Что лучше алюминиевые батареи или чугунные: Какие радиаторы отопления лучше: алюминиевые или чугунные

Какие радиаторы отопления лучше: алюминиевые или чугунные

При монтаже новой или реконструкции старой отопительной системы часто возникает вопрос, какие радиаторы отопления лучше использовать: алюминиевые или чугунные. Эти виды приборов имеют существенные отличия по своим эксплуатационным характеристикам. Поэтому перед выбором очень важно сравнить чугунные и алюминиевые радиаторы с учетом особенностей системы отопления, в составе которой их предполагается использовать.

Система отопления как критерий выбора типа батарей

Чтобы выяснить, что лучше: алюминиевые радиаторы отопления или чугунные, необходимо в первую очередь определиться с системой отопления. Алюминиевые радиаторы принципиально не подходят для установки в системах центрального отопления. Для этого есть сразу несколько причин:

• слабая стойкость к гидроударам;
• высокая чувствительность к химическому составу теплоносителя;
• слабая стойкость к абразивному износу, который возникает в связи с наличием в составе теплоносителя примесей;
• проходные каналы алюминиевой батареи имеют малый диаметр сечения и быстро засоряются при использовании загрязненного теплоносителя.

Учитывая эти факторы, батареи из алюминия можно использовать только в автономных системах отопления, где в качестве теплоносителя используется чистая вода и не возникает избыточных давлений и гидроударов.

Существенное преимущество чугунных радиаторов перед алюминиевыми заключается в том, что они могут эксплуатироваться в сложных условиях. Качественные батареи из чугуна работают в составе централизованных систем отопления по 50 лет и более. Нет принципиальных ограничений на их использование и в составе автономных систем. Однако насколько эффективно они будут работать в данном случае?

Эффективность отопления батареями из алюминия и чугуна

Если сравнить чугунные и алюминиевые радиаторы по качеству и эффективности отопления, то безусловным будет преимущество батарей из алюминия. Они превосходят чугунные аналоги по всем наиболее важным параметрам.

В частности, значительно отличается теплоотдача чугунных и алюминиевых радиаторов. Тепловая мощность одной чугунной секции в зависимости от габаритов составляет 100-160 Вт. Для секции алюминиевого радиатора мощность может превышать 200 Вт. Это достигается за счет высокой теплопроводности алюминия и особой конструкции секции, которая имеет фигурную форму с ребрами, что повышает уровень теплоотдачи конвективным и лучевым способом. При этом благодаря меньшему размеру и габаритам секций, их количество в батарее может увеличиваться, что позволяет эффективно отапливать помещение большой площади. Алюминиевые радиаторы также отличаются минимальной тепловой инерцией. Благодаря этому они набирают максимальную температуру и эффективно обогревают помещение практически сразу после запуска системы в работу.

Внутренний объем алюминиевой секции составляет от 0,7 до 1 литра, тогда как одна чугунная секция может вмещать от 4,5 до 6 литров воды. За счет этого разница в КПД алюминиевых и чугунных радиаторов является очень высокой.

При использовании в системе алюминиевых радиаторов котлу приходится нагревать в 4-5 раз меньший объем жидкости. Соответственно снижается и расход топлива. Кроме того, за счет меньшего объема воды снижается нагрузка на котел и насос, что повышает эксплуатационный ресурс оборудования.

Большим преимуществом алюминиевых радиаторов является их малый вес. Масса одной секции составляет около 1 килограмма, что примерно в 8 раз меньше, по сравнению с чугуном. В результате значительно упрощаются работы по установке радиаторов, а монтировать их можно практически на любой стене.

Алюминиевые батареи имеют современный эстетичный дизайн, что позволяет отлично вписывать их практически в любой интерьер. Окрашиваются такие радиаторы в процессе производства, а значит, вам не нужно будет их красить перед установкой. При этом применяется технология порошковой окраски, которая позволяет получать очень прочное и долговечное покрытие, которое обеспечивает надежную защиту от коррозии и отличный внешний вид в течение многих лет.

Учитывая все характеристики, можно говорить, что алюминиевые радиаторы являются оптимальным вариантом для использования в системах автономного отопления. Они обеспечат максимально качественный и эффективный обогрев помещений с экономией энергоносителей. При этом условия эксплуатации в индивидуальных системах позволяют обеспечить их долговечную службу.

Алюминиевые и чугунные батареи Ogint

Компания Ogint выпускает как чугунные, так и алюминиевые радиаторы, чтобы каждый наш клиент смог подобрать отопительные приборы с оптимальными параметрами и характеристиками.

Мы применяем передовые производственные технологии и используем только лучшие материалы. Это позволяет получать продукцию, отвечающую высоким требованиям качества и подходящую для эксплуатации в российских условиях, что подтверждается наличием всех необходимых сертификатов. При отличном качестве наших радиаторов они имеют выгодную стоимость.

Наша компания осуществляет оптовую продажу радиаторов из алюминия и чугуна. Обратившись к нам, вы имеете возможность получить высококачественные отопительные приборы по цене производителя, что позволит значительно снизить общую стоимость покупки. Для оформления заказа вы можете обратиться через контактную форму или позвонить по телефону.

Что ставить: чугунные или алюминиевые батареи?

Насущный вопрос в наших краях. Осень и зима длятся добрых полгода, жилые помещения отапливаются еще дольше. Все это время в доме трудятся малозаметные глазу отопительные радиаторы, или батареи в просторечии. Все мы привыкли к старым унылым чугунным радиаторам. Но когда заходит дело о капитальном ремонте или даже строительстве нового жилья, поднимается вопрос о выборе новых радиаторов. Так что же ставить: чугунные или алюминиевые радиаторы?

Давайте для начала определимся с классификацией. В заголовок вынесен вопрос далекого от наших проблем человека. Он привык, что обычно стоит чугун, а в новое жилье обязательно покупаем алюминий. Но на самом деле все сложнее.

Существуют такие типы отопительных радиаторов: чугунные, алюминиевые, стальные панельные и биметаллические.

Чугунные радиаторы.

С чугунными радиаторами знакомы все, описывать их смысла нет.

Преимущества чугунных батарей:

1. Высокая устойчивость к коррозии. Во время эксплуатации внутри радиатора образуется сухая ржавчина, которая уберегает батарею от воздействия агрессивной среды. Чугун не боится агрессивных кислот, абразивного износа из-за песка и мусора, попадающего в отопительный контур.
2. Невысокая стоимость.
3. Большая тепловая инертность. После выключения подачи горячей воды батареи еще долго держат и отдают в помещение тепло.
4. Долговечность. Производители гарантируют чугунному радиатору службу не менее 30 лет. Известны массовые примеры, когда чугунные радиаторы никогда не менялись в хрущевках, простоявших 40 лет.

Недостатки батарей из чугуна:

1. Низкая теплопроводность металла и малая поверхность теплоотдачи.
2. Большая тепловая инертность иногда является недостатком, так как чугунные радиаторы совершенно не подходят для регулируемых автоматических систем водяного отопления.
3. Уязвимость для гидравлических ударов.
4. Спорный дизайн, вписать который в современные модные интерьеры порой бывает проблематично.

Стальные радиаторы панельного типа

Стальные панельные радиаторы представляют собой два листа стали толщиной около 1,5 мм, которые стыкуются между собой либо горизонтальными коллекторами, соединенными вертикальными колонками, либо горизонтальными каналами, которые параллельно и последовательно приварены к одной панели.

Преимущества стальных радиаторов:

1. Большое количество типоразмеров.
2. Хорошая теплоотдача. Хорошо регулируются радиаторными термостатами, обладают малой тепловой инерцией. Хорошо приспособлены для регулируемых автоматических систем водяного отопления.
3. Малое водосодержание.

Недостатки стальных батарей отопления:

1. Слабая устойчивость к корозии. Это самый большой и главный недостаