объем протекающей через радиатор воды уменьшается, снижается теплоотдача и в результате он перестает обогревать. Помимо того, большая часть нашего населения проживает в многоэтажках, где используется высокое давление – от 10 до 15 атм. Так вот как старые, так и новые чугунные батареи оказались прекрасно адаптированы для подобных условий работы. В каждой секции радиатора чугунного примерно 1,6 Квт.

Чугунный радиатор старого образца

Парадокс! Импортное производство чугунных радиаторов отопления появилось на российском рынке раньше отечественного и их первые модели не были адаптированы к экстремальным условиям функционирования в наших центральных системах отопления. Сегодня этот минус исправен и в продаже имеются не только российские чугунные радиаторы отопления, но и импортные, которые стали приспособлены для отечественных тепловых систем.

Батареи чугунные нового образца

Довольно неприятным минусом чугунных радиаторов является их немалый вес. Так, вес одной секции чугунной батареи составляет примерно 7 кг, а если внутри есть отложения, то и больше. Еще батареи от мороза лопаются – вес их максимальный, поскольку внутри них находится лед. И потому старую чугунную батарею бывает сложно вытащить из комнаты. Другими словами, 8 секций имеют вес в 56 кг, а 16 весят аж 112 кг. Они такие тяжелые, т. к. из-за хрупкости материала их стенки требуется изготовлять толстыми. И при установке чугунной батареи приходится использовать более надежные крепежные элементы, чем для алюминия и биметалла. Тем самым, замена чугунных батарей под силу только специалистам.

 

Чугунная батарея импортного производства

Благодаря неприхотливости чугунных батарей старого образца в эксплуатации (покрасят и забывают об их существовании), использование таких радиаторов не только уместнее, но и является хорошим вариантом при центральной системе отопления.

Конечно, новые чугунные батареи, цена которых по карману рядовому покупателю, выглядят намного привлекательнее старомодных радиаторов, но и «старички» не утратили популярности и хорошо впишутся в многоэтажные дома советского типа, а также в частные жилые постройки. Либо есть альтернатива – можно использовать декоративный экран, чтобы скрыть их неказистый дизайн.

Ретро батареи чугунные

Как для многоквартирных домов, так и частных можно применять и другой тип батарей – эксклюзивные чугунные радиаторы ретро, которые изготовлены с использованием художественного литья, а также и приборы отопления нового образца.

Если выбирать лучшие чугунные радиаторы в зависимости от качества, то, несомненно, импортные модели будут практичнее и долговечнее, чем отечественного производства. Но стоимость чугунных батарей российского производства, соответственно, меньше, чем зарубежного.

Кроме того, есть множество объявлений в Рунете под категорией «чугунные батареи б/у продам». Поэтому можно даже приобрести чугунные радиаторы вовсе за копейки, что не скажешь о батареях из прочих материалов.

Чугунным батареям нет равных!

Актуальна до сих пор установка чугунной батареи на системы отопления с естественной циркуляцией воды. Кроме того, сегодня доказано, что от подобных батарей тепло полезнее, чем от прочих видов радиаторов.

И немаловажно, что производители теперь больше уделяют внимание внешнему батарей. Поэтому можно подобрать стильный чугунный радиатор, который отлично впишется именно в интерьер вашей отапливаемой комнаты. То есть, старые или новые чугунные батареи, импортные либо отечественные – это уж как вашей душе будет угодно!

Старые батареи чугунные и нового образца − фотогалерея

Современные радиаторы отопления — виды и их характеристики

Радиаторы отопления

Любой дом в холодное время года нужно отапливать, чтобы чувствовать себя в нем комфортно. При этом самым эффективным было и остается водяное отопление, обязательным атрибутом которого являются стандартные радиаторы отопления. В продаже можно найти их богатый ассортимент. Но далеко не каждый потребитель знает, какие батареи лучше выбрать.

Обзор такой продукции, а также перечисление достоинств и недостатков каждой модели позволят быстро решить обозначенную проблему.

Существующие виды радиаторов

Важно подобрать именно такие радиаторы отопления, которые подойдут существующей отопительной системе. Сегодня для обогрева жилых и офисных помещений используют следующие виды батарей:

  • Чугунные.
  • Алюминиевые.
  • Стальные.
  • Медные.
  • Биметаллические.

Рассмотрим каждый вид отдельно.

Чугунные радиаторы

Не один десяток лет многоквартирные дома обогревают именно чугунные радиаторы. За это время они показали себя надежными приборами с прекрасными характеристиками. Выполнены они из материала с высокой стойкостью к коррозии, большой тепловой мощностью на единицу длины каждой секции и слабой чувствительностью к качеству теплоносителя.

Чугунные батареи рассчитаны на давление в системе, равное 9 атмосферам, и на максимальную температуру воды 130 градусов. Материал хоть и прогревается долго, но так же долго отдает свое тепло. Поэтому чугунные радиаторы НЕ используют, когда нужно четко контролировать и по желанию изменять температуру в помещении.

Секции состоят из колончатых элементов с круглыми или эллипсовидными каналами. В одной секции может быть разное количество вертикальных колонн, так что есть возможность самостоятельно контролировать мощность одной батареи. При выходе из строя одного элемента не обязательно менять всю секцию целиком. Удобная конструкция позволяет удалять поврежденный элемент, заменяя его на исправный.

 

Сегодня можно приобрести разные модели от разных производителей. Есть особые коллекции, выполненные в стиле ретро, в духе старой доброй классики, а также брутальные образцы, способные стать самостоятельным элементом декора. Большой популярностью пользуются турецкие чугунные радиаторы или немецкие модели. Их производителям удалось избавиться от двух очень важных недостатков всех чугунных батарей. Внешне их продукция выглядит очень колоритно. Она отлично вписывается в авторский декор и смотрится не так громоздко, как старые образцы.

Но при этом не решены другие, более весомые проблемы. По-прежнему остается риск разгерметизации швов, инертность теплоотдачи и низкая эффективность по сравнению с более современной конкурентной продукцией.

Алюминиевые

Алюминий тоже давно используют для изготовления батарей отопления. Этот легкий металл обладает высокой теплоотдачей. Алюминиевые радиаторы выдерживают давление до 25 атмосфер, а максимально возможная температура теплоносителя может составлять 130 градусов.

В отличие от вышеупомянутых моделей алюминиевые батареи позволяют контролировать температуру в отапливаемом помещении. Но при этом они плохо переносят скачки давления и требуют более качественного теплоносителя. Проще говоря — грязная горячая вода очень быстро выводит из строя секции, изготовленные из алюминия.

Стальные

Стальные панельные радиаторы

Стальные радиаторы — это панельные приборы, изготовленные из штампованных стальных листов. По своим техническим параметрам они занимают промежуточное положение между чугуном и алюминием. Они так же устойчивы к коррозии, как и вышеперечисленные модели, рассчитаны на давление до 10 атмосфер и на максимальную температуру теплоносителя до 120 градусов по Цельсию.

Подобные радиаторы используют только для автономных отопительных систем. Это объясняется тем, что сопротивление движению теплоносителя у них меньше. А значит, для качественного отопления потребуется меньше энергозатрат. В линейке продукции большой популярностью пользуются турецкие стальные радиаторы, качество которых соответствует европейским стандартам. И это не случайно. При их производстве используют лучшие материалы и применяют инновационные технологии сварки и покраски.

Сравнительные опыты показали, что стальные турецкие радиаторы, производя определенное количество тепла, используют в 7 раз меньше воды, чем чугунные батареи. При этом температура воды на 25 градусов ниже, чем в системах с алюминиевыми радиаторами. Поэтому стальные батареи расходуют гораздо меньше энергии, но эффективность их при этом намного выше, чем у конкурентов.

Стальные турецкие радиаторы отопления обладают низкой тепловой инерцией и легко встраиваются в систему, работающую на любом виде топлива. К ним можно подвести хоть какие существующие на рынке трубы. Турецкие модели обладают оптимальным соотношением цены и качества, имеют прекрасный внешний вид и отлично вписываются в интерьеры разной стилистической направленности.

Медные

Медные радиаторы отопления

Любой медный радиатор отопления — это самая стойкая к агрессивным средам модель. Он практически не изнашивается, поэтому сложно найти более долговечный вариант. Однако такой радиатор многим не по карману. Медная батарея — очень дорогое удовольствие, и это самый главный недостаток изделий из меди.

Сегодня такие радиаторы используют в системах и водяного, и антифризного теплоснабжения. Их можно устанавливать и в центральной, и в автономной системе. Но для подключения необходимы только цельнометаллические медные трубы — и это обстоятельство увеличивает стоимость монтажа.

Батареи, выполненные из цельного куска меди, сводят к минимуму сопротивление теплоносителя. А специальные технологии, увеличивающие площадь поверхности ребер, позволяют максимально рассеивать тепло, тем самым повышая эффективность прибора. Температурный порог теплоносителя — 150 градусов, а его максимальное давление — 50 атмосфер. Срок службы такого радиатора при правильной эксплуатации — свыше 50 лет.

Комбинирование разных материалов при изготовлении радиаторов снижает стоимость изделия. Например, если медные батареи не по карману, можно обратить внимание на медно-алюминиевые аналоги. Ребра у них выполнены из алюминия, а трубки из меди.

Такие радиаторы обладают большим количеством преимуществ.

  1. Во-первых, их конструкция намного надежнее крепления трубчатых колонн чугунных секций.
  2. Во-вторых, медные трубки практически не подвержены коррозии и не боятся сильных гидравлических ударов, а алюминий очень быстро отдает тепло.
  3. В-третьих, подобные модели снабжены термостатами, позволяющими контролировать интенсивность отопления помещения.

Биметаллические

Биметаллические радиаторы отопления

Биметаллические батареи изготавливают их двух металлов — стали и алюминия. На сегодняшний день это самый лучший вариант для отопления многоквартирных домов. Такие радиаторы выдерживают давление до 25 атмосфер. Они не чувствительны к гидравлическим скачкам и плохому качеству горячей воды.

Оба металла, используемые при изготовлении таких батарей, обладают высоким коэффициентом теплоотдачи. Вся внутренняя часть моделей выполнена из стали, которая не боится ни коррозии, ни воздействия солей или различных химикатов, используемых котельными для нагревания теплоносителя. Внешняя часть батарей покрыта алюминиевым сплавом, придающим секциям презентабельный внешний вид.

Обобщение по теме

Выбор радиатора — задача не из легких. Приобретая ту или иную модель, следует учитывать не только ее внешний вид, но и технические характеристики. Принять правильное решение можно только в том случае, если учесть площадь помещения, особенности теплопроводности стен, а также существующий уровень влажности.

Необходимо обратить внимание и на размер подводки, уточнить давление внутри системы и как можно больше узнать о качестве теплоносителя. И только потом выбирать подходящие ко всем эти показателям радиаторы отопления. Только так, соблюдая вышеперечисленные предписания, можно установить эффективную систему, создающую комфортную атмосферу в доме в зимнее время года.

Будущее литий-ионных и твердотельных аккумуляторов

Аккумуляторы всегда были важной конструктивной особенностью для всего, от портативных инструментов до компьютеров и мобильных телефонов, от источников бесперебойного питания до спутников. Исследования аккумуляторов ведутся годами с целью увеличения плотности энергии (количества энергии при заданном размере и весе). Потребность в большей плотности энергии возникла во время подъема портативных устройств, от промышленных измерительных инструментов до мобильных телефонов.Увеличение количества телекоммуникационных спутников означало, что вес батареи был важным фактором. Каждое технологическое развитие ставило во главу угла возможности аккумуляторов. В то время как лаборатории работали над модернизацией аккумуляторных технологий, электронные технологии продолжали развиваться быстрее, требуя все большего количества энергии и мощности.

