Современные батареи: цены, виды, плюсы и минусы

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

цены, фото, расчет, характеристики, доставка по Москве и РФ.

Отопительные радиаторы – это самое распространенное тепловое оборудование, которое устанавливается в автономные и центральные системы отопления. Используются радиаторы в любых помещениях: от маленькой кухни, до огромного оптового склада.

Основные технические характеристики:

• Мощность – выбор радиатора отопления по этому показателю должен основываться на учете размера помещения, которое нужно будет обогревать. Для большего помещения – большая мощность радиатора. Принято считать, что на 10 кв. м требуется 1 кВт тепловой мощности.
• Межосевое расстояние – высота радиатора отопления. Если он установлен под окном, и расстояние до пола и подоконника слишком маленькое, теплопередача будет затруднена. Стандартно межосевое расстояние составляет 350 и 500 мм.

Виды и особенности

• Чугунные радиаторы. Неприхотливы к качеству воды и выдерживают высокое давление. К недостаткам относят большой вес, чувствительность к гидроударам и необходимость периодически подкрашивать защитное покрытие.
• Алюминиевые радиаторы отопления. Обладают высокой теплопроводностью и способностью выдерживать большое давление воды. Но чувствительны к качеству теплоносителя: из-за примесей в воде подвержены  коррозии.
• Стальные отопительные радиаторы. Оптимальное соотношение цены и качества. Такое оборудование с легкостью выдерживает перепады давления. Однако со временем на внутренних стенках может образоваться коррозия от воздействия механических примесей, содержащихся в воде.
• Биметаллические радиаторы. Совмещают плюсы двух предыдущих видов. Обладают хорошей теплопроводностью, защищены от перепадов давления и коррозии. Но и стоимость у них высокая. К тому же они чувствительны к присутствию кислорода в теплоносителе.
• Медные радиаторы отопления. Медь обладает отлично теплопроводностью, что делает обогреватели этого типа одними из самых популярных. Еще один плюс — отсутствие химических реакций с водой, то есть эти обогреватели совсем не подвержены коррозии. Однако цена на них выше, чем на предыдущие виды батарей.

Выбор радиатора

Перед тем, как покупать новую отопительную батарею, учтите, чем больше у нее секций, тем в большем по площади помещении она может работать. Для того чтобы радиатор отопления равномерно и качественно прогревал помещение, он должен занимать как минимум 75% от ширины оконного проема. Только в этом случае радиатор отопления сможет отсекать весь холодный воздух. При покупке радиатора обратите внимание, что у одних моделей указана цена за секцию, а у других – за весь прибор.

Оптовикам

Современные чугунные батареи: еврочугун, евро радиаторы отопления

Содержание:

Рынок отопительного оборудования развивается достаточно динамично, что позволяет предлагать покупателям самые современные изделия. Это утверждение в полной мере относится и к отопительным радиаторам, которые изготавливаются из чугуна, меди, алюминия, стали или биметалла. Такое количество подходящих материалов для производства батарей дает возможность создавать изделия с очень широким диапазоном характеристик.

Наиболее традиционными батареями являются чугунные, которые имеют ряд характерных достоинств и отличаются самой низкой стоимостью. На замену морально устаревшим стандартным изделиям пришли современные чугунные батареи, о которых и пойдет речь в данной статье.

Технические характеристики

Чугун представляет собой материал, имеющий массу положительных качеств. Именно этим обуславливается тот факт, что его в свое время стали использовать как основной материал для производства отопительных радиаторов. За длительный срок своего существования чугунные батареи практически не подвергались конструктивным изменениям, чего нельзя сказать о внешнем виде данных приборов – уж он-то был существенно улучшен.

Современные чугунные радиаторы отопления выпускаются в секционном формате. Для соединения секций используются уплотнительные прокладки. Количество секций может подбираться индивидуально, в зависимости от предъявляемых к радиатору требований. Речь идет в первую очередь об эффективности радиатора – каждая секция имеет фиксированное значение теплоотдачи. Теплоноситель проходит по внутренним каналам радиатора, в результате чего тепло передается на корпус устройства, а через него – в помещение. Перед установкой необходимо рассчитать, сколько весит чугунная батарея, чтобы нагрузка не оказалась слишком большой.

В зависимости от количества каналов выделяют три типа чугунных радиаторов:

• Одноканальные;
• Двухканальные;
• Трехканальные.

Ширина конкретного изделия напрямую зависит от того, сколько каналов находится в его корпусе.

Достоинства чугунных батарей

Радиаторы отопления еврочугун ценятся за обширный перечень достоинств, среди которых:

1. Длительный срок службы. Евро батареи при должном уходе могут проработать более 50 лет. Если условия эксплуатации радиаторов достаточно благоприятны, то за все это время приборам не потребуется ремонт. Это достоинство является особенно важным, если учитывать невероятно низкую стоимость чугунных радиаторов.
2. Высокая теплоотдача. Эффективность батарей из чугуна во многом обуславливается тем, что их ребра расположены вертикально. Помимо удачной конструкции, важную роль играют и характеристики самого чугуна – данный материал отличается высокой инерционностью, что позволяет ему накапливать тепловую энергию и отдавать ее даже в том случае, если отопительная система внезапно прекратила работу.
3. Устойчивость к высоким температурам. Поскольку чугун хорошо выдерживает воздействие высоких температур (вплоть до 150 градусов), батареи из данного материала отлично подходят для обустройства отопительных систем.
4. Высокая механическая прочность. Современные чугунные радиаторы довольно прочны – рабочее давление, которые они выдерживают, достигает 18 атмосфер. Кроме того, свойственная чугуну прочность позволяет также без проблем переживать опрессовку.
5. Устойчивость к коррозии. Для обычного чугуна данная характеристика неактуальна – в состав чугуна входит железо, которое поддается коррозионному воздействию. Производителям отопительных приборов известен этот факт, поэтому они покрывают чугунные батареи специальным составом, который не позволяет изделиям контактировать с воздухом, провоцирующим процесс окисления.
6. Низкое гидравлическое сопротивление. Величина гидравлического сопротивления в чугунных радиаторах сравнительно невелика, что обуславливается большим диаметром труб, подводящих теплоноситель к прибору, и большими размерами секций. Низкое гидросопротивление позволяет с успехом использовать евро чугунные радиаторы в системах с естественной циркуляцией теплоносителя.
7. Универсальность. Универсальность чугунных отопительных приборов проявляется в том, что они могут работать с любым теплоносителем, независимо от его состава.
8. Низкая стоимость. Современные чугунные батареи обходятся довольно дешево, особенно если учитывать все их достоинства.

Все вышеописанные качества вкупе с хорошими визуальными данными и относительной простотой монтажа делают красивые чугунные батареи отличным выбором для обустройства отопительной системы.

Способы подключения чугунных радиаторов

Радиаторы из чугуна можно подключать тремя основными способами:

1. Диагональное подключение. В данном случае подводящая труба крепится к верхнему патрубку радиатора, а обратка – к нижнему патрубку, расположенному с другой стороны прибора. При таком подключении достигается максимально равномерное распределение теплоносителя в батарее. Диагональное подключение лучше всего проявляется при использовании батарей с большим количеством секций.
2. Нижнее подключение. Такое подключение не отличается высокой эффективностью, но имеет важное преимущество – при использовании нижнего подключения можно спрятать трубы в пол. Это качество активно используется при выборе скрытой прокладки трубопровода, или же при желании скрыть радиаторы в стенных нишах.
3. Параллельное подключение. Данный способ подключения предполагает подведение труб к двум патрубкам радиатора, расположенным на одной стороне. Параллельное подключение обычно используется в сочетании с относительно небольшими батареями.

Заключение

Батареи еврочугун – это хорошие отопительные приборы, которые можно с равным успехом использовать как в квартирах, так и в частных домах. Достоинства чугунных батарей превалируют над недостатками, поэтому многие хозяева выбирают именно их для монтажа отопительной системы.

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:

Какие батареи лучше выбирать для отопления дома?

Выбор отопительных радиаторов, как в частный дом, так и государственную квартиру – занятие очень ответственное. Но только одного желания и нужной денежной суммы для того чтобы купить лучшую батарею, далеко не достаточно. Нужно разбираться в технических характеристиках и основных параметрах отопительных радиаторов, которые будут соответствовать критериям помещения.

Даже несмотря на внешнюю схожесть многих моделей отопительных батарей, они могут обладать разным коэффициентом теплоотдачи, ценой и другими немаловажными параметрами. Всё зависит от материалов, используемых в изготовлении прибора, особенностей его конструкции, способа монтажа и внутреннего объёма радиатора. Поэтому чтобы выяснить какие батареи отопления для дома лучшие, нужно рассмотреть по отдельности основные модели, представленные на современном рынке.

Критерии выбора типа отопительной батареи

Преимуществом частного домостроительства является возможность расчёта и установки автономного отопления исходя из предпочтений и нужд домовладельца. Поэтому выбор лучшего радиатора для отопления частного дома намного проще, чем приобретение батареи в квартиру многоэтажного строения, подключённую в централизованную тепловую магистраль. При этом автономные системы отопления обладают целым рядом преимуществ:

• работа отопления при минимальном давлении в благоприятных эксплуатационных условиях;
• отсутствие сильных гидроударов как в случае с централизованным отоплением, что в значительной мере расширяет ассортимент подходящих радиаторов;
• если в отопительной системе используется теплоноситель со сбалансированными кислотными характеристиками, то ограничений по выбору радиатора для отопления частного дома просто не существует.

Для автономных отопительных систем частного домостроения выбор подходящей отопительной батареи должен, основывается на максимальном коэффициенте теплоотдачи, которым обладают практически все современные радиаторы. Поэтому какую батарею – чугунную, биметаллическую, алюминиевую, стальную или медную выбрать для отопления дома индивидуальный выбор домовладельца. Но всё же некоторые нюансы данного вопроса нужно знать.

Чугунная отопительная батарея

Чугунный радиатор уже не одно десятилетие используют в разных системах отопления, как частных домов, так и государственных квартир и, до сих пор не нашлось достойного конкурента по сроку службы и устойчивости к коррозии. Имея высокий коэффициент теплоотдачи и небольшую стоимость, чугунная батарея была единственным приспособлением для обогрева многоквартирных домов во времена Советского Союза.

Такое устройство долго сохраняет внутри себя с аккумулированное тепло в случае аварийного отключения центрального теплоснабжения. Ей не страшно повышение давления, гидроудар или некачественные теплоносители. Даже вода с большим содержанием щелочи, ржавчиной и пробками воздуха не наносят большого вреда чугунному радиатору, чего не скажешь о других батареях. При этом такое изделие имеют сравнительно невысокую стоимость.

Из недостатков радиаторов из чугуна хочется отметить их внешнюю непривлекательность, большой вес и высокий уровень инерционности, который делает невозможным их использование в отоплении с терморегуляцией. Хотя внешнюю составляющую прибора уже давно решили, выпуская модели в ретро стиле с отделкой под медь и другие благородные металлы. Благодаря этому такой элемент системы отопления превратился в дизайнерский объект любого интерьера.

Отопительный радиатор из алюминия

Алюминиевые радиаторы на сегодняшний день прочно заняли достойное место на рынке отопительных систем. Благодаря секционной конструкции такой батареи потребитель в состоянии сам подбирать размеры и параметры радиатора в зависимости от габаритов отапливаемого помещения. Высокий коэффициент теплоотдачи, минимальный вес, внешняя привлекательность и простота установки такого радиатора сделала его лидером в системах индивидуального отопления.

Прежде чем остановить выбор на алюминиевом радиаторе для отопления частных домов нужно знать некоторые особенности выбора и эксплуатации такого устройства.

1. Радиаторы из алюминия очень чувствительны к параметрам используемого теплоносителя. Если не соблюсти уровень содержания кислотно-щелочных примесей в воде, циркулирующей по батареям, то это может привести к их разрушению.
2. Из-за высокой тепловой мощности алюминиевого радиатора происходит быстрое поднятие тёплых воздушных потоков вверх, что приводит к ощутимой разнице температур между полом и потолком. Поэтому чтобы на уровне пола в отапливаемой комнате была комфортная тёплая температура важно уесть данную особенность при подсчёте количества секций батареи в зависимости от площади помещения.

Сравнительно невысокая стоимость, привлекательный внешний вид и максимальный уровень теплоотдачи – основные критерии популярности алюминиевых радиаторов отопления для частных домов. Если правильно выбрать и установить батарею из алюминия она прослужит на протяжении достаточно длительного срока, качественно прогревая комнаты в доме.

Батареи из стали для отопления частного дома

В системах обогрева частных домов высокой популярностью пользуются батареи из стали. Такие элементы отопления могут быть как трубчатого или секционного типа, так, и выполнены в виде цельной панели прямоугольной формы. При этом многие потребители считают, что именно стальные батареи являются лучшими для обогрева комнат в частном доме. Выбирая стальное изделие, тля системы отопления необходимо знать какими достоинствами оно обладает перед конкурирующими аналогами:

• небольшая цена не в ущерб хорошему коэффициенту теплоотдачи;
• высокая устойчивость к воздействию некачественного теплоносителя;
• большой эксплуатационный ресурс;
• простота установки и небольшой вес.

Если рассматривать недостатки стальной батареи, то хочется отметить следующие проблемы:

• не самый привлекательный внешний вид, хотя это элемент отопительной системы, а не дизайнерский объект;
• необходимость регулярной промывки стальной батареи не реже 1 раза каждые 3 года;
• важно чтобы стальной радиатор всегда был полностью заполнен теплоносителем, иначе из-за образования ржавчины устройство быстро придёт в негодность.

