На рынке представлены следующие виды радиаторов:

чугунные – надежные, долго служат, недорогие. Этот вид хорошо всем знаком, современные модели конечно гораздо симпатичней, но вот греются они долго, да и высокой теплоотдачей не могут похвастаться;
стальные – красивые, стильные, оригинальные, с отличными техническими характеристиками, выдерживают температуру до 115-ти градусов, давление в 15 атм. Выпускаются трех видов: трубчатые, панельные и секционные. Стоят они, правда, не дешево, места сварки могут со временем подтекать (следствие гидроударов), подвержены коррозии;
алюминиевые радиаторы – легкие, с отличной теплоотдачей, цена средняя. К недостаткам можно отнести – повышенные требования к качеству теплоносителя, что соблюсти в многоэтажных домах с центральным отоплением практически невозможно;

Как видите, выбрать есть из чего. Подобрать нужную модель, посчитать количество секций и всего необходимого, качественно произвести монтаж радиаторов отопления помогут мастера нашей компании.

Типы радиаторов отопления по материалу, способа нагрева

Вступление

Типы радиаторов отопления, определяются способами передачи радиатором тепла. Радиаторы объединяют на три основных типа: радиационные, конвективно-радиационные и конвективные. Разберем эти типы радиаторов подробнее.

Радиационные радиаторы

Под радиацией, в этом названии, понимается излучение. Радиационные радиаторы обогревают помещение за счет теплового излучения, которое генерируется электрическим током на специальных тепловых элементах. К радиационным радиаторам можно отнести: потолочные и настенные инфракрасные излучатели, пленочный теплый пол, трубчатые радиаторы.

Конвективные радиаторы

В основе принципа обогрева, этих радиаторов, лежит принцип конвекции воздуха. Конвекция это перемещение. Применяемо к радиатору, конвекция это движение теплого воздуха вверх и замещение его холодным воздухом.

К радиаторам такого вида относятся секционные, панельные, пластинчатые, плинтусные радиаторы и радиаторы в полу (канальные конвекторы). Проще такие радиаторы называют конвектора.

Конвективно-радиационные радиаторы

Конвективно-радиационные радиаторы совмещают два принципа обогрева помещения. Конвективный обогрев, который происходит за счет движения теплоносителя, дает 50-70 % тепла, такого обогревателя.

К конвективно-радиационным радиаторам относятся: трубчатые конвекторы, секционные алюминиевые и стальные батареи, радиаторы биметаллические.

Но кроме деления на типы, по способу отдачи тепла, радиаторы делятся по конструктивному исполнению.

Типы радиаторов отопления — конструкции

По конструкции радиаторы делятся на 4 класса.

• Первый класс представляет собой секционные радиаторы;
• Второй класс это панельные радиаторы;
• Третий класс это трубчатые радиаторы;
• Четвертый класс это пластинчатые радиаторы.

Секционные радиаторы

Секционные радиаторы собираются из нескольких секций, в зависимости от расчета нужной теплоотдачи.

Эти радиаторы, самые распространенные радиаторы, используемые для обогрева домов и квартир. К секционным радиаторам относятся чугунные, стальные, алюминиевые радиаторы и биметаллические радиаторы.

Секционные радиаторы очень сильно подвержены коррозии, быстро загрязняются. Это является их существенным минусом. Достаточно трудно удалить пыль из секций таких радиаторов.

К достоинствам таких радиаторов относят то, что они подогревают нижнюю и верхнюю зону помещения. Тепло распределяется равномерно. Секционные радиаторы достаточно современны. Они почти не ограничиваются давлением в системе, что является их несомненным плюсом.

Трубчатые радиаторы

Трубчатые радиаторы делаются из стальных трубок, со стенками 1,5 мм (импорт) и 2 мм (отечественные) толщиной. Трубки располагаются в 1- 6 рядов. Каждый ряд трубок это условная секция радиатора. Условная секция, потому что все секции сварены друг с другом, а сама секция используется только для расчета секций радиаторов отопления. Вертикальные трубки соединяются горизонтальными коллекторами.

Относятся, трубчатые радиаторы к радиационному типу.

Пластинчатые радиаторы

К четвертому типу относятся пластинчатые отопительные приборы, которые являются наиболее распространенными среди других. Большинство многоэтажек оснащены именно таким видом радиаторов.

По внешнему виду, это загнутая или прямая труба отопления, на которую «нанизаны» тонкие стальные пластины. Отличает такие радиаторы, низкая цена, высокая надежность от протечек и хорошая теплоотдача. Подводит внешний вид таких «гармошек».

Относятся, пластинчатые радиаторы, к конвективному типу.

Панельные радиаторы

Панельные радиаторы относятся к конвективному типу. По устройству одна панель такого радиатора, это два стальных листа, сваренных между собой. Между листами циркулирует теплоноситель в выдавленных каналах. Сам радиатор может состоять из 1 – 4 панелей.

На этом про типы радиаторов отопления все!

©Obotoplenii.ru

Другие статьи раздела: Радиаторы

Похожие статьи

вариации типов батарей и их характеристика

Отопительные приборы постоянно совершенствуются. Разрабатываются новые модели и типы, которые более эффективно обогревают помещение и могут использоваться в современном интерьере. Стандартные чугунные радиаторы для отопления встречаются сегодня все реже. Им на смену пришли другие металлические обогреватели. Технические характеристики и внешний вид этих приборов выгодно выделяют их среди стандартных батарей.

Сегодня на рынке отопительного оборудования ассортимент металлических батарей очень разнообразный. Благодаря этому можно легко подобрать вариант, идеально подходящий по всем параметрам и пожеланиям. Но чтобы знать, какой именно радиатор выбрать, надо уметь разбираться в типах данных устройств, знать их достоинства и недостатки. Стоит отметить, что прежде чем радиаторы отопления металлические купить, следует определиться с типом и техническими характеристиками устройства.

Типы металлических устройств для отопления

В зависимости от материала выделяют стальные, чугунные, алюминиевые и биметаллические радиаторы. Остановимся на каждом из этих видов более подробно.

Стальные батареи

Конструкционно оборудование состоит из двух металлических листов, спаянных между собой. Для производства используются марки стали высокой прочности. Такие батареи отопления металлические отличаются эффективностью и подходят для разных режимов эксплуатации. Широко применяются как в городских квартирах с централизованным теплоснабжением, так и в частном секторе в автономных системах отопления. Многие известные торговые марки изготавливаются из стали холодного проката с толщиной от 1,25 до 1,75 мм. Это позволяет достичь высокой прочности готового изделия.

Такие металлические радиаторы могут быть секционными, панельными и трубчатыми.

Конструкция секционного прибора представляет собой несколько секций, сваренных между собой. Используется точечная сварка. Надо отметить, что технологически это достаточно сложный процесс. Поэтому на такие металлические радиаторы отопления цена гораздо выше, чем на другие разновидности стальных батарей.

Панельные изделия сочетают в себе характеристики конвекторов и радиаторов. Изготавливают данные батареи в форме панелей.

Радиаторы отопления металлические плоские отличаются простотой конструкции.

В зависимости от количества панелей радиаторы могут быть таких типов: 33, 22 и 11. Панельные стальные радиаторы тип 22 – идеальный вариант для небольших жилых помещений. Различаются данные типы количеством панелей. Но надо отметить, что на радиаторы отопления стальные тип 22 цены выше, нежели на тип 11. Поскольку стоимость батареи зависит от количества панелей.

Трубчатые приборы стоят очень дорого. И в связи с этим используются намного реже. Состоят из горизонтальных и вертикальных рядов труб, которые соединяются коллекторами. Отличаются высокой теплоотдачей. Оборудование нагревается очень быстро. Дизайн может быть самым разным.

Все модели стальных отопительных приборов имеют такие преимущества:

1. высокая производительность;
2. простота в эксплуатации и уходе;
3. широкий выбор;
4. современный дизайн;
5. долговечность.

На стальные батареи отопления отзывы в основном положительные. Но некоторые пользователи выделяют и ряд минусов. К ним можно отнести склонность к коррозии, чувствительность сварочных швов к гидроударам. Качество лакокрасочного покрытия зависит от производителя. Есть модели, которые могут прослужить десятилетия. А есть приборы, покрытие которых достаточно быстро разрушается.

Покупая такие батареи надо учитывать, что мощность стальных радиаторов отопления выбирать следует исходя из площади помещения, количества окон, наружных стен, наличия стеклопакетов и проведенного утепления. Чтобы рассчитать количество тепла, необходимое для определенной комнаты, надо мощность радиатора умножить на площадь отапливаемого помещения.

Так как бывает разная мощность стальных радиаторов отопления таблица тепловой мощности поможет сделать потребителю правильный выбор. Такая таблица у каждого производителя своя. Конечно, данные в ней не сильно различаются, но все же имеют некоторые расхождения.

Из разных стран, которые производят стальные радиаторы Турция занимает одно из ведущих мест по изготовлению приборов с оптимальным соотношением цены и качества. Тут стоит выделить фирму Radiatori. Изделия этой компании соответствуют европейским стандартам. Продукция проходит жесткий тест на герметичность. Поэтому высокое качество и надежность гарантированы. На турецкие радиаторы отопления стальные отзывы пользователей сводятся к следующим: высокое качество, замечательный дизайн и доступная цена.

Медные радиаторы

Что касается степени теплопроводности и передачи тепла, радиаторы медные отопления являются лидерами. Помимо этого к достоинствам обогревателей данного типа можно отнести:

• рабочее давление составляет 16 атмосфер;
• теплоноситель максимально может нагреваться до +150 градусов;
• высокая устойчивость к разным химически активным веществам, которые входят в состав теплоносителя;
• широкий выбор: купить радиаторы отопления медные можно разных размеров, расцветок и дизайна;
• медь обладает способностью препятствовать размножению вредных микроорганизмов. Поэтому такие батареи являются экологичными;
• высокая прочность;
• гибкость материала;
• простой монтаж;
• срок службы очень большой – более 50 лет.

Недостаток у таких батарей один – на медные радиаторы отопления цена достаточно высокая. Что немного ограничивает широкое применение оборудования данного типа. Но те домовладельцы, которые уже установили такие батареи, ничуть не жалеют о своем выборе.

На отечественном рынке наиболее популярны такие чугунные радиаторы: Roca, Konner, Eхеmet и Нова. Также очень востребованы чешские батареи Viadrus styl. Продукция отличается достаточно демократичной ценой и высоким качеством.

Алюминиевые батареи

По уровню теплоотдачи, весу и дизайну алюминиевые батареи превосходят стальные и чугунные изделия. Правда оборудование из такого материала имеет ряд отрицательных характеристик:

1. низкая механическая прочность. Конечно, относится это не ко всем моделям. Но большинство марок не подходят для установки в системах централизованного теплоснабжения;
2. алюминий несовместим с медью. А для теплообменников часто используется именно медь. Поэтому это нужно учитывать при покупке радиатора.

В России есть несколько предприятий, которые выпускают алюминиевые радиаторы. Стоит выделить завод Анкор и компанию Рифар. Помимо отечественных моделей, на рынке есть и импортные изделия. Самыми качественными считаются обогреватели из Италии и Венгрии.

На вопрос, какой фирмы выбрать алюминиевые радиаторы отопления, однозначного ответа нет. Все зависит от предпочтений потребителя и размера бюджета. Отечественные модели стоят дешевле импортных, но по качественным характеристикам могут немного уступать известным зарубежным брендам.