Но только когда на свет появились электромобили (EV), производители начали серьезно задумываться о важности аккумуляторов для обеспечения большей дальности действия, большей надежности и снижения затрат.Для рынка электромобилей размер и вес так же важны, как и срок службы. Классифицируемые как первичные (одноразовые, как правило, для долгосрочных приложений с низким энергопотреблением) и вторичные (перезаряжаемые) батареи претерпевают одно новшество за другим, поскольку они пытаются обеспечить большую плотность энергии, чем когда-либо прежде.

Текущее состояние аккумуляторов
Сегодня современная технология первичных аккумуляторов основана на металлическом литии, тионилхлориде (Li-SOCl2) и оксиде марганца (Li-MnO2).Они подходят для долгосрочных применений от пяти до двадцати лет, включая учет, электронный сбор данных, отслеживание и Интернет вещей (IoT). Ведущим химическим составом аккумуляторных батарей, используемых в телекоммуникациях, авиации и железнодорожном транспорте, являются никелевые (Ni-Cd, Ni-MH) батареи. Литиевые (литий-ионные) батареи доминируют на рынке бытовой электроники и распространили свое применение на электромобили. Здесь важно отметить, что количество литий-ионных аккумуляторов, используемых в электромобилях, превышает объем мобильных и ИТ-приложений вместе взятых.

Литий-ионные аккумуляторы, вызванные ростом рынка мобильных телефонов, планшетов и портативных компьютеров, были вынуждены достигать все более и более высокой плотности энергии. Плотность энергии напрямую связана с количеством часов, в течение которых может проработать аккумулятор. Специалисты по аккумуляторным батареям в этой области постоянно совершенствовали технологию, чтобы добиться большей плотности, включая изменение химического состава и модификацию конструкции. Они даже изучали цепочку поставок сырья, считая, что добывать кобальт в качестве добавки к литий-ионным конструкциям дорого и сложно.Плотность энергии измеряется в ватт-часах на килограмм (Втч / кг). Литий-ионные конструкции обеспечивают максимальную плотность до 250-270 Втч / кг для имеющихся в продаже батарей. Для сравнения, примите во внимание, что свинцово-кислотные батареи предлагают менее 100 Втч / кг, а никель-металлогидридные батареи едва превышают 100 Втч / кг. Помимо плотности энергии, важным фактором является также плотность мощности. Плотность мощности измеряет скорость, с которой батарея может быть разряжена (или заряжена), в зависимости от плотности энергии, которая является мерой общего количества заряда.Например, аккумулятор большой мощности можно разрядить всего за несколько минут по сравнению с аккумулятором. высокоэнергетический аккумулятор, который разряжается за несколько часов. Конструкция батареи по своей сути обменивает плотность энергии на плотность мощности. По словам Джун Сан Пак, технического менеджера по твердотельным технологиям, «литий-ионные аккумуляторы могут быть чрезвычайно мощными с точки зрения удельной мощности, и Saft производит одни из самых высоких литий-ионных аккумуляторов в мире, используемых в Joint Strike Fighter и Гоночные элементы Формулы 1 мощностью до 50 кВт / кг.”

Технология литий-ионных аккумуляторов значительно продвинулась за последние 30 лет, но лучшие литий-ионные аккумуляторы приближаются к своим пределам производительности из-за материальных ограничений. У них также есть серьезные проблемы с безопасностью — например, возгорание при перегреве — что ведет к увеличению затрат, поскольку в аккумуляторную систему должны быть встроены средства безопасности.

Рекомендовано для вас: Разработка быстро заряжаемых аккумуляторов

Когда его спросили об альтернативных материалам литий-ионных, Парк сказал: «Существуют альтернативные материалы и химический состав аккумуляторов, которые разрабатываются, чтобы выйти за рамки литий-ионных, включая литий-серу, натрий и т.д. конструкции на основе магния (Li / S, Na, Mg).Они, безусловно, имеют потенциальные преимущества по сравнению с существующими литий-ионными батареями с точки зрения плотности энергии или стоимости после выпуска на рынок. Однако уровень зрелости технологий по сравнению с литий-ионными технологиями на данный момент все еще невысок. Следовательно, для того, чтобы конкурировать с литий-ионными батареями, требуется дальнейший прорыв от используемых материалов к производству ». В конечном итоге кажется, что литий-ионные аккумуляторы не готовы к коммерциализации из-за разрыва между практическим производством и академическими исследованиями в настоящее время, но в настоящее время ведутся серьезные исследования.

Парк объясняет: «Стремление уменьшить углеродный след также стимулирует развитие устойчивой генерации энергии, такой как солнечная и ветровая, в сочетании с накопительным устройством, например батареей». Это намекает на тот факт, что более высокие требования приводят к инновациям в выборе материалов, дизайне и производственных процессах. Такие материалы, как твердый полимер, керамика и стеклянный электролит, позволяют использовать твердотельные батареи и использовать новые экологически безопасные процессы, исключающие использование токсичных растворителей, которые используются в процессах производства литий-ионных аккумуляторов.

Твердотельные батареи
Хотя текущая промышленность сосредоточена на литий-ионных батареях, наблюдается переход к твердотельным батареям. По словам Дуга Кэмпбелла, генерального директора и соучредителя Solid Power Inc., «Литий-ионный аккумулятор, который впервые был изобретен и коммерциализирован в 90-х годах, в целом остался прежним. У вас практически одинаковые комбинации электродов с небольшими изменениями. Промышленность спроектировала из технологий все, что могла.«Компания Solid Power экспериментировала с несколькими типами материалов, включая полимеры, оксиды и сульфиды. У каждого есть свои преимущества и недостатки. Благодаря своим исследованиям они решили продолжить разработку сульфидной технологии.

Проверьте свои знания: Что вы знаете о электрификации сельских районов?

Переход от батареи с жидким электролитом к твердотельной батарее может показаться выходящим за рамки традиционной конструкции, но он нацелен на скачок существующих возможностей в области плотности энергии.Металлический литий образует дендриты в системе жидких аккумуляторов, что снижает срок службы и безопасность аккумуляторов. Замена высокореактивного жидкого электролита твердотельным электролитом, который по своей природе более безопасен и механически более жесткий, увеличивает удельную энергию батареи без ущерба для безопасности.

Технология твердотельных аккумуляторов включает в себя твердые металлические электроды, а также твердый электролит. Хотя химический состав в целом такой же, твердотельные конструкции предотвращают утечку и коррозию на электродах, что снижает риск возгорания и снижает затраты на конструкцию, поскольку устраняет необходимость в защитных приспособлениях.Конструкция с твердым электролитом также позволяет использовать меньший форм-фактор, что означает меньший вес. Что наиболее важно, ожидается, что твердотельные батареи преодолеют ограничения плотности энергии, существующие в настоящее время. Считается, что использование металлического лития теоретически удвоит емкость литий-ионных элементов, если они будут правильно спроектированы. Металлический литий имеет в 10 раз большую емкость, чем стандартные угольные аноды, используемые в современных литий-ионных батареях.

Зачем переходить на твердотельные батареи
В настоящее время промышленность переходит на твердотельные батареи по нескольким причинам.Прежде всего, стандартные литиевые батареи с жидким электролитом вышли за пределы теоретических пределов используемых комбинаций электродов, даже при точной настройке конструкции для получения большей плотности. Тем не менее, с точки зрения рынка, поскольку электромобили становятся все более популярными на рынке, существует значительный призыв к постоянно увеличивающейся плотности энергии, причем каждое увеличение прямо пропорционально увеличению дальности полета автомобиля и времени автономной работы в целом. Потребность в электродах с гораздо большей емкостью, таких как твердый металлический литий, означает, что вы ожидаете от 50 до 100 процентов улучшения в ватт-часах на килограмм.Кроме того, некоторые дополнительные преимущества включают замену летучего и легковоспламеняющегося жидкого электролита на стабильный и твердый материал, который не будет демонстрировать проблему теплового разгона, наблюдаемую в прошлом, например, насколько твердый литий-ионный ион является гораздо более безопасным химическим составом.

Тем не менее, есть еще вопросы, которые необходимо решить, например, какие материалы являются наиболее эффективными и какие методы производства обеспечивают наименьшую стоимость конечного продукта. В настоящее время твердотельные батареи, которые могут конкурировать на рынке, ограничиваются небольшими ячейками.Первые коммерчески доступные твердотельные батареи — это тонкопленочные батареи. Эти наноразмерные батареи состоят из слоистых материалов, которые действуют как электроды и электролиты. Тонкопленочные твердотельные батареи по структуре напоминают обычные аккумуляторные батареи, за исключением того, что они очень тонкие и гибкие. Помимо более легкого веса и небольшого размера, тонкопленочные батареи обеспечивают более высокую плотность энергии для небольших электронных устройств, таких как кардиостимуляторы, беспроводные датчики, смарт-карты и RFID-метки.

Помимо решения проблем доступности и масштаба, твердотельные батареи также имеют технологические проблемы. Твердотельные батареи намного безопаснее, но все же существует проблема дендритов, образования корней, которое происходит на металлическом литии в анодах, которые образуются при зарядке и разрядке аккумулятора. Накопление дендритов снижает объем твердого электролита и, следовательно, накопленный заряд.

Поиск подходящего материала сепаратора, который позволяет ионам лития протекать между электродами, одновременно блокируя дендриты, является самой большой проблемой для разработчиков.Согласно недавней статье «Стабильность интерфейса в твердотельных батареях» , исследователи использовали такие материалы, как полимер, который широко используется в батареях с жидким электролитом, или твердую керамику. Полимер не блокирует дендриты, а большая часть используемой керамики является хрупкой и не выдерживает нескольких циклов зарядки. Ожидается, что после решения проблемы дендритов твердотельные батареи предложат потребителям заманчивые преимущества в производительности: более быструю зарядку, более высокую плотность энергии, более длительный жизненный цикл и большую безопасность.

Другой разрабатываемый метод — это конструкция без анода. Когда батарея разряжается во время использования, литий течет с анода на катод. В этом случае толщина анода уменьшается. Этот процесс меняется на противоположный, когда батарея заряжается и ионы лития снова попадают в анод.

Вам также может понравиться: Как пищевая сеть может поддерживать поток электроэнергии

Другая компания, Sion Power, перешла с Li / S на свою литий-металлическую технологию Licerion.Согласно их технической информации, Sion Power преодолела проблемы, которые преследовали исторический химический состав металлического лития — плотность энергии (Вт · ч / л) и срок службы — путем разработки многогранного подхода к защите анода из металлического лития. Они включают три уровня защиты: химическая защита внутри ячейки, физическая защита внутри ячейки и физическая защита на уровне упаковки. В них используется запатентованная технология защищенного литиевого анода (PLA), при которой анод из металлического лития физически защищен тонким, химически стабильным и ионопроводящим керамическим полимерным барьером.Это позволяет добавкам электролита на уровне элемента стабилизировать поверхность анода, что увеличивает срок службы и увеличивает энергию. Пакет включает в себя запатентованную систему сжатия ячеек и усовершенствованную систему управления батареями.

Будущее накопителей энергии
Гонка началась. В условиях стремительного роста продаж электромобилей потребность в батареях с высокой плотностью размещения, длительным сроком службы и недорогими батареями означает, что конкурентная среда для твердотельных батарей становится переполненной.Это отличная новость для исследований и разработок этих аккумуляторов, поскольку именно это необходимо для быстрого вывода твердотельных аккумуляторов на рынок. На данный момент исследуются несколько материалов и конструкций, и они демонстрируют значительный прогресс.

Поскольку небольшие элементы уже доказали более высокие возможности, необходимые для твердотельных батарей, это лишь вопрос времени, когда производственные процессы встанут на место и для более крупных батарей. Некоторые компании предположили, что мы увидим эти батареи на рынке уже в следующем году для одних и к 2025 году для других.Когда производство догонит, как и литий-ионные аккумуляторы с жидким электролитом, технологические инновации подтолкнут нас вперед. Это означает, что мы, скорее всего, увидим изменения в материалах и подходах к дизайну, которые на долгие годы увеличат возможности аккумуляторов.