Принцип работы стальной панельной батареи основан на конвекции и излучении тепловой энергии.

Теплоотдача происходит как непосредственно через стальную поверхность изделия, так и сквозь решетчатый корпус в верхней части прибора. Если рассматривать показатели рабочего давления, то стальные батареи выдерживают до 16 атмосфер, что напрямую зависит от толщины используемого в изготовлении материала. Максимальные температуры, которые выдерживает такой элемент отопления, могут достегать 110° С.

Биметаллическое устройство – современная и практичная батарея

Если рассматривать конструкции биметаллического изделия, то она включает в себя стальные трубы и рёбра из алюминия. Такую батарею, можно использовать как в домах частного сектора, так и многоквартирных постройках с централизованной отопительной системой. Циркуляция теплоносителя в таком устройстве из цельнотянутых труб происходит таким образом, что структура металла не разрушается из-за коррозии.

Благодаря алюминиевым рёбрам, которые обладают максимальным коэффициентом теплоотдачи, биметаллический радиатор быстро прогревает помещение. Получается, что такая батарея вобрала в себя лучшие качества стального и алюминиевого аналогов. От стального изделия была позаимствована устойчивость к коррозии и неприхотливость к качеству теплоносителя, а от алюминиевой батареи высокая теплоотдача и привлекательный дизайн.

Биметаллическая батарея способствует равномерному распределению тепла турбулентным способом, что уравнивает разницу температур между полом и потолком помещения. Достоинством такого устройства считается длительный эксплуатационный срок до 20 лет. На прилавках магазинов представлены радиаторы, окрашенные в разные цвета, что позволяет подобрать устройство в соответствии с дизайном дома. При этом современные изделия в отличие от чугунных аналогов не требуют регулярного восстановления лакокрасочного покрытия.

Единственным, но достаточно весомым недостатком такого отопительного прибора является его высокая стоимость. Помимо этого биметаллические батареи могут забиваться шлаком и не переносят большого содержания воздуха в теплоносителе. Плюс ко всему в месте спайки двух разных металлов в значительной мере снижается коэффициент отдачи тепла в окружающую среду помещения.

Медный радиатор для отопительной системы дома

Выгодным отличием медной батареи от других аналогов, используемых в отопительной системе, является то что вся конструкция начиная с рёбер радиатора и, заканчивая, внутренними циркуляционными каналами изготовлена из меди. Такие радиаторы обеспечивают достаточно эффективный прогрев комнат в доме за счёт максимального коэффициента теплопроводности, который присущ всем медным изделиям. При этом по теплоотдаче такие нагревательные приборы превосходят в 2 раза алюминиевые аналоги и в 5 раз стальные или чугунные изделия.

Обладая минимальным уровнем инерционности, медная батарея обеспечивает самый быстрый нагрев комнат в доме. Такие радиаторы вмещают в себя минимальный объём теплоносителя, что позволяет им прогреваться за несколько минут. Благодаря такому незначительному объёму воды нет необходимости нагревать большое количество теплоносителя, что сказывается на экономичности автономной отопительной системы частного дома, чего нельзя добиться в случае установки чугунных батарей.

Медь достаточно пластичный и устойчивый к воздействию коррозии материал, который не изнашивается под воздействием некачественного теплоносителя как в случае с алюминиевым аналогом. А благодаря высокой эффективности при минимальных температурах медная батарея могла бы стать лучшим выбором для любой системы отопления. Но из-за очень высокой стоимости такого изделия оно не нашло широкого распространения среди потребителей.

На каком изделии остановить свой выбор?

Изучив основные характеристики большинства популярных моделей радиаторов можно определиться, какая батарея лучше для отопления дома. Но всё же прежде чем купить ту или иную модель нужно определиться с некоторыми моментами.

1. В централизованных тепловых сетях, которые присуще многоквартирным домам, как и несколько десятилетий назад оптимальным вариантом обогрева комнат считается чугунная батарея. Ей не страшна вода плохого качества, она не боится перебоев в теплоснабжении и прослужит на протяжении длительного срока.
2. Альтернативой чугунному изделию в многоэтажном доме является биметаллическая батарея отопления.
3. Если рассматривать автономные закрытые отопительные системы частных домов, то здесь выбор лучшего радиатора ничем не ограничен. В закрытой системе отопления нет высокого давления теплоносителя, который проходит предварительную подготовку перед заливкой в трубопровод. Поэтому с учётом цены и качества для отопления частного дома подойдут алюминиевые радиаторы.
4. Качественной заменой алюминиевому изделию является стальной аналог. Обладая немного меньшим коэффициентом теплоотдачи, стальное изделие для обогрева комнат в доме имеет небольшой вес, низкую инерционность, привлекательный внешний вид и доступную цену.
5. Неплохой вариант для всех систем отопления – медная батарея. Но покупка такого изделия упирается в очень высокую стоимость радиатора.

Ознакомившись с тем, что представляют собой различные радиаторы отопления. Какой лучше прибор выбрать для обогрева частного дома, выяснить не составит особого труда. Если всё же останутся сомнения, то всегда можно получить рекомендации специалистов, которые не только помогут выбрать подходящую отопительную батарею, а и выполнят её монтаж.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Виды радиаторов отопления для квартиры: как выбрать и установить?

Система отопления – это большое, теплое «сердце» дома и сложная инженерная конструкция, которая не терпит приблизительности и требует грамотного инженерного просчета. Ведь все это не просто радиаторы и трубы, а серьезный вопрос микроклимата в доме, эстетики и энергосбережения.

Виды радиаторов отопления для квартиры

Не все представленные сегодня на рынке радиаторы подходят для установки в квартире с центральной системой отопления, поэтому подходить к выбору следует со всей ответственностью. Чтобы понять, как правильно подобрать радиаторы отопления, давайте рассмотрим их основные виды.

Виды радиаторов, которые устанавливают в квартирах

Чаще всего в магазинах и на рынках представлены радиаторы отопления из таких материалов:

1. Чугунные.
2. Стальные (трубчатые и панельные).
3. Алюминиевые.
4. Анодированные.
5. Биметаллические.
6. Медные.
7. Пластиковые.

Так, а какой же выбрать для квартиры, давайте вместе попытаемся разобраться в этом вопросе!

Чугунные радиаторы

Чугунный радиатор

Их можно назвать одними из самых «древних» отопительных приборов, которые и сейчас не утратили своей актуальности.

Благодаря особенностям чугуна, сегодня эти батареи пользуются большой популярностью в нашей стране. За счет толстых стенок, они не боятся гидроударов и способны выдерживать давление в 25-30 атмосфер. Чугунные радиаторы способны функционировать не только в автономной системе отопления, но и в центральной коммуникации. Этот материал не подвержен коррозии, что обуславливает популярность батарей в нашей стране, ведь, как известно, носитель тепла зачастую у нас не отличается чистотой. Еще одним преимуществом чугунных батарей является их способность долго сохранять тепло, даже после отключения отопительной системы.

К недостаткам чугунных батарей можно отнести тяжелый вес, что значительно усложняет процесс монтажа. В одиночку устанавливать эти радиаторы невозможно.

Кроме того, чугун обладает низкой теплопроводностью, из-за чего эффективность достигается только при стабильной температуре в 70⁰С. Для частного дома или автономного отопления это может стать накладным, а вот для квартирного решения при нормальном функционировании центральной отопительной системы, это хороший вариант.

В советские времена, производили чугунные размеры стандартного размера. Для увеличения обогрева квартиры приходилось наращивать систему, что не всегда положительно сказывалось на эстетическом виде. Сегодня же, на современном рынке, представлено множество вариантов чугунных радиаторов от отечественных и зарубежных производителей разной мощности. Поэтому можно подобрать небольшие батареи, которые идеально впишутся в общую концепцию интерьера. Раньше чугунные батареи крепились кронштейнами к стене. Сегодня можно выбрать красивые радиаторы с напольной установкой, которые имеют элегантный вид.

Напольный чугунный радиатор

Современные чугунные батареи не нуждаются в дополнительной обработке и окраске. Они уже продаются готовыми к монтажу, и нет необходимости их каждый год окрашивать. Уход за ними минимальный: из-за гладкой поверхности, на них практически не оседает пыль.

Многообразие цветов и стилей чугунных батарей помогает сегодня их не только гармонично вписать в классический или ретро стиль, но и сделать радиаторы отдельным декоративным элементом.

Достоинства чугунных радиаторов:

• Устойчивость к коррозии.
• Стильный внешний вид.
• Неприхотливость к чистоте носителя.
• Доступная цена.
• Длительное время сохраняют тепло.
• Могут функционировать в центральной и автономной системе отопления.

Недостатки:

• Тяжелый вес.
• Сложность монтажа.
• Долго нагреваются до нужной температуры.

Делаем вывод: для квартир с центральным отоплением выбор чугунных радиаторов оптимален. Они прослужат не менее 15-20 лет и будут эффективно отдавать тепло.

Особенности монтажа чугунных батарей

Учитывая большой вес чугунных батарей, монтаж – процесс достаточно трудоемкий и тяжелый. Если вы решили самостоятельно производить установку чугунных радиаторов, то необходимо учитывать следующие факторы:

Лучшее место для батареи — под окном	Монтаж лучше проводить в летний период времени, во время отключения отопительной центральной системы. Определите место для установки будущей батареи. Оптимальным местом будет зона под окном. Это обеспечит нормальную циркуляцию холодного и горячего воздуха по всей комнате.
Разметка под батарею	Выполните на стене разметку креплений и расположение конструкции. Используйте строительный уровень, чтобы проконтролировать горизонтальность линии. При неровном наклоне батареи, в процессе эксплуатации могут образоваться воздушные пробки.
Регулировка нипелей батареи	Перед процессом установки, выполните регулировку ниппелей. Особенно это касается приборов отечественных производителей. Для этого необходимо раскрутить батарею, отрегулировать ниппели и собрать все обратно. Для того чтобы избежать перекоса ниппелей, разборку батареи необходимо производить на радиаторном верстаке с использованием специальных ключей. При этом производим по одному обороту с каждой стороны, чтобы избежать перекоса. Открутив ниппели, снимаем секции. Отрегулировав ниппели, собираем обратно строго в обратной последовательности. Необходимо протестировать, не даст ли батарея течь. Производим «опрессовку». Только теперь можно приступать к монтажу.
Пример крепления на кронштейны	В бетонных и кирпичных стенах чугунные батареи крепятся к стене с помощью специальных кронштейнов. Этого будет достаточно, чтобы батарея не наклонилась под давлением воды. Радиатор стандартного размера должен крепиться к стене, как минимум, на четыре опоры. При креплении чугунных батарей к деревянной стене, нужно подстраховаться и создать дополнительную напольную опору. Расстояние от стены должно быть – 5 см, от пола – 10 см. Вбив опоры в стену, устанавливайте на них батарею сразу на все кронштейны.
Проверка результатов работ уровнем	Процесс монтажа зависит от типа креплений. Обычно в продажу поставляются батареи с четырьмя отверстиями, расположенными по углам конструкции. Два отверстия используются для подключения прямой и обратной магистрали, остальные закрываются воздухоотводящими кранами и заглушками. К водоснабжению подключайте батарею только после того, ка проверили по уровню горизонтальность расположения конструкции. Открытые концы труб соединяйте газовой сваркой, чтобы обеспечить надежное, герметичное и долговечное соединение. По окончанию всех работ, проверьте герметичность всей конструкции, включив воду.

Стальные радиаторы

Радиаторы из стали

Стальные батареи представляют собой оптимальное соотношение цены и качества. Они способны выдерживать достаточно большую нагрузку и гидроудары отопительной системы. А благодаря высокому уровню тепло проводимости, стальные батареи быстро нагреваются. Для автономного отопления или обогрева частного дома, такой вариант достаточно практичен.

Говоря о стальных радиаторах, следует упомянуть, что они бывают двух видов: панельные и трубчатые.

Панельные стальные батареи

Стальная батарея панельного типа

Панельные радиаторы представляют собой конструкцию из двух стальных листов, соединенных между собой сваркой. Некоторые модели оснащены конвекционными элементами для создания вертикального направления разогретого воздуха. Это позволяет создать своеобразный тепловой барьер для холодного потока, идущего от окна.

Для обеспечения прочности и долговечности, конструкцию окрашивают только после полной сборки. При покупке обязательно внимательно изучите покрытие, так как это влияет на дальнейшую эксплуатацию. На участках, окрашенных плохо, может возникнуть коррозия. Панельные радиаторы рассчитаны на нормальное давление, создаваемое в центральной отопительной системе. Длина может варьироваться от 40 см до 3 метров, а высота – от 20 до 90 см. Размер необходимо рассчитывать исходя из общей площади помещения.

Подключение к теплоносителю может быть снизу или сбоку, поэтому выбирая, нужно учитывать расположение разводки труб отопительного контура.

Плюсы:

• легкий вес;
• простота монтажа;
• быстрое прогревание, что позволяет экономить на коммунальных услугах;
• привлекательный внешний вид;
• компактный размер.

Минусы:

• уязвимость к мощным гидроударам центральной отопительной системы. Если же выбор при обустройстве отопительной системы дома все равно падает на панельные стальные батареи, необходимо защитить конструкцию и установить редуктор, который будет сглаживать перепады давления в сети.
• Подверженность коррозии.
• Небольшой срок эксплуатации. Как правило, внутренняя поверхность стальных панелей не имеет антикоррозийного покрытия, а теплоноситель не всегда отличается чистотой. В результате, уже через 7-10 лет, внутренний слой батареи может быть разрушен.