Биметаллические батареи

Наиболее практичным вариантом для обогрева квартир многоэтажного дома являются именно биметаллические батареи. Изготавливают их из алюминия и стали. Алюминиевые ребра обеспечивают высокую теплоотдачу. А стальной сердечник – хорошую прочность конструкции.

Биметаллическая батарея имеет высокую устойчивость к гидроударам и агрессивной среде.

Может выдержать давление до 37 атмосфер. Монтаж простой, особо не отличается от установки чугунного либо алюминиевого аналога. Внешне биметаллические обогреватели очень похожи на алюминиевые, но весят на 60% больше.

Если бюджет ограничен, лучше остановить выбор на полностью металлическом изделии. Поскольку на батареи отопления металлические цена гораздо демократичнее. Самые недорогие радиаторы из биметалла представлены производителями из России и Китая. Китайские изделия самые дешевые, но отличаются низким качеством. Среди производителей высококачественных биметаллических приборов можно назвать итальянские компании Sira и Global.

Биметаллические радиаторы отлично вписываются в любой интерьер. Очень компактны. Обогреватели подходят для всех отопительных систем. Многие модели оснащаются термостатом. Что позволяет регулировать температуру нагрева. Срок службы таких батарей большой, но при эксплуатации с низкокачественным теплоносителем, существенно снижается.

Какой металлический радиатор выбрать?

Выбор отопительного прибора зависит в первую очередь от того, что планируется отапливать. Если это городская квартира в многоэтажке с централизованным отоплением, то лучше отдать предпочтение биметаллическим радиаторам. С точки зрения эстетики, безопасности эксплуатации и теплоотдачи это будет наиболее оптимальным решением. Но если бюджет ограничен, то можно приобрести и радиаторы стальные для отопления помещения. Прочность у такого прибора такая же, как и у биметаллического.

Для частного сектора, где теплоснабжение осуществляется через автономную систему, больше подойдут алюминиевые радиаторы. Теплоотдача у них отличная. И цена невысокая. Температуру и давление можно регулировать.

Радиаторы отопления и их виды. Плюсы и минусы радиаторов отопления.

  Радиатор отопления – это часть отопительной системы помещения, представляющая собой цельные и пустотные элементы, в виде секций или пластин с высокой теплопроводностью, внутри которых циркулирует искусственно нагреваемый теплоноситель.

  До настоящего времени классический радиатор это самый популярный, безопасный и один из наиболее эффективных приборов для обогрева помещения. Особенно актуально его использование в многоквартирных домах, где имеется ряд ограничений безопасности к системам отопления. Заметную конкуренцию, создают современные способы отопления, такие как теплый пол, устройство которого основывается на аналогичных принципах, часто используется камино-печное отопление. Подробнее в статье: « Теплый пол. Виды теплого пола. Плюсы и минусы »

    Общей характеристикой всех отопительных радиаторов является то, что они должны быть изготовлены из материалов с высоким уровнем теплопроводности и наименее подвержены коррозийным процессам, ввиду постоянного контакта с жидкостью. Наиболее подходящим материалом для этих целей является металл такой как чугун, алюминий, сталь и медь. Рассмотрим их основные достоинства  недостатки в эксплуатации и технических свойствах.   

 Самая старая разновидность приборов отопления. Благодаря своим качествам эффективно используются в жилых и нежилых помещениях уже более века. Стандартный  радиатор из чугуна, который устанавливали в былые времена в каждом многоквартирном доме, в соответствии с ГОСТом имеет  размеры 14 х 56см, где 14 см – это глубина секции,  а 56 см – это высота. Отмеченные размеры не исчерпывающие, производится такая разновидность батарей высотой от 35 см до 150 см. изготавливаются и эксклюзивные радиаторы, которые в свою очередь могут иметь пропорции отличающиеся от общепринятых, с уникальным дизайном и формами.

Долговечность и устойчивость к коррозии

  Является самой долговечной батареей из всех возможных вариантов на современном строительном рынке. Обусловлено такое свойство, тем, что чугун практически не вступает в реакцию с теми примесями, которые добавляются в жидкий теплоноситель и те окислительные процессы, которые, все таки, возникают внутри радиатора не разрушают его, так как другие виды металла.

  Средний гарантийный срок такого прибора, составляет не менее 50 лет, но на практике часто встречаются рабочие батареи, которым по 80 и более лет. Подобное долголетие возможно при периодическом обслуживании радиаторов, их промывке, чистке и обновлению межсекционных прокладок.

Подходят все виды теплоносителя

  Благодаря устойчивости металла к окислительным процессам, чугун устойчив к кислотам, щелочам, высоким температурам и давлению.   

Долго остывает и сохраняет тепло

  Чугун долго нагревается и точно также долго остывает, что свойственно редкому виду металла. Такая способность позволяет еще в течении часа, после отключения отопления, сохранять тепло в помещении.  

Высокопрочные

Могут выдержать высокое внутренние давление от 9 бар и высокие температуры теплоносителя.

Бюджетность

 Относительно других видов батарей, является самой доступной в ценовой категории. Всегда можно приобрести бывший в эксплуатации радиатор, который прослужит еще не одно десятилетие. Исключением являются эксклюзивные изделия на заказ и могут обойтись достаточно дорого. 

Большой вес

 Являются самыми тяжелыми приборами отопления, одна секция, в зависимости от производителя может весить от 5 до 7 кг. В одной батареи таких секций монтируется примерно 7 штук. 

Требуют периодического ремонта

 Необходимо менять межсекционные прокладки, которые со временем ссыхаются. Самостоятельно такой ремонт, выполнять не рекомендуется, следует обращаться к специалисту. Не квалифицированный ремонт может привести к внутренним повреждениям, которые очень трудно или невозможно будет устранить.    

Трудности в монтаже

  Большой вес исключает возможность монтажа на стену из мягких материалов, таких как пенобетон, пенно, газоблоки, ракушечник и подобные строительные камни. Для установки чугунного прибора в таких домах, необходимо дополнительно изготавливать или приобретать специальные подставки. В одиночку тяжело монтировать тяжелый радиатор.

Задействует большее количество теплоносителя,  в сравнении с другими видами радиаторов

 При индивидуальном отоплении, теплонасосу необходимо перекачивать большие объемы теплоносителя и затрачивать больше ресурсов на свою работу.

 Маленькая теплоотдача

 Одна секция дает примерно 110 Вт. В сравнении с алюминиевыми, биметаллическими и прочими видами радиаторов этот показатель почти в два раза ниже.

Хрупкость

 Твердость и прочность чугуна, сопровождается хрупкостью радиатора на силовое динамическое воздействие. При неаккуратной транспортировке. Падении на твердую поверхность, могут образовываться микротрещины, которые станут расширяться и в отопительные сезон через них будет выступать жидкость. Устранять подобные повреждения очень трудно. Потому рекомендуется ответственно относится к транспортировке таких батарей. 

Эстетичная однотипность

 Физические свойства чугуна значительно усложняют промышленное литье из него  разнообразных форм, потому подавляющее их большинство имеет однотипную форму. Эксклюзивные же чугунные батареи мало доступны в ценовой категории и потому крайне редко встречаются в продаже.

  Алюминиевые батареи – это отопительные приборы, изготавливаемые из сплава алюминия  с  содержанием кремния в пропорции примерно 12 %. Такой состав сплава называется силумин. Изготавливаются двумя способами: методом литья и методом экструзии. Первый способ используется, как правило, для изготовления самого радиатора, второй способ применяется для изготовления отдельных деталей отопительного устройства. В современном строительстве данные радиаторы представлены несколькими разновидностями по составу и формам, но в целом данная категория радиаторов имеет общие достоинства и недостатки, и являются наиболее востребованными по ряду причин, о которых мы расскажем ниже в статье.   

Высокая теплопроводность

 Такое свойство и является основной причиной высокой популярности алюминиевых приборов. Свойства алюминия, который способен быстро нагреваться и сама плоская форма радиатора способствует отдаче большого количества тепла в помещение, за короткое время. Для нагрева помещения, после подачи теплоносителя достаточно 15 минут.

Легкий вес и небольшие размеры

 Масса одной секции варьируется от 0,8 кг до 1,4 кг, то есть один прибор, состоящий из 5 секций, в среднем будет весить 5-6 кг. Такой вес не создает сильной нагрузки на стену и не требует использование массивных крепежных конструкций, в отличие от чугунных изделий.  Ширина и глубина одной секции  составляет от 70 до 100 мм.

Долговечность

 Проверенный практикой гарантийный срок эксплуатации, который отмечает производитель, составляет от 10 до 15 лет. Однако на практике, радиатор служит дольше этого времени и может составляет 20-25 лет, в зависимости от интенсивности эксплуатации и отсутствия механических повреждений.

Компактность и эстетичность

 Небольшие размеры, как по глубине, так и по периметру, плоская и симметричная форма, современный дизайн, позволяет эстетично монтировать  алюминиевые радиаторы практически в любом интерьере. 

Хорошо подходят для автоматических систем отопления

За счет малого внутреннего объема секции, в батарею подается сравнительно небольшой объем теплоносителя, а так же свойство алюминия быстро нагреваться и остывать позволяет эффективно управлять температурой нагрева помещения. Такое свойство является преимуществом перед чугунными изделиями.

  Бюджетность

 Если сравнивать новые отопительные приборы, то алюминиевые батареи являются, одними из самых доступных в ценовой категории.

Коррозия

  Это главный недостаток, который следует отметить. Алюминий, как активный металл, хорошо вступает с окислительную реакцию с разного рода примесями в теплоноситель и другими металлами. С целью предотвращение повреждений и коррозии, производитель покрывает поверхность специальной защитной пленкой, однако в условиях центрального отопления, где в составе теплоносителя могут содержаться разного рода твердые частицы, высока вероятность повреждения защиты и начала коррозийных процессов. Процесс распада алюминия в десятки раз может увеличивать, имеющийся в системе, по тем или иным причинам энергетический потенциал. В таких случаях, радиатор в течении, одного сезона может полностью стать не пригодным к эксплуатации, как результат образования сквозных коррозийных отверстий. 

Газообразование внутри радиатора

 Коррозийные процессы могут приводить к газообразованию, выделению водорода внутри радиатора, такие газовые пробки повышают внутреннее давление и провоцируют разрыв или возникновение протечек на стыках секций. Потому не рекомендуется для централизованных, общих систем использовать алюминиевые радиаторы, или же если использовать, то с высоким уровнем прочности.  На образование водорода в алюминиевой системе влияет и чрезмерная кислотность или же щелочность теплоносителя, за которую рекомендуется периодически отслеживать. Алюминиевые батареи – это идеальные вариант для отопления отдельного, частного домовладения.

Недостаточная прочность

 Среднестатистический алюминиевый радиатор выдерживает давление от 10 до 15 атмосфер, при этом в системе центрального отопления многоквартирных домов, рабочее и опрессовочное давление может превышать данные показатели. Потому перед выбором вида батареи, рекомендуется обратится в управляющую компанию для уточнения данных параметров.  

Брак производства

  Часто встречаются секции с неравномерной толщиной стенок, это связано с особенностями производства. Опасность таких несоответствий состоит в том, что при резком скачке давления в системе происходит неизбежный разрыв металла. Различия в толщине стенок по диаметру может достигать несколько миллиметров.

   Как вывод можно отметить, что наиболее целесообразно и безопасно использовать алюминиевые радиаторы в автономной системе отопления, где можно отслеживать состав теплоносителя, давление в системе отопления. Кроме того, благодаря природным свойствам алюминия,  в системе можно быстро регулировать температуру нагрева помещения.

