Проточный аккумулятор своими руками: 👉 проточный аккумулятор своими руками
Самодельные домашние батареи на 30-100 кВтч делают из аккумуляторов выброшенных ноутбуков / Хабр
В мае 2015 года Илон Маск представил красивые домашние блоки Powerwall, чтобы хранить энергию от солнечных батарей с крыши — и снабжать бесплатным электричеством весь дом днём и ночью. Даже при отсутствии солнечных батарей такое резервное питание для дома особенно ценно, если в квартале отключили электричество. Компьютер и вся техника продолжат спокойно работать.
Вторая версия Powerwall хранит до 13,5 кВтч, чего должно хватить на несколько часов (стандартная мощность 5 кВт, а в пике 7 кВт). Проблема лишь в том, что оригинальная версия от Tesla стоит аж $5500 (плюс $700 за сопутствующее оборудование, итого $6200, плюс работы по установке стоят от $800 до $2000) — очень дорого. DIY-мейкеры решили эту проблему с помощью бэушных батареек, которые лежат бесплатно в выброшенных ноутбуках.
Своими руками можно собрать блок с лучшими характеристиками, чем у Tesla (например, на 30-100 кВтч) — и намного дешевле.
Энтузиасты DIY-сборки делятся опытом на специализированных форумах DIY Powerwalls, в группе на Facebook и на YouTube. Специальный раздел на форумах посвящён безопасности — это важный аспект, когда собираешь такую мощную штуку, которая может ещё и загореться на улице (их обычно устанавливают за пределами дома, чтобы не нарушать закон и из безопасности).
Для мейкеров сборка и подключение такого блока питания — не только интересное занятие и экономия денег, но ещё и возможность разобраться, как работает электрика в доме.
Практически все энтузиасты в комментарии Motherboard отметили, что их собственные системы получаются гораздо большей ёмкости, чем у Tesla. Вероятно, компания пожертвовала ёмкостью ради красивого тонкого дизайна блока питания и ради большей эффективности охлаждения и безопасности. Один из французских мейкеров с форума под ником Glubux собрал блок на 28 кВтч. Он говорит, что этого хватает для всего дома, и пришлось даже купить электрическую духовку и индукционную плиту, чтобы куда-то расходовать излишки энергии.
Австралийский мейкер Питер Мэтьюс собрал блок на 40 кВтч, который питается от 40 солнечных панелей на крыше, благо в Австралии нет недостатка солнечных дней.
Самый большой самодельный блок, который удалось найти Motherboard, собран из 22 500 ячеек от ноутбуков и имеет ёмкость более 100 кВтч. От такого блока маленький дом может работать несколько месяцев — например, всю зиму — даже если солнечные панели полностью вышли из строя или неактивны.
А калифорнийский блогер Джеху Гарсия намерен собрать из батареек ноутбука систему на 1 мегаватт, крупнейшую подобную систему частного хранения энергии в США.
Большинство энтузиастов использует при сборке литий-ионные аккумуляторы модели 18650. Они обычно упакованы в цветные пластиковые корпуса и устанавливаются в ноутбуки и другую электронику. Новые аккумуляторы 18650 стоят около $5 за штуку, так что система выйдет немногим дешевле модели от Tesla. Поэтому сборщики обычно скупают бэушные аккумуляторы и вынимают аккумуляторы из выкинутых сломанных ноутбуков.
Найти достаточное количество выброшенной техники не так просто, а в последнее время стало ещё труднее, потому что многие люди начали собирать из них собственные энергетические системы вроде Powerwall, а производители ноутбуков вообще не поощряют повторное использование их аккумуляторов в самодельной технике не их фирмы.
После находки батарей их тестируют, затем «обновляют» через cycling с полным разрядом. Потом батареи объединяет в «упаковки». Такие коробки для сотни батарей можно купить на рынке или собрать самостоятельно. Наверх прикрепляют электропроводящие медные «шины» (busbars), а к ним припаивают контакты батарей.