Трубчатые стальные батареи

Стальная батарея трубчатого типа

В отличие от панельных батарей, трубчатые радиаторы представляют собой конструкцию, состоящую из нескольких секций, скрепленных между собой при помощи сварки. В зависимости от площади помещения и отопительного эффекта, необходимо рассчитать мощность готового модуля и выбрать оптимальный размер. Небольшая толщина труб от 1,5 до 2 мм предупреждает быть осторожным и стараться использовать подобные конструкции только для малоэтажных построек с системами закрытого типа.

Нормальная работа трубчатых стальных батарей возможна при давлении в 8-10 атмосфер. Если же центральная отопительная система «грешит» прыжками давления, то целесообразно будет установить редуктор для сглаживания напряжения.

Из-за небольшой толщины стенок, теплоноситель достаточно быстро нагревает стальную конструкцию. Сегодня на рынке представлен огромный выбор трубчатых стальных батарей в самых разных дизайнерских решениях. Их устанавливают не только традиционно у окна или стены, но даже по центру комнаты. Некоторые конструкции выполнены в виде скамейки, подножка которой представляет собой обогревательный прибор. Такую батарею целесообразно устанавливать в коридоре. Днем на нем комфортно будет обуваться, а ночью на стуле можно будет расположить обувь для просушки.

Стальная батарея в форме скамейки

Плюсы:

• Быстрое нагревание. Из-за тонких стенок (1,5 мм) нагревание батарей происходит за считанные минуты, что позволяет экономить на коммунальных услугах (в том случае, если в квартире установлен счетчик). Впрочем, этот плюс может обратиться и в минус. Тонкие стенки подвержены механическому разрушению «грязной» воды, подаваемой центральной отопительной системой.
• Более высокая стойкость к механическим повреждениям по сравнению с панельными батареями.
• Большой выбор стилевых решений. Учитывая богатый выбор цветов, такие радиаторы легко подобрать практически под любой интерьер квартиры. Не нужно будет тратить силы и средства на дополнительное декорирование в виде экранов.

Минусы:

• Уязвимость к мощным гидроударам центральной отопительной системы. Впрочем, этим недостатком грешат практически все приборы, соединенные при помощи сварки. Во время мощного перепада давления, конструкция может начать разрушаться в местах соединения.

Подводя итог, следует сказать, что для квартиры трубчатые стальные батареи – далеко не самый лучший вариант. Установка в доме с автономным отоплением приведет к лишним затратам из-за быстрого остывания. А монтаж в квартире с центральным отоплением может стать причиной аварийных ситуаций.

Особенности монтажа стальных радиаторов

Стальные батареи достаточно легко монтируются, но до конца монтажных работ лучше не снимать упаковочную пленку. Это позволит сохранить чистый вид и не нарушить внешнее покрытие панели. Расстояние до пола и стены у каждой модели разное, поэтому внимательно изучите схему монтажа в инструкции.

В зависимости от типа конструкции, подбираем крепление. Навесной радиатор будем крепить к стене с помощью кронштейнов и дюбелей. Напольная конструкция устанавливается на полу на обычных стойках и традиционно подсоединяется к отопительной трубе.

Стальные радиаторы легко встраиваются в систему отопления и, в зависимости от модели, имеют разный тип подключения: боковой, нижний, верхний. Расстояние между стеной и задней панелью стального радиатора должно быть не менее 25 мм, в противном случае, значительно снизится теплоотдача прибора.

Современные модели обладают блокировочной системой против случайного «демонтажа», поэтому перед установкой прибора необходимо оттянуть вверх крепежный захват и зафиксировать его в таком положении. Начинаем монтаж с нижних крепежей, а уже после надеваем на верхние. Если вы все правильно выполнили, верхний крепеж автоматически защелкнется, надежно фиксируя радиатор на стене.

Алюминиевые батареи

Алюминиевая батарея

Несмотря на свой прекрасный внешний вид, алюминиевые радиаторы – не лучший выбор для отопления квартиры с центральной системой. В квартирах же с автономной системой отопления, такой выбор батарей пользуется большой популярностью. Наряду со стильным внешним видом, они отличаются надежностью и достаточно длительным сроком эксплуатации – 20-25 лет.

Материалом для создания служит алюминий с добавлением кремниевых сплавов, что придает батареям особую прочность. В промышленности, как правило, используют силумин, дюралюминий для повышения технических свойств. Кроме того, добавление кремниевых сплавов позволяет снизить стоимость исходного продукта.

Конструкция алюминиевых батарей достаточно проста: каждая секция состоит из двух горизонтальных каналов большого диаметра и одного вертикального с меньшим диаметром. От вертикального канала отходит несколько ребер, которые «берут» тепловую энергию у горячей воды и «отдают» ее воздуху.

Рассчитанные на давление в 15 атмосфер, они очень уязвимы к воздушным пробкам и гидроударам. Соединение отдельных секций производится при помощи муфтового резьбового метода, что позволяет достаточно быстро произвести монтаж батареи.

Герметичность алюминиевых радиаторов достигается за счет метода литья. Каждая секция отливается в отдельной форме, после чего соединяется в одну общую конструкцию.

На рынке представлены алюминиевые радиаторы самой разной формы и размеров, что позволяет подобрать оптимальный вариант под готовый дизайн квартиры. В зависимости от площади помещения и отопительного эффекта, подбирается и размер алюминиевой батареи.

Алюминиевая батарея может стать элементом дизайна в квартире

У батарей, произведенных с помощью технологии литья, более высокий запас прочности к перепадам давления. Рабочее давление в них достигает 16 атмосфер, но при испытаниях производитель тестирует радиаторы давлением в 25 атмосфер, что позволяет батареям порой выдерживать резкие скачки. Гладкая поверхность литых панелей обеспечивает более высокую теплоотдачу.

Другой метод изготовления алюминиевых батарей – экструзия. Это значительно удешевляет продукт, но и по техническим характеристикам он уступает литым батареям. В качестве основного сырья здесь используется вторичный алюминий, что со временем приводит к хрупкости и коррозии. Поэтому при выборе радиаторов, нужно ориентироваться не только на материал, но и уточнять метод производства. Батареи, произведенные по технологии экструзии, не подлежат наращиванию. Они поступают в продажу уже в стандартном размере.

Алюминиевые радиаторы обладают достаточно малым весом, что значительно упрощает их монтаж, который вполне можно проводить самостоятельно. За счет высокой теплоотдачи алюминия, батареи очень быстро нагреваются. Это позволяет контролировать степень расхода и вручную управлять системой, создавая комфортную температуру в помещении.

Плюсы:

• Устойчивость к коррозии.
• Стильный внешний вид.
• Малый вес (в 3-4 раза легче чугуна).
• Многообразие цветов.
• Высокая теплоотдача.
• Разнообразие размеров.
• Возможность добавлять секции в процессе эксплуатации (применимо только для метода литья).

Минусы:

• Чувствительность к перепадам давления.
• Зависимость от качества воды. При загрязненной воде с высоким pH, конструкция достаточно быстро может выйти из строя.

Особенности монтажа алюминиевых батарей

Устанавливая алюминиевые батареи, следует, в первую очередь, ориентироваться на технические свойства материала. Если при монтаже чугунных батарей главной особенностью был большой вес, то здесь все наоборот. Алюминиевые батареи легкие и хрупкие, поэтому установку следует выполнять очень аккуратно, не снимая упаковки.

Поверхность алюминиевого радиатора может повредиться при монтаже даже от небольшого удара инструментом. В продажу алюминиевые батареи уже поступают в комплекте с кронштейнами, которые легко при помощи дюбелей можно прикрепить к стене.

Для создания максимально эффективной теплоотдачи, следует при монтаже руководствоваться такими параметрами:

• Расстояние между окном и отопительной панелью не должно превышать 10 см.
• Расстояние до стены – 3-6 см.
• Расстояние от панели до пола должны быть в пределах 5-6 см.

Запорный кран устанавливается с двух сторон радиатора для регулировки температуры и для случаев возникновения аварийной ситуации.

После выполнения установки и до момента подключения к отопительной системе, необходимо произвести «опрессовку» прибора. Для этого нужно вызвать представителя соответствующей службы или купить опрессовщик.

Анодные радиаторы

Анодный радиатор

По сути, это тоже алюминиевые батареи. Только исходное сырье (алюминий) проходит более жесткую очистку с анодным оксидированием поверхности. Это позволяет повысить устойчивость к коррозии и химическому воздействию грязной воды.

Анодные батареи производятся по технологии литья, что обеспечивает им герметичность и устойчивость к гидроударам. Они способны выдерживать давление в 20-25 атмосфер. За счет того, что отдельные секции собираются при помощи резьбовых муфт и герметичных уплотнителей, батарея может быть разобрана и дополнена.

Благодаря идеально гладкой поверхности внутренней части радиаторов, достигается максимальная теплоотдача и более эффективная циркуляция горячей воды внутри конструкции. Внешне, анодные радиаторы тоже радуют глаз. Их плавная форма и гладкая поверхность более безопасна, чем угловатая конструкция чугунных батарей.

Единственным недостатком анодных конструкций, пожалуй, можно назвать их высокую стоимость по сравнению с алюминиевыми радиаторами.

Плюсы:

• Высокая теплоотдача.
• Разнообразие размеров и возможность добавления секций в процессе эксплуатации.
• Выдерживают высокое давление (в 20-25 атмосфер).
• Устойчивость к коррозии.
• Стильный внешний вид.

Минусы:

• Высокая стоимость.

Анодные алюминиевые батареи отлично подходят для квартир, как с центральной, так и автономной системой отопления. Если финансовые возможности позволяют, то такие радиаторы прослужат очень долго, радуя своей практичностью, функциональностью и отличным внешним видом.

Монтаж анодных батарей выполняется точно так же, как и установка алюминиевых радиаторов (см. выше).

Биметаллические радиаторы

Биметаллический радиатор

Эти батареи демонстрируют оптимальное соотношение цены и качества. Они способны выдерживать достаточно избыточное давление, и не слишком требовательны к теплоносителю. Именно это обуславливает их сегодняшнюю популярность на строительном рынке, которая уступает только чугунным батареям.

Название радиаторов уже указывает на то, что они собираются из двух материалов. Внешняя часть выполнена из алюминия, а внутренний слой производится из высококачественного сплава меди или стали. Такая комбинация материалов позволяет решить сразу две задачи: улучшить теплоотдачу и повысить стойкость к коррозии. Красивый внешний вид батареям придает эмалевое покрытие в любом цветовом решении.

Биметаллический радиатор выпускается в двух модификациях:

1. Абсолютно биметаллический аппарат, который отличается повышенной прочностью и устойчивостью к перепадам давления в сети. Срок их службы – не менее 25 лет, что вполне оправдывает высокую цену. В таком приборе сердечник выполнен в виде труб, по которым течет вода без соприкосновения с самим корпусом.
2. Полубиметаллический представляет собой конструкцию, внутренние каналы которой просто усилены пластинами из другого металла.

Конструкция биметаллических радиаторов состоит из нескольких секций, которые между собой соединяются при помощи резьбовой муфты. При желании, всегда можно докупить еще секции и нарастить.

Элемент батареи в разрезе. Видна соединительная резьба

Биметаллические радиаторы станут оптимальным выбором для квартир с центральной отопительной системой благодаря высокой устойчивости к высокому давлению в 35-40 атмосфер. Им не страшны резкие изменения условий эксплуатации.

Плюсы:

• Быстро нагреваются и легко отдают тепло.
• Устойчивость к коррозии.
• Стильный внешний вид.
• Большой выбор размеров.
• Возможность доставлять секции в процессе эксплуатации.
• Выдерживают сильные гидроудары.
• Небольшой вес и простой монтаж.

Минусы:

• Высокая стоимость.

Такие радиаторы следует приобретать только в специализированных магазинах, при условии ознакомления с документацией. Внешне их невозможно отличить от алюминиевых батарей, а вот разница в цене будет весьма ощутима.

Биметаллические радиаторы – отличный вариант для квартир с любым типом отопления. Высокая цена компенсируется длительным сроком эксплуатации.

Особенности монтажа биметаллических радиаторов

Основным правилом при монтаже биметаллических радиаторов является то, что установка выполняется в упаковке. Не снимайте пленку до окончания всех работ. Дело в том, что внешняя поверхность радиаторов достаточно хрупкая и может быть повреждена ударом инструмента.

Нельзя зачищать соединяемые детали напильником или наждаком, во избежание протечки воды в дальнейшем.

Чтобы биметаллический радиатор работал исправно и эффективно, при монтаже необходимо руководствоваться следующими требованиями к расстоянию:

• Расстояние от стены до прибора – 3-5 см. Если установить ближе к стене, то будет нарушена естественная циркуляция воздуха, что значительно снизит эффективность прибора.
• Расстояние от пола не более 10 см. Если установить ниже, то это не только снизит эффективность теплообмена, но и затруднит в дальнейшем уход за радиатором.

Начинайте установку с крепления кронштейнов к стене, предварительно выполнив разметку. На каждом радиаторе в обязательном порядке должен быть установлен клапан для спуска воздуха. Это позволит в дальнейшем избежать воздушных пробок. Чтобы надежно затянуть клапан, используйте динамометрический ключ.

Видео. Установка биметалических радиаторов своими руками

Медные радиаторы

Медный радиатор

Пожалуй, единственным существенным недостатком этого вида радиаторов можно назвать их высокую цену. В остальном же, они отличаются высокими техническими свойствами, имеют великолепный внешний вид и прослужат не менее 25-30 лет при должном уходе.