   Стальной радиатор – это состоящий из двух отштампованных стальных пластин, прибор отопления, с герметичными каналами для теплоносителя, образующимися в результате их герметичного соединения, в процессе производства.  Сам радиатор может состоять из нескольких, таких пластин, в зависимости от требуемой мощности, и закрываться декоративным, металлическим каркасом, с высоким уровнем теплоотдачи.  Стальная поверхность прибора покрывается фосфатами и эмалью, для антикоррозийной защиты. Изготавливаются как панельного так и трубчатого типа.

Высокий уровень теплоотдачи

 Данное свойство обусловленной физическими свойствами стали, которая быстро нагревается и также быстро отдает тепло в атмосферу. Средний показатель теплоотдачи, в зависимости от габаритов прибора колеблется в районе 1800 Вт. 

Легкий вес

 Преимуществом современных приборов отопления из стали является значительно облегченный вес, в сравнении с чугуном. Легкость достигается за счет тонкой стенки, до 1,8 мм, но при этом достаточно прочной для того чтобы выдержать давление отопительной системы.

Быстро нагревается и не «съедает» температуру теплоносителя

 Физическим свойством стали является быстрый нагрев и соответственно быстрая отдача тепла в пространство. Буквально через несколько минут после попадания теплоносителя в конвектор, будет ощущаться температурное изменение в  помещении. Важным свойством является тот факт, что сталь передает в атмосферу практически всю температуру теплоносителя, в то время как чугун, съедает от 10 до 20 Градусов, в зависимости от своей толщины.  

Низкая стоимость

 Такое достоинство можно отнести только к радиаторам панельного типа, а также к старому чугуну. Конечно, трубчатые приборы из стали, более затратные в производстве, потому дороже и как правило, используются для реализации определенной дизайнерской идеи. 

Легкость и удобство монтажа

  Простота устройства батареи и облегченный вес ( максимально до 5 кг)  позволяет самостоятельно монтировать прибор. Не требует установки специальных удерживающих подставок, как в случае с тяжелыми чугунными устройствами. Стальную батарею, выдерживает практически любой стеновой материал.

Хорошая совместимость с автоматизированными системами

 Высокая скорость нагрева и остывания позволяет более точно определять и контролировать температурный режим с помощью приборов системы.  

Разнообразие и эстетичность

 Развитее технологии производства стальных радиаторов, в настоящее время, позволяет подобрать прибор подходящей мощности под конкретное помещение и соответствующий интерьеру.  

Слабая устойчивость к коррозии

 После слива теплоносителя, для выполнения профилактических работ по его замене и прочим причинам, внутренняя стальная поверхность конвектора в считанные минуты начинает покрываться коррозийной пленкой. Это связано с незащищенностью внутренних поверхностей.

Короткий срок эксплуатации

 Производитель указывает срок службы до 15- 20 лет, для современных условий такой период можно отнести к достаточному периоду использования. Однако следует заметить, что отмеченный период стальная батарея выдержит при эксплуатации в щадящих условиях. По данному свойству уступает многим приборам.

Не выдерживает высокое давление

 Один из главных недостатков, который ограничивает радиатор для повсеместного использования. Максимальное давление, которое может выдержать мягкая сталь радиатора и сварные швы радиатора составляет 10 атмосфер. Такой показатель недостаточно высок для нестабильных централизованных систем отопления многоквартирных домов, где часто возникают скачки давления. Потому стальные приборы больше подходят и используются в частных домостроениях или же в домах с  наличием индивидуального теплового пункта, с помощью которого контролируется давление в системе.  

Не подходит для всех систем отопления

  В связи с неустойчивостью к резким перепадам давления не используется в многоквартирных и прочих домах, где имеется централизованная система отопления. 

Возможно отшелушивание внешнего покрытия

 Часто, производитель экономит на внешнем, защитном покрытии стальных батарей и потому хозяин нового прибора может столкнуться отслаиванием лакокрасочных материалов от поверхности секций, уже в первые месяцы эксплуатации.     

  Биметаллические радиаторы отопления – это комбинированные, гибридного типа приборы,  внутренняя часть которых изготавливается из устойчивой к меняющемуся давлению и к любому составу теплоносителя стали или меди, а внешний корпус из алюминия, которому свойственна  высокая скорость теплопроводности и теплоотдачи. Это один из самых популярных и надежных приборов в современном строительстве. Существуют их разные виды, в зависимости от комбинированных материалов ( медь — алюминий, сталь – алюминий), а так же в зависимости от комплектации (монолитные и секционные).    

Высокая теплоотдача

Некоторые модели могут похвастаться уровнем данного показателя до 190 кВт. Достигается такая теплоотдача благодаря алюминиевому корпусу.

Устойчивость к коррозии

 В связи с тем, что с теплоносителем контактирует непосредственно нержавеющая сталь, из которой изготавливаются теплопроводные каналы и коллектор, алюминиевые части батареи не подверженные коррозийным процессам, так как это проявляется в алюминиевых приборах. Исключением может быть влажная внешняя среда помещения и механические повреждения алюминиевого корпуса. Таким образом, значительно увеличивается и срок эксплуатации.  

 Выдерживает  высокое давление

 Прочные, стальные каналы для теплоносителя, выдерживают любые перепады давления и потому используются в централизованных системах отопления, где давление достигает 25- 40 атмосфер. Выдерживает гидравлические перепады до 60 атм. Подобной и большей  прочностью могут похвастаться только чугунные приборы.   

Небольшой вес

  Тяжелее алюминиевых, но намного легче чугунных и стальных батарей. Средний вес секции биметаллического радиатора составляет   от 1,5 до 1,7 кг. Что существенно облегчает монтаж и позволяет закреплять прибор практически на любом стеновом материале.

Хорошо совместимы с автоматизированными системами

 Быстрая скорость нагрева и остывания, позволяет с помощью приборов с высокой точностью контролировать температурный режим в помещении. 

Использует меньший объем теплоносителя, в сравнении с другими разновидностями

Совместимость с любым видом системы отопления

 Высокая прочность, быстрая теплоотдача, малый  объем теплоносителя, автоматизированная управляемость, позволяет использовать «биметалл» как в многоэтажных жилых домах, так и в частных больших и не больших домовладениях, с автоматизированными и централизованными обогревательными системами.  

Долговечность

Заявленный производителем и реальный срок эксплуатации биметаллических приборов составляет 20-25 лет. 

 Эстетичный внешний вид

 Простота дизайна и компактность, возможность использовать любую цветовую гамму позволяют гармонично совмещать данный вид радиаторов в самых изысканных интерьерах.

Стоимость

 Цена биметаллической батареи почти в два раза выше, в сравнении с алюминиевой, выше стоимость стального радиатора и намного выше классического и старого чугуна. Однако уступает современным медным и новым чугунным приборам. Такая стоимость оправдана долголетием, стабильной работой и хорошей адаптивностью к любой системе отопления. 

Возможность возникновения коррозийных процессов

 Данные процессы свойственны любому виду металла в той или иной степени. Стальные части прибора также со временем могут подвергаться таким физическим процессам, однако риск выхода из рабочего состояния и замены по этой причине до заявленного срока эксплуатации, крайне низок. Более подвержен коррозии алюминиевый корпус, как результат механического повреждений слоя защитного покрытия и частого контакта с влажностью в местах повреждения.

   Медные радиаторы – это одна из разновидностей приборов отопления конверторного, традиционного батарейного и биметаллического типов, которые  полностью выполняются из меди или производятся с частичным использованием элементов других металлов. Отличительной особенностью является обязательной наличие нагревательного элемента из меди. Самый эффективный по техническим и эксплуатационным характеристикам прибор, однако не самый доступный в ценовой категории. Рассмотрим его основные достоинства и недостатки.

Выдерживает высокое давление

 Без деформаций и повреждений медный сердечник и труба выдерживает 16-20 атм давления и гидроудары в централизованных системах до 50 атм. При этом, даже паянные места сохраняют отмеченную устойчивость.

Выдерживает более высокую температуру

 Существенным преимуществом является способность выдерживать рабочую температуру от 150 Градусов Цельсия. Отдельно взятая медная труба в системе отопления может выдержать до 300 Градусов. Такое свойство позволяет использовать медь для твердотопливных котлов.   

Высокая теплоотдача и быстрый нагрев

 Среди аналогов, имеет самый высокий показатель отдачи температуры нагрева. В сравнении с чугуном эффективность меди по теплоотдаче и скорости нагрева превосходит в 4 раза.  При  этом объем медной батареи, так же в несколько раз меньше чугунной. Данное свойство позволяет экономить ресурсы необходимые для нагрева теплоносителя и существенно экономит расходы на длительном промежутке времени.   

Устойчивость к химическим примесям

 Очистительные добавки в теплоносителе не образуют коррозийные налеты на медных стенках и сам металл не вступает в реакцию с химически активными веществами такими как хлор и прочие, что свидетельствует о высокой устойчивость к коррозии. Используется антифриз.

Выдерживает заморозку отопительной системы

 Относительно мягкую медь не разрушает замерзший в трубах теплоноситель, что является существенны плюсом для загородных домов в холодное время года, где всегда имеется риск размерзания системы при прекращении работы отопительного котла.    

 Малый вес

 Расширяет количество мест и материалов для монтажа. Небольшой вес дает возможность закреплять батарею на пористых и относительно мягких стеновых поверхностях, таких как газоблок и пеноблок.  

Подходит для любой системы отопления

 Способность меди выдерживать высокую температуру нагрева и перепады давления, а так же все, выше перечисленные достоинства и существенные преимущества перед другими видами нагревателей, позволяет применять медный прибор, как в многоквартирных домах с централизованным  отоплением, в частном домостроении с автоматизированной отопительной системой и даже с использованием твердотопливных коммуникаций отопления.    

Антибактерицидный эффект

 Природное свойство меди – благоприятно влиять на воду, обеззараживает воду, уничтожает отдельные виды бактерий,  и насыщает организм множеством полезных микроэлементов.

Долговечность и эстетичность

 Срок эксплуатации значительный и достигает от 50 до 60 лет, что превышает даже чугунные батареи.  Эстетичный обогревательный прибор из меди будет исправно служить не одному поколению жильцов дома. 

  Натуральный цвет медного радиатора, гармонично впишется в любой интерьер, такой прибор не нужно периодично перекрашивать, он нее покроется ржавчиной или коррозийным налетом. Достаточно редко очищать поверхность прибора от бытовых загрязнений, чтобы сохранить эстетичный внешний вид.  

 Стоимость

Медь, как природный ресурс, в любой сфере является недешевым металлом, и на строительном рынке все изделия, изготовленные из данного металла оцениваются заметно дороже, в сравнении со своими аналогами. Кроме того значительные преимущества в прочности, устойчивости к давлению, способность выдерживать высокие температуры и разморозку, а так же прочие, вышеперечисленные достоинства, увеличивают стоимость прибора по отношению к своим аналогам.

Нельзя использовать в сочетании с алюминием

 При постоянном контакте меди и алюминия возникает электрохимическая коррозия, которая существенно ускоряет разрушение меди.

Боится механических повреждений и механических примесей

 Мягкость меди не терпит абразивных веществ в системе отопления, внутренние стенки быстро стираются от таких примесей и приводят прибор в негодность. Рекомендуется аккуратно выполнять транспортировку и работы, с целью избежание внешнего механического повреждения. 