Терри Персан (Terry Persun) — технический писатель из Порт-Таунсенда, штат Вашингтон.
Зарегистрируйтесь для участия в нашей предстоящей серии веб-семинаров по чистой энергии: переход к экологической безопасности

Современная аккумуляторная техника

«Пользователи аккумуляторной системы найдут очень полезной информацию об утилизации аккумуляторных систем, об определении уровня заряда и состояния аккумулятора.Книга также очень полезна для студентов, изучающих продвинутые концепции проектирования аккумуляторных систем «.

Проф д-р Ханс-Георг Швайгер
CARISSMA — Sichere Energiespeicher
Германия

«Эта книга предназначена в первую очередь для инженеров и материаловедов, занимающихся исследованиями или разработкой литий-ионных аккумуляторов энергии, которые хотят понять некоторые критические аспекты Технология литий-ионных аккумуляторов и получение знаний о последних разработках и новейших материалах, используемых в литий-ионных аккумуляторах.Хорошая техническая глубина, множество таблиц данных и множество иллюстраций в сочетании со ссылками в конце каждой главы для дальнейшего углубленного изучения делают эту книгу достойной чтения, чтобы быстро понять текущее состояние литий-ионных аккумуляторов. технология аккумуляторов и основные проблемы и проблемы, с которыми сталкиваются разработчики литий-ионных аккумуляторов ».

Журнал по электроизоляции IEEE


О редакторе

Профессор Кай Петер Бирке — физик и профессор Штутгартского университета, Германия, в области систем хранения электроэнергии, включая новые материалы и технологии для элементов, современные литий-ионные батареи и Power to X.Он получил докторскую степень в области материаловедения (ионопроводящая керамика) в Кильском университете, Германия, в 1998 году. В 1999 году он присоединился к Институту кремниевых технологий им. Фраунгофера, Итцехо, Германия, чтобы работать над разработкой запатентованного литий-ионного ламината. ячеек с новым функциональным керамическим сепаратором и соучредителем двух дочерних компаний для внедрения этой технологии в производство.

Занимаясь разработкой и производством ламинированных литий-ионных элементов пакетного типа (PoLiFlex) на руководящих должностях в компании Varta в течение пяти лет, проф.Бирке присоединился к Continental AG, бизнес-подразделению по производству гибридных электромобилей, в Берлине в 2005 году, сначала в качестве руководителя проекта в области систем хранения энергии. Он стал старшим техническим экспертом по аккумуляторным технологиям и руководителем группы по аккумуляторным технологиям, а в 2010 году был назначен руководителем подразделения аккумуляторных модулей и электромеханики. В 2013 году перешел в СП SK-Continental e-motion в качестве руководителя отдела перспективных разработок.

Д-р Бирке имеет 24-летний опыт исследований, разработок и производства систем хранения энергии с особым вниманием к литий-ионной технологии.

Об авторах

Марсель Бернер — директор по развитию Innovative Pyrotechnik GmbH в Энингене, Германия. Он получил диплом в области электротехники в Штутгартском университете, Германия, в 2012 году и там присоединился к группе Sensor Technologies под руководством профессора доктора рер. физ. habil. Юрген Х. Вернер из Института фотовольтаики. Его работа в качестве аспиранта сосредоточена на производстве тонкопленочных фотоприемников и их применении в медицинских системах мониторинга лекарственных средств.Кроме того, Марсель работал над принципами модуляции высокой мощности фотоэлектрических модулей, измерениями дифференциальной яркости на основе оптической модуляции и над оптической связью в аккумуляторных системах с шинным управлением.


Кристоф Болсингер получил степень магистра электротехники в 2015 году в Штутгартском университете. В 2015 году он перешел на кафедру систем хранения электроэнергии под руководством проф. Dr-Ing. Кай Петер Бирке (Kai Peter Birke) из Института фотовольтаики Штутгартского университета, Германия, и в настоящее время защищает там свою докторскую степень.Его текущие исследовательские интересы включают структурную интеграцию литий-ионных элементов в современные аккумуляторные системы с особым вниманием к их электрическим, механическим и тепловым интерфейсам.


Неймеддин Бушима в настоящее время работает системным инженером по системам хранения аккумуляторов. Он получил диплом в области машиностроения в Технологическом институте Карлсруэ (KIT) в 2012 году. Его работа над докторской степенью под руководством профессора Dr-Ing. Кай Петер Бирке включил исследование, которое было частью сотрудничества между кафедрой систем хранения электроэнергии Штутгартского университета и Daimler AG.Его исследовательские интересы включают разработку стратегий выравнивания энергии для оптимизации энергоэффективности и срока службы многоэлементных батарей. Его технические области включают разработку системных спецификаций и разработку архитектуры и функций высоковольтных батарей для электромобилей.


Александр Филл изучал возобновляемые источники энергии в Университете Фридриха-Александра, Эрланген-Нюрнберг, Германия и получил степень магистра в 2017 году. С октября 2013 года по апрель 2017 года он работал в области разработки топливных элементов в Daimler AG в Унтертюркхайме и приобрел опыт в области электрохимии.С мая 2017 года он работает над докторской степенью под руководством профессора Dr-Ing. Кай Петер Бирке из Daimler AG в Кирхгайме-унтер-Тек. Его исследование исследует эффекты, возникающие при параллельном подключении литий-ионных элементов.


Андреа Гассманн — руководитель отдела стратегии и сетей в Fraunhofer Recycling and Resource Strategies IWKS в Ханау и Альценау, Германия. Здесь она занимается разработкой концепций устойчивого управления ресурсами и оценкой воздействия на окружающую среду.Ранее доктор Гассманн работал в бизнес-подразделении «Освещение» той же компании и разработал, среди прочего, концепции вторичной переработки светодиодного освещения. До этого она изучала материаловедение и защитила кандидатскую диссертацию по теме разработки катодов для органических светодиодов в Техническом университете Дармштадта (TU Darmstadt), Германия. С 2010 по март 2015 года она работала пост-доктором и имела рабочую группу по органической электронике в Техническом университете Дармштадта.


Оливер Гутфляйш — профессор функциональных материалов в Техническом университете Дармштадта, Германия, и научный руководитель Fraunhofer IWKS Materials Recycling and Resource Strategies.Его научные интересы простираются от новых материалов для энергетических приложений до постоянных магнитов для электронной мобильности, до твердотельного энергоэффективного магнитного охлаждения и ферромагнитных сплавов с памятью формы с особым упором на изменение структурных и химических свойств в наномасштабе. Ресурсоэффективность на уровне элементов, процессов и продуктов, а также переработка стратегических металлов находятся в центре внимания его работы. Он опубликовал более 360 статей в реферируемых журналах и был награжден грантом ERC Advanced Grant (Cool Innov) в 2017 году.


Маттиас Госсен получил степень бакалавра в области электротехники, информационных технологий и вычислительной техники в RWTH Ахенском университете, Германия, в 2012 году, а в 2015 году он также получил степень магистра в области электротехники, информационных технологий и компьютерной инженерии в RWTH Aachen. Силовая электроника, Электроприводы и системы хранения энергии. В настоящее время он получает степень доктора философии в области электротехники в RWTH Aachen, работая докторантом в Deutsche ACCUMOTIVE GmbH, компании Daimler AG.Его исследовательские интересы включают накопители энергии, литий-ионные батареи и старение систем.


Даниэль Хорн изучал «Современные материалы» в Университете Юстуса-Либиха в Гиссене, Германия, где он получил степень магистра наук в 2014 году с оценкой процесса образования трещин в металлических сплавах. После окончания учебы он работал научным сотрудником в Fraunhofer Project Group. Вторичная переработка материалов и стратегии использования ресурсов. С 2017 года Даниэль в настоящее время возглавляет и работает над проектами в отделе энергетических материалов и легких технологий, особенно в области вторичной переработки аккумуляторов.


Desirée Nadine Schweitzer получила свой BEng. получила степень по электротехнике в Hochschule Esslingen, Германия, в 2016 году. С тех пор она изучает электрическую мобильность в Университете Штутгарта, Германия. В качестве работающей студентки она занималась исследованиями в области силовой электроники в компании Robert Bosch GmbH с 2016 по 2017 годы. В октябре 2017 года она присоединилась к исследовательскому проекту управления движением в Daimler AG — Mercedes Benz Cars. Она начала писать магистерскую диссертацию по электромагнитной совместимости в июне 2018 года и закончит ее в ноябре 2018 года.


Шкендие Демолли — инженер в области энергетических технологий. Она получила степень бакалавра в области машиностроения в Техническом университете Брауншвейга, Германия, и степень магистра в области энергетических технологий в Университете Штутгарта, Германия. Во время учебы она работала в различных областях, таких как предотвращение взрыва промышленного оборудования, исследования топливных элементов и энергоэффективность. С мая 2017 года компания Shkendije изучает выделение водорода in-situ с помощью химических реакций на кафедре систем хранения электроэнергии в Институте фотоэлектрической энергии при Штутгартском университете.


Северин Хан в настоящее время учится в докторантуре под руководством профессора Dr-Ing. Кай Питер Бирке из Daimler AG. Основное внимание в его текущих исследованиях уделяется количественному прогнозированию срока службы литий-ионных аккумуляторов как на уровне элементов, так и на уровне системы. До этого Северин изучал машиностроение с 2009 по 2016 год в ETH в Цюрихе, Швейцария, в ходе которого он выполнил несколько проектов, связанных с синтезом в пламени материалов литий-ионных аккумуляторов, таких как CuO и LiFePO₄.Он также провел 18 месяцев в корпоративных исследованиях Bosch в Реннингене, Германия, где исследовал электрохимию, конструкцию ячеек и микроструктуру гибридных суперконденсаторов. Северин является автором нескольких патентов на гибридные суперконденсаторы.


Саша Кох изучал электротехнику и информационные технологии в Штутгартском университете, Германия, с 2010 по 2016 год. В рамках программы обучения за рубежом он провел два семестра, с августа 2014 года по апрель 2015 года, в Государственном университете Сан-Хосе. Калифорния, США, где он получил более обширные знания в области мехатроники и программирования микроконтроллеров.По специальности в области микро-, опто- и силовой электроники, он получил степень магистра наук в апреле 2016 года. С мая 2016 года Саша Кох работает над докторской степенью под руководством профессора Dr-Ing. Кай Петер Бирке из Daimler AG занимается исследованиями в области распространения тепла в литий-ионных тяговых батареях.


Александр Уве Шмид — научный сотрудник, который в настоящее время защищает докторскую диссертацию, которая состоит из исследований емкостных эффектов и старения литий-ионных элементов под руководством проф.Dr-Ing. Кай Питер Бирке. Он присоединился к кафедре систем хранения электроэнергии в Институте фотоэлектрической энергии Штутгартского университета в феврале 2016 года. До этого Александр успешно получил степень магистра в области устойчивого электроснабжения в Университете Штутгарта, сдав с отличием и выиграв приз Антона и Клары-Рёзер. Он также получил стипендию от Netze BW GmbH, оператора электросетей из южной Германии.


Ян Зингер — научный сотрудник в области систем накопления электрической энергии на кафедре систем накопления электрической энергии Института фотоэлектрической энергии Штутгартского университета, Германия, специализирующийся на обнаружении электрохимических эффектов, вызванных объемной деформацией и развитием новые методы неразрушающего контроля для литий-ионных элементов в его докторской работе под руководством проф.Dr-Ing. Кай Питер Бирке. Он начал свою профессиональную карьеру в 2006 году в качестве специалиста по мехатронике в Harman / Becker Automotive Systems. В 2012 году он получил степень бакалавра технических наук в области энергетических систем в Университете прикладных наук Ульма. После этого он поступил в Штутгартский университет и получил степень магистра в области устойчивого электроснабжения в 2015 году.