Медные батареи нивелируют сопротивление теплоносителя, увеличивая его эффективность. Высокий КПД обуславливается высокой теплопроводностью. По сравнению с популярным чугунов – в 4 раза больше.

Плюсы:

• Устойчивость к коррозии.
• Выдерживают большое давление в трубах (30-36 атмосфер).
• Высокая теплоотдача.

Минусы:

• Высокая стоимость.

Особенности монтажа медных радиаторов

• Идеальным материалом для труб, к которым производится пайка радиатора, является медь. Это обеспечит герметизацию и продлит срок службы батареи. При комбинировании с другими видами металла, со временем может образоваться коррозия. Это касается и выбора фитингов.
• Перед монтажом медной батареи, необходимо установить фильтр, предназначенный для очистки воды. Иначе в процессе эксплуатации внутренняя часть прибора может стать шероховатой, что спровоцирует отложение солей.
• Все элементы конструкции соединяются при помощью спайки.
• На кронштейны, с помощью которых медные трубы крепятся к стене, необходимо устанавливать резиновые накладки, что поможет защитить поверхность труб от деформации и коррозии.

Видео. Как правильно устанавливать радиаторы отопления

Как особенности и нюансы центральной отопительной системы влияют на срок службы радиаторов?

Система центрального отопления

Прежде чем приступить к выбору радиатора для своей квартиры, следует учесть некоторые нюансы центральной отопительной системы. Конечно, достоинств у центрального отопления больше, чем недостатков. Не нужно возиться с выбором и установкой котлов, монтажом дымохода. Стоимость коммунальных услуг легко контролируется с помощью установки счетчика. Но есть и недостатки, которые оказывают влияние на выбор батарей.

• В составе носителя всегда присутствуют агрессивные вещества, которые негативно влияют на материал труб и батарей. Чаще всего именно коррозия наносит разрушительное действие на внутренний слой радиаторов, сокращая срок эксплуатации. С профилактической целью, некоторые коммунальные службы добавляют в баки с водой лигносульфонатный порошок, что не лучшим образом влияет на эксплуатационный срок радиаторов.
• В воде, которая идет по трубам для обогрева, часто присутствует мелкий песок, глина, известь. Постепенно этот мелкий мусор протирает металл изнутри. Если внутренний слой шершавый, это значительно быстрее сокращает срок службы.
• Одним из врагов радиаторов отопления в квартирах являются перепады давления, так называемые гидроудары. Это, конечно, негативно сказывается на состоянии батарей. Воздушные пробки, создаваемые нестабильной работой центральной магистрали, постепенно приводят к растрескиванию и разрыву металла. Но многие современные радиаторы оснащены защитными клапанами, которые позволяют регулировать давление в трубах и бороться, таким образом, с нестабильностью напора.
• Нестабильность температуры отопительной системы оказывает влияние больше всего на внутреннюю часть батареи. Чугун имеет особенность расширять при нагревании и сжиматься при понижении температуры, что приводит к растрескиванию внутреннего слоя. Поэтому именно такие батареи наиболее уязвимы к перепаду температуры.

Поэтому, выбирая радиатор для отопления квартиры, руководствуйтесь этими моментами и учитывайте работу магистрали и местного ЖКХ.

Калькулятор расчета количества секций радиаторов отопления

Как правильно выбирать радиаторы для квартиры?

Радиаторы должны не только выполнять свои функции, но и вписываться в интерьер

Выбор радиатора для квартиры – это ответственный шаг. Не все виды отопительной системы, представленной на современном рынке, подходят. Некоторые приборы не способны выдерживать нагрузку и гидроудары, которые нередко встречаются в наших коммунальных службах. Здесь важно учитывать не только материал, но и предельную нагрузку радиатора.

Кроме того, для эффективной работы отопительного прибора и максимальной его теплоотдаче, необходимо правильно рассчитать количество секций.

При выборе радиатора для квартиры, необходимо учитывать следующие факторы:

• Общую площадь квартиры. Исходя из этого параметра, необходимо подбирать мощность радиатора.
• Максимальное давление в отопительной системе. Каждый прибор обладает своей предельной нагрузкой.
• Материал и максимальная температура, которую способен выдержать радиатор. Мощность радиатора. Это будет основополагающим фактором, исходя из которого, необходимо рассчитать количество секций и общую длину прибора.
• Общий дизайн и стиль батарей.

Подбирая батареи для своей квартиры, не нужно быть излишне рачительным. Низкая цена может стать причиной холода в помещении, да и срок службы у недорогих радиаторов не превышает 5-6 лет.

При возникновении аварии в отопительной центральной системе, дешевые батареи могут быстро выйти из строя из-за гидроударов.

В заключение статьи, предлагаем вам очень подробную лекцию по выбору радиаторов в квартиру.

Видео: Как выбрать радиаторы отопления

Как мы доберемся до следующего большого прорыва в области аккумуляторных батарей — Quartz

Вы читаете эксклюзивную статью Quartz, доступную для всех читателей в течение ограниченного времени. Чтобы разблокировать доступ ко всем Quartz, станьте участником.

Электрические самолеты могут быть будущим авиации. Теоретически они будут намного тише, дешевле и чище, чем те самолеты, которые есть у нас сегодня. Электрические самолеты с дальностью полета 1 000 км (620 миль) на одной зарядке могут использоваться сегодня для половины всех рейсов коммерческих самолетов, сокращая глобальные выбросы углерода авиации примерно на 15%.

То же самое и с электромобилями. Электромобиль — это не просто более чистая версия своего кузена, извергающего загрязнения. По сути, это лучший автомобиль: его электродвигатель мало шумит и молниеносно реагирует на решения водителя. Зарядка электромобиля обходится намного дешевле, чем оплата эквивалентного количества бензина. Электромобили могут быть построены с небольшим количеством движущихся частей, что удешевляет их обслуживание.

Так почему же электромобили уже не повсюду? Это связано с тем, что батареи дороги, поэтому первоначальная стоимость электромобиля намного выше, чем у аналогичной модели с бензиновым двигателем.И если вы не водите много, экономия на бензине не всегда компенсирует более высокие первоначальные затраты. Короче говоря, электромобили по-прежнему не экономичны.

Точно так же современные батареи не обладают достаточной энергией по весу или объему для питания пассажирских самолетов. Нам все еще нужны фундаментальные прорывы в аккумуляторных технологиях, прежде чем это станет реальностью.

Портативные устройства с батарейным питанием изменили нашу жизнь. Но есть еще много вещей, которые могут вывести из строя батареи, если бы только более безопасные, более мощные и энергоемкие батареи могли быть сделаны дешево.Никакой закон физики не исключает их существования.

И все же, несмотря на более чем два столетия тщательного изучения с момента изобретения первой батареи в 1799 году, ученые до сих пор не полностью понимают многие основы того, что именно происходит внутри этих устройств. Что мы действительно знаем, так это то, что, по сути, есть три проблемы, которые необходимо решить, чтобы батареи действительно снова изменили нашу жизнь: мощность, энергия и безопасность.

Не существует универсального литий-ионного аккумулятора

Каждая батарея имеет два электрода: катод и анод.Большинство анодов литий-ионных батарей изготовлено из графита, но катоды изготавливаются из различных материалов, в зависимости от того, для чего будет использоваться батарея. Ниже вы можете увидеть, как различные материалы катода меняют работу типов батарей по шести параметрам.

Проблема питания

В просторечии люди используют термины «энергия» и «мощность» как синонимы, но при разговоре об аккумуляторах важно различать их. Мощность — это скорость, с которой может высвобождаться энергия.

Батарея, достаточно мощная для запуска и удержания в воздухе коммерческого реактивного самолета на расстояние 1000 км, требует большого количества энергии, чтобы высвободиться за очень короткое время, особенно во время взлета. Так что дело не только в накоплении большого количества энергии, но и в способности очень быстро извлекать эту энергию.

Решение проблемы энергоснабжения требует от нас заглянуть в черный ящик коммерческих аккумуляторов. Будет немного занудно, но терпи меня. Новые аккумуляторные технологии часто преувеличиваются, потому что большинство людей не вникают в детали.

Самая передовая химия батарей, которая у нас есть, — это литий-ионные. Большинство экспертов сходятся во мнении, что никакая другая химия не сможет подорвать ионно-литиевый сплав еще как минимум десять лет или больше. Литий-ионный аккумулятор имеет два электрода (катод и анод) с сепаратором (материал, который проводит ионы, но не электроны, предназначен для предотвращения короткого замыкания) в середине и электролит (обычно жидкий) для обеспечения обратного потока ионов лития и вперед между электродами. Когда батарея заряжается, ионы перемещаются от катода к аноду; когда батарея питает что-то, ионы движутся в противоположном направлении.

Представьте себе две буханки нарезанного хлеба. Каждая буханка — это электрод: левый — катод, а правый — анод. Предположим, что катод состоит из пластин никеля, марганца и кобальта (NMC) — одного из лучших в своем классе — и что анод состоит из графита, который по сути представляет собой слоистые листы или кусочки атомов углерода. .

В разряженном состоянии, то есть после того, как энергия была истощена, в буханке NMC между каждым ломтиком находятся ионы лития. Когда аккумулятор заряжается, каждый ион лития извлекается из промежутков между пластинами и вынужден проходить через жидкий электролит.Сепаратор действует как контрольно-пропускной пункт, гарантирующий, что только ионы лития проходят через графитовую буханку. При полной зарядке в катодной буханке батареи не останется ионов лития; все они будут аккуратно зажаты между ломтиками графитового хлеба. По мере того как энергия батареи расходуется, ионы лития возвращаются к катоду, пока на аноде не останется ни одного. Вот тогда и нужно снова зарядить аккумулятор.

Емкость аккумулятора определяется, по сути, тем, как быстро происходит этот процесс.Но не так-то просто увеличить скорость. Слишком быстрое извлечение ионов лития из катодной буханки может привести к появлению дефектов на ломтиках и, в конечном итоге, к их разрушению. Это одна из причин, почему чем дольше мы пользуемся смартфоном, ноутбуком или электромобилем, тем хуже время автономной работы. Каждая зарядка и разрядка заставляют буханку немного ослабевать.

Над решением проблемы работают разные компании. Одна из идей — заменить слоистые электроды чем-то более прочным.Например, швейцарская компания по производству аккумуляторов Leclanché со 100-летней историей работает над технологией, в которой используется фосфат лития-железа (LFP), который имеет структуру «оливина», в качестве катода, и оксид титаната лития (LTO), который имеет Структура «шпинель», как анод. Эти структуры лучше справляются с потоком ионов лития в материал и из него.

Leclanché в настоящее время использует свои аккумуляторные элементы в автономных складских вилочных погрузчиках, которые можно зарядить до 100% за девять минут. Для сравнения: лучший нагнетатель Tesla может зарядить автомобильный аккумулятор Tesla примерно до 50% за 10 минут.Leclanché также внедряет свои батареи в Великобритании для быстрой зарядки электромобилей. Эти батареи находятся на зарядной станции, медленно потребляя небольшое количество энергии в течение длительного периода времени из сети, пока они не будут полностью заряжены. Затем, когда автомобиль пристыкован, аккумуляторы док-станции быстро заряжают аккумулятор автомобиля. Когда машина уезжает, аккумулятор станции снова начинает заряжаться.

Такие усилия, как шоу Лекланше, можно изменить с химическим составом батарей, чтобы увеличить их мощность. Тем не менее, никто еще не построил аккумулятор, достаточно мощный, чтобы быстро доставить энергию, необходимую коммерческому самолету для преодоления гравитации.Стартапы стремятся строить самолеты меньшего размера (вмещающие до 12 человек), которые могли бы летать на относительно менее энергоемких батареях, или электрические гибридные самолеты, где реактивное топливо выполняет тяжелую работу, а батареи — накатом.

Но на самом деле нет компании, работающей в этой сфере и приближающейся к коммерциализации. Кроме того, технический скачок, необходимый для полностью электрического коммерческого самолета, вероятно, займет десятилетия, — говорит Венкат Вишванатан, эксперт по аккумуляторным батареям в Университете Карнеги-Меллона.

Reuters / Alister Doyle

Двухместный электрический самолет, сделанный словенской фирмой Pipistrel, стоит у ангара в аэропорту Осло, Норвегия.

Энергетическая проблема

Tesla Model 3, самая доступная модель компании, стоит от 35 000 долларов. Он работает от батареи на 50 кВтч, что стоит примерно 8750 долларов, или 25% от общей стоимости автомобиля.

Это все еще удивительно доступно по сравнению с тем, что было не так давно. По данным Bloomberg New Energy Finance, средняя мировая стоимость литий-ионных аккумуляторов в 2018 году составляла около 175 долларов за киловатт-час, что ниже почти 1200 долларов за киловатт-час в 2010 году.

Министерство энергетики США подсчитало, что как только стоимость аккумуляторных батарей упадет ниже 125 долларов за кВтч, владение и эксплуатация электромобиля будет дешевле, чем бензиновый автомобиль в большинстве регионов мира. Это не означает, что электромобили победят автомобили с бензиновым двигателем во всех нишах и сферах — например, для грузовиков дальнего следования еще нет электрического решения. Но это переломный момент, когда люди начнут отдавать предпочтение электромобилям просто потому, что в большинстве случаев они будут иметь более экономичный смысл.

Один из способов добиться этого — увеличить удельную энергию батарей — втиснуть больше кВтч в батарейный блок, не снижая его цены. Теоретически это может сделать специалист по производству аккумуляторов, увеличив плотность энергии катода или анода, либо того и другого.