  Выбор устройств отопления на современном строительном рынке достаточно велик и предоставляет возможность подобрать прибор для любых типов помещения, систем отопления, под необходимую интенсивность использования и под любой бюджет. Каждый из аналогов имеет свои плюсы и минусы, обусловленные свойствами используемых металлов и конструкций устройства. Потому, чтобы понять, какая разновидность прибора подойдет именно Вам необходимо сопоставить свойства батареи и технические характеристики конкретного помещения, в котором планируется выполнять монтаж.    

конструкция и типы панельных обогревателей из стали для частного дома и квартиры, преимущества и слабые стороны отопительных батарей

Так уж устроены потребители, что всегда желают покупать продукцию высокого качества по символической цене с бесплатной доставкой и подарком от фирмы.

Желать и получать необходимое, это разные глаголы, но они вполне совместимы, когда приобретаются стальные радиаторы отопления.

В этом случае, действительно можно получить высококачественное изделие по адекватной цене с доставкой и подарком.

Конструкция и типы обогревателей из стали

Стальные батареи отопления бывают двух видов:

1. Панельные изделия, представляющие собой цельную конструкцию.
2. Трубчатые радиаторы, состоящие из секций.

Технология изготовления батарей отопления из стали у всех производителей практически одинаковая. Так называемые радиаторы стальные – штампованные изделия, изготовленные путем глубокого штампования поверхности металлического листа.

Производство включает в себя несколько этапов:

1. Высококачественную листовую сталь пропускают через пресс, который формирует на ее поверхности 2 горизонтальных канала вверху и внизу и вертикальные по 3 штуки на каждые 10 см длины. Они будут пропускать через себя теплоноситель после подключения к отопительной системе и являются, как преимуществом, так и недостатком стальных панельных систем.
2. Две штамповки соединяют при помощи роликовой сварки вместе, создавая тем самым панель. Именно она является основой этого типа батарей отопления.
3. Готовое изделие подвергают методу многоступенчатой окраски, в которую входит не только придание ему определенного цвета (чаще всего белого), но и обработка антикоррозийным средством, и финишным глянцевым покрытием. Эти манипуляции значительно увеличивают срок эксплуатации изделия.
4. Каждая панель оснащается набором монтажных устройств, и пакуется в специальную тару, оберегающую их от ударов при перевозке.

Так выглядит общая технология, по которой изготавливаются батареи панельного типа. Отличия у каждой фирмы могут состоять в толщине и качестве листовой стали, а так же материале, из которых делают комплектующие элементы для них.

Трубчатые стальные радиаторы состоят их двух коллекторов, расположенных внизу и верху и трубок между ними. Эти конструкции могут состоять из нескольких секций, количество трубок в них может варьироваться от 3-х до 6-ти.

Как панельные, так и секционные стальные отопительные радиаторы могут быть настенными и напольными, стандартными или вертикальными, а их мощность зависит от типа модели.

Типы панельных батарей

Все батареи этого класса можно разделить на 2 вида:

1. Панельные.
2. Панельно-конвекторные.

К первым относятся изделия, состоящие исключительно из панелей и делятся на типы 10, 20 и 30, где первая цифра указывает на их количество.

Ко второму виду причисляются модели, которые кроме панелей оснащены еще теплообменниками и среди них номера 11, 21, 22 и 33. В этом варианте первая цифра так же указывает на количество панелей, а вторая говорит, сколько при них оребрений.

Как показывает практика, чем больше панелей и конвекторов при них, тем мощнее радиатор, но это не единственный фактор, влияющий на их КПД.

Стальные радиаторы отопления: фото

Когда размер имеет значение?

Что касается панельных батарей из стали, то их мощность напрямую зависит от размера изделия. Чем панель больше, тем выше ее КПД и уровень теплоотдачи.

Таблица стальных радиаторов, предоставляемая производителем, позволяет подобрать оптимальный вариант изделия для каждого отдельного помещения с учетом его площади и возможных теплопотерь. Если взять за пример стальные радиаторы (фото это демонстрирует) с оребрением, которые сами по себе обладают хорошей теплоотдачей и проследить, насколько меняется их мощность в зависимости от длины и высоты, то можно сказать, что размер изделия очень важен при расчетах эффективности работы системы.

Например:

1. Для изделия типа 11 при высоте 500 мм и длине 400 мм теплоотдача равна 438 Вт, для типа 22 с теми же параметрами – показатель равен 823 Вт, а у 33-го – 1371.
2. Если взять те же типы радиаторов с такой же высотой, но при длине 2000 мм, то параметры будут 2191 Вт, 4115 Вт и 6399 соответственно.

Как видно из примеров, чем длиннее панель, тем выше уровень ее теплоотдачи. Зная, какой мощности требуется радиатор, можно с легкостью определить, какая у него должна быть длина.

Даже зная все параметры, которыми должен обладать идеальный стальной радиатор, нужно учитывать, что им свойственны не только плюсы, но и минусы, которые следует выяснить до монтажа системы.

Преимущества стальных радиаторов

Если изучить преимущества, которыми обладают эти изделия, то тут же возникнет желание их купить.

Действительно, их технические характеристики весьма впечатляют:

1. Их КПД составляет более 75%.
2. Высокий показатель теплоотдачи при низкой инерционности.
3. Малое количество теплоносителя внутри позволяет ему быстро нагреться, экономя владельцу до 35% энергозатрат.
4. Панельные батареи из стали полностью безопасны и экологически чистые, поэтому их часто используют в медучреждениях и детсадах.
5. Их стоимость – самое соблазнительное качество для потребителя.

Если в помещении проживает или бывает аллергик, то лучшим вариантом батарей станет модель, состоящая из одной или нескольких панелей без оребрения и защитных кожухов. Их легко мыть, а если приобрести специальный гигиенический тип радиатора, то пыль на него практически не будет оседать. Это связано с обработкой панелей специальным пылеотталкивающим покрытием.

Если рассмотреть трубчатые модели, то среди их преимуществ можно отметить следующие:

1. Они способны переносить перепады давления (до 15 Бар).
2. Эффектно смотрятся.
3. Средняя тепловая мощность таких изделий колеблется от 1200 Вт до 1600 Вт.

Как правило, трубчатые стальные батареи имеют сходство с чугунными, так как состоят из секций, но на этом их идентичность заканчивается. Стальные аналоги бывают разного типа – от напольных моделей, стоящих на изящных стильных ножках и привычных настенных, до вертикальных видов, которые не только обогревают помещение, но и являются его украшением.

Слабые стороны

Как указывают производители в техпаспортах изделий, больше всего по своей конструкции подходят панельные радиаторы стальные для частного дома.

Это связано с их недостатками:

1. Низкое сопротивление давлению. Как правило, большинство панельных батарей выдерживают напор в системе до 10 атмосфер при заявленных испытательных 13-ти. Все хорошо понимают, что в централизованной системе отопления давление может превышать данные показатели, а гидроудары достигать 15 атмосфер. Возможно за пару-тройку раз повышения напора, с ними ничего не случиться, но чем чаще гидроудары будут происходить, тем выше вероятность, что панели лопнут.
2. Качество теплоносителя для панельных систем так же очень важно. В частных домах такой проблемы, как загрязнение носителя не существует, так как этот процесс можно проконтролировать, тогда, как в централизованной системе этого сделать невозможно. Именно поэтому не пригодны панельные стальные радиаторы для квартиры. Узкие каналы внутри них быстро засоряются, что снижает эффективность их работы.

Эти минусы касаются исключительно панельных моделей и только при использовании их в многоквартирных домах с центральным отоплением. Для автономных систем, что панельные, что секционные батареи из стали – это лучший по цене и качеству вид обогревателей.

Как показывает многолетний опыт эксплуатации стальных радиаторов, они наиболее востребованные и популярные у российских потребителей.

Молекулярные выражения: электричество и магнетизм: термальная батарея

Тепловые батареи

Термические батареи относятся к группе первичных резервных батарей и используют неорганические солевые электролиты (непроводящие твердые вещества при температуре окружающей среды), для плавления которых требуются материалы.

Импульс энергии от внешнего источника активирует термальную батарею и воспламеняет пиротехнические материалы внутри батареи, расплавляя электролит.В свою очередь батарея становится токопроводящей и выдает большую мощность в течение короткого промежутка времени (от нескольких секунд до часа). Точный срок службы отдельных тепловых батарей зависит как от конструкции, так и от области применения.

Термобатареи имеют анод из щелочного или щелочноземельного металла, электролит из соли, катод из соли металла и источник тепла, который обычно располагается между элементами. Наиболее распространенным анодом для тепловых батарей является литий, хотя также используются металлический магний и кальций. Литий-металлические аноды используют связующее вещество из расплавленного лития, которое спрессовывается в фольгу и разрезается на части, соответствующие размеру ячейки. Кусочки фольги помещаются в чашку из железной фольги, которая также является коллектором электронов. Кроме того, чаша помогает предотвратить миграцию лития, которая потенциально может привести к короткому замыканию батареи.

Тепловые батареи часто используют расплавленную эвтектическую смесь хлорида лития и хлорида калия в качестве электролита. Смеси галогенидов предпочтительнее солей натрия из-за их более низких температур плавления.В тепловых батареях можно использовать несколько катодов, включая хромат кальция, дихромат калия, хромат калия, хромат свинца, оксиды металлов и сульфиды. Кроме того, теплоизоляция расположена на обоих концах пакета элементов, а батарея спроектирована так, чтобы оставаться герметично закрытой в течение всего срока службы.

Термические батареи, особенно хромат кальция, дихромат кальция/калия и хромат кальция/свинца, зависят от очень разных химических свойств. Дисульфид лития/железа имеет ряд преимуществ по сравнению с другими типами, включая устойчивость к условиям разряда от разомкнутой цепи до высоких плотностей тока, большой допустимый ток, высокую предсказуемость характеристик, простую конструкцию, устойчивость к изменениям обработки и стабильность в экстремальных динамических условиях. Поэтому этот вид термобатареи получил наибольшее распространение. Батарея с дисульфидом лития/кобальта обеспечивает лучшую стабильность при высоких температурах благодаря стабильности дисульфида кобальта до 650 градусов Цельсия.В кальциево-кальциевой хроматной батарее должна происходить как химическая, так и электрохимическая реакция. Эта батарея используется все меньше и меньше, так как все чаще используются более стабильные формы тепловой батареи.

имеют ряд преимуществ перед другими батареями. Их срок годности составляет более десяти лет без ухудшения характеристик. Они могут быть активированы мгновенно, чтобы обеспечить мощность в течение долей секунды, а их высокая пиковая плотность мощности превышает 10 Вт на квадратный сантиметр. Термоаккумуляторы устойчивы к агрессивным средам, работают при многих температурах, надежны при длительном хранении и не требуют обслуживания. Они герметичны, поэтому не выделяют газ, и, самое главное, они специально разработаны для острого напряжения, времени пуска и требований к конфигурации. К их недостаткам можно отнести очень короткое время работы (обычно менее 10 минут), низкую плотность энергии, температуру поверхности 230 градусов Цельсия и выше, нелинейное напряжение и одноразовое использование.

НАЗАД К БАТАРЕЯМ

Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.

© 1995-2021 автор Майкл В. Дэвидсон и Университет штата Флорида. Все права защищены. Никакие изображения, графика, программное обеспечение, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения владельцев авторских прав. Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми правовыми положениями и условиями, изложенными владельцами.