Фридрих-Вильгельм Спекманн получил степень бакалавра электротехники в Университете прикладных наук Билефельда, Германия, в 2013 году и степень магистра в области устойчивого распределения энергии в 2015 году в Штутгартском университете, Германия.В 2015 году он перешел на кафедру систем хранения электроэнергии под руководством проф. Dr-Ing. Кай Петер Бирке из Института фотовольтаики Штутгартского университета. Его работа в качестве аспиранта сосредоточена на области крупномасштабного хранения энергии. Он участвует в исследованиях различных источников водорода, а также в области силовой электроники и электрических микросетей, особенно в области использования электролиза в качестве источника водорода для дальнейшего метанирования с помощью плазменной системы.


Рудольф Штаубер — управляющий директор группы Fraunhofer Project по переработке материалов и ресурсным стратегиям в Альценау и Ханау (с мая 2012 года). До этого доктор Штаубер изучал химию в Вюрцбурге и Майнце. Он защитил кандидатскую диссертацию в 1979 году в области органической и аналитической химии. С 1979 по 2012 год Рудольф Штаубер работал в BMW Group München, где его последняя должность была вице-президентом по разработке материалов и операционной стабильности в автомобилестроении.Его текущие приоритеты в работе — это ресурсо-стратегическое консультирование промышленности и политики, разработка циклов рециркуляции и восстановления ценных материалов, разработка функциональных материалов для замены критически важных материалов.


Йорг Циммерманн — специалист по материалам и руководитель отдела энергетических материалов и легких технологий Fraunhofer Project Group IWKS (с 2017 г.). Он учился в Техническом университете Дармштадта, Германия, и защитил кандидатскую диссертацию по накапливающим рентгеновские лучи люминофорам в 2005 году на кафедре материаловедения и наук о Земле.С 2005 по 2014 год он возглавлял рабочую группу «Неорганические люминофоры» в отделе «Электронные материалы» того же отдела. В 2014 г. Dr-Ing. Циммерманн стал менеджером бизнес-подразделения «Освещение» Fraunhofer Project Group Materials Recycling and Resource Strategies IWKS в Ханау и Альценау.

Как накопление энергии может произвести революцию в промышленности в ближайшие 10 лет

Какие изменения может иметь десятилетие. В 2010 году наши телефоны и компьютеры питали аккумуляторы. К концу десятилетия они начинают приводить в действие наши машины и дома.

За последние десять лет резкий рост производства литий-ионных аккумуляторов привел к снижению цен до такой степени, что — впервые в истории — электромобили стали коммерчески жизнеспособными с точки зрения как стоимости, так и производительности. Следующий шаг, который определит следующее десятилетие, — это хранилище в масштабе полезности.

По мере того, как непосредственность климатического кризиса становится все более очевидной, батареи являются ключом к переходу к миру, работающему на возобновляемых источниках энергии. Солнце и ветер играют все более важную роль в производстве электроэнергии, но без эффективных технологий хранения энергии природный газ и уголь необходимы в те времена, когда солнце не светит или ветер не воет.И поэтому крупномасштабное хранение играет важную роль, если общество хочет уйти от мира, зависящего от ископаемого топлива.

По оценкам UBS, в следующее десятилетие затраты на хранение энергии упадут на 66–80%, а мировой рынок вырастет до 426 миллиардов долларов. По пути целые экосистемы будут расти и развиваться, чтобы поддержать новую эру электричества с батарейным питанием, и последствия будут ощущаться во всем обществе.

Изменение электросети

Если электромобили будут расти быстрее, чем ожидалось, например, пиковый спрос на нефть может быть достигнут раньше, чем ожидалось, в то время как большее количество зеленой энергии изменит состав электросети.

В недавней записке для клиентов аналитики Cowen заявили, что в сети «в течение следующих десяти лет произойдет больше изменений, чем за предыдущие 100 лет».

Растущий рынок накопителей энергии не оставляет недостатка в инвестиционных возможностях, особенно потому, что государственные субсидии и нормативные акты способствуют переходу к чистой энергии. Но, как и на других высококонкурентных рынках, таких как полупроводниковая промышленность в 1990-х годах, аккумуляторная батарея не всегда обеспечивала наилучшую отдачу для инвесторов. Ряд компаний, производящих аккумуляторы, обанкротились, что подчеркивает тот факт, что продукт, изменяющий общество, может не вознаградить акционеров.

«В конце концов, это достанется некоторым лидерам отрасли, которые заработают немного денег», — сказал Джо Оша из JMP Securities. «Я думаю, что все эти компании сделают хорошую работу по обеспечению снижения цен для производителей [электромобилей] в течение следующих 5-10 лет. Я не уверен, что они будут приносить большую прибыль акционерам в течение следующих 5-10 лет. процесс.»

При этом, хотя инвестировать в компании, занимающиеся чистыми аккумуляторными батареями, может быть непросто, существуют возможности для целевых компаний, которые выиграют от перехода к миру с низким содержанием углерода.Например, Sunrun — крупнейшая компания по производству солнечной энергии для жилых домов в США, а NextEra Energy — одна из крупнейших в стране компаний по возобновляемым источникам энергии, которая в настоящее время строит свои хранилища для коммунальных услуг.

По мере того как ученые меняют химический состав аккумуляторов, а компании делают ставки на то, что может стать следующей прорывной технологией, Дэн Голдман, основатель венчурной компании Clean Energy Ventures, специализирующейся на чистых технологиях, сказал, что такие области, как инновационные системы управления батареями, являются хорошим выбором. ставка для инвесторов, так как они могут работать с любой аккумуляторной технологией.

«Использование огромных экономических возможностей, лежащих в основе перехода к контролю и энергетическим системам на основе батарей» требует, чтобы не только планировщики, политики и регулирующие органы, но и инвесторы «использовали экосистемный подход к развитию этих рынков», — писали исследователи из Rocky Mountain Institute в Прорывные аккумуляторы: в эру чистой электрификации .

Аккумуляторы: новая звезда науки

Аккумуляторные технологии в самом простом виде появились более двух веков назад.Само это слово является общим термином, поскольку батареи бывают всех форм и размеров: свинцово-кислотные, никель-железные, никель-кадмиевые, никель-металлогидридные и т. Д.

Литий-ионные батареи — что само по себе может быть общим термином — были впервые разработаны в 1970-х годах и впервые реализованы Sony в 1991 году для портативного видеомагнитофона компании. Теперь они встречаются во всем: от iPhone до медицинских устройств, самолетов и международных космических станций.

Возможно, самым ярким свидетельством роли этих батарей в современном обществе является то, что в этом году Нобелевская премия по химии была присуждена трем ученым, разработавшим литий-ионную батарею.

«За последние десятилетия разработка [литий-ионных аккумуляторов] быстро прогрессировала, и мы можем ожидать, что в технологии аккумуляторов произойдет еще много важных открытий», — заявила в октябре Шведская Королевская академия наук. «Эти будущие прорывы, несомненно, приведут к дальнейшим улучшениям в нашей жизни, не только для нашего удобства, но и в отношении глобальной и локальной окружающей среды и, в конечном итоге, устойчивости всей нашей планеты».

Электромобили: преодолевая расстояние

Tesla была первой автомобильной компанией, которая начала коммерциализацию электромобилей с батарейным питанием, когда она представила родстер в 2008 году.Раньше автопроизводители возились с гибридными моделями, но, как правило, они не интересовались полностью электрическими автомобилями, учитывая высокую стоимость производства.

Но вкусы потребителей изменились за последнее десятилетие, и по мере усиления регулирующего надзора — особенно в Европе — автопроизводителям приходилось не отставать.

Практически все автопроизводители сейчас предлагают или планируют предлагать полностью электрические или, по крайней мере, гибридные модели автомобилей. В ноябре Ford представил свой полностью электрический Mustang Mach-E, который является частью плана компании на сумму 11 миллиардов долларов по разработке 40 полностью электрических и гибридных моделей к 2022 году, а в марте Volkswagen увеличил свою цель в отношении электромобилей до 70 новых моделей к 2028 году. по сравнению с предыдущей целью 50.

Цены на аккумуляторные батареи для электромобилей обычно рассматриваются как стоимость киловатт-часа. За последние десять лет цены упали, поскольку производство достигло экономии от масштаба. По данным BloombergNEF, сейчас они стоят около 156 долларов за киловатт-час, что на 85% меньше, чем в 2010 году, когда стоимость киловатт-часа составляла 1100 долларов плюс. По данным BloombergNEF, продолжающееся производство и повышение эффективности приведут к снижению цен к 2024 году ниже цены 100 долларов / кВтч, что важно, поскольку это отраслевой консенсус относительно того, когда электромобили достигнут паритета цен с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания.

«Хотя концепция электромобилей не нова, в этом автомобильном цикле отличает доступность надежных и недорогих аккумуляторов, которые обладают отличными энергетическими и энергетическими возможностями в практическом форм-факторе», — сказал аналитик Cowen Джеффри Осборн. недавнее примечание для клиентов.

Рабочие на производственной линии литий-ионных аккумуляторов для электромобилей (EV) на заводе в Хучжоу, провинция Чжэцзян, Китай.

Reuters

Мировые продажи подключаемых к сети электромобилей, включая электромобили с аккумуляторным питанием и подключаемые к сети гибридные электромобили, достигли 1-го уровня.98 миллионов в 2018 году, по данным Международного энергетического агентства, в результате чего общее количество электромобилей на дорогах превысило 5,1 миллиона. Это все еще очень небольшая часть из более чем 1 миллиарда автомобилей на дорогах сегодня, но ожидается, что их число будет продолжать расти. BloombergNEF прогнозирует, что к 2040 году 57% продаж новых легковых автомобилей будут электрическими, что доведет общий парк электромобилей до 30%.

Tesla в настоящее время является крупнейшим в мире производителем электромобилей, и, хотя он еще не получил прибыль в годовом исчислении, он опубликовал прибыль на квартальной основе, в том числе в последнем квартале.Компания оказалась несколько поляризованной с точки зрения инвестирования, учитывая частые сбои в поставках и иногда неустойчивое поведение генерального директора Илона Маска.

Но компании удалось снизить цену на свой аккумулятор. Отчасти это связано с гигафабрикой Tesla в Спарксе, штат Невада, которая работает практически с максимальной эффективностью, а также с тем, что бытовые и коммунальные хранилища компании помогают распределять фиксированные затраты на производство аккумуляторов. Компания также получила государственные субсидии и оптимизировала работу своего гигафабрики.

Литий-ионные аккумуляторные элементы

Tomohiro Ohsumi | Bloomberg | Getty Images

Аккумулятор является ключевым отличием электромобилей, поскольку запас хода автомобиля определяется количеством накопленной энергии, а также определяет время, необходимое для зарядки автомобиля.

В недавней заметке Credit Suisse сказал, что важно отдать должное Tesla за разработку аккумуляторных батарей. Компания имеет низкий рейтинг по акциям, но заявила, что у автопроизводителя есть «преимущество перед другими автопроизводителями в области электрификации», среди прочего, благодаря плотности энергии его батареи.

Компактная модель 3 Tesla стоит от 39 990 долларов, не считая экономии от государственных субсидий и газа, что означает, что она по-прежнему значительно дороже, чем компактные автомобили с газовым двигателем. Еще одна проблема, которую автопроизводителям придется решать в будущем, — это больший запас хода на одной зарядке и более быстрое время зарядки, что препятствует широкому распространению.

Но с уменьшением стоимости аккумуляторов, по мнению S&P Global Platts, электромобили могут стать конкурентоспособными в местах с высокими ценами на нефть уже в ближайшие два-три года.

«Tesla вывела на рынок бренд, и это действительно помогло всей отрасли», — сказал Остин Девани, директор IHS Markit по глобальной неорганике. «Вы доберетесь до того, что карманная сторона начнет привлекать больше людей к электромобилям, поэтому вы увидите рост проникновения в ближайшие годы».