Катод с наибольшей энергоемкостью на пути к коммерческой доступности — это NMC 811 (каждая цифра в номере представляет собой соотношение никеля, марганца и кобальта, соответственно, в смеси). Это еще не идеально. Самая большая проблема заключается в том, что он может выдержать лишь относительно небольшое количество жизненных циклов заряда-разряда, прежде чем перестанет работать.Но эксперты прогнозируют, что отраслевые исследования и разработки должны решить проблемы NMC 811 в течение следующих пяти лет. В этом случае батареи, использующие NMC 811, будут иметь более высокую плотность энергии на 10% или более.

Однако увеличение на 10% — это не так уж и много в общей картине.
И хотя серия инноваций за последние несколько десятилетий подтолкнула энергетическую плотность катодов еще выше, аноды — это самые большие возможности в области плотности энергии.

Графит был и остается главным анодным материалом.Он дешевый, надежный и относительно энергоемкий, особенно по сравнению с современными катодными материалами. Но он довольно слаб, если сопоставить его с другими потенциальными материалами анода, такими как кремний и литий.

Кремний, например, теоретически намного лучше поглощает ионы лития в виде графита. Вот почему ряд производителей аккумуляторов пытаются добавить кремний вместе с графитом в свои конструкции анодов; Генеральный директор Tesla Илон Маск сказал, что его компания уже делает это в своих литий-ионных батареях.

Большим шагом была бы разработка коммерчески жизнеспособного анода, полностью сделанного из кремния. Но у этого элемента есть особенности, которые затрудняют это. Когда графит поглощает ионы лития, его объем не сильно меняется. Однако кремниевый анод по тому же сценарию набухает в четыре раза по сравнению с исходным объемом.

К сожалению, вы не можете просто сделать корпус больше, чтобы приспособиться к этому вздутию, потому что расширение разрушает то, что называется «межфазной границей твердого электролита», или SEI, кремниевого анода.

SEI можно рассматривать как своего рода защитный слой, который анод создает для себя, подобно тому, как железо образует ржавчину, также известную как оксид железа, чтобы защитить себя от элементов: когда вы оставляете кусок недавно кованое железо снаружи, оно медленно реагирует с кислородом воздуха, образуя ржавчину. Под слоем ржавчины остальная часть железа не постигает та же участь и, таким образом, сохраняет структурную целостность.

В конце первого заряда батареи электрод образует собственный слой «ржавчины» — SEI, отделяющий неэродированную часть электрода от электролита.SEI предотвращает потребление электрода дополнительными химическими реакциями, гарантируя, что ионы лития могут течь как можно более плавно.

Но с кремниевым анодом SEI ломается каждый раз, когда батарея используется для питания чего-либо, и восстанавливается каждый раз, когда батарея заряжается. И во время каждого цикла зарядки расходуется немного кремния. В конце концов, силикон рассеивается до такой степени, что батарея перестает работать.

За последнее десятилетие несколько стартапов Кремниевой долины работали над решением этой проблемы.Например, подход Sila Nano заключается в заключении атомов кремния в наноразмерную оболочку с большим количеством пустого места внутри. Таким образом, SEI формируется снаружи оболочки, а расширение атомов кремния происходит внутри нее, не разрушая SEI после каждого цикла заряда-разряда. Компания, оцениваемая в 350 миллионов долларов, заявляет, что ее технология будет использоваться в устройствах уже в 2020 году.

Enovix, с другой стороны, применяет особую технологию производства, чтобы подвергнуть 100% кремний анод огромному физическому давлению, заставляя его поглощать меньше ион лития и, таким образом, ограничивает расширение анода и предотвращает разрушение SEI. У компании есть инвестиции от Intel и Qualcomm, и она также ожидает, что к 2020 году ее батареи будут в устройствах.

Эти компромиссы означают, что кремниевый анод не может достичь своей теоретической высокой плотности энергии. Однако обе компании заявляют, что их аноды работают лучше, чем графитовые. Третьи стороны в настоящее время тестируют аккумуляторы обеих фирм.

Tesla

В 2020 году новый Tesla Roadster должен стать первым электромобилем, который может проехать 1000 км (620 миль) на одной зарядке.

Проблема безопасности

Все молекулярные переделки, предпринятые для накопления большего количества энергии в батареях, могут происходить за счет безопасности. С момента своего изобретения литий-ионный аккумулятор вызывает головные боли из-за того, как часто он воспламеняется. Например, в 1990-х годах канадская компания Moli Energy начала продавать литий-металлические батареи для использования в телефонах. Но в реальном мире его батареи начали воспламеняться, и Moli был вынужден отозвать свой заказ и, в конечном итоге, объявить о банкротстве. (Некоторые из его активов были куплены тайваньской компанией, и она до сих пор продает литий-ионные батареи под торговой маркой E-One Moli Energy.) Совсем недавно смартфоны Samsung Galaxy Note 7, которые были сделаны на современных литий-ионных аккумуляторах, начали взрываться в карманах людей. В результате отзыв продукции в 2016 году обошелся южнокорейскому гиганту в 5,3 миллиарда долларов.

Современные литий-ионные батареи по-прежнему сопряжены с определенными рисками, поскольку в них почти всегда используются легковоспламеняющиеся жидкости в качестве электролита. Одна из прискорбных (для нас, людей) причуд природы заключается в том, что жидкости, способные легко переносить ионы, также имеют более низкий порог возгорания.Одно из решений — использовать твердые электролиты. Но это означает другие компромиссы. Конструкция батареи может легко включать жидкий электролит, контактирующий с каждым разрядом электродов, что позволяет эффективно переносить ионы. С твердыми телами намного сложнее. Представьте, что вы бросаете пару кубиков в чашку с водой. А теперь представьте, что те же самые кости бросают в чашку с песком. Очевидно, вода коснется гораздо большей площади поверхности игральных костей, чем песок.

До сих пор коммерческое использование литий-ионных батарей с твердыми электролитами ограничивалось приложениями с низким энергопотреблением, такими как датчики, подключенные к Интернету.Усилия по увеличению масштабов твердотельных батарей, то есть не содержащих жидкий электролит, можно в общих чертах разделить на две категории: твердые полимеры при высоких температурах и керамика при комнатной температуре.

Твердые полимеры при высоких температурах

Полимеры представляют собой длинные цепочки молекул, связанных вместе. Они очень распространены в повседневном использовании — например, одноразовые полиэтиленовые пакеты делают из полимеров. Когда некоторые типы полимеров нагреваются, они ведут себя как жидкости, но без воспламеняемости жидких электролитов, используемых в большинстве батарей. Другими словами, они обладают высокой ионной проводимостью, как жидкий электролит, без каких-либо рисков.

Но у них есть ограничения. Они могут работать только при температуре выше 105 ° C (220 ° F), что означает, что они не подходят, например, для смартфонов. Но их можно использовать, например, для хранения энергии от сети в домашних батареях. По крайней мере две компании — SEEO (США) и Bolloré (Франция) — разрабатывают твердотельные батареи, в которых в качестве электролита используются высокотемпературные полимеры.

Керамика при комнатной температуре

За последнее десятилетие два класса керамики — LLZO (оксид лития, лантана и циркония) и LGPS (литий, германий, сульфид фосфора) — показали почти такие же хорошие проводящие ионы при комнатной температуре. как жидкости.

Toyota, а также стартап из Кремниевой долины QuantumScape (который в прошлом году привлек 100 млн долларов от Volkswagen) работают над внедрением керамики в литий-ионные батареи. Включение крупных игроков в пространство свидетельствует о том, что прорыв может быть ближе, чем многие думают.

«Мы очень близки к тому, чтобы увидеть что-то реальное [с использованием керамики] через два или три года», — говорит Вишванатан из Карнеги-Меллона.

Акт о балансе

Аккумуляторы — это уже большой бизнес, и их рынок продолжает расти.Все эти деньги привлекают множество предпринимателей с еще большим количеством идей. Но стартап с аккумуляторными батареями — сложная ставка — они терпят неудачу даже чаще, чем компании-разработчики программного обеспечения, которые известны своей высокой частотой отказов. Это потому, что инновации в области материаловедения — это сложно.

На данный момент химики по производству аккумуляторов обнаружили, что, когда они пытаются улучшить одну характеристику (скажем, плотность энергии), они вынуждены идти на компромисс в отношении другой характеристики (например, безопасности). Такой баланс означает, что прогресс на каждом фронте был медленным и чреват проблемами.

Но если внимательнее присмотреться к проблеме — Йет-Мин Чан из Массачусетского технологического института считает, что сегодня в США в три раза больше ученых, занимающихся аккумуляторными батареями, чем всего 10 лет назад — шансы на успех возрастают. Потенциал аккумуляторов остается огромным, но, учитывая предстоящие задачи, лучше относиться к каждому заявлению о новых аккумуляторах с хорошей долей скептицизма.

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 работай.
12-минутное видео-описание основ химии батарей>
Видео по 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 аккумулятора к устройству задним ходом может разрушить электрические устройства, особенно полупроводниковые. * Замыкание аккумулятора путем подключения 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 контролируемых окружающей среде, и с должной осторожностью.

Два способа классификации батарей:
Первичные батареи — аккумулятор этого типа 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 для улучшения.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 внести существенные изменения в наш мир. Например гибрид и полностью электрический автомобиль существует уже сто лет, 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, те, кто использует углеродные нанотрубки), сейчас быстро развиваются!

Первичная Батареи: (не заряжаются) Хлорид цинка Углерод цинка Щелочь Оксид никеля гидроксид Оксид лития-меди Дисульфид лития-железа Литий-железный сульфид Литий-марганцевый диоксид Литий-медный оксифосфат Литий-серебряный оксид + ванадий Литий-серебряный оксид Литий-серебристый монофторсодержащий углерод 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 полимер Литий-титановый оксид Литий-железо-фосфатные батареи Литий-железо-магниевый фосфат Никель-железные батареи (NiFe) NIh3 Никель-цинковые батареи LiFePO4 Li сера Титанат лития Тонкая пленка Li ZnBr V окислительно-восстановительный 10 NaS Расплав солей Серебро цинк (Ag-цинк)

2.

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

2.a) 1800: Voltaic Pile — первая батарея, 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 цинк-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 появилась в результате 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 Вольты. Это было названо «стопкой», потому что дополнительные блоки цинка / меди могут быть установлены на устройство для увеличения мощности. Даже сегодня латинские языки используют слово «пила» для обозначения батареи.

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: Гальваническая батарея Джозефа Генри (сделанная из цинковых и медных пластин) была разработана производить различной интенсивности в зависимости от по необходимости с помощью набора подвижных соединителей и стаканчиков с ртутью. Сегодня устройство, которое мы будем использовать для 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 в некоторых случаях ее нужно было заправлять каждые несколько недель. Томас Эдисон использовал клетки Грене 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 Гренет пришел из-за ее слабостей, в том числе раздражения заправка, вес, и то, что он мог пролиться. Доска с резиновым уплотнением (гидростат) со временем сузится, что приведет к утечкам через верх. Как и многие батареи в то время он был сделан из стекла и хотя 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 цинк-угольный элемент, однако для электролита используется влажный картон. вместо жидких кислот Grenet Cell.

Свинцово-кислотный аккумулятор

1859, — Гастон Планте 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 смешанный с другими химикатами. Первая модель в продаже произведена 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, использованные в электромобиле Detroit Electric 1914 года выпуска, принадлежавшем Steinmetz .

Щелочь AA является наиболее обычные в мире одноразовые батареи

3.) Современные батареи:

Сегодня в мире преобладают батареи на основе цинка, свинца и лития. Они безопаснее и меньше, чем батареи того же типа были в первые дни. Меркурий и другие химические вещества были уменьшены в состав, и улучшения плотности энергии за эти годы сделали для использования меньше 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. 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, поскольку 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 самыми популярными аккумуляторами для мобильных приложений. (автомобили, портативные устройства) из-за малого веса и большой плотности энергии (количество энергии, которое вы можете хранить на килограмм веса). Литиевые батареи бывают разных форм:

	Литий-железо-фосфат (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-кобальтооксидный аккумулятор (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 пожар. 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-кислотная батарея). 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 литиево-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 перезаряжается так быстро, как бензин может заполнить топливный бак. Это трудные цели, но над ними работают сейчас же. Используя нанотрубки в литиевой батарее, можно перезарядить батарею. намного быстрее, однако обеспечение более длительного жизненного цикла будет более сложной задачей. Подробнее здесь>

5.) Аккумуляторы до электрического возраста:

Стоит отметить, 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 период Парфян или Сасанидов. 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 считается подлинным из многих авторитетных источников.

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 батареи, чтобы зарядить золотой корпус. Коробка тогда сможет дать иллюзия магических сил, шокируя тех, кто к ней прикоснулся. Это только 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:
Телеграф и телефонный век.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
Д-р 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.

Преимущества и ограничения литий-ионной батареи

В течение многих лет никель-кадмиевый аккумулятор был единственным подходящим аккумулятором для портативного оборудования от беспроводной связи до мобильных компьютеров. В начале 1990-х появились металлогидридные никель-металлогидридные и литий-ионные продукты, ведущие борьбу за признание потребителей. Сегодня литий-ионные аккумуляторы являются наиболее быстрорастущими и многообещающими.

Литий-ионный аккумулятор

Пионерские работы с литиевой батареей начались в 1912 году при Г.Н. Льюис, но только в начале 1970-х годов, когда в продажу поступили первые неперезаряжаемые литиевые батареи. литий — самый легкий из всех металлов, имеет наибольший электрохимический потенциал и обеспечивает наибольшую удельную энергию для веса.