Этот веб-сайт поддерживается нашим

Последнее изменение: пятница, 13 ноября 2015 г., 13:19

Количество обращений с 1 июня 1999 г.: 40976

Тепловая батарея — обзор

Стремительное развитие мировой экономики и пагубное влияние парниковых газов требуют, чтобы исследования были сосредоточены на других альтернативных возобновляемых источниках энергии, таких как солнечная, ветровая, гидротермальная и т. д.Предполагается, что быстрорастущая мировая экономика в ближайшем будущем приведет к неизбежному истощению мировой энергетики. По оценкам, мировой спрос на энергию удвоится к середине века и утроится к 2100 году (Abbas et al., 2020). Это тревожное состояние потребления энергии ищет альтернативные системы хранения и преобразования энергии, которые удовлетворяют потребности в энергии по мере их возникновения. Электрохимические батареи, суперконденсаторы/псевдоконденсаторы и топливные элементы являются основными системами хранения и преобразования энергии, доступными в большинстве коммерческих приложений.Батареи, одно из наиболее показательных устройств для хранения энергии, можно разделить на первичные и вторичные в зависимости от обратимости их окислительно-восстановительных реакций. Первичные литиевые батареи не подлежат перезарядке из-за их необратимых электрохимических характеристик. Первичные батареи были разработаны в 1970-х годах, в том числе литий-оксид меди (Li//CuO), литий-йод (Li//(P ₂ VP)In) в 1972 году, литий-полиуглеродный монофторид (Li//( CF _x ) _n ) в 1973 г., оксид лития-марганца (Li//MnO ₂ ) в 1975 г. и система тепловой батареи на основе расплавленной соли (эвтектика LiCl-KCl) с использованием Li-Al анод из сплава FeS ₂ в качестве катода и т. д.Прогресс исследований за последние годы привел к стремительному развитию перезаряжаемых электрохимических батарей (вторичных батарей), которые находят широкое применение в нашей повседневной жизни. Он состоит из анода, катода, жидкого или твердого электролита и накапливает энергию в химическом заряде в материалах активного электрода (Abbas et al., 2020). Приложение тока или напряжения во время разряда приводит к электрохимической реакции, происходящей как на аноде, так и на катоде. Цепь завершается электронами, вытекающими из внешней цепи и собирающимися на катоде.Напротив, в процессе зарядки аккумулятора происходит обратное. Электрохимические батареи могут использоваться в различных приложениях, таких как транспорт, электронные гаджеты, энергоснабжение и т. д., благодаря их способности обеспечивать высокую плотность энергии в диапазоне 30–200 Втч·кг ^–1  и сравнительно низкую плотность мощности 800– 1000 Втч кг ^{− 1} (Лян и др., 2019). Существуют различные типы перезаряжаемых батарей с другими окнами активного напряжения, характерными для определенных приложений, например, свинцово-кислотные батареи (~ 2.0 В), литий-ионные аккумуляторы (~ 3,7 В), никель-кадмиевые аккумуляторы (1,0–1,3 В), никель-металлические гибридные аккумуляторы (1,0–1,3 В), натрий-ионные аккумуляторы (3,4 В) и т. д. ( Чен и др., 2009; Диас-Гонсалес и др., 2012). Из различных доступных типов наиболее часто используемыми батареями в широком диапазоне коммерческих секторов, включая гибридные электромобили (ГЭМ), военную и аэрокосмическую промышленность, портативные электронные устройства и т. д., являются литий-ионные батареи из-за их многочисленных преимуществ, таких как низкое техническое обслуживание, высокая циклируемость, большое потенциальное окно и низкий саморазряд по сравнению с другими (Yuan et al., 2017; Пистойя, 2014). За последние несколько десятилетий были проведены обширные исследования металло-ионных аккумуляторов для улучшения плотности энергии за счет использования катодов и анодов большой емкости и высоковольтных катодов, быстрых подходов к нанесению покрытия и упаковки, которые могли бы преодолеть ограничения стоимости (особенно литий-ионные аккумуляторы). 100 долларов США за кВтч), плотность энергии (> 200 Втч кг ^{− 1} ), срок службы (> 1000), удельная мощность и безопасность (Nazri and Pistoia, 2003). Тем не менее, анодные и катодные материалы имеют такие внутренние проблемы, как ограниченная электропроводность, медленная кинетика, химическая нестабильность при контакте с электролитом, низкая термическая стабильность в условиях неправильного обращения, высокая структурная деформация при длительном циклировании и низкая механическая прочность. для решения.В таблице 1 приведены сравнительные электрохимические характеристики различных аккумуляторов и суперконденсаторных устройств.

Таблица 1. Сравнительные электрохимические характеристики различных батарей и суперконденсаторных систем (Abbas et al., 2020).

			Напряжение (V)		0 Electrolyte	Зарядное хранение
LI / SO 2	2.95	ацетонитрил (ACN) -Libr-So 2	первичные батареи — необратимые readox явления
LI / SOCL 2	35	SOCL 2 -Lialcl 4
Li // (P 2 VP)	2,8	Lii
Li-Mno
3. 0	LICLO 4 в пропиленовый карбонат и диметоксиэтан
LI // (CF x ) п	2.8-3.3	LiasF	в бутиролактоне или либрейне 4 в пропиленовый карбонат и диметоксиэтан
1,5	LII, растворенный в пропиленовой карбонате или диоксолантере, или диметоксиэтан
Zn-mno 2	1.5	водной пасты NH 4 CL
2,5 м	4.5 MH 2 SO 4
Никель-металлогидрид	1.35	водный KOH
литий-ион	3.7	LIPF	в этилен, пропилен или диметилкарбонат или полимерные электролиты или твердые электролиты
натрий-ион	3. 4	NAPF 6 или NaCLO 4 в этилене, пропилене или диметилкарбонате
Активированный уголь (AC)/графен/УНТ	1,0 2,7	Вод. KOH или H 2 SO 4 1 M TEABF 4 в ACN	Суперконденсатор EDLC — нефарадеевский
AC/MnO 9 090 2,0	1 м Na 2 SO 4 4
RUO 2 / RUO 2	1.6	1 M NA 2 SO 4
AC / NICO 2 O 4	1.5	3 m KOH
		0	Рабочая температура (° C)	Выход (кВт)	(%)
alkaline	900-1000	10-100	10-100	6-100	6-100
	600-700	600-700	1-1000	≥ 40
Polymer Electrolyte Membrane	50–100	1–250	53–58
Метанол прямой	60–200	0. 001-100	40	40
фосфорной кислоты	150-200	50-1000	40-1000	40
Твердый оксид	600-1000	1-3000	35-45
Однослойные	550–750		97–98

Напротив, суперконденсаторы представляют собой класс устройств накопления энергии, дополняющий батареи, занимающий место между обычными конденсаторами и батареями.Архитектура устройства суперконденсатора состоит из положительного электрода, отрицательного электрода и электролита. Большинство коммерческих суперконденсаторов содержат активные материалы на основе углерода в среде водного или органического электролита, также известные как электрохимические двухслойные конденсаторы (EDLC). EDLC хранят заряд внутри двойного электростатического слоя, образованного притяжением ионов электролита на электродах противоположной полярности. Хранение заряда в суперконденсаторах не является объемным явлением, подобным батареям; вместо этого он ограничен поверхностью, что приводит к более низкой плотности энергии, но обеспечивает превосходную циклическую стабильность > 100 000 циклов.Однако накопленная энергия высвобождается намного быстрее, чем батареи, что делает ее превосходной по удельной мощности (200–10 000 Вт·кг·90 057 — 1 ) характеристикам (Abbas et al., 2020). За этот период появились суперконденсаторы с еще одним новым классом материалов, состоящим из оксидов металлов, сульфидов, нитридов и полимеров, которые подвергаются фарадеевским реакциям окисления/восстановления во время заряда-разряда, что приводит к улучшенному хранению заряда, чем EDLC, известные как псевдоконденсаторы (Pappu et al. , 2020). Псевдоконденсаторы ограничены их низкой электропроводностью и плохой стабильностью цикла; следовательно, огромные исследования сосредоточены на модуляции комбинированных свойств материалов EDLC и псевдоконденсаторов для достижения плотности энергии, сравнимой с батареями, при сохранении положительных свойств высокой плотности мощности и превосходной циклической стабильности. Механизм накопления заряда в псевдоконденсаторах можно в целом разделить на три различные категории, а именно: (а) при потенциальном осаждении, когда при значительном превышении окислительно-восстановительного потенциала ионов металла на другой металлической поверхности образуется адсорбированный монослой ионов, (б ) окислительно-восстановительная псевдоемкость — когда ионы адсорбируются вблизи или на поверхности активного окислительно-восстановительного материала и участвуют в обратимых окислительно-восстановительных реакциях и (c) интеркаляционная псевдоемкость — возникает в результате интеркаляции-деинтеркаляции ионов электролита без каких-либо кристаллографических фазовых изменений наряду с фарадеевскими участие передачи заряда.С другой стороны, топливный элемент представляет собой устаревшую технологию преобразования энергии, которая напрямую производит электрическую энергию путем химического преобразования энергии, что обеспечивает высокую эффективность преобразования энергии. Важные компоненты топливного элемента включают анод, катод, электролит и катализатор. Катализатор на аноде диссоциирует водород на катионы и электроны, а катализатор на катоде рекомбинирует водород и кислород с образованием воды. Однако он имел ограниченное применение в транспортном секторе, компьютерах, мобильных устройствах и крупномасштабных энергетических приложениях (Perry and Fuller, 2002).В зависимости от типа топлива, рабочих температур, эффективности и электролитов топливные элементы в целом подразделяются на семь типов, как указано в таблице 1, а на рис. 1 показана классификация различных систем хранения и преобразования энергии, которые в настоящее время исследуются.

Рис. 1. Классификация различных электрохимических систем накопления и преобразования энергии (Abbas et al., 2020).

Тепловые батареи

Характеристики

Это одноразовые высокотемпературные гальванические элементы, также называемые резервными батареями.

Они содержат электролит на основе соли металла, который не проводит электропроводность в твердом состоянии при температуре окружающей среды, но является отличным ионным проводником в расплавленном состоянии.

Включаемые пиротехническим зарядом, они обеспечивают высокую мощность в течение короткого периода времени. (От нескольких десятков секунд до 20 минут и более)

Они прочны и безопасны, имеют неограниченный срок годности при хранении, что делает их идеальными для применения в военных целях.

Типичный химический состав – литий Дисульфид железа. Электролит обычно представляет собой эвтектическую смесь хлоридов лития и калия.

Выходная мощность варьируется от нескольких ватт до нескольких киловатт.

Преимущества

Способен выдерживать серьезные механические нагрузки ускорения, ударов, вибрации и вращения

Прочный

Надежный

Сейф

Высокая мощность и плотность энергии

Мгновенная активация

Активные химические вещества инертны до активации

Длительный срок хранения в неактивированном виде — до 20 лет

Без обслуживания

Конструкция может быть оптимизирована по мощности или емкости.

Недостатки

Рабочая температура от 400 до 700°C должна поддерживаться пиротехническим зарядом на протяжении всего времени применения. Нужна изоляция для сохранения тепла после активации.

Приложения

Военное применение

Ракеты

Системы вооружения

Затраты

Дорогой

Биотермическая батарея

Низкотемпературные маломощные устройства, использующие наноразмерные материалы и полупроводниковую технологию для преобразования тепловой энергии, вырабатываемой человеческим телом, в электрическую энергию.

Полученная мощность может использоваться для непрерывной подзарядки аккумуляторов для устройств средней мощности или для питания устройств с низким энергопотреблением, таких как кардиостимуляторы.

Долгая жизнь.

Можно имплантировать.

Низкая эффективность преобразования энергии из-за низкой рабочей температуры.

Использование ограничено приложениями с низким энергопотреблением.

BU-806a: Как нагрев и нагрузка влияют на срок службы батареи

Узнайте о температуре и о том, как система «старт-стоп» сокращает срок службы стартерной батареи

Тепло убивает все аккумуляторы, но высоких температур не всегда можно избежать. Это в случае с аккумулятором внутри ноутбука, стартерным аккумулятором под капотом автомобиля и стационарными аккумуляторами в жестяном укрытии под жарким солнцем. Как правило, каждое повышение температуры на 8°C (15°F) сокращает срок службы герметичной свинцово-кислотной батареи вдвое.Это означает, что батарея VRLA для стационарных приложений, срок службы которой составляет 10 лет при температуре 25°C (77°F), прослужит только 5 лет при постоянном воздействии температуры 33°C (92°F) и 30 месяцев при постоянном хранении в пустыне. температура 41°C (106°F). Если батарея повреждена теплом, ее емкость не может быть восстановлена.

Согласно исследованию режима отказа BCI 2010 года, стартерные батареи стали более термостойкими. В исследовании 2000 года повышение температуры на 7 ° C (12 ° F) повлияло на срок службы батареи примерно на один год; в 2010 году допустимая температура была увеличена до 12 ° C (22 ° F).Другие статистические данные показывают, что в 1962 году стартерная батарея работала 34 месяца; технические усовершенствования увеличили ожидаемую продолжительность жизни в 2000 году до 41 месяца. В 2010 году BCI сообщила, что средний возраст стартерных батарей составляет 55 месяцев, при этом на более прохладном севере этот показатель составляет 59 месяцев, а на более теплом юге — 47 месяцев. Разговорные свидетельства в 2015 году показали, что батарея, хранящаяся в багажнике автомобиля, прослужила на один год дольше, чем если бы она находилась в моторном отсеке.

Срок службы батареи также зависит от активности, и срок службы сокращается, если батарея подвергается нагрузке с частыми разрядами.Проворачивание двигателя несколько раз в день создает небольшую нагрузку на стартерную батарею, но это меняет принцип старт-стоп микрогибрида. Микрогибрид выключает двигатель внутреннего сгорания (ДВС) на красный сигнал светофора и перезапускает его, когда движение возобновляется, в результате чего получается около 2000 микроциклов в год. Данные, полученные от производителей автомобилей, показывают падение мощности примерно до 60 процентов после 2 лет использования. Для увеличения срока службы автопроизводители используют специальные системы AGM и другие системы (см. BU-211: Альтернативные аккумуляторные системы)

.

На рис. 1 показано падение емкости со 100 процентов до примерно 50 процентов после того, как батарея подверглась воздействию 700 микроциклов. Имитация старт-стоп теста была проведена в лабораториях Cadex. CCA остается высоким и показывает снижение только примерно после 2000 циклов.

Рис. 1. Падение емкости стартерной батареи в конфигурации «старт-стоп» ^[1]
Через 2 года эксплуатации емкость падает примерно на 50 процентов. Аккумулятор AGM более надежен.

Метод испытаний:

Батарея была полностью заряжена, а затем разряжена до 70 %, что напоминает SoC микрогибрида в реальной жизни.Затем аккумулятор был разряжен током 25 А в течение 40 секунд, чтобы имитировать выключенный двигатель при включенных фарах. Для имитации запуска и вождения аккумулятор был кратковременно разряжен при токе 400 А, а затем перезаряжен. CCA был получен с помощью Spectro CA-12.

При последовательном соединении напряжение каждой ячейки должно быть одинаковым, и это особенно важно в больших стационарных аккумуляторных системах. Со временем отдельные элементы выходят из строя, но применение уравнительного заряда каждые 6 месяцев или около того должно вернуть элементы к одинаковым уровням напряжения. (См. BU-404: Уравнительный заряд.) Что делает эту услугу такой сложной, так это предоставление правильного средства правовой защиты для каждой ячейки. В то время как выравнивание будет стимулировать нуждающиеся клетки, здоровая клетка будет подвергаться стрессу, если выравнивающий заряд применяется небрежно. Гелевые и AGM-аккумуляторы менее восприимчивы к перезарядке, чем залитые версии, и к ним применяются другие условия выравнивания.

Залитые свинцово-кислотные аккумуляторы являются одной из самых надежных систем и хорошо подходят для жаркого климата. При хорошем уходе эти батареи служат до 20 лет.К недостаткам можно отнести необходимость полива и хорошего проветривания.

Когда в 1980-х годах были введены VRLA, производители заявляли, что ожидаемый срок службы такой же, как у затопленных систем, и телекоммуникационная отрасль была склонна перейти на эти необслуживаемые батареи. К середине 1990-х годов стало очевидно, что срок эксплуатации ВРЛА не соответствует затопленному типу; типичный срок службы VRLA составляет 5–10 лет, что составляет менее половины затопленного эквивалента. Кроме того, было замечено, что воздействие на батареи VRLA температур выше 40°C (104°F) может привести к тепловому разгону из-за высыхания.

Неисправности автомобильных аккумуляторов в Северной Америке

В 2005 году Douglas, East Penn., Exide Technologies и Johnson Controls провели исследование режимов отказа. Пул образцов батарей включал 2681 батарею, протестированную в период с 2003 по 2004 год. Основные моменты включают:

• Срок службы батареи в среднем составил 50 месяцев. Это улучшение по сравнению с предыдущими годами, когда было всего 41 месяц (2000 г.) и 34 месяца (1962 г.). Улучшенные материалы продлевают срок службы батареи.
• Северные и южные районы Северной Америки имеют разную продолжительность жизни.Батареи в более теплом климате разряжаются раньше, чем в более прохладных регионах. См. Рисунок 2 .
• Короткое замыкание ячеек и сбои в сети являются основными причинами сбоев аккумуляторов в этом обзоре.

Рис. 2. Режим отказа в зависимости от региона и температуры ^[2]
Батареи, используемые в северной части Северной Америки, служат дольше, чем батареи на юге.

Неисправность аккумуляторной батареи в Европе

На Рисунке 3 показано распределение отказов более чем 800 стартерных аккумуляторов AGM, проведенное Johnson Controls Power Solutions EMEA.Результаты были представлены на выставке AABC Europe 2017 в Майнце, Германия.

Рис. 3: Анализ видов отказов в Европе ^[3]
Крупнейшим отказом является массовый износ в зависимости от использования, отражающийся в уменьшении емкости и повышении внутреннего сопротивления.

В таблице 1 приведены причины отказа, полученные в результате исследования JCI.

Соотношение	Причина	Диагностика
47. 8%	Массовый износ, нормальная эксплуатация	Потеря емкости, повышение сопротивления. Оценка емкости наиболее предсказуема
23%	Батарея разряжена	Использование вольтметра в разомкнутой цепи, когда батарея разряжена
14,6%	Неисправность не обнаружена	Более совершенные методы испытаний возвращают эти батареи в эксплуатацию
12,5%	Высокое внутреннее сопротивление	Может быть идентифицирован с помощью тестеров батарей, измеряющих внутреннее сопротивление
1.6%	Контейнер поврежден	В большинстве случаев ремонту не подлежит
0,5%	Производственный брак	Производители утверждают, что большинство гарантийных причин вызваны пользователем.

Таблица 1: Процентная доля причин отказа более 800 аккумуляторов AGM по истечении срока службы

Вышеупомянутое исследование JCI, определяющее окончание срока службы аккумуляторов, дает результаты, аналогичные результатам теста, проведенного немецким производителем автомобилей класса люкс примерно в 2007 г. с участием 175 стартерных аккумуляторов.В этом тесте батареи, вышедшие из строя из-за перегрева (высокое внутреннее сопротивление), были исключены, а результаты были нанесены на график (рис. 4 ). Горизонтальная ось представляет емкость; внутреннее сопротивление, соответствующее CCA, отложено по вертикальной оси. CCA измеряли в соответствии со стандартами DIN и IEC.

Окончание срока службы большинства батарей происходит при переходе через линию емкости, расположенную слева от зеленого поля в Рисунок 4 . Очень немногие батареи вышли из строя из-за падения через линию CCA.Исчезновение емкости происходит при нормальном использовании в основном из-за потери активной массы. Вспомогательное питание, такое как старт-стоп, нагревательные элементы и механическое управление дверью, ускоряют потерю мощности. Повышенное внутреннее сопротивление является побочным эффектом активной потери массы, но оценка емкости является более надежным предиктором окончания срока службы. Это выделено серой точкой с сидящими батареями. См. также: BU-806: Отслеживание емкости и сопротивления батареи в рамках процесса старения

Рис. 4: Емкость и CCA 175 устаревающих стартерных аккумуляторов

Большинство аккумуляторов проходят через линию емкости; немногие терпят неудачу из-за низкого CCA.Аккумуляторы устанавливались на багажнике и эксплуатировались в умеренном климате.

Примечание: Тест был проведен немецким производителем автомобилей класса люкс. Аккумуляторы, поврежденные тепловым воздействием, были устранены.

Метод испытаний: Емкость и CCA были испытаны в соответствии со стандартами DIN и IEC.

Комментарии

Некоторые производители тестеров аккумуляторов заявляют, что измеряют емкость, считывая только внутреннее сопротивление. Рекламные функции, выходящие за рамки возможностей оборудования, сбивают промышленность с толку, заставляя поверить в то, что сложные тесты можно проводить с помощью базовых методов. Приборы, основанные на сопротивлении, могут идентифицировать умирающую или разряженную батарею, но то же самое может сделать и пользователь по плохой производительности запуска. См. также BU-905: Проверка свинцово-кислотных аккумуляторов

.

---

Каталожные номера

^[1] Предоставлено Cadex, 2010
^[2] Источник: Исследование, проведенное Douglas, East Penn., Exide Technologies и Johnson Controls Controls Power Solutions EMEA на выставке AABC Europe 2017 в Майнце, Германия

Батарейки в портативном мире

Материал по Battery University основан на обязательном новом 4-м издании « Аккумуляторы в портативном мире — Справочник по перезаряжаемым батареям для не инженеров », который доступен для заказа через Amazon.ком.

CR (термостойкая литий-диоксидмарганцевая батарея монетного типа) | Первичные батареи | Бизнес Макселл

Характеристики

Широкий диапазон рабочих температур: -40 град.

С до +125 град. Батареи C
CR2450HR-Ex можно использовать даже при температуре до 150 град. C, в зависимости от других условий*.

Превосходные характеристики герметичности даже при высоких температурах и ускорениях.

Можно использовать даже при нагрузке до 2000G, что эквивалентно движению со скоростью 300 км/ч.

Электрические характеристики сохраняются после длительного воздействия высокой температуры и влажности.

*При использовании при температуре выше 85 град. C, пожалуйста, проконсультируйтесь с Maxell заранее, чтобы узнать об условиях использования.

Строительство

Принцип и реакции

Литий-диоксид-марганцевая батарея монетного типа использует диоксид марганца (MnO2) в качестве положительного активного материала, литий (Li) в качестве отрицательного активного материала и органический электролит.

Характеристики хранения при высоких температурах

Очень незначительное ухудшение емкости из-за высокой температуры хранения 80 град. C, по сравнению с другими батареями CR.

Характеристики хранения при высокой температуре/влажности

Очень незначительное ухудшение внутреннего сопротивления из-за высокой влажности (60°C/90%RH) по сравнению с другими батареями CR.

Характеристики высокоскоростного разряда

Приложения

• -TPMS (система контроля давления в шинах)
• -ETC (электронные системы взимания платы за проезд)
• — Системы бесключевого доступа
• — Датчики положения сиденья
• — Теги связи, маяки
• — Регистраторы данных температуры (регистраторы температуры HACCP)
• — Метки логистики
• -FA tools (Измерительные приборы, бортовые микрокомпьютеры, датчики)
• Датчики IoT

Технические характеристики

*1 Номинальная емкость указывает время, пока напряжение не упадет до 2.0В при разряде при номинальном токе разряда при 20 град. С.

*2 При использовании этих батарей при температуре выше 85 град. C, пожалуйста, проконсультируйтесь с Maxell заранее, чтобы узнать об условиях использования.

*3 Размеры и вес указаны для самой батареи, но могут варьироваться в зависимости от характеристик разъема и других факторов.

*4 Эквивалентно ускорению при движении со скоростью 300 км/ч при установке на 17-дюймовое колесо

Компоненты, признанные UL

Жаростойкая литий-диоксид-марганцевая батарея монетного типа имеет сертификат UL (Underwriters Laboratories Inc.) узнаваемый компонент. (заменяемый техником)

Распознанная модель: CR2450HR, CR2450HR-Ex, CR2050HR, CR2032HR, CR2032HRS
Номер сертификата: Mh22568

О термостойких батареях Maxell CR

Батареи

Maxell Heat Resistant CR (литий-диоксид-марганец) доступны только производителям оборудования в качестве встроенной детали. Поэтому Maxell не поставляет эти батареи для замены непосредственно пользователям оборудования. Если необходимо заменить встроенные термостойкие батареи CR, обратитесь к производителю оборудования. Если вы планируете использовать батареи Maxell Heat Resitant CR в своем оборудовании в качестве встроенной детали, свяжитесь с Maxell.

-Данные и размеры не гарантируются. Для получения более подробной информации, пожалуйста, свяжитесь с нами в ближайшем офисе Maxell.
-Содержимое этого веб-сайта может быть изменено без предварительного уведомления.

Меры предосторожности

При неправильном использовании эта батарея может деформироваться, протечь (жидкость внутри батареи может вытечь наружу), выделить тепло, взорваться или воспламениться.
Поскольку такое неправильное использование может привести к травме или отказу оборудования, обязательно прочтите и соблюдайте [Предупреждения и предостережения].

Энтропия и тепловыделение литиевых элементов/аккумуляторов

1. Введение

В соответствии с законами термодинамики энергия Гиббса представляет собой максимально возможную работу без расширения, совершаемую замкнутой системой в процессе с постоянными температурой и давлением. В замкнутой электрохимической системе выходом работы без расширения является электрическая энергия, поэтому при преобразовании химической энергии в электрическую энергию в обратимом процессе электрическая энергия равна энергии Гиббса, т. е. Δ G = – nFE .При преобразовании химической энергии в электрическую в необратимом процессе электрическая энергия меньше энергии Гиббса, т. е. nFE < –Δ G . Остаточная энергия Гиббса преобразуется в тепловую энергию. ^{[ 1 ]}

Во втором законе термодинамики энтропия представляет собой экстенсивную функцию состояния при обратимом процессе: d S ≡ d q / T , поэтому при обратимом процессе при постоянной температуре и давлении

и в замкнутой электрохимической системе Δ S = –Δ G / T = нФ ( E / T ).Тогда в замкнутой электрохимической системе тепловыделение Q = T Δ S = nFT ( E / T ) при обратимом процессе.

Основываясь на законах термодинамики, теоретический потенциал электрохимической системы можно рассчитать на основе данных об энергии Гиббса, а максимальная электрическая энергия, которая может быть доставлена ​​химическими веществами, хранящимися внутри или подводимыми к электродам в клетке, зависит от изменение энергии Гиббса Δ G электрохимической пары.Открытый потенциал клетки может быть получен экспериментально и меньше или равен теоретическому потенциалу. Как теоретический потенциал, так и открытый потенциал определяются типом электрохимических пар и электролитом, содержащимся в ячейке.

В практических элементах желательно, чтобы вся энергия Гиббса могла быть преобразована в полезную электрическую энергию во время разряда. Однако потери энергии из-за поляризации происходят при прохождении через ячейку тока нагрузки, сопровождающего электрохимические реакции.

Наиболее важным фактором, влияющим на потери энергии в клетке, являются поляризации. К суммарным поляризациям ячейки относятся: ( i ) Омическая поляризация, вызывающая падение напряжения при работе, а также расходующая часть полезной энергии в виде отходящего тепла. Полная омическая поляризация ячейки представляет собой сумму поляризаций, вызванных ионным сопротивлением электролита, электронными сопротивлениями электродов, токосъемников и электрических выводов обоих электродов, а также контактным сопротивлением между активными материалами и токосъемниками. .Омическая поляризация следует закону Ома с линейной зависимостью между током и падением напряжения. (ii) активационная поляризация, которая запускает электрохимическую реакцию на границе раздела электрод/электролит, и (iii) концентрационная поляризация, которая возникает из-за разницы концентраций между реагентами и продуктами на границе раздела электрод/электролит и разницы концентраций на границе раздела электрод/электролит. массы в результате массообмена.

Все эти поляризации вызывают потребление энергии Гиббса, которая выделяется в виде тепловой энергии в процессе заряда-разряда.

В литиевых элементах активные материалы являются пористыми, что позволяет вводить ионы лития в них или извлекать из них в процессе заряда-разряда, поэтому поляризация литиевых элементов более сложная, а выделение тепла в литиевых элементах также больше сложный из-за тепла, выделяемого при каждом физическом процессе.

Литиевые элементы имеют высокую удельную энергию, поэтому энергия Гиббса в элементах высока. Они будут генерировать высокую тепловую энергию, сопровождающую процесс преобразования энергии Гиббса в полезную электрическую энергию.Если такая тепловая энергия не может быть рассеяна, температура закрытого литиевого элемента/батареи повышается, что может повлиять на рабочие характеристики элемента/батареи.

Кроме того, из-за высокой энергии Гиббса в литиевых элементах, если происходят побочные реакции, больше тепловой энергии преобразуется из энергии Гиббса, повышая температуру. Когда температура литиевых элементов достаточно высока, чтобы вызвать разложение электродов или электролитов, может произойти авария.

Поэтому исследования энтропии в литиевых элементах были сосредоточены на оценке тепла и оценке деградации элементов, поскольку энтропия является обширной функцией состояния.Исследования тепла в литиевых элементах были сосредоточены на оценке и измерении тепла. Основываясь на оценке тепла и точных измерениях, управление литиевыми элементами/батареями/системами и управление ими могут осуществляться бесперебойно, а несчастных случаев может быть меньше. ^{[ 2 ]}

2. Энтропия 2.1. Определение энтропии

Согласно законам термодинамики, в замкнутой электрохимической системе Δ S = –Δ G / T = нФ ( E / T ), поэтому изменение энтропии (Δ E / T ) S ) можно получить через наклон напряжения холостого хода (OCV) в зависимости от температуры.Изменение энтропии обычно можно определить потенциометрическим методом. ^{[ 3 ]} В таком методе элемент разряжается до желаемого состояния заряда (SOC), и после релаксации напряжение холостого хода становится равновесным, затем элемент подвергается ступенчатому изменению температуры, во время которого контролируется напряжение холостого хода. Типичные результаты потенциометрического метода включают кривую соответствующих OCV в зависимости от температуры и линию наклона графика зависимости OCV от температуры (рис. 1).

Рис. 1.

	Рис. 1. Кривые соответствующих OCV в зависимости от температуры при различных SOC/C клеток. (а) SOC=0,122; (б) SOC=0,458; (в) SOC=0,644; (г) SOC=0,813.

Недавно Шмидт и др. . разработал метод спектроскопии электротермического импеданса для определения изменения энтропии, при котором времена измерения могут быть в 100 раз короче, чем при потенциометрическом методе. ^{[ 4 ]} Точность этого метода аналогична точности потенциометрического метода. В спектроскопии электротермического импеданса можно использовать взаимосвязь между тепловым потоком внутри ячейки и результирующим изменением температуры, используя источник синусоидального тока. Когда известна функция теплопередачи (тепловой импеданс) и измерена температура поверхности, можно рассчитать тепловой поток внутри ячейки. Изменение энтропии (Δ S ) можно рассчитать через линейную функцию между тепловым потоком и умножением тока на энтропию.Δ S в ячейках LiFePO ₄ , определенные обычным потенциометрическим методом и с помощью спектроскопии электротермического импеданса, показали сходное поведение и находятся в хорошем соответствии. Однако наблюдался гистерезис Δ S из-за наложения зарядного и разрядного тока.

2.2. Применение в оценке тепла

Выделение тепла литиевыми элементами в процессе заряда и разряда можно отнести к двум основным источникам: обратимому теплу и необратимому теплу.Необратимая теплота является сложной и описывается в различных формах в различных моделях оценки теплоты, но обратимая теплота последовательно описывается как ) во всех моделях для измерения тепла.

В типичной электрохимико-термической модели ^{[ 5 ]} обратимая скорость тепловыделения описывается как

где a _{s , j} — удельная межфазная поверхность электрода, _{n , j} – поверхностная плотность тока, E _j – потенциал холостого хода электродной реакции, N – отрицательный электрод, p .

В типичной эквивалентной схеме – тепловой модели ^{[ 6 ]} обратимая скорость тепловыделения описывается как

, где I представляет ток.

Следовательно, обратимая скорость тепловыделения может быть легко рассчитана по изменению энтропии или изменению d E /d T .

2.3. Применение в оценке деградации

Если состояния электрода или электрохимической системы изменяются, энтропия должна изменяться одновременно, поскольку энтропия является экстенсивной функцией состояния.Следовательно, изменение энтропии можно применять для характеристики изменений структуры электродов и оценки состояния элемента/батареи. Язами и др. . исследовал энтропийную кривую и кристаллическую структуру интеркалированного литием графита. ^{[7, 8]} Кривая энтропии показывает резкое повторное увеличение при x = 0,5 в Li _x C ₆ в ответ на переход от хорошо упорядоченного соединения стадии 2 LiC ₁₂ в хорошо упорядоченное соединение стадии-1 LiC ₆ , а наличие промежуточной фазы (фаз) между двумя стадиями интеркаляции с высоким содержанием лития подтверждается in situ XRD и спектрами комбинационного рассеяния во время интеркалирования иона лития в графит. Кроме того, отрицательное значение энтропии интеркаляции при x > 0 : 25 в Li _x C ₆ объясняется тем, что частота колебаний атомов лития в графите выше, чем в металлическом литии. Лу и др. . Исследован изменения энтропии LIMN ₂ O ₄ , LI _1.156 MN _1,844 O ₄ , а LI _1.06 MN _1.06 MN _1.05 al _0,05 o ₄ катодных материалов в половине -клеточные системы. ^{[ 9 ]} Результаты показывают, что профили энтропии различных шпинельных катодов во время циклирования хорошо коррелируют с фазовым переходом и изменениями порядка/беспорядка.

Кроме того, Махера и Язамиа разработали метод оценки состояния деградации литий-ионных элементов с помощью энтропии и термодинамического поведения. Они исследовали влияние перезарядки, циклического старения и теплового старения на энтропию литий-ионных аккумуляторов с использованием катодов из оксида лития-кобальта и графитовых анодов. Энтропия резко меняется в зависимости от приложенного напряжения отсечки (4,2–4,9 В). Эти изменения хорошо коррелируют с ухудшением кристаллической структуры катода и анода. ^{[ 10 ]} С увеличением числа циклов энтропия показывает более значительные изменения, чем те, которые наблюдаются на кривых разряда и потенциала холостого хода, особенно при определенных состояниях заряда и значениях потенциала холостого хода. Эти различия объясняются более высокой чувствительностью энтропийных функций состояния к изменениям кристаллической структуры катода и анода, вызванным циклическим старением. ^{[ 11 ]} Кроме того, энтропия показывает более очевидные изменения со временем старения, чем потенциал разомкнутой цепи, когда клетки хранятся при 60 °C и 70 °C. ^{[ 12 ]} Таким образом, они предполагают, что энтропию можно использовать для характеристики уровня деградации электродных материалов и, следовательно, для оценки состояния здоровья клетки (SOH). Кроме того, Wu et al. предполагают, что дифференциальная термовольтамперометрия (d T / d V ) может использоваться для отслеживания деградации литий-ионных аккумуляторов. ^{[ 13 ]}

3. Тепловыделение

Основными исследованиями тепловыделения являются исследования процессов и механизмов, помимо побочных реакций (реакций разложения) в литиевых элементах и ​​тепловой энергии, преобразованной из энергии Гиббса в каждом физический процесс и электрохимический процесс.

3.1. Процесс зарядки-разрядки

Оценка нагрева необходима для управления температурным поведением батареи в масштабируемых системах и для повышения эффективности систем охлаждения.Количественные измерения и тепловые расчеты являются полезными способами оценки тепла.

3.1.1. Количественные измерения тепловыделения

Калориметр ускоренной скорости (ARC), ^{[ 14 – 17 ]} , калориметр теплопроводности ^{[ 18 ]} и изотермический калориметр ^{[ 19 ]} использовались в исследованиях тепловыделения во время зарядки. -увольнять. В тесте ARC тепло не передается в окружающую среду, поэтому вся высвобождаемая энергия реакции относится только к самонагреву батареи.С другой стороны, как в калориметре теплопроводности, так и в изотермическом калориметре тепло, выделяемое во время заряда-разряда, передается количественно. Количественные измерения тепловыделения литиевых элементов важны для управления температурным режимом масштабируемых аккумуляторных систем.

Selman и др. С помощью прибора были измерены ячейки Panasonic (тип CGR 18650H), Sony (тип US18650), A&T (тип 18650) и x-18650 (LiCo _0,2 Ni _0,8 O ₂ и графит в качестве катода и анода соответственно) при Скорость заряда/разряда C/6 с использованием ARC. ^{[ 14 ]} Сайто измерил элементы Sony (тип US14500, LiCoO ₂ и твердый углерод в качестве катода и анода соответственно) при скорости разряда C/5, используя калориметр теплопроводности двойного типа. ^{[ 18 ]}

3. 1.2. Тепловые расчеты

Расчеты тепловыделения при заряде-разряде получены с помощью моделей литиевых элементов/аккумуляторов. Среди них наиболее распространены схемно-тепловые модели замещения и электрохимико-термические модели.

В эквивалентных схемотехнических моделях литиевые элементы представлены схемами, состоящими из традиционных электрических компонентов.Тепло, выделяющееся при зарядке-разрядке, делится на обратимое тепло ( Q _обр ) и необратимое тепло ( Q _обр ). Реверсивное тепло ( Q _REV ) рассчитывается путем изменения энтропии (δ S ): Q _REV = T δ S = NFT ( E / T ), как обсуждалось выше. Существует два распространенных метода расчета необратимого тепла ( Q _{нереверс} ). ^{[ 20 , 21 ]} Рассчитывается через омическое тепло: Q _{безвозврат} = I ² R , в котором R изменяется при изменении состояний ячеек, режима работы и условий окружающей среды , такие как SOC, циклы, плотность тока, температура и т. д. ^{[ 20 ]} Другой метод заключается в расчете через сохранение энергии и напряжение: E _cur ), где E — теоретический потенциал клеточной системы, а E _cur — фактический потенциал с током. ^{[ 21 ]} Тепловые расчеты с использованием эквивалентной схемы – тепловых моделей являются краткими, поэтому они используются в большинстве систем управления теплом, а точность результатов зависит от сложности моделей.

Чой и др. рассчитал выделение тепла ионно-литиевыми элементами, используемыми в системах гибридных электромобилей (HEV), чтобы разработать простую модель для описания теплового поведения системы литий-ионных аккумуляторов с воздушным охлаждением, предложенную с точки зрения разработчика компонентов транспортного средства. Посмотреть. ^{[ 20 ]} Уокер и др. рассчитал тепловыделение литий-ионных элементов для космических приложений и соединил его со специализированным орбитально-тепловым программным обеспечением, термическим рабочим столом (TD), чтобы смоделировать профили зависимости температуры от глубины разряда (DOD) и температурные диапазоны для всех разрядных и вариации конвекции с минимальным отклонением. ^{[ 18 ]} Шринивасан и др. разработал модель для расчета тепловыделения по пяти различным внутренним параметрам: сопротивление электролита ( R _s ), сопротивление анода ( R _a ), сопротивление катода ( R _c ) и энтропия. изменения в катоде (Δ S _c ) и аноде (Δ S _a ). ^{[ 22 ]} Эти пять параметров не зависят друг от друга; они зависят от состояния заряда и температуры окружающей среды. Харихаран разработал модель нелинейной эквивалентной схемы для литий-ионных элементов с использованием переменных резисторов, которые зависят от температуры элемента. Модель можно использовать для прогнозирования напряжения и температуры ячейки в широком диапазоне мощностей с глобальным набором параметров. ^{[ 6 ]}

В электрохимико-термических моделях процесс заряда-разряда разделяется на множество физико-химических процессов, например, диффузию иона лития в жидкости и твердом теле, перенос лития между жидкостью и твердым телом, поляризация на поверхности электродов и др. Тепло, выделяемое при зарядке-разрядке, является тепловым эффектом каждого физического и химического процесса, который обычно можно рассчитать как ^{[ 23 ]}

, где E _{разомкнут} : обрыв цепи электрода; S _a : удельная поверхность пористой области; i _loc : скорость поверхностной реакции; ϕ ₁ : потенциал твердой фазы; ϕ ₂ : потенциал жидкой фазы; T : Температура по Кельвину; : эффективная электронная проводимость твердой фазы; : эффективная ионная проводимость для жидкой фазы; R : постоянная идеального газа; F : постоянная Фарадея; f : среднемолярный коэффициент активности соли; c ₂ : концентрация в растворе; и t ₊ : катионное число переноса.

Расчет тепла, выделяемого при заряде-разряде, на основе электрохимико-термических моделей очень сложен, поэтому он используется в теоретических исследованиях, но редко в приложениях.

Кумаресан и др. . разработала тепловую модель для ионно-литиевых элементов LiCoO ₂ /MCMB для прогнозирования характеристик разряда при различных температурах (15–45 ° C). ^{[ 21 ]} Палс и Ньюман разработали одномерную тепловую модель для литий-полимерного элемента для прогнозирования температурного профиля в пакете элементов Li/PEO разряд со скоростью 3 ч. ^{[ 24 ]} Баба и др. . разработали расширенную модель одной частицы, чтобы понять тепловое поведение литий-ионных элементов и распределить информацию, связанную с локальным выделением тепла по всей плоскости электрода, а также был разработан метод двустороннего электрохимически-термического связанного моделирования. ^{[ 5 ]}

3.1.3. Применение в системах управления

Управление нагревом/температурой является важной частью систем управления литиевыми батареями.Выделение тепла литиевыми элементами во время заряда-разряда является основой для управления теплом/температурой. Джулиано и др. показал, что система жидкостного охлаждения является жизнеспособным вариантом для управления температурным режимом. ^{[ 25 ]} А система охлаждения легко охлаждает аккумуляторы и приближается к устойчивому состоянию значительно ниже максимальной рабочей температуры. Тонг и др. разработал активную систему терморегулирования, включающую принудительное жидкостное охлаждение на основе электрохимических и тепловых характеристик биполярной батареи. ^{[ 26 ]} Более высокая скорость охлаждающей жидкости и толщина охлаждающей пластины позволяют контролировать максимальную температуру и температурную неравномерность; однако такой подход увеличивает паразитарную нагрузку, а также вес и объем стаи.

3.2. Тепловой выход из строя

При аварии химическая энергия электродов может преобразовываться в тепловую, а не в электрическую энергию, что может привести к тепловому выходу из строя литиевых элементов. ^{[ 27 ]} Существует несколько факторов, которые могут привести к тепловому разгону литиевых элементов, среди которых температура литиевого элемента является одним из ключевых определяющих факторов. Исследования выделения тепла при тепловом разгоне могут быть использованы для прогнозирования безопасности и критичности литиевых элементов/батарей.

Выделение тепла при тепловом разгоне можно измерить с помощью калориметров, способных выдержать взрыв литиевых элементов, таких как ARC (рис.  2 ). Измерения тепловыделения при тепловом разгоне позволяют получить выполнение теплового разгона из первых рук. Фэн и др. оценили характеристики теплового разгона крупноформатной призматической литий-ионной батареи емкостью 25 А·ч с катодом Li(Ni _x Co _y Mn _z ) O 2 2 2 2 2 ускоренный калориметр с увеличенным объемом (EV-ARC).Они обнаружили, что от резкого падения напряжения до мгновенного повышения температуры, когда происходит тепловой разгон, проходит 15–40 с. ^{[ 28 ]} Такой временной интервал можно использовать для раннего оповещения о тепловом разгоне.

Рис. 3.

4

Рис. 3. Результаты моделирования LifePO 4 / C клетки с использованием сепараторов с различной температурой плавления, (A) результаты моделирования температуры кривые; (б) результаты моделирования кривых скорости нагрева.

Расчеты тепла, выделяемого в процессе теплового разгона, обычно основаны на тепловом поведении материалов в литиевом элементе. Результаты расчетов могут быть использованы для изучения происхождения и последствий теплового разгона с целью повышения безопасности конструкции литиевых элементов.

Ричард и др. . предложил модель теплового разгона литий-ионного элемента 18650 углерод/Li _{1+ x} Mn _{2– x} O ₄ , основанную на термической стабильности деинтеркалированного Li _{1+ x} Mn _{2– x} O ₄ и электроды MCMB с интеркалированием лития в электролите LiPF ₆ EC:DEC. ^{[ 29 ]} Модель использовалась для прогнозирования поведения ячейки при коротком замыкании и при воздействии печи. Результаты качественно согласуются с результатами экспериментов. Ким и др. расширил подход к одномерному моделированию, сформулированный Hatchard et al. ^{[ 30 ]} в трех измерениях. Результаты расчетов испытаний в печи ячеек с оксидно-кобальтовым катодом и графитовым анодом с электролитом LiPF ₆ показывают, что тепловой разгон произойдет раньше или позже, чем в сосредоточенной модели, в зависимости от размера ячейки, и реакции первоначально распространяются в азимутальном и продольном направлениях с образованием полой цилиндрической реакционной зоны. ^{[ 31 ]} Ван и др. рассчитано тепло, выделяемое при тепловом разгоне элементов LiFePO ₄ /C, и результаты показывают, что внутреннее короткое замыкание, вызванное расплавлением сепаратора, является основным фактором теплового разгона таких элементов, в которых сепаратор используется более низкая температура плавления. Однако, когда в ячейке LiFePO ₄ /C используется сепаратор с более высокой температурой плавления, реакции разложения материала электрода становятся основным фактором безопасности. ^{[ 32 ]}

Как управление теплом аккумуляторной батареи повышает производительность электромобиля? | | Элкем Силиконы