Инвестиционные возможности в цепочке поставок аккумуляторов

Основная причина, по которой электромобили с аккумуляторным питанием все еще относительно дороги, — это стоимость сырья, необходимого для их производства.Помимо лития, для литий-ионных аккумуляторов необходимы другие минералы, такие как кобальт и графит, а также такие металлы, как никель, алюминий и марганец.

Электромобили сегодня опережают спрос на литий среди бытовой электроники. В то время как спрос на минерал растет, цены резко упали за последнее десятилетие после того, как рост производства опередил более медленные, чем ожидалось, продажи электромобилей, сообщает S&P Global Platts. Фирма заявила, что ожидает, что спрос в транспортном и энергетическом секторах почти утроится в течение следующих пяти лет, и что по мере «нарастания импульса» спрос может перевесить предложение.«

Химическая компания Albemarle могла бы стать одним из бенефициаров растущего спроса, поскольку у нее есть литиевые предприятия по всему миру, в том числе в Сильвер-Пике, Невада и Салар-де-Атакама, Чили. В прошлом году количество аналитиков Уолл-стрит, имеющих рейтинг, эквивалентный покупке акций, упал с 80% до 52%.

Но не все отказались от этой акции. Аналитик Jefferies Лоуренс Александер сказал в декабре, что это «один из самых интригующих историй за 3-5 лет.«Его цель в 83 доллара на 15% выше, чем в настоящее время торгуется акция. бассейны солевого раствора и перерабатывающий завод литиевого рудника Soquimich (SQM) на соляной равнине Атакама на севере Чили, 10 января 2013 года.

Иван Альварадо | Reuters

Когда дело доходит до фактического изготовления аккумуляторных элементов для аккумуляторной батареи, На рынке доминируют такие азиатские компании, как Panasonic, CATL, LG Chem и китайская BYD, которая почти на 25% принадлежит Berkshire Hathaway Уоррена Баффета.

Panasonic сотрудничает с Tesla, а LG Chem производит аккумуляторы, в частности, для General Motors и Ford.

В декабре GM и LG Chem объявили, что к 2023 году они инвестируют до 2,3 миллиарда долларов в создание совместного предприятия в Огайо по производству аккумуляторных элементов для электромобилей. «Новый завод поможет нам масштабировать производство и значительно повысить рентабельность и доступность электромобилей», — заявила генеральный директор и председатель правления GM Мэри Барра на мероприятии для СМИ, анонсировавшем новый завод.

Девани сказал, что мы достигли своего рода «переломного момента», когда материальные игроки могут увидеть паритет в ценах на аккумуляторные элементы и батареи. «Пять лет назад… электромобили были скорее новинкой… потребители не обязательно осознавали преимущества, сегодня они есть».

Зарядка телефона для питания вашего дома

Спрос на более мощные и качественные батареи для питания электромобилей произвел волновой эффект, в том числе и в области домашнего накопления энергии. Это особенно верно, поскольку падение цен на солнечную энергию вкупе с государственными субсидиями побудило потребителей перейти на возобновляемые источники энергии.

В ноябрьской записке для клиентов Оша из JMP сказал, что SunRun, которая предлагает солнечные батареи и варианты хранения, выглядит готовым к «отличному 2020 году», отчасти из-за потенциала роста со стороны компании по хранению данных.

«Использование накопителей заметно как в RUN, так и во всей отрасли — бытовые батареи превратились из любопытства во все более распространенную часть новой жилой солнечной установки», — сказал он.

Tesla — еще одна компания, которая предлагает солнечные батареи и накопители с батареей Powerwall, которая, по словам аналитика Baird Бен Калло, в настоящее время является «недооцененной» частью компании, но, как он ожидает, станет «более важной сферой внимания по мере увеличения прибыльности и роста прибыли». развертывания растут.«

Tesla Powerwall 2

Источник: Tesla

В то время как обе эти компании также предлагают солнечные установки, другие компании, такие как Enphase Energy, предлагают батареи, которые интегрируются с существующими солнечными системами. год, после роста на 465%

Следующий шаг: хранилище в масштабе коммунального обслуживания

Однако самый большой потенциальный рынок для хранения энергии — это не отдельные потребители, а крупные коммунальные компании.

Возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнечная энергия, обеспечивают все больше и больше энергии для сети. Но до тех пор, пока не будут разработаны эффективные накопители энергии, эти прерывистые источники будут по-прежнему полагаться на ископаемое топливо.

Проект Лаваи по хранению солнечной энергии и энергии на острове Кауаи, Гавайи.

Проще говоря, в настоящее время электрическая сеть обычно работает так, что энергия вырабатывается буквально за несколько мгновений до этого. Запасов не так много, поэтому спрос и предложение должны всегда находиться в равновесии.

Но по мере того, как цены на аккумуляторы падают, все больше и больше коммунальных предприятий интегрируют литий-ионные аккумуляторы в свои системы. В настоящее время они в основном используются для замены так называемых пиковых электростанций — заводов, обычно работающих на природном газе, которые используются только в периоды пикового спроса. Они также начинают заменять дизельные генераторы в местах, где постоянно требуется электричество, например, в больницах.

Государственные стимулы и падающие затраты на солнечную и ветровую энергию также повышают жизнеспособность накопителей энергии.

«10 лет назад батареи были перспективным решением для более широкого проникновения возобновляемой энергии в электрические сети, и сегодня я думаю, что вы можете увидеть в ближайшие 10 лет видимость того, что это стремление станет реальностью», Об этом CNBC сообщил управляющий директор Ultra Capital Кристиан Ханелт. Он добавил, что у коммунальных компаний есть естественное преимущество, поскольку они понимают сеть электропередач и знают, где они могут получить выгоду.

NextEra Energy — один из крупнейших поставщиков возобновляемых источников энергии в стране, который включает в себя предложения по хранению энергии.В недавней записке для клиентов Credit Suisse назвал это одной из своих главных инвестиционных идей, основанных на «сильной зависимости NextEra от быстрорастущей отрасли возобновляемых источников энергии» и «ведущем в мире крупномасштабном бизнесе по развитию возобновляемых источников энергии». Другие компании, предлагающие накопители энергии, включают компанию EnerSys из Пенсильвании, а также Pinnacle West Capital Corporation, которая в феврале объявила о планах добавить 850 мегаватт аккумуляторов в Аризоне в течение следующих 5 лет.

В настоящее время крупнейшая установка литий-ионных аккумуляторов находится в Южной Австралии и работает от Tesla.Его мощность составляет 100 мегаватт, что, по данным сайта, позволяет питать 30 000 домов при максимальной мощности. В ноябре французская компания Neoen, которая управляет площадкой, объявила о расширении на 50%, в результате чего мощность увеличится до 150 МВт.

Должностные лица и рабочие собираются возле комплекса Hornsdale Power Reserve, где установлена ​​самая большая в мире литий-ионная батарея производства Tesla, во время официального запуска около южно-австралийского города Джеймстаун.

Дэвид Грей | Reuters

Производители и операторы оборудования для возобновляемых источников энергии, а также химические компании и компании по производству материалов также могут выиграть, если хранение энергии ветра и солнца станет более целесообразным.Осборн отметил, что потребуется новое программное обеспечение, чтобы помочь коммунальным предприятиям понять потребности в электроэнергии, поскольку возобновляемые источники энергии и электромобили получают от сети.

«Мы рассматриваем внедрение интеллектуальных технологий в электросети как одну из следующих больших волн расходов на ИТ и новую инвестиционную тему, которая, вероятно, будет реализована в течение следующих 10-20 лет. По сути, Smart Grid — это большой — масштабные упражнения по интеграции программного обеспечения с использованием датчиков связи по сети », — сказал он.

Следующее десятилетие

По-прежнему высокие затраты являются одной из причин, препятствующих резкому увеличению интеграции литий-ионных аккумуляторов в сеть. Другой фактор заключается в том, что этот конкретный тип батареи не обязательно может оказаться наиболее подходящим для хранения энергии в течение более длительных периодов времени. Также известно, что они воспламеняются, и есть проблемы с некоторыми необходимыми компонентами, такими как кобальт, почти половина которого поступает из Конго. Переработка и воздействие добычи металлов на окружающую среду — это другие проблемы, на которые следует обратить внимание.

На поиск альтернатив тратятся миллиарды долларов. Твердотельные батареи, в которых используется натрий, например, вместо жидких электролитов, являются одним из возможных вариантов, как и проточные батареи, в которых для хранения энергии используются резервуары с электролитами. Но пока ни один из этих вариантов не является жизнеспособным.

Хотя точный тип батареи, которая выиграет, неизвестно, можно сказать наверняка, что батареи будут играть еще большую роль в обеспечении нашей жизни в будущем.

«Огромные инвестиции в производство батарей и устойчивый прогресс в технологиях привели к сейсмическому сдвигу в том, как мы будем обеспечивать нашу жизнь и организовывать энергетические системы уже в 2030 году», — писали исследователи из Института Рокки Маунтин в книге « Прорывные батареи: питание энергии». Эра чистой электрификации .

— CNBC Майкл Блум , Нейт Раттнер и Майкл Вэйланд представили репортажи.

Аккумуляторы

1.) Основы

Базовая конструкция: Батарея состоит из двух или более ячеек. Каждая ячейка состоит из двух различные материалы с электролитом между ними. Ранние инженеры обнаружили, что при использовании правильных материалов отрицательно заряженные ионы притягиваются к катоду (-), в то время как положительно заряженные ионы притягиваются к аноду (+) (другому электроду).Есть много типов батарей, см. наш раздел истории, чтобы узнать, как несколько примечательных примеров Работа.
12-минутное видео-описание основ химии батарей>
Видео о сборке алюминиево-угольной батареи в домашних условиях>

Катод — электроны «выходят» из батареи из этого электрода и попадают в электрическое устройство, находящееся под напряжением, маркируется черным цветом или (-).Это отрицательный терминал, потому что атомы с лишними электронами (- заряженные ионы) притягиваются к этому терминалу.
Анод — электроны «попадают» в батарею от этого электрода, который отмечен красный или (+).
Примечание: термины «анод» и «катод» также могут использоваться в устройстве, они помогают указал как подключить устройство. В устройстве (например, светодиоде) электроны «входят» в устройство через катод и выход через анод (это в обратном направлении от батареи).
Безопасность!
* Подключение батареи к устройству задним ходом может разрушить электрическое устройство, особенно полупроводниковые приборы.
* Замыкание аккумулятора путем подсоединения клеммы (-) к клемме (+) может привести к химическому возгоранию или взрыву.
* Попадание кислоты из аккумулятора на пальцы и одежду может вызвать ожог кожи и проедать дыры в одежде. и если их прикоснуться к глазам, это может привести к слепоте.Не открывайте батареи, кроме как в контролируемых окружающей среде, и с должной осторожностью.


Два способа классификации батарей:
Первичные батареи — этот тип батареи готов к электрическому заряду, как только как он построен
Вторичные батареи — аккумулятор этого типа необходимо заряжать после его изготовления.

Инженер с опытом работы в области электрохимии или нанотехнологий может работать над улучшением батареи и преодоление установленных препятствий на пути к совершенствованию.Улучшение даже одного угла таких характеристик, как плотность энергии, низкотемпературные характеристики, накопление энергии продолжительность, скорость перезарядки, форма, движение к использованию менее токсичного или менее дорогого материала может привести к значительным изменениям в нашем мире. Например гибридный и полностью электрический автомобиль существует уже столетие, но именно лучшие аккумуляторы позволили массовое использование электромобилей в 1990-е годы.

1.а) Типы аккумуляторов

Есть много способов сделать батарею, некоторым моделям более 200 лет, а другим (например, тех, кто использует углеродные нанотрубки), сейчас очень быстро развиваются!