Вся структура прикрепляются к инвертору и монтируется в стойке, которая устанавливается обычно на улице. Можно установить там систему мониторинга для контроля температуры с автоматическим отключением банков энергии, которые слишком сильно разогрелись.
Сейчас уже сформировалось целое сообщество мейкеров со всего мира, которые конструируют такие «аккумуляторные домашние фермы» из старых батарей ноутбуков, чтобы хранить электричество от солнечных батарей. Сообщество объединяет энтузиастов со всего мира, они делятся опытом и советами по безопасности, инженерным системам, совместимости разных типов батарей и т. д. Успех и безопасность Powerwall доказала, что это действительно безопасные системы, пригодные для постоянного долговременного использования (у Powerwall гарантия 10 лет).
Проточная батарея как альтернатива аккумулятору электромобиляАвтомобили на альтернативном топливе
Скорость зарядки литий-ионных батарей электромобилей остается актуальным вопросом.
Проточная батарея демонстрирует совершенно другие результаты.
Сокращение времени, затрачиваемого на восстановление заряда источника питания, является основной задачей в продвижении электромобилей. При всех достигнутых на сегодня положительных сдвигах, этот параметр пока уступает традиционным машинам. Также актуальным остается вопрос срока службы литий-ионной батареи.
Ведущиеся уже несколько лет разработки источника питания в виде проточной батареи (Flow battery) для автомобиля обнадеживают. Скорость его зарядки сопоставима с временем заправки бензином. Срок службы по сравнению с аналогами, просто огромен.
Принцип, положенный в основу ее работы, отрабатывается швейцарской фирмой nanoFlowcell на опытных моделях машин. Созданные прототипы наезжают тысячи километров, приближая этот источник питания к возможности практического использования.
Что такое проточная батарея
Эта конструкция использующая принцип получения электрической энергии при взаимодействии двух электролитов.
Их контакт происходит через ионную мембрану, а сами жидкости находятся в разных баках. Насос, непрерывно перекачивая их, доставляет в специальную полость, где и размещена мембрана. Постоянный переток жидкостей дал название батарее – «потоковая».
В ходе использования оба электролита со временем теряют свои свойства. Заменив их, процесс выработки электрической энергии восстанавливается. Время слива и закачки новых жидкостей не значительно. Оно может конкурировать с временем заправки традиционного автомобиля.
Недостатком такого источника питания на начальной стадии разработки являлась низкая плотность вырабатываемой энергии. Поэтому для нормального практического применения возникала необходимость иметь баки большого размера. Такая ситуация позволяла использовать установку в стационарном варианте.
Проточная батарея для электромобиля QuantF
Огромные баки для электромобилей не приемлемы. Конструкторам из nanoFlowcell все же удалось добиться нужного результата.
Две емкости по 250 литров каждая были смонтированы сначала в экспериментальной машине QuantF. Ее вес за счет этого составил 2300 килограммов.
Заявленные тогда силовые возможности удивили всех. Огромная мощность – 1090 лошадиных сил, а дальность хода — не менее 800 километров. Наибольшая скорость составляет 300 километров в час.
Энергию батареи с током 50 А получал блок суперконденсаторов. В кратковременные пиковые моменты эта цифра могла составить 2000 А. Напряжение в системе электромобиля поддерживалось на уровне 400 В (на пике достигало 735 В). Машина начала проходит испытания, и в дальнейшем была построена очередная версия. Ее назвали — QuanTino.
Электрический QuanTino
Автомобиль продемонстрировали на автошоу 2015 года в Женеве. В этой модели проточная батарея обеспечивала напряжение 48 В. Она могла получать заряд двумя способами. Во-первых, от бытовой сети, как и все нынешние электромобили. Во-вторых, и в этом главное его отличие, путем замены электролита в обеих емкостях.