Попытки разработать перезаряжаемые литиевые батареи потерпели неудачу из-за проблем с безопасностью. Из-за присущей металлическому литию нестабильности, особенно во время зарядки, исследования были перенесены на неметаллическую литиевую батарею с использованием ионов лития.Хотя литий-ионный аккумулятор немного ниже по плотности энергии, чем металлический литий, он безопасен при соблюдении определенных мер предосторожности при зарядке и разрядке. В 1991 году корпорация Sony выпустила на рынок первый литий-ионный аккумулятор. Другие производители последовали их примеру.

Плотность энергии литий-иона обычно вдвое выше, чем у стандартного никель-кадмиевого сплава. Есть потенциал для более высоких плотностей энергии. Нагрузочные характеристики достаточно хорошие и с точки зрения разряда ведут себя аналогично никель-кадмиевым.Высокое напряжение ячеек 3,6 В позволяет создавать аккумуляторные батареи только с одним элементом. Большинство современных мобильных телефонов работают на одной соте. Для блока на основе никеля потребуются три последовательно соединенных элемента на 1,2 В.

Литий-ионный аккумулятор не требует особого обслуживания, а это преимущество, на которое не может претендовать большинство других химических предприятий. Память отсутствует, и для продления срока службы батареи не требуется регулярных циклов. Кроме того, саморазряд меньше чем наполовину по сравнению с никель-кадмиевым, что делает литий-ионные аккумуляторы хорошо подходящими для современных датчиков уровня топлива. литий-ионные элементы при утилизации не причиняют особого вреда.

Несмотря на общие преимущества, литий-ионный имеет свои недостатки. Он хрупок и требует схемы защиты для обеспечения безопасной работы. Встроенная в каждую батарею схема защиты ограничивает пиковое напряжение каждой ячейки во время зарядки и предотвращает слишком низкое падение напряжения ячейки при разряде. Кроме того, контролируется температура ячейки, чтобы предотвратить скачки температуры. Максимальный ток заряда и разряда на большинстве блоков ограничен между 1 и 2 градусами.При соблюдении этих мер предосторожности возможность появления металлического литиевого покрытия из-за перезарядки практически исключается.

Старение является проблемой для большинства литий-ионных аккумуляторов, и многие производители умалчивают об этой проблеме. Некоторое ухудшение емкости заметно через год, независимо от того, используется аккумулятор или нет. Батарея часто выходит из строя через два-три года. Следует отметить, что другие химические вещества также обладают возрастными дегенеративными эффектами.Это особенно верно для никель-металлогидрида при воздействии высоких температур окружающей среды. В то же время известно, что литий-ионные батареи в некоторых случаях служат пять лет.

Производители постоянно совершенствуют литий-ионные. Новые и улучшенные химические комбинации вводятся каждые шесть месяцев или около того. При таком быстром прогрессе сложно оценить, насколько долго обновленная батарея устареет.

Хранение в прохладном месте замедляет процесс старения литий-ионных (и других химических веществ).Производители рекомендуют хранить при температуре 15 ° C (59 ° F). Кроме того, во время хранения аккумулятор должен быть частично заряжен. Производитель рекомендует заряд 40%.

Самый экономичный литий-ионный аккумулятор с точки зрения затрат и энергии — это цилиндрический 18650 (размер 18 мм x 65,2 мм). Эта ячейка используется для мобильных вычислений и других приложений, не требующих ультратонкой геометрии. Если требуется тонкий корпус, лучшим выбором будет призматический литий-ионный элемент.Эти клетки имеют более высокую стоимость с точки зрения накопленной энергии.

Преимущества

• Высокая плотность энергии — потенциал для еще большей мощности.
  
• Новый не требует длительного грунтования. Достаточно одной регулярной зарядки.
  
• Относительно низкий саморазряд — саморазряд вдвое меньше, чем у никелевых аккумуляторов.
  
• Низкие эксплуатационные расходы — периодическая разрядка не требуется; нет памяти.
  
• Специальные элементы могут обеспечивать очень высокий ток для таких приложений, как электроинструменты.

Ограничения

• Требуется схема защиты для поддержания напряжения и тока в безопасных пределах.
  
• Подвержены старению, даже если не используются — хранение в прохладном месте при 40% -ном заряде снижает эффект старения.
  
• Ограничения на транспортировку — отгрузка больших объемов может подлежать регулирующему контролю. Это ограничение не распространяется на аккумуляторные батареи для ручной клади.
  
• Дорого в производстве — примерно на 40 процентов дороже, чем никель-кадмиевые.
  
• Не до конца зрелые — металлы и химия постоянно меняются.

Литий-полимерный аккумулятор

Литий-полимерный отличается от обычных аккумуляторных систем типом используемого электролита. В оригинальной конструкции 1970-х годов используется сухой твердый полимерный электролит.Этот электролит напоминает пластиковую пленку, которая не проводит электричество, но позволяет обмениваться ионами (электрически заряженными атомами или группами атомов). Полимерный электролит заменяет традиционный пористый сепаратор, пропитанный электролитом.

Конструкция из сухого полимера предлагает упрощения в отношении изготовления, прочности, безопасности и геометрии тонкого профиля. При толщине ячеек всего один миллиметр (0,039 дюйма) конструкторы оборудования предоставлены самому себе в плане формы, формы и размера.

К сожалению, сухой литий-полимер имеет плохую проводимость. Внутреннее сопротивление слишком велико и не может обеспечить всплески тока, необходимые для питания современных устройств связи и раскрутки жестких дисков мобильного вычислительного оборудования. Нагревание ячейки до 60 ° C (140 ° F) и выше увеличивает проводимость, что не подходит для портативных приложений.

Для компромисса было добавлено немного гелеобразного электролита. В коммерческих элементах используется сепаратор / электролитная мембрана, изготовленная из того же традиционного пористого полиэтилена или полипропиленового сепаратора, наполненного полимером, который загустевает при заполнении жидким электролитом.Таким образом, коммерческие литий-ионные полимерные элементы очень похожи по химическому составу и материалам на их аналоги с жидким электролитом.

Литий-ионный полимер не прижился так быстро, как ожидали некоторые аналитики. Его превосходство над другими системами и низкие производственные затраты не были реализованы. Никаких улучшений в увеличении емкости не достигается — фактически, емкость немного меньше, чем у стандартной литий-ионной батареи. Литий-ионный полимер находит свою рыночную нишу в изделиях с тонкой пластиной, таких как батареи для кредитных карт и другие подобные приложения.

Преимущества

• Очень низкий профиль — возможны батареи, напоминающие профиль кредитной карты.
• Гибкий форм-фактор — производители не ограничиваются стандартными форматами ячеек. При большом объеме можно экономично произвести любой разумный размер.
• Легкие гелеобразные электролиты позволяют упростить упаковку за счет отсутствия металлической оболочки.
• Повышенная безопасность — более устойчивая к перезарядке; меньше шансов на утечку электролита.

Ограничения

• Более низкая плотность энергии и меньшее количество циклов по сравнению с литий-ионным.
• Дорого в производстве.
• Стандартных размеров нет. Большинство ячеек производится для массовых потребительских рынков.
• Более высокое соотношение стоимости и энергии, чем у литий-ионного

Ограничения по содержанию лития для авиаперевозок

Авиарейсеры задают вопрос: «Сколько лития в батарее мне разрешено брать с собой на борт?» Мы различаем два типа аккумуляторов: литий-металлические и литий-ионные.
Большинство литий-металлических батарей не подлежат перезарядке и используются в пленочных фотоаппаратах. Литий-ионные аккумуляторы предназначены для зарядки ноутбуков, сотовых телефонов и видеокамер. Оба типа батарей, включая запасные, разрешены в ручной клади, но не должны превышать следующего содержания лития:
— 2 грамма для литий-металлических или литиевых батарей
— 8 граммов для литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы весом более 8 граммов, но не более 25 граммов могут перевозиться в ручной клади, если они имеют индивидуальную защиту от короткого замыкания и ограничены двумя запасными батареями на человека.

Как узнать содержание лития в литий-ионной батарее? С теоретической точки зрения металлический литий в типичной литий-ионной батарее отсутствует. Однако необходимо учитывать эквивалентное содержание лития. Для литий-ионного элемента это рассчитывается как 0,3 номинальной емкости (в ампер-часах).

Пример: Литий-ионный аккумулятор емкостью 2 Ач 18650 содержит 0,6 грамма лития. На типичном аккумуляторе 60 Вт · ч для ноутбука с 8 ячейками (4 последовательно и 2 параллельно) это в сумме дает 4.8г. Максимальный аккумулятор, который вы можете взять с собой, составляет 96 Втч, чтобы не превышать 8-граммовый предел ООН. Этот пакет может включать ячейки 2,2 Ач в структуре из 12 ячеек (4s3p). Если бы вместо этого использовалась ячейка 2,4 Ач, батарею нужно было бы ограничить до 9 ячеек (3s3p).

Ограничения на отгрузку литий-ионных аккумуляторов

• Любой, кто отправляет литий-ионные аккумуляторы оптом, несет ответственность за соблюдение правил перевозки. Это касается внутренних и международных перевозок по суше, морю и воздуху.
  
• Литий-ионные элементы, эквивалентное содержание лития которых превышает 1,5 грамма или 8 граммов на аккумуляторную батарею, должны транспортироваться как «прочие опасные материалы класса 9». Емкость элементов и количество элементов в упаковке определяют содержание лития.
  
• Исключение составляют упаковки, содержащие менее 8 граммов лития. Однако, если посылка содержит более 24 литиевых элементов или 12 литий-ионных аккумуляторных батарей, потребуются специальная маркировка и отгрузочные документы.На каждой упаковке должно быть указано, что она содержит литиевые батареи.
  
• Все литий-ионные батареи должны быть испытаны в соответствии со спецификациями, указанными в UN 3090, независимо от содержания лития (Руководство ООН по испытаниям и критериям, часть III, подраздел 38.3). Эта мера предосторожности защищает от перевозки неисправных батарей.
  
• Элементы и батареи должны быть разделены для предотвращения короткого замыкания и упакованы в прочные коробки.

*** Пожалуйста, прочтите комментарии ***

Комментарии предназначены для «комментирования», открытого обсуждения среди посетителей сайта.Battery University следит за комментариями и понимает важность выражения точек зрения и мнений на общем форуме. Однако при общении необходимо использовать соответствующий язык, избегая спама и дискриминации.

Если у вас есть предложение или вы хотите сообщить об ошибке, воспользуйтесь формой «Свяжитесь с нами» или напишите нам по адресу: [email protected]. Нам нравится получать от вас известия, но мы не можем ответить на все запросы. Мы рекомендуем размещать свой вопрос в разделах комментариев, чтобы Battery University Group (BUG) могла поделиться им.

или перейти к другому архиву

Как работают современные аккумуляторы | Polar Battery

Батареи — вещь невероятная. Что-то размером меньше половины вашего смартфона может питать его часами. Что именно там происходит? Батарея на самом деле представляет собой химическую реакцию между тремя элементами, которые создают электрический заряд. Посмотрим, как работают современные аккумуляторы.

Подумайте о своей классической батарее, например, той, которая используется для питания ваших часов.Это стальная банка, внутри которой находится первая часть батареи: катод. Катод представляет собой тонкоизмельченный порошок оксида марганца. Этот катод, также обычно называемый электродом, имеет положительный заряд и естественный электрический заряд. Это означает, что он удерживает положительный элемент электрического тока. Он сформирован так, чтобы огибать стальной корпус изнутри, и подсоединяется к положительному полюсу корпуса батареи.

Затем вставляется кусок пористой бумаги или картона, чтобы химические компоненты не соприкасались друг с другом.Затем в корпус закачивается анод, представляющий собой жидкий цинк. Цинковый анод несет отрицательно заряженные ионы, необходимые для работы батареи. Это то, что подключено к отрицательному полюсу вашей батареи. Наконец, есть электролит, химическая смесь гидроксида калия, которая помогает в химической реакции. Электролит помогает соединить различные химические вещества катода (положительный) и анод (отрицательный) и позволяет электрическому заряду течь. Этот электролит может быть сам по себе, но чаще всего его смешивают либо с порошкообразным катодом, либо с цинковым анодом.

Слева, элементы ничего не делают. Вы должны замкнуть цепь, чтобы реакция произошла. Когда вы вставляете аккумулятор в устройство, электролит окисляет цинковые аноды. Это означает, что как только цепь замкнута, анод выпускает свои отрицательные ионы в электролит, который окисляет цинк в батарее. Катод теперь может реагировать с этим вновь образованным окисленным цинком с образованием электрического заряда. Затем смесь электролитов преобразует накопленную химическую энергию в электрическую.

Последняя часть батареи сделана из латунного стержня или угольного стержня. Этот стержень называется коллектором отрицательного тока и размещается на отрицательном конце батареи. Коллектор отрицательного тока проводит электричество и подводит его к вашему устройству, замыкая цепь. Электроны теперь входят с положительного конца, возвращаясь к катоду, где они снова вступают в реакцию с анодом, возвращаются через отрицательный конец к вашему устройству.

Этот процесс химической реакции изменяет химические вещества в аноде и катоде, что в конечном итоге приводит к прекращению подачи электронов, необходимых для производства электричества. Однако перезаряжаемые батареи не сталкиваются с этой проблемой, потому что другие источники энергии, такие как солнечные панели, эффективно меняют направление потока электронов на противоположное. Этот обратный приток восстанавливает положительный и отрицательный полюса батареи, перезаряжая ее до исходного состояния.

Если вам нужна качественная батарея, Polar Battery поставит их много. Свяжитесь с нами сегодня в Бернаби или Камлупсе, чтобы получить отличные цены, отличное качество и ноу-хау, которые помогут вам лучше всего.

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

Какие изменения может иметь десятилетие.В 2010 году наши телефоны и компьютеры питали аккумуляторы. К концу десятилетия они начнут 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, аккумуляторы являются ключом к переходу к миру, работающему на возобновляемых источниках энергии.Солнце и ветер играют 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, зависимого от ископаемого топлива.

По оценкам UBS, в следующее десятилетие затраты на хранение энергии упадут между 66% и 80%, а мировой рынок вырастет до 426 миллиардов долларов. Постепенно 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 энергии, произведенной из экологически чистых источников, 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 максимальную отдачу для инвесторов. Ряд компаний по производству аккумуляторов 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 очень уверен, что они собираются принести большую прибыль акционерам в процессе ».

Тем не менее, хотя может быть сложно инвестировать в компании, занимающиеся чисто аккумуляторными батареями, есть возможности для целевых компаний, которые могут извлечь выгоду из переход к низкоуглеродному миру.Например, Sunrun — крупнейшая компания по производству солнечной энергии для жилых домов в Соединенных Штатах, а NextEra Energy — одна из крупнейших в стране компаний по возобновляемым источникам энергии и в настоящее время строит хранилище для коммунальных предприятий.

Пока ученые меняют химический состав батарей, а компании делают ставки на то, что может стать следующей прорывной технологией, Дэн Голдман, основатель венчурной компании Clean Energy Ventures, ориентированной на чистые технологии, сказал, что такие области, как инновационные системы управления батареями, являются хорошим ставка для инвесторов, поскольку они могут работать с любой аккумуляторной технологией.

«Использование огромных экономических возможностей, лежащих в основе перехода к контролю и энергосистемам 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 . Батареи прорыва: в жизнь эра чистой электрификации .

Аккумуляторы: новая звезда науки

Аккумуляторные технологии в самом простом виде появились более двух столетий назад. Само это слово является обобщающим, 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 их можно найти 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 с точки зрения глобальной и локальной окружающей среды и, в конечном итоге, устойчивости всей нашей планеты.»

Электромобили: преодолеть расстояние

Tesla была первой автомобильной компанией, которая начала коммерциализацию электромобилей с батарейным питанием, когда представила родстер в 2008 году. Автопроизводители ранее возились с гибридными моделями, но в целом 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 пришлось не отставать.

Практически все автопроизводители сейчас предлагают или планируют предлагать полностью электрические или, по крайней мере, гибридные модели автомобилей. В ноябре Ford представил 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 по производству электромобилей до 70 новых моделей к 2028 году. по сравнению с предыдущей целью в 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 за кВт · ч, что важно, поскольку это отраслевой консенсус относительно того, когда электромобили достигнут паритета цен 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, в том числе электромобилей с аккумуляторным питанием и гибридных электромобилей, достигли отметки 1.98 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 малая часть из более чем 1 миллиарда автомобилей на дорогах сегодня, но ожидается, что это число будет продолжать расти. BloombergNEF прогнозирует, что к 2040 году 57% продаж новых легковых автомобилей будут электрическими, в результате чего общий парк электромобилей достигнет 30%.

Tesla в настоящее время является крупнейшим в мире производителем электромобилей, и хотя компания еще не получала годовой прибыли, она сообщила о прибыли на квартальной основе, в том числе в последнем квартале.Компания оказалась несколько поляризующей 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 распределить 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», помимо прочего, благодаря плотности энергии его батареи.

Компактная модель Tesla 3 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, и то и другое препятствует широкому распространению.

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

«Tesla вывела бренд на рынок и действительно помогла всей отрасли», — сказал Остин Девани, директор IHS Markit по глобальной неорганической продукции. «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 батарей 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. Несмотря на растущий спрос на минерал, 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, так как 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 с 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 торгуются акции.

Среди других экстракторов лития — базирующаяся в Филадельфии компания Livent, которая была выделена из корпорации FMC, и чилийская компания Sociedad Quimica y Minera De Chile SA

. 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 млрд 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 игроки, играющие на материальных средствах, могут увидеть паритет в ценах на элементы батареи и батареи. «Пять лет назад … электромобили были скорее новинкой … потребители не обязательно осознавали преимущества, а сегодня они есть».

Заставьте ваш телефон питаться от 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 деятельности по мере увеличения маржи 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 аккумуляторы, которые интегрируются с существующими солнечными системами. Enphase является лидером в рейтинге NASDAQ Composite в этом году. год, после роста на 465%

Следующий шаг: хранилище в масштабе коммунального хозяйства

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 продолжать 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 батареи падают, все больше и больше коммунальных предприятий интегрируют литий-ионные батареи 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 передающую сеть и знают, где они могут получить выгоду.

NextEra Energy — один из крупнейших поставщиков возобновляемых источников энергии в стране, который включает предложения по хранению энергии.В недавней записке для клиентов Credit Suisse назвал это одной из своих лучших 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 аккумуляторных батарей 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 с крупнейшей в мире литий-ионной батареей 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 компаниям понять потребности в электроэнергии, поскольку возобновляемые источники энергии и электромобили потребляются 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 крупный план. — масштабное упражнение по интеграции программного обеспечения с использованием датчиков связи по сети », — сказал он.

Следующее десятилетие

Сохраняющиеся 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.

Миллиарды долларов тратятся на поиск альтернатив. Твердотельные батареи, в которых используется, например, натрий 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 технологии привели к сейсмическому сдвигу в том, как мы будем поддерживать нашу жизнь и организовывать энергетические системы уже в 2030 году», — писали исследователи из Института Рокки Маунтин в книге Breakthrough Batteries: Powering the Эра чистой электрификации .

— CNBC Майкл Блум , Нейт Раттнер и Майкл Вэйланд предоставил репортаж.

Что такое аккумулятор? — learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 21 год

Введение

Батареи представляют собой совокупность одной или нескольких ячеек, химические реакции которых создают поток электронов в цепи.Все батареи состоят из трех основных компонентов: анода (сторона «-»), катода (сторона «+») и какого-то электролита (вещество, которое химически реагирует с анодом и катодом).

Когда анод и катод батареи подключены к цепи, между анодом и электролитом происходит химическая реакция. Эта реакция заставляет электроны проходить через цепь и возвращаться на катод, где происходит другая химическая реакция.Когда материал в катоде или аноде расходуется или больше не может использоваться в реакции, батарея не может производить электричество. В этот момент ваша батарея «разряжена».

Батареи, которые необходимо выбросить после использования, известны как первичные батареи . Аккумуляторы, которые можно перезаряжать, называются вторичными батареями .

Литий-полимерные батареи, например, можно заряжать

Без батарей ваш квадрокоптер пришлось бы привязать к стене, вам пришлось бы вручную проверять машину, а ваш контроллер Xbox должен был бы быть постоянно подключен к розетке (как в старые добрые времена).Батареи позволяют хранить потенциальную электрическую энергию в переносном контейнере.

Батареи бывают разных форм, размеров и химического состава.

Изобретение современной батареи часто приписывают Алессандро Вольта. На самом деле все началось с удивительной аварии, связанной с рассечением лягушки.

Что вы узнаете

В этом руководстве будут подробно рассмотрены следующие темы:

• Как были изобретены батареи
• Из каких частей состоит аккумулятор
• Как работает аккумулятор
• Общие термины, используемые для описания батарей
• Различные способы использования батарей в схемах

Рекомендуемая литература

Есть несколько концепций, с которыми вы, возможно, захотите ознакомиться перед тем, как начать читать это руководство:

---

Хотите изучить различные батареи?

Мы вас прикрыли!

Щелочная батарея 9 В

В наличии PRT-10218

Это ваши стандартные щелочные батареи на 9 вольт от Rayovac.Даже не думайте пытаться их перезарядить. Используйте их с…

1

---

История

Термин Батарея

Исторически термин «батарея» использовался для описания «серии подобных объектов, сгруппированных вместе для выполнения определенной функции», как в случае артиллерийской батареи. В 1749 году Бенджамин Франклин впервые использовал этот термин для описания серии конденсаторов, которые он соединил вместе для своих экспериментов с электричеством.Позже этот термин будет использоваться для любых электрохимических ячеек, соединенных вместе с целью обеспечения электроэнергии.

Батарея «конденсаторов» Лейденской банки, соединенных вместе
(Изображение любезно предоставлено Альвинруном из Wikimedia Commons)

Изобретение батареи

В один роковой день 1780 года итальянский физик, врач, биолог и философ Луиджи Гальвани вскрыл лягушку, прикрепленную к медному крючку. Когда он коснулся лягушачьей лапы железным отростком, нога дернулась.Гальвани предположил, что энергия исходит от самой ноги, но его коллега-ученый Алессандро Вольта считал иначе.

Вольта выдвинул гипотезу, что импульсы лягушачьей лапки на самом деле вызываются разными металлами, пропитанными жидкостью. Он повторил эксперимент, используя ткань, пропитанную рассолом, вместо трупа лягушки, что привело к аналогичному напряжению. Вольта опубликовал свои открытия в 1791 году, а позже создал первую батарею, гальваническую батарею, в 1800 году.

Гальваническая свая состояла из набора цинковых и медных пластин, разделенных тканью, пропитанной рассолом

Стопка

Volta страдала от двух основных проблем: из-за ее веса электролит вытек из ткани, а особые химические свойства компонентов привели к очень короткому сроку службы (около часа).Следующие двести лет уйдут на совершенствование конструкции Вольты и решение этих проблем.

Исправления в гальванической куче

Уильям Круикшанк из Шотландии решил проблему утечки, положив гальваническую батарею на бок, чтобы сформировать «желобную батарею».

Лотковая батарея решила проблему утечки гальванической сваи

Вторая проблема, короткий срок службы, была вызвана разложением цинка из-за примесей и скоплением пузырьков водорода на меди.В 1835 году Уильям Стерджен обнаружил, что обработка цинка ртутью предотвратит разложение.

Британский химик Джон Фредерик Даниэлл использовал второй электролит, который вступал в реакцию с водородом, предотвращая накопление на медном катоде. Батарея Даниэля с двумя электролитами, известная как «ячейка Даниэля», станет очень популярным решением для обеспечения энергией зарождающихся телеграфных сетей.

Коллекция клеток Даниэля из 1836 г.

Первая аккумуляторная батарея

В 1859 году французский физик Гастон Планте создал батарею из двух прокатанных листов свинца, погруженных в серную кислоту.Путем реверсирования электрического тока через батарею химия вернется в исходное состояние, создав первую перезаряжаемую батарею.

Позже, в 1881 году, Камилла Альфонс Фор улучшила конструкцию Планте, превратив листы свинца в пластины. Эта новая конструкция упростила производство аккумуляторов, а свинцово-кислотные аккумуляторы получили широкое распространение в автомобилях.

-> Дизайн обычного «автомобильного аккумулятора» существует уже более 100 лет
(Изображение любезно предоставлено Эмилианом Робертом Виколом из Wikimedia Commons) <-

Сухая камера

Вплоть до конца 1800-х годов электролит в батареях был в жидком состоянии.Это сделало транспортировку аккумуляторов очень осторожным делом, и большинство аккумуляторов никогда не предназначалось для перемещения после подключения к цепи.

В 1866 году Жорж Лекланше создал батарею, используя цинковый анод, катод из диоксида марганца и раствор хлорида аммония в качестве электролита. Хотя электролит в элементе Лекланше был все еще жидким, химический состав батареи оказался важным шагом для изобретения сухого элемента.

Карл Гасснер придумал, как создать электролитную пасту из хлорида аммония и гипса.Он запатентовал новую «сухую» батарею в 1886 году в Германии.

Эти новые сухие элементы, обычно называемые «угольно-цинковыми батареями», производились массово и пользовались огромной популярностью до конца 1950-х годов. Хотя углерод не используется в химической реакции, он играет важную роль в качестве электрического проводника в углеродно-цинковой батарее.

-> Угольно-цинковая батарея 3 В 1960-х годов
(Изображение любезно предоставлено PhFabre из Wikimedia Commons) <-

В 1950-х годах Льюис Урри, Пол Марсал и Карл Кордеш из компании Union Carbide (позже известной как «Eveready», а затем «Energizer») заменили электролит хлористого аммония щелочным веществом на основе химического состава батареи, сформулированного Вальдемаром. Юнгнер в 1899 году.Щелочные батареи с сухими элементами могут содержать больше энергии, чем угольно-цинковые батареи того же размера, и имеют более длительный срок хранения.

Щелочные батареи приобрели популярность в 1960-х годах, обогнали угольно-цинковые батареи и с тех пор стали стандартными первичными элементами для потребительского использования.

-> Щелочные батареи бывают разных форм и размеров
(Изображение любезно предоставлено Aney ~ commonswiki из Wikimedia Commons) <-

Аккумуляторы 20-го века

В 1970-х годах компания COMSAT разработала никель-водородную батарею для использования в спутниках связи.Эти батареи хранят водород в газообразной форме под давлением. Многие искусственные спутники, такие как Международная космическая станция, по-прежнему используют никель-водородные батареи.

Исследования нескольких компаний с конца 1960-х годов привели к созданию никель-металлгидридной (NiMH) батареи. NiMH батареи были выпущены на потребительский рынок в 1989 году и стали более дешевой альтернативой никель-водородным аккумуляторным элементам меньшего размера.

Компания Asahi Chemical из Японии построила первую литий-ионную батарею в 1985 году, а Sony создала первую коммерческую литий-ионную батарею в 1991 году.В конце 1990-х годов был создан мягкий гибкий корпус для литий-ионных аккумуляторов, в результате чего появилась «литий-полимерная» или «LiPo» батарея.

Химические реакции в литий-полимерной батарее практически такие же, как и в литий-ионной батарее

Очевидно, было изобретено, произведено и устарело гораздо больше химических элементов батарей. Если вы хотите узнать больше о современных и популярных технологиях аккумуляторов, ознакомьтесь с нашим руководством по технологиям аккумуляторов.

Компоненты

Батареи

состоят из трех основных компонентов: анода , катода и электролита . Сепаратор часто используется для предотвращения соприкосновения анода и катода, если электролита недостаточно. Для хранения этих компонентов аккумуляторы обычно имеют какой-то корпус типа .

Хорошо, большинство батарей на самом деле не разделены на три равные части, но идею вы поняли.Лучшее поперечное сечение щелочной ячейки можно найти в Википедии.

И анод, и катод относятся к типу электродов . Электроды — это проводники, через которые электричество входит или выходит из компонента в цепи.

Анод

Электроны выходят из анода в устройстве, подключенном к цепи. Это означает, что обычный «ток» течет в анод.

На аккумуляторах анод обозначен как отрицательная (-) клемма

В батарее химическая реакция между анодом и электролитом вызывает накопление электронов на аноде.Эти электроны хотят двигаться к катоду, но не могут пройти через электролит или сепаратор.

Катод

Электроны текут в катод в устройстве, подключенном к цепи. Это означает, что обычный «ток» течет из катода.

На батареях катод помечен как положительный (+) вывод

В батареях в химической реакции внутри катода или вокруг него используются электроны, образующиеся на аноде.Электроны могут попасть на катод только через цепь, внешнюю по отношению к батарее.

Электролит

Электролит — это вещество, часто жидкость или гель, которое способно переносить ионы между химическими реакциями, происходящими на аноде и катоде. Электролит также препятствует потоку электронов между анодом и катодом, так что электроны легче проходят через внешнюю цепь, чем через электролит.

-> Щелочные батареи могут протекать из своего электролита, гидроксида калия, если подвергаются воздействию высоких температур или обратного напряжения
(Изображение любезно предоставлено Вильямом Дэвисом из Wikimedia Commons) <-

Электролит имеет решающее значение в работе аккумулятора.Поскольку электроны не могут проходить через него, они вынуждены проходить через электрические проводники в виде цепи, соединяющей анод с катодом.

Сепаратор

Сепараторы представляют собой пористые материалы, которые предотвращают соприкосновение анода и катода, что может вызвать короткое замыкание в батарее. Сепараторы могут быть изготовлены из различных материалов, включая хлопок, нейлон, полиэстер, картон и синтетические полимерные пленки. Сепараторы не вступают в химическую реакцию ни с анодом, ни с катодом, ни с электролитом.

В гальванической куче использовалась ткань или картон (разделитель), пропитанные солевым раствором (электролитом) для разделения электродов

Ионы в электролите могут быть положительно заряженными, отрицательно заряженными и могут быть разных размеров. Могут быть изготовлены специальные сепараторы, которые пропускают одни ионы, но не пропускают другие.

Кожух

Для большинства аккумуляторов требуется способ удержания их химических компонентов. Кожухи, также известные как «кожухи» или «оболочки», представляют собой просто механические конструкции, предназначенные для удержания внутренних компонентов батареи.

Свинцово-кислотный аккумулятор в пластиковом корпусе

Корпуса батарей

могут быть изготовлены практически из чего угодно: из пластика, стали, чехлов из мягкого полимерного ламината и так далее. В некоторых батареях используется токопроводящий стальной кожух, который электрически соединен с одним из электродов. В случае обычного щелочного элемента AA стальной кожух соединен с катодом.

Операция

Аккумуляторы обычно требуют нескольких химических реакций для работы.По крайней мере, одна реакция происходит внутри анода или вокруг него, и одна или несколько реакций происходят внутри или вокруг катода. Во всех случаях реакция на аноде дает дополнительные электроны в процессе, называемом окислением , а реакция на катоде использует дополнительные электроны во время процесса, известного как восстановление .

Когда переключатель замкнут, цепь замыкается, и электроны могут течь от анода к катоду. Эти электроны активируют химические реакции на аноде и катоде.

По сути, мы разделяем определенный вид химической реакции, реакцию восстановления-окисления или окислительно-восстановительную реакцию, на две отдельные части. При переносе электронов между химическими веществами происходят окислительно-восстановительные реакции. Мы можем использовать движение электронов в этой реакции, чтобы они выходили за пределы батареи и питали нашу цепь.

Анодное окисление

Эта первая часть окислительно-восстановительной реакции, окисление, происходит между анодом и электролитом и производит электроны (обозначены как e ^— ).

Некоторые реакции окисления образуют ионы, например, в литий-ионной батарее. В других химических реакциях расходуются ионы, как в обычных щелочных батареях. В любом случае ионы могут свободно проходить через электролит, а электроны — нет.

Катодное восстановление

Другая половина окислительно-восстановительной реакции, восстановление, происходит в катоде или рядом с ним. Электроны, образующиеся в результате реакции окисления, расходуются во время восстановления.

В некоторых случаях, например, в литий-ионных батареях, положительно заряженные ионы лития, образующиеся во время реакции окисления, расходуются во время восстановления.В других случаях, например, в щелочных батареях, во время восстановления образуются отрицательно заряженные ионы.

Электронный поток

В большинстве аккумуляторов некоторые или все химические реакции могут происходить, даже если аккумулятор не подключен к цепи. Эти реакции могут повлиять на срок годности батареи.

По большей части, реакции будут происходить с полной силой только тогда, когда между анодом и катодом замыкается электрически проводящая цепь. Чем меньше сопротивление между анодом и катодом, тем больше электронов может течь и тем быстрее протекают химические реакции.

Короткое замыкание в аккумуляторе (в данном случае даже случайное) может быть опасным. Известно, что литий-ионные батареи перегреваются и даже задымляются или загораются при коротком замыкании.

Мы можем пропускать эти движущиеся электроны через различные электрические компоненты, известные как «нагрузка», для выполнения чего-то полезного. В анимационном ролике в начале этого раздела мы зажигаем виртуальную лампочку движущимися электронами.

Разряженная батарея

Химические вещества в аккумуляторе в конечном итоге достигают состояния равновесия. В этом состоянии химические вещества больше не будут реагировать, и в результате аккумулятор больше не будет генерировать электрический ток. На данный момент аккумулятор считается «мертвым».

Первичные элементы необходимо утилизировать, когда батарея разряжена. Вторичные элементы можно перезаряжать, и это достигается путем подачи через батарею обратного электрического тока.Перезарядка происходит, когда химические вещества выполняют еще одну серию реакций, чтобы вернуть их в исходное состояние.

Терминология

Люди часто используют общий набор терминов, говоря о напряжении батареи, емкости, возможности источника тока и так далее.

Ячейка

Элемент относится к одному аноду и катоду, разделенным электролитом, используемым для выработки напряжения и тока. Батарея может состоять из одной или нескольких ячеек.Например, одна батарея AA — это одна ячейка. Автомобильные аккумуляторы содержат шесть ячеек по 2,1 В.

Обычная 9-вольтовая батарея содержит шесть щелочных элементов по 1,5 В, установленных друг на друга

Первичная

Первичные клетки содержат химический состав, который нельзя изменить. В результате аккумулятор необходимо выбрасывать после того, как он разрядился.

Среднее

Вторичные элементы можно заряжать, и их химический состав возвращается в исходное состояние.Эти элементы, иначе известные как «аккумуляторные батареи», можно использовать много раз.

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение аккумулятора — это напряжение, указанное производителем.

Например, щелочные батареи типа AA указаны как имеющие напряжение 1,5 В. В этой статье Mad Scientist Hut показано, что их испытанные щелочные батареи начинаются с напряжения около 1,55 В, а затем медленно теряют напряжение по мере разряда. В этом примере номинальное напряжение «1,5 В» относится к максимальному или пусковому напряжению батареи.

Этот аккумулятор Storm для квадрокоптеров показывает кривую разряда для их LiPo-элементов, начиная с 4,2 В и снижаясь до 2,8 В при разряде. Номинальное напряжение, указанное для большинства литий-ионных и LiPo элементов, составляет 3,7 В. В этом случае номинальное напряжение «3,7 В» относится к среднему напряжению аккумулятора в течение всего цикла разряда.

Вместимость

Емкость аккумулятора — это величина электрического заряда, который он может доставить при определенном напряжении. Большинство батарей рассчитаны на ампер-часы (Ач) или миллиампер-часы (мАч).

Этот LiPo аккумулятор рассчитан на 1000 мАч, что означает, что он может обеспечить 1 ампер в течение 1 часа, прежде чем он будет считаться разряженным.

Большинство графиков разряда батареи показывают зависимость напряжения батареи от емкости, например, эти тесты батареи AA, проведенные PowerStream. Чтобы выяснить, достаточно ли емкости аккумулятора для питания вашей цепи, найдите самое низкое допустимое напряжение и найдите соответствующий номинал мАч или Ач.

C-скорость

Многие батареи, особенно мощные литий-ионные, обозначают ток разряда как «C-Rate», чтобы более четко определить характеристики батареи.C-Rate — это скорость разряда относительно максимальной емкости аккумулятора.

1С — это количество тока, необходимое для разрядки аккумулятора за 1 час. Например, аккумулятор емкостью 400 мАч, обеспечивающий ток 1С, будет обеспечивать 400 мА. 5C для той же батареи будет 2 A.

Большинство батарей теряют емкость при более высоком потреблении тока. Например, этот информационный график продукта от Chargery показывает, что их LiPo-элемент имеет меньше мАч при более высоких скоростях C.

ПРИМЕЧАНИЕ: Общий совет гласит, что вы должны заряжать LiPo батареи при 1С или меньше.

---

Массачусетский технологический институт предлагает фантастическое руководство по спецификациям и терминологии батарей, которое идет намного дальше этого обзора.

Использование

Однокамерный

Некоторые схемы могут питаться от одного элемента, но убедитесь, что батарея может обеспечивать достаточное напряжение и ток.

Этот Photon Battery Shield питается от одного элемента LiPo

Если напряжение слишком высокое или слишком низкое для вашей схемы, вам, вероятно, понадобится преобразователь постоянного тока в постоянный.

серии

Чтобы увеличить напряжение между выводами батареи, вы можете расположить элементы последовательно. Последовательность означает штабелирование ячеек встык, соединение анода одного с катодом следующего.

Последовательно соединяя батареи, вы увеличиваете общее напряжение. Сложите напряжение всех ячеек, чтобы определить рабочее напряжение. Емкость остается прежней.

В этом примере четыре ячейки на 1,5 В соединены последовательно.Напряжение на нагрузке составляет 6 В, а общий набор аккумуляторов имеет емкость 2000 мАч.

В большинстве бытовых электронных устройств, в которых используются щелочные батареи, батареи устанавливаются последовательно. Например, этот держатель батареек 2x AA может поднять номинальное напряжение до 3 В для проекта.

ПРИМЕЧАНИЕ: Если вы заряжаете литий-ионные или литий-полимерные батареи последовательно, вам необходимо обязательно использовать специальные схемы, известные как «балансировщик», чтобы гарантировать равномерное напряжение между элементами.Некоторые зарядные устройства, такие как это, имеют балансиры для безопасной зарядки.

Параллельно

Если напряжение отдельного элемента соответствует нагрузке, вы можете добавить батареи параллельно, чтобы увеличить емкость. Обратите внимание, что это также означает увеличение доступного тока (C-Rate).

Будьте осторожны при параллельном подключении аккумуляторов! Все элементы должны иметь одинаковое номинальное напряжение и одинаковый уровень заряда. Если есть какая-либо разница в напряжении, может произойти короткое замыкание, что приведет к перегреву и, возможно, возгоранию.

В этом примере четыре ячейки 1,5 В подключены параллельно. Напряжение на нагрузке остается на уровне 1,5 В, но общая емкость увеличивается до 8000 мАч.

Серия

и параллельная

Если вы хотите увеличить напряжение и емкость, вы можете комбинировать последовательные и параллельные батареи. Еще раз убедитесь, что уровень напряжения одинаков для батарей, включенных параллельно, поскольку может произойти короткое замыкание.

В этом примере полное напряжение на нагрузке составляет 3 В, а общая емкость аккумуляторов составляет 4000 мАч.

В больших аккумуляторных блоках, особенно литий-ионных, вы часто видите конфигурацию, указанную с использованием «S» и «P» для последовательного и параллельного подключения. Конфигурация схемы выше — 2S2P. В качестве практического примера современные электромобили используют массивные массивы батарей, соединенных последовательно и параллельно.

Ресурсы и дальнейшее развитие

К настоящему моменту вы должны понимать, как были изобретены батареи и как они работают. Батареи — это один из способов обеспечения вашего проекта электроэнергией, и они могут быть невероятно полезны, если вам нужен портативный источник питания.

Если вы хотите больше узнать о батареях, вот еще несколько уроков:

Хотите увидеть аккумуляторы в действии? Взгляните на эти проекты, в которых используются разные батареи в разных конфигурациях:

Simon Splosion Wireless

Это учебное пособие, демонстрирующее один из многих методов «взлома» Саймона Сэйса. Мы выделим технику, чтобы взять ваш Simon Says Wireless.

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или уточнить у системного администратора.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.