Первичный Батареи:

(не заряжаются)

Хлорид цинка
Углерод цинка
Щелочной
Гидроксид никеля
Оксид лития-меди
Дисульфид лития-железа
Литий-железо-сульфид
Литий-марганцевый диоксид
Литий-медный оксифосфат
Литий-серебряный оксид + ванадий-хромовый оксид
Литий-серебряный оксид
Моноксид лития-серебра
Li-I2
Li-CuO
Li-CuS

Li-MnO2 (Li-Mn, «CR»)
Тионилхлорид
Li-SOCl2, BrCl, Li-BCX
Сульфурилхлорид
Li-SO2
Li-PbCuS
Li-Bi2Pb2O5
Li-V2O5
Li-Bi2O3
Li-CoO2 Оксид ртути
Цинк-воздух
Оксид серебра
Плутониевые батареи и
другие ядерные батареи

Среднее Батареи:

(заряжаемые)

NiCd или NiCad Никель-кадмиевый 1899
Свинцово-кислотный 1859
NiMH
NiZn
Щелочной (некоторые перезаряжаемые)
Литий-ионный Литий-ионный
Литий-ионный полимерный
Литий-титановый оксид
Литий-железо-фосфатные батареи
Литий-железо-магниевый фосфат
Никель-железные батареи (NiFe)
NIh3
Никель-цинковые
LiFePO4
Сера Li
Титанат лития
Тонкая пленка ZnBr
V окислительно-восстановительный 10
NaS
Расплав солей
Серебро цинк (Ag-цинк)

2.) История аккумуляторов


Вверху: иллюстрация вольта-батареи, питающей экспериментальную дуговую лампу, первый вариант электрическое освещение

2.a) 1800: Гальваническая батарея — первая батарея, непосредственно вызвавшая электрическую революцию

Алессандро Вольта из Комо, Италия, создал первую современную батарею около 1800 года.Он имел получил образование в области химии и физики и преподавал в государственной школе, а затем Королевская школа в Комо. Он использовал цинко-медный (или серебряный) электрод с электролитом. серной кислоты или смеси рассола (соль и вода). Цинк реагировал с отрицательно заряженный сульфат. Положительно заряженные ионы водорода захватывают электроны из меди, образуя водородный газ. Цинковый диск стал отрицательным. электрод и положительный медный / серебряный диск.Первая батарея Вольты была результатом 9 лет обучения, начиная с «электричества животных» или изучения электричества. ток внутри тела. Как и все великие новаторы, он продвигал работы своих предшественников, в данном случае это было Луиджи Гальвани и его работа над «животным электричеством». >

Вверху: см. Модель батареи Вольта в Смитсоновском институте

Батарея Вольта быстро привлекла внимание всего мира.Исследователи из России в США начали экспериментировать с версиями его батареи для проведения экспериментов. Гальваника, разделение элементов для научных исследований, электрического освещения и электромагнетизма все исследования быстро продвигались благодаря стопке Вольта. Это было названо «стопкой», потому что дополнительные блоки цинка / меди могут быть установлены на устройство для увеличения мощности. Даже сегодня в латинских языках слово «пила» означает «батарея».

Недостатки батареи Volta заключались в том, что пропитанный рассолом тканевый материал должен был оставаться влажным, а также электролит просочился вниз и вызвал короткое замыкание.Химическое накопление на меди вызвал изолирующий слой, который остановил батарею примерно через час. В течение следующего три другие десятилетия, такие как Уильям Стерджен и Джозеф Генри, улучшили конструкцию батарей.
Вверху: была разработана гальваническая батарея Джозефа Генри (сделанная из цинковых и медных пластин). производить разную интенсивность в зависимости от по необходимости с помощью набора подвижных соединителей и стаканчиков с ртутью. Сегодня устройство, которое мы будем использовать для обеспечения изменения уровней мощности для эксперимента, будет вариак (автотрансформатор), подключенный к электросети.Генри нужны были переменные уровни мощности проводить свои эксперименты по электромагнетизму.
Подробнее о Батарея Генри на снимке из Принстона>

2.b) Ячейка Грене 1857-1900-х годов «Бутылочная батарея»

Элемент Grenet Cell стал важным этапом в истории аккумуляторных батарей и использовался более 60 лет.Этот мокрая ячейка оказалась мощной и надежной. Он был наполнен кислотой и его можно было использовать повторно. К 1880-м годам единицы могли прослужить несколько месяцев. или годы без повторной заправки, хотя для некоторых применений ее нужно было заправлять каждые несколько недель. Томас Эдисон использовал клетки Гренета для своих экспериментов, Медицинские работники также использовали камеру для всего, от электроинструментов в больницах экспериментам над пациентами. Ячейки были разных размеров, колбы также можно было размещать последовательно для получения большей мощности.

Конец ячейки Грене пришел из-за ее слабостей, в том числе раздражения со стороны заправка, вес, и то, что она могла пролиться. Доска с резиновым уплотнением (гидростат) со временем сузится, что приведет к утечке через верх. Как и многие батареи в то время он был сделан из стекла, и хотя он был построен из толстого стекла, он все еще мог разбиться.

Ячейка Грене была улучшена доктором.Бирн (Бруклин) в 1878 году. Современные сухие камеры сегодня. также используют угольно-цинковую ячейку, однако в качестве электролита используют влажный картон. вместо жидких кислот клетки Грене.

Свинцово-кислотная батарея


1859 г. — Гастон Плант из Франции изобретает наиболее часто используемый большой аккумулятор сегодня: свинцово-кислотный аккумулятор. Подробнее о Свинцово-кислотный аккумулятор>

Современные свинцово-кислотные аккумуляторы (например, в вашем автомобиле) обладают высокой плотностью энергии. около 30 ватт-часов на килограмм.


2.c) Сухая камера

В 1886 году были разработаны сухие элементы, и это стало огромным улучшением для некоторых приложений аккумулятор. В сухом элементе использовался пастообразный электролит, что позволяло использовать аккумулятор в любой ориентации. и улучшена площадь переносных аккумуляторов. Карл Гасснер и разработали сухую ячейку, используя гипс с примесью других химикатов. Первую выставленную на продажу модель произвел 1.5 вольт. Позже гипс заменили на свернутый картон. Колумбия произвела первую массу выпускаемые модели.

Внизу слева: классические сухие элементы на 1,5 В Columbia, выставленные в Техническом центре Эдисона.
Внизу справа: 3 классических сухих элемента, которые использовались в раннем радио.

Информацию о литиевых, щелочных и других современных формах сухих батарей см. Ниже.

2.d) Томас Эдисон и батареи

Томас Эдисон сосредоточился на создании лучшей батареи для использования в электромобилях. Существующие батареи, такие как Grenet Cell, были сделаны из стекла и не соответствовали требованиям. Эдисон оставил свой след в мире аккумуляторов множеством улучшений. Ячейка Эдисона-Лаланда было значительным улучшением в батареях, у него повышенной прочности и срок хранения около года.Эдисон долгое время интерес к батареям всех размеров для питания своих изобретений, таких как электрическая ручка. Последним значительным усовершенствованием Эдисона аккумуляторов стала разработка практичного железо-никелевого сплава. аккумулятор (NiFe). Ранний Эдисон NiFe батареи использовали толстый стеклянный корпус для удержания гидроксида калия электролит. Некоторые модели этих аккумуляторов могут сохранять заряд в течение многих лет. Железнодорожная промышленность по-прежнему использует устаревшие NiFe батареи для резервного копирования переключателей. и другое оборудование из-за его долговременной надежности.


Вверху: оригинальные батареи Эдисона, используемые в электромобиле Detroit Electric 1914 года выпуска, принадлежавшем Steinmetz


Щелочной щелочной распространенный одноразовый аккумулятор в мире

3.) Современные батареи:

Сегодня в мире преобладают батареи на основе цинка, свинца и лития.Они безопаснее и меньше, чем батареи того же типа, которые были в первые дни. Меркурий и другие химические вещества были уменьшены в состав, и улучшения плотности энергии за эти годы сделали для использования менее материал на ватт.

Щелочная батарея:

Щелочные батареи сегодня являются наиболее распространенными одноразовыми батареями (произведено 10 миллиардов единиц по всему миру каждый год).Они используют цинк и диоксид марганца. Щелочная батарея заменила угольно-цинковую батарею 1800-х годов из-за к более высокой плотности энергии.
Проблемы со щелочами включают утечку гидроксида калия (видны белые перистые кристаллы когда батарея стареет). Щелочная батарея изготовлена ​​из дешевых материалов, поэтому ее переработка нерентабельна, так как в результате он выбрасывается в основные отходы, что приводит к увеличение количества токсичных отходов на свалках.

3.a) Литий-ионные батареи (LIB)

Литиевые батареи

в настоящее время являются наиболее популярными аккумуляторами для мобильных приложений. (автомобили, портативные устройства) из-за небольшого веса и большой плотности энергии (количество энергии, которое вы можете хранить в килограмм веса). Литиевые батареи бывают разных форм:


Литий-железо-фосфатный (LFeP) — 120+ ватт-часов на килограмм

Примечание: номинальные значения плотности энергии для любой из этих батарей может измениться по мере того, как улучшенные версии батареи развитый.

Слева: здесь показана плоская призматическая батарея на 20 ампер-часов, но они могут быть выполнен в спиральной конфигурации (цилиндр).

Смотрите наше видео о пионере инженерной мысли Энди Берк о тестировании батарей LFeP>


Литий-кобальтооксидная батарея (LiCoO2) — 100+ ватт-часов на килограмм, используется в мобильных устройствах телефоны и другие устройства меньшего размера.Этот тип батареи используется в ноутбуках для высокая плотность энергии, проблемы включают в себя тепловой разгон, который может вызвать возгорание.

Слева: литиевая батарея со спиральной намоткой, это от камеры Sony.


Титанат лития (LTO) — Они более безопасны, чем другие формы литиевых батарей (менее шанс теплового разгона).У них есть срок службы 10-20 000 циклов и 70-80 ватт-часов на килограмм (в 3 раза больше стандартной свинцово-кислотный аккумулятор).

Слева: экспериментальный модуль 16 В из титаната лития в Калифорнийском университете в Дэвисе

Другое: Разрабатываются новые формы литиевых батарей, однако общий типы включают оксид лития, никеля, кобальта, алюминия, оксид лития, никеля, марганца, кобальта и литий-серные батареи.


Смотрите наше видео здесь с Тестирование литиевых батарей в лаборатории доктора Энди Берка: три типа лития Батареи:

Нанотехнологии улучшат литий-ионные батареи: Углеродные нанотрубки можно использовать в качестве катода и это позволяет осуществлять реакцию накопления лития на поверхности трубки, что намного быстрее. чем обычные реакции интеркаляции лития.Подробнее здесь>

4.) Границы инноваций в аккумуляторных батареях

Tesla Motors, General Electric и другие стремятся развиваться лучше и дешевле. батареи. Новые разработки аккумуляторов, такие как натрий-ионные, натрий-никель-хлоридные. (часть бренда аккумуляторов GE Durathon) обещают заменить крупномасштабные свинцово-кислотные батареи, используемые в энергосистемах и локомотивах.

Эксперты поставили цели, чтобы аккумуляторы действительно успешно применялись в электромобилях. что батареи должны прослужить более 15 лет глубоких разрядов и быть в состоянии заряжается так быстро, как бензин может заполнить топливный бак. Это непростые цели, но над ними работают Теперь. Используя нанотрубки в литиевой батарее, можно перезарядить батарею. намного быстрее, однако обеспечить более длительный жизненный цикл будет сложнее.Подробнее здесь>

5.) Аккумуляторы до электрического возраста:

Стоит упомянуть, что батареи могли существовать до появления современных электрических возраст. Поскольку они не связаны с основной временной шкалой электрической истории, мы перечислили их. здесь.