Удалив отработанный состав, и наполнив баки новым, можно сразу продолжать движение. Если электролит будут заранее заготавливать на заправочных пунктах, то времени на замену много не потребуется.
Читайте также: Суперкар на водороде от компании Hyundai
Что показывают испытания
Проведенные тесты показали большие способности концепта QuanTino. Оснащенный проточной батареей он проехал около 350 тысяч километров. Из них 150 тысяч в условиях лаборатории, а остальное в реальных дорожных условиях. За этот период все основные элементы конструкции батареи – насос и мембрана, показали себя очень надежно. Поломок или сбоев в их работе не было установлено.
Проточная батарея позволяет электромобилю непрерывно двигаться в течение длительного времениВо временном измерении наработка составила 10 тысяч часов. Конструкторы для рыночных моделей заявляют показатель в пять раз больше – 50 тысяч часов.
Эта цифра, по их заверениям, будет обозначена в гарантийном обязательстве производителя.
Еще один, практически полученный результат, удивляет. Компания nanoFlowcell зафиксировала длительную непрерывную работу конструкции. Проточная батарея на электромобиле до замены электролита функционировала в течение 14 часов.
Читайте также: Электромобиль на солнечных батареях Violet из Австралии
Дальность пробега и эффективность
В пересчете на пробег, автомобилю удастся преодолеть не менее 1,5 миллиона километров. При этом проблем с источником питания не предполагается. Разработчиками определена его эффективность. Она составила около 95%, что существенно больше любого традиционного мотора.
Перспективы выпуска
О них сегодня ничего не сообщается. Возможно, это связано с тем, что пока еще «не выкатан» полный пробег. Ведь под него производитель намерен давать гарантию. Возможно, есть еще какие-то причины. Есть огромное желание увидеть серийную машину, у которой проточная батарея является основным источником питания.
Автор: Сергей Морозов
Внимание! Эта статья защищается законом об авторском праве в цифровую эпоху (DMCA). Запрещается любое копирование без моего разрешения.
Проточная окислительно-восстановительная батарея, изготовленная из отходов металлургической промышленности
- по: Геррит Кутзи
Исследователи из Университета Южной Калифорнии нашли способ сделать эффективную и конкурентоспособную проточную батарею окислительно-восстановительного потенциала из отходов металлургической промышленности. К счастью для нас, результаты статьи были опубликованы в открытом журнале, и мы смогли изучить технологию, стоящую за этой батареей.
Поскольку потребление электроэнергии, внедрение электромобилей и использование возобновляемых источников энергии продолжают расти, инженеры всего мира ищут идеальную батарею для коммунальных весов. Мы все слышали о литиевой аккумуляторной батарее Tesla мощностью 100 МВт в Южной Австралии. Система пользуется огромным успехом и уже окупилась. Тем не менее, инженеры со всего мира поспешили указать, что до тех пор, пока мы не добьемся прорыва, литиевые элементы в долгосрочной перспективе просто не будут правильным выбором для коммунальной системы. Должно быть лучшее решение.
Как должен выглядеть хороший аккумулятор?
Проточная ванадиевая окислительно-восстановительная батарея, расположенная в Университете Нового Южного Уэльса. Предоставлено: Radiotrefoil Хранение в масштабе сетки — важная и трудная для решения проблема. Если у нас не будет батарей, мы не сможем отказаться от производства электроэнергии на ископаемом топливе. Без энергосистемы каждый скачок напряжения, например, когда Англия включает свои чайники для чая, вырубил бы ее.
В настоящее время электростанции работают весь день, чтобы соответствовать спросу. Даже если бы у нас не было возобновляемых источников энергии на горизонте, более качественные батареи позволили бы нам более эффективно управлять небольшими электростанциями для удовлетворения спроса. Вы можете использовать одну установку с максимальной эффективностью в течение всего дня, и батарея сможет выровнять нагрузку. Это разница между расходом топлива вашего автомобиля, если вы замедляетесь и ускоряетесь в городе или сохраняете крейсерскую скорость на шоссе.
Идеальная батарея имеет несколько требований. Он должен брать заряд по разумной ставке. Он также должен быть в состоянии доставить этот заряд мгновенно. Самое главное, аккумулятор должен быть дешевым и служить долго. Это буквально невозможная дилемма быстро, хорошо, дешево. Инженеры испробовали все, от расплавленной соли до укладки камней. Например, плотина гидроэлектростанции — это не что иное, как батарея, состоящая из воды и гравитации.
Большие батареи Tesla сделаны из литий-ионных элементов.
Основным экономическим фактором при выборе такой системы является приведенная стоимость хранения энергии (LCOS). Это сумма капитальных и эксплуатационных затрат системы на общую энергию, сохраненную и переданную в течение срока службы системы. В документе упоминается, что Министерство энергетики США указывает целевой показатель LCOS на уровне 2,5 цента/кВтч. При стоимости установки 200 долларов США за кВтч батарея должна вырабатывать 8000 кВтч энергии в течение всего срока службы. Как отмечают авторы, если учесть один цикл разрядки и зарядки в день, это означает, что батарея должна работать 22 года. Мы знаем, что литиевые элементы не справляются с этой задачей.
Проточные окислительно-восстановительные батареи
Схема из бумаги, показывающая работу типичной проточной батареи. Существует еще один тип батареи, о котором мы уже говорили, — проточная батарея окислительно-восстановительного типа. Эта батарея имеет практически неограниченный срок службы, низкие эксплуатационные расходы и даже может быть экологически чистой.
В этой батарее два химических вещества протекают мимо друг друга, разделенные мембраной. В зависимости от того, как вы поместите электроды в химические вещества, протоны проходят через мембрану из одной емкости в другую, создавая между ними разность потенциалов. Используемые вещества могут быть одними и теми же химическими веществами, разными или даже их смесями.
Современные окислительно-восстановительные батареи основаны на ванадии. Самая крупная установка находится в Японии на 60 МВтч. Тем не менее, действительно впечатляющие китайские суперкорпорации энергетической инфраструктуры в настоящее время строят установку мощностью 800 МВтч. Однако ванадий недешев, а материал более чем токсичен.
Железные батареи
Есть еще один элемент, который прекрасно работает в этих батареях — железо.
Он просто ждет прорыва, который позволил бы ему работать в больших масштабах, и именно здесь исследователи добились прорыва. Они обнаружили, что могут использовать сульфат железа, побочный продукт черной металлургии, и антрахинондисульфоновую кислоту в качестве химиката с обеих сторон ванны и получить очень эффективную окислительно-восстановительную батарею.
Он имеет все преимущества перед ванадиевой батареей, кроме более низкого напряжения элемента. Это означает, что установка батареи должна быть немного больше и сложнее, но, в конце концов, она должна быть дешевле, потому что первичный электролит является относительно безопасным промышленным ответвлением, а батарея проста в том, что она представляет собой симметричную систему: химическая смесь на обеих сторонах мембраны одинакова, что упрощает обновление раствора. По оценкам авторов, эта батарея будет стоить 54 доллара за кВтч, в то время как современные ванадиевые батареи колеблются от 160 до 180 долларов за кВтч. Это приятное сокращение.
Эти батарейки — удивительная технология. Они также удивительно взломаны. Конечно, некоторые из шагов для достижения максимальной эффективности, такие как легирование мембраны углеродными нанотрубками, могут потребовать уровня хакерства [Бена Краснова]. Но элементарные батареи можно сделать из металлолома, что является хорошим показателем жизнеспособности технологии. Нам любопытно посмотреть, как революции в области хранения энергии изменят мир в будущем. Что вы думаете?
Рецепт недорогой, безопасной и масштабируемой проточной батареи
Хотим мы это признать или нет, но все мы зависим от батареек. В основном мы думаем о маленьких батареях на индивидуальном уровне — в наших мобильных телефонах, часах или ноутбуках.
Но батареи можно использовать в технологиях, поддерживающих несколько людей, например в гибридных автомобилях. По мере того, как ученые разрабатывают аккумуляторы с большей емкостью хранения энергии, мы можем начать расширять наши взгляды на еще более масштабные приложения.
Если бы батареи можно было спроектировать для безопасного хранения большого количества энергии, их можно было бы интегрировать в существующую энергосистему. Этот тип интеграции можно использовать для хранения энергии, полученной из возобновляемых источников, таких как солнце и ветер, а также для сглаживания внезапных скачков спроса. Недавние достижения в технологии, называемой проточными окислительно-восстановительными батареями (RFB), обещают масштабируемое хранение энергии.
RFB состоят из органических материалов, способных переносить электроны (окислительно-восстановительные). Почти все RFB состоят из двух бассейнов жидкого электролита, разделенных мембраной, которая позволяет некоторым ионам проходить между двумя жидкостями.
В этих системах электроны перетекают из отрицательно заряженной жидкости (анолита) в положительно заряженную жидкость (католит). Эти электроны могут либо заряжать систему, либо извлекаться для использования. Поскольку основные компоненты батарей являются жидкими, их можно увеличить, просто увеличив резервуары для хранения.
Новая доступная аккумуляторная платформа
Чтобы эта технология накопления энергии работала, мембрана должна соответствовать большому списку требований. Коррозионная природа электролита требует мембраны с очень высокой химической стабильностью. Для коммерциализации систем мембрана должна быть недорогой. Все материалы, используемые в системе, также должны быть просты в производстве в больших масштабах.
Качество мембраны также имеет огромное значение для работы RFB. Он должен обеспечивать исключительно поток электронов и должен удерживать активные химические вещества. Это очень важно для предотвращения короткого замыкания и саморазряда. Высокая стоимость мембран, отвечающих этим критериям , представляет собой серьезное препятствие для коммерциализации многих RFB.
Группа ученых разработала аккумуляторную систему, в которой электролит на водной основе сочетается с органическим химически активным материалом и недорогой мембраной. Их конструкция включает органический полимер в качестве окислительно-восстановительного актива, простую соль (NaCl) в качестве электролита и обычную диализную мембрану (команда использовала диализную мембрану на основе целлюлозы). Эти мембраны очень недороги и обычно используются в лабораторных условиях для разделения полимеров.
Группа использовала полимеры, разработанные для оптимальной окислительно-восстановительной активности. Анолит содержит простое органическое химическое соединение (производное 4,4’-бипиридина), способное отдавать электроны. Католит содержит окислительно-восстановительный активный материал (радикал ТЕМПО), который способен принимать электроны. Католит и анолит ведут себя очень похоже на воду — из-за низкой вязкости требуется лишь небольшое количество энергии для прокачки жидкостей по системе.
Это позволяет более эффективно транспортировать электроны. Им также удалось добиться хорошей производительности клеток за счет оптимизации проницаемости мембраны для соли.
Ученым было интересно проверить селективность мембраны — она должна пропускать электроны, но не другие материалы. Поэтому они определили, способен ли какой-либо из компонентов католита или анолита пройти через мембрану. Во-первых, они выполнили 10 000 циклов заряда-разряда тестовой ячейки RFB. Затем они взяли пробы растворов анолита и католита. Они обнаружили, что через нее проходят только следовые количества полимеров.
Проверка системы
Команда построила дополнительные батареи и проверила свойства системы. Они обнаружили, что RFB может обеспечить напряжение холостого хода 1,1 В. Это означает, что систему можно безопасно заряжать и разряжать в диапазоне напряжений 0,8–1,35 В.
Эти элементы также смогли сохранить высокий процент их первоначальную мощность, демонстрируя энергоэффективность от 75 до 80 процентов.