Первая батарея 248 г. до н. Э .: Багдадская батарея была построена в Парфии или Сасанидах. период ~ 248 г. до н.э. — 226 г. н.э.Батарея состояла из угольного стержня в центре глиняная ваза. Стержень был окружен неизвестным электролитом (вероятно, это апельсиновый / лимонный сок), потом медь, потом асфальт. Каждая батарея имела вес около 2 килограммов и производилась 0,4-0,5 вольт при разомкнутых контактах. Эти батареи были очень слабыми. «Багдадская батарея» был найден в 1936 году, и многие авторитетные источники считают его подлинным.

Египтяне: Некоторые утверждают, что у древних египтян были батареи, похожие на Багдадскую батарею.

Ковчег Завета: предполагалось, что Ковчег Завета (коробка с золотой подкладкой) возможно, использовали ранние батарейки, чтобы зарядить золотую внешность. Тогда коробка сможет дать иллюзия магических сил, шокируя тех, кто к ней прикоснулся. Это всего лишь теория, но будет интересное использование электричества для создания чувства трепета и страха.

6.) ETC Видео с батареями:

Tesla Model S — аккумуляторы, кузов и подвеска>

Лаборатория аккумуляторов для гибридных автомобилей с Энди Берк>

История аккумуляторного бизнеса GE доктором.Оливер Винн (бывший менеджер)>

Электромобиль Baker использовал свинцово-кислотные батареи Эдисона в 1901>

Первый компьютеризированный гибридный автомобиль HTV1 (свинцово-кислотные батареи) 1978-1982 гг.>


Связанные темы:
Статья MW

Источники:
Век телеграфа и телефона.Автор Д. Макникол. 1915
Университет Санта-Клары
Университет Рутгерса: документы Томаса Эдисона
Нью-Йоркский медицинский журнал, январь-июнь 1889 года
Progressive Dynamics Inc.
Energizer
Википедия
IEEE Spectrum
General Electric
Трактат о нервных и психических заболеваниях Лэндона Картера Серый. 1893 г. Corrosion-doctors.org
Доктор Эндрю Берк. Калифорнийский университет в Дэвисе. 2010 г.
Фото / видео:
Edison Tech Center
Whelan Communications

Информацию об использовании изображений и видео Edison Tech Center см. В нашем лицензионном соглашении.

Внутри батарей, питающих ваш автомобиль, телефон и многое другое

Батареи завоевали современный мир, не сильно изменившись.

Смартфон, для сравнения, имеет гораздо меньше общего с предшествующими ему мэйнфреймами. То же самое касается Tesla Model 3 и Ford Model T. Но литий-ионная технология, используемая в современных батареях, выдержала десятилетия экспоненциального роста — переход от гаджетов к электромобилям и даже порождение нескольких миллиардеров на этом пути — без серьезных изменений в его структура с тех пор, как Sony впервые коммерциализировала эту технологию в 1991 году.

Это не потому, что химики не пробовали. Просто разработка новых материалов, отвечающих промышленным стандартам, — очень сложная проблема.

Все батареи состоят из четырех компонентов: двух электродов (анода и катода), жидкого электролита, который помогает ионам перемещаться между электродами, и разделителя, предотвращающего прямой контакт электродов друг с другом и предотвращающего возгорание. Когда батарея заряжена, ионы текут от катода к аноду. Когда он разряжается, ионы меняют курс.

По мере того, как мир движется к быстрому сокращению выбросов парниковых газов, продолжается гонка за то, чтобы подключить к еще более мощным батареям больше вещей: электросети, грузовики, корабли и даже самолеты. Внутреннее пространство этой важнейшей технологии, наконец, готово к кардинальным изменениям, и ряд скрытых стартапов обещает прорывы. QuantumScape Corp. утверждает, что создала новый материал для аккумуляторов, который позволит электромобилям путешествовать дальше и заряжаться намного быстрее, и в результате стартап имеет оценку, которая в последние недели колеблется от 13 до 20 миллиардов долларов, даже без каких-либо доходов от продаж. зрение.Его конкуренты, в том числе такие гиганты, как Samsung и Panasonic, также гонятся за батареями следующего поколения.

Прежде чем мы перейдем к аккумуляторному будущему, важно понять физическую эволюцию современной литий-ионной технологии. Миллиарды людей используют телефоны с более быстрой подзарядкой и автомобили с большей дальностью действия, но немногие из нас могут объяснить, что стоит за этими улучшениями. Это история хитростей: небольшая эффективность производства, небольшие улучшения в материалах и небольшой прирост производительности.

Батарея оценивается по тому, сколько энергии она заряжает. Этот ключевой фактор тесно связан со скоростью зарядки аккумулятора, количеством циклов заряда-разряда, которое он может выдержать, и безопасностью. Повышенная плотность энергии также может сделать его более подверженным возгоранию. Более высокая скорость перезарядки может привести к сокращению жизненных циклов.

В конце концов, цена превыше всего. Это определяется тем, сколько энергии может хранить батарея, материалами, из которых она изготовлена, и толщиной электродного покрытия, которое можно нанести без ущерба для характеристик.Чем ниже стоимость, тем дешевле электромобиль.

За последнее десятилетие небольшие разработки привели к совокупному снижению стоимости литий-ионных батарей более чем на 90%. Группа BloombergNEF, занимающаяся исследованиями в области экологически чистой энергии, ожидает, что с учетом будущих разработок в ближайшее десятилетие затраты снизятся вдвое. Электромобили уже сейчас конкурентоспособны во многих странах, если учесть затраты на топливо в течение срока службы автомобиля, но по мере дальнейшего снижения стоимости аккумуляторов даже ориентировочная цена электромобилей будет дешевле, чем цена альтернативы с бензиновым двигателем.

Возвращаясь к началу, литий-ионный аккумулятор был получен в исследовательской лаборатории Exxon еще в 1970-х годах. Металлический литий, из которого сделан анод батареи, продолжал вызывать пожары, что привело к тому, что Exxon отказалась от этой идеи. Академический интерес продолжался, и ученые из разных частей мира разрабатывали более безопасные материалы.

Американский ученый Джон Гуденаф обнаружил, что катоды, полностью сделанные из кобальта, более безопасны и хранят больше энергии. Это открытие принесло ему Нобелевскую премию по химии в 2019 году.Затем марокканский ученый Рашид Язами обнаружил, что использование графита, формы углерода, в качестве анода, сделало литий-ионную батарею намного более стабильной и, таким образом, помогло ей прослужить дольше. Наконец, Кейдзабуро Тозава, глава аккумуляторного подразделения Sony в 1990-х годах, объединил все эти изобретения, чтобы создать первую коммерческую литий-ионную батарею.

Несмотря на то, что кобальт — дорогой металл, он оставался доступным для использования в небольших батареях ранних ноутбуков и мобильных телефонов. Но как только литий-ионные батареи начали использоваться в электромобилях, химики стали искать более дешевые металлы, такие как никель, марганец и даже железо.

Альтернативные металлы требуют тщательной оценки. Если дешевый металл означает непропорционально худшую производительность батареи, этого не произойдет. Благодаря миллионам экспериментов на рынке стали доминировать три типа катодов: оксиды никель-марганца-кобальта (NMC), оксиды никель-кобальта-алюминия (NCA) и фосфат лития-железа (LFP).

Давайте заглянем внутрь черного ящика, который представляет собой батарею, чтобы понять, как мы сюда попали и что будет дальше.

Сокращение выбросов кобальта с помощью NMC

Одной из первых альтернатив кобальту было использование никеля и марганца, которые превышали способность кобальта накапливать ионы лития.Но полностью потерять кобальт было невозможно. Химики узнали, что кобальт играет роль учителя в школе, дисциплинируя непослушные ионы лития во время их движения и гарантируя, что батарея продержится большее количество циклов заряда-разряда.

За несколько лет исследований химикам удалось увеличить толщину материала анода и катода, которые являются энергоносителями в батарее, по сравнению с другими деталями. Методом проб и ошибок они также нашли смесь, в которой можно было бы использовать меньше кобальта и больше никеля.Все это помогает накапливать больше ионов лития на единицу объема и массы, что помогает увеличить удельную энергию батареи. Это, в свою очередь, увеличивает запас хода автомобиля и снижает его ориентировочную цену.

Алюминий приходит с Tesla NCA

Компания Tesla и ее партнер по производству аккумуляторов Panasonic обнаружили, что вместо марганца алюминий также может выполнять эту работу. В то время это считалось более рискованным делом, чем химия NMC, но ставка окупилась для Tesla. NCA также был дешевле, чем NMC, потому что это еще больше снизило использование кобальта.Химия стала основой автомобилей Tesla, которые часто могут похвастаться превосходными характеристиками по сравнению с другими электромобилями.

Химики, работающие с батареями

Tesla, также обнаружили, что добавление небольшого количества оксида кремния, например, перца в макароны, помогает уменьшить количество графита, необходимое для хранения того же количества ионов лития. Это помогло уменьшить вес батареи без ущерба для производительности и снизить ее стоимость. Модель 3 была выпущена с этим новым химическим составом и помогла Tesla создать самый доступный автомобиль на сегодняшний день.

Кобальт не нужен с LFP

Конечная цель катодных материалов нынешнего поколения — полностью отказаться от использования кобальта. Первой попыткой этого было развитие химии LFP, которая сделала использование железа доступным по очень низким ценам. Батарея хорошо себя показывала по большинству показателей, но она не могла хранить столько ионов лития, сколько могли бы иметь катоды с высоким содержанием кобальта.

Однако экономическая выгода была достаточно большой, чтобы батареи LFP нашли применение в дешевых электромобилях, таких как такси, и в электрических автобусах, которым требовались аккумуляторные блоки гораздо большего размера.Поскольку автобусы нуждаются в гораздо более крупных аккумуляторных батареях, а такси должно быть как можно более дешевым, это помогло сделать самый дешевый литий-ионный аккумулятор лучшим кандидатом для другого сегмента рынка электромобилей.

Более десяти лет работы помогли LFP-батареям улучшить характеристики, хотя они по-прежнему уступают химическим составам катодов на основе кобальта по плотности энергии. Основным преимуществом стало создание стабильной батареи с более толстыми материалами электродов. В сложной химической смеси, которая представляет собой батарею, небольшое увеличение толщины — немалый подвиг.

В будущее твердого тела

Конечная цель анода в литий-ионной батарее — использовать металлический литий. Стремление создать этот материал привело к плачевным результатам. Металлический литий нестабилен и склонен к возгоранию. Внутри аккумулятора при зарядке и разрядке он также имеет тенденцию образовывать тонкие нити, называемые дендритами, которые могут прорезать сепаратор и контактировать с катодом. Это вызывает короткое замыкание, а затем пожар. Пожары аккумуляторных батарей потушить гораздо труднее, чем возгорания двигателей внутреннего сгорания.

Химики-разработчики аккумуляторов десятилетиями пытались решить проблему дендритов. Одной из многообещающих попыток является использование твердого электролита для замены жидкости в системе и подавления образования дендритов. Эта технология получила новое название: твердотельный аккумулятор. Если твердотельные аккумуляторы появятся на рынке во второй половине этого десятилетия, как и ожидалось, они, вероятно, будут представлять собой большой скачок в производительности аккумуляторов, увеличивая диапазон электромобилей на 50% и сокращая время зарядки до 15. минут.

Поскольку металлический литий выглядит как многообещающий анодный материал, химики-химики снова ищут новые катодные материалы. Ожидается, что эти новые материалы, не содержащие кобальта, еще больше повысят плотность энергии, что может сделать батареи достаточно легкими для питания электрических самолетов. Литий-ионные аккумуляторы прошли долгий путь от лабораторий Exxon до переворота автомобильной промышленности. И, тем не менее, для мира это только начало использования потенциала этой экологически чистой технологии.

Исправление: В статье ранее говорилось, что Гуденаф был британцем. Он американец, но сделал свою работу, получившую Нобелевскую премию, в Оксфордском университете в Великобритании.

Когда была изобретена первая батарея?

Батареи — распространенный источник энергии в наше время. Мы используем батареи для запуска автомобилей, для питания наших ноутбуков, чтобы мы могли часами разговаривать по мобильным телефонам и даже для того, чтобы разгонять некоторые из наших электромобилей на много миль на одной зарядке.Они могут быть размером от ластика для карандашей до 2000 квадратных метров (21 528 квадратных футов). Самая большая батарея в мире способна обеспечить энергией весь город Фэрбенкс, Аляска, город с населением около 12 000 человек, в течение семи минут в чрезвычайной ситуации [источник: Conway].

Некоторые из первых примитивных типов батарей можно проследить вплоть до парфян около 250 г. до н. Э. когда они жили в районе современного Багдада [источник: Бухманн].Парфяне сделали глиняный сосуд, наполнили его уксусом, а затем поместили в него медный цилиндр с торчащим из верха железным прутом. Этот ранний тип батарей использовался для гальваники серебра.

Но только в конце 1700-х годов ученые начали проводить более серьезные эксперименты с электричеством и его хранением. Были проведены эксперименты, которые хранили или производили электричество, но ни один из них не смог создать непрерывный и управляемый электрический ток. То есть только после того, как появился итальянский физик Алессандро Вольта.В 1800 году Вольта создал первую современную батарею, построив так называемую гальваническую батарею . Куча была сделана из цинковых и медных пластин с кусками кожи или картона, смоченными уксусом или рассолом, помещенными между ними. Затем пластины были уложены друг на друга в чередующемся порядке, при этом нижняя пластина и верхняя пластина действовали как положительный и отрицательный выводы.

Куча выглядела как стопка монет и создавала постоянный поток электричества, который был менее интенсивным, чем предыдущие попытки, и позволял ученым использовать электричество контролируемыми способами.Через год после того, как Вольта впервые представил свою гальваническую батарею, он представил свое изобретение Французскому национальному институту, в котором присутствовал Наполеон Бонапарт. В честь изобретения Вольта его имя используется как единица измерения электродвижущей силы, известная как вольт.

Для получения дополнительной информации о батареях и других изобретениях перейдите по ссылкам на следующей странице.

Литий-ионный аккумулятор

Содержание

Введение в литий — Почему Flux Power использует LiFeP04 — Система управления батареями

Введение в литий-ионные батареи Литий-ионные батареи

были изобретены в 1980 году Джоном Гуденафом; они были коммерциализированы в 1991 году компанией Sony.В последнее десятилетие литий-ионные батареи стали доминирующим химическим составом аккумуляторных батарей почти во всех отраслях промышленности. Литий-ионный, по сравнению с предыдущими популярными химическими веществами (свинцово-кислотный, никель-кадмиевый и щелочной), во многих отношениях лучше. С развитием технологий безопасная и мощная батарея остро нуждается. Литий — наиболее энергоемкий химический состав, который используется, и с дополнительными функциями может быть самым безопасным. Энергия лития — активная область исследований, поэтому каждый год разрабатываются новые химические продукты.Некоторые из самых популярных химикатов:


1. Титанат лития (LTO)
2. Оксид лития-кобальта (LCO)
3. Литий-никель-марганцево-кобальт (NMC)
4. Фосфат лития-железа (LFP)

Хотя это все литиевые батареи, между ними есть ключевые различия.

LTO имеет очень долгий срок службы и широкий диапазон температур. Они способны выдерживать большие токи заряда, превышающие 10 ° C.Они имеют одну из самых низких плотностей энергии (2,4 В / элемент) среди всех литиевых батарей и являются одними из самых дорогих.

LCO стал очень популярным из-за своей высокой плотности энергии (3,6 В / элемент). Кобальт — очень энергоемкий материал, но он чрезвычайно летуч и дорог. Это ресурс, который быстро истощается и, по оценкам, иссякнет через 50 лет или из-за недавнего увеличения его потребления. LCO имеет много недостатков, они не могут выдерживать большие токи заряда, очень чувствительны к температуре и имеют короткий срок службы.

NMC — это быстро развивающаяся химия, на момент написания этой статьи. Смешивание никеля, марганца и кобальта дает очень хорошо продуманную батарею. Благодаря высокой плотности энергии (3,6 В на элемент) и меньшему использованию кобальта, он стал одним из самых востребованных аккумуляторов в отрасли. Из-за более низкой концентрации кобальта он безопаснее, чем LCO. Его жизненный цикл длиннее, чем у LCO, но короче, чем у LTO. Он может выдерживать токи заряда до 2 ° C и более широкий диапазон температур.Также важно знать, что батареи, содержащие кобальт, требуют большего количества функций безопасности, которые делают батареи более дорогими.

LFP популярен в отраслях с интенсивным использованием и суровыми условиями эксплуатации. Хотя этот химический состав имеет немного более низкую плотность энергии (3,2 В / элемент), он может выдерживать множество злоупотреблений. Он имеет длительный срок службы, дешевле и намного безопаснее, поскольку не содержит кобальта и может выдерживать очень широкий диапазон температур. Он также может выдерживать токи разряда до 20С.В целом это самая безопасная и надежная химия.

LTO LCO NMC LFP
Напряжение 2,4 В 3,60 В 3,6 В 3,2 вольта
C-Rate 10C 2C 20C
Срок службы 3000 500 1500 2500
Термический разгон 280 ° С 150 ° С 210 ° С 270 ° С
Стоимость 1,000 $ за кВтч 450 долл. США за кВт · ч 700 долларов за кВт · ч 400 долл. США за кВт · ч

Таблица 1: Сравнение LTO, LCO, NMC, LFP


Проще говоря, литий-ионная батарея относится к батарее с отрицательным электродом (анодом) и положительным электродом (катодом), которые переносят ионы лития между двумя материалами.Ионы лития перемещаются от анода к катоду во время разряда и оседают (интеркалируют) в положительный электрод (рис. 1), который состоит из лития и других металлов. Во время зарядки этот процесс обратный.

Рис. 1. Поток электронов и Li + Ion во время использования


Внутри ячеек имеется много слоев анода и катода с разделителем между ними. Между двумя пластинами также находится раствор электролита, обычно LiPF6, смешанный с жидким раствором.Эта комбинация материалов может быть уложена друг на друга (призматические ячейки) или намотана по спирали (цилиндрические ячейки). Клетки различаются по размеру и форме; некоторые из них заключены в пластиковый корпус, а другие — в алюминиевые. Корпус зависит от среды, в которой они находятся, а размер определяется объемом емкости, необходимой для приложения.

Рис. 2. Цилиндрические, призматические и карманные типы ячеек.

Каждый литий-ионный элемент имеет безопасный диапазон напряжения, в котором он может работать.Этот диапазон зависит от химического состава батареи. Например, батарея LFP при 0% состоянии заряда (SOC) составляет 2,8 В, а при 100% SOC — 3,6 В. Это считается безопасным рабочим диапазоном этой батареи. Понижение уровня SOC ниже указанного 0% может привести к ухудшению характеристик электродов. Это считается чрезмерной разрядкой. Если элемент постоянно чрезмерно разряжается, это может вызвать множество проблем, которые необратимо повредят аккумулятор. То же самое верно и для перезарядки, превышающей заявленное 100% SOC. Эти две ошибки побудили производителей аккумуляторов разработать защитные устройства и функции.

Батарея обычно состоит из множества ячеек, работающих вместе друг с другом. Рассмотрим элемент LFP с номинальным напряжением 3,2 В и емкостью 100 Ач. Для большинства приложений требуется более высокое напряжение и емкость, как это сделать? Для увеличения напряжения батареи несколько элементов должны быть соединены последовательно. Для увеличения емкости ячейки необходимо подключать параллельно. Например, предположим, что нам нужен аккумулятор на 12 В емкостью 300 Ач. С данной ячейкой LFP нам потребуется 4 ячейки последовательно и 3 модуля параллельно.В результате получится система с напряжением 12,8 В и емкостью 300 Ач.


Рис. 3. Схема системы ячеек

Четыре основных компонента ячейки: анод, катод, сепаратор и раствор электролита.

Анод

Анод — это отрицательный электрод в ячейке. В литий-ионных батареях очень часто они состоят из лития и углерода, обычно графитового порошка. Ток может собираться благодаря медной пленке, которая совмещена с электродом.Чистота, размер частиц и однородность анода влияют на характеристики и емкость старения.


Катод

Катод — положительный электрод. Здесь вступают в игру различные химические составы. Катод — это то, что определяет общий химический состав лития. Как и анод, токоприемник объединен с материалом, поэтому может происходить поток электронов. Катод обычно совмещен с алюминиевой пленкой. Как показано выше, существует много разных химических составов.Ключевыми различиями между ними являются температура, при которой они реагируют с электролитом (тепловой разгон), и создаваемое ими напряжение.


Электролит

Электролит позволяет переносить ионы лития между пластинами. Обычно он состоит из различных органических карбонатов, таких как этилен, карбонат и диэтилкарбонат. Различные смеси и соотношения различаются в зависимости от области применения ячейки. Например, для низкотемпературного применения раствор электролита будет иметь более низкую вязкость по сравнению с раствором, приготовленным для окружающей среды при комнатной температуре.Соли лития необходимы в смеси электролита, соль определяет проводимость раствора, а также способствует образованию поверхности раздела твердого электролита (SEI). В литиевых батареях гексафторфосфат лития (LiPF6) является наиболее распространенной литиевой солью. LiPF6 может производить плавиковую кислоту (HF) при смешивании с водой. SEI — это химическая реакция между металлическим литием и электролитом. В нормальных условиях производитель элемента обычно медленно заряжает элемент, чтобы сформировать ровный SEI на угольном аноде.


Сепаратор

Сепараторы литий-ионных элементов представляют собой пористые пластиковые пленки, предотвращающие прямой контакт анода и катода. Пленки обычно имеют толщину 20 мкм и имеют небольшие насыпи, которые позволяют ионам лития проходить сквозь них в процессе заряда и разряда. Сепаратор «отключения» является наиболее распространенным. Этот сепаратор закроет поры, чтобы предотвратить прохождение ионов лития, как только ячейка выйдет за пределы температурного диапазона или произойдет короткое замыкание. Сепараторы продолжают разрабатываться сегодня для повышения безопасности, а также увеличения емкости ячеек.Для дальнейшего ознакомления вы можете посмотреть эти две статьи. В верхней литиевой батарее используются батареи и . Почему литий-ионная батарея лучше подходит для вилочных погрузчиков .

Почему Flux Power использует LiFeP04

Мы в Flux Power гордимся тем, что являемся экспертами в области решений для хранения энергии. Вот почему мы выбрали превосходный химический состав аккумуляторов, который был подтвержден десятилетиями исследований и внедрения во многих приложениях. Кроме того, наши решения по хранению энергии имеют множество преимуществ перед современными свинцово-кислотными технологиями.Дополнительные сведения о различиях между литий-ионными и свинцово-кислотными аккумуляторами см. В статье «Литий-ионные батареи лучше свинцово-кислотных для вилочных погрузчиков ».

Емкость и срок службы

Одним из наиболее важных преимуществ выбора литий-ионных аккумуляторов Flux Power является резкое увеличение плотности энергии по сравнению с нынешними решениями для свинцово-кислотных аккумуляторов. В Flux Power используется литий-железо-фосфат (LiFePO4), удельная энергия которого составляет ~ 110 ватт-часов на килограмм, по сравнению со свинцово-кислотными ~ 40 ватт-часами на килограмм.Что это значит? Наши батареи могут быть ~ 1/3 веса для аналогичных ампер-часов.

Литий-ионный аккумулятор Flux Power не только накапливает больше энергии, но и значительно превышает срок службы свинцово-кислотных и многих других литиевых компонентов.

В нашей статье « 5 шагов для увеличения срока службы литий-ионной батареи, » вы найдете дополнительные советы, которые помогут вам максимально эффективно использовать батарею.

На химический состав каждого элемента батареи влияет глубина разряда, и чем глубже разряд, тем короче срок службы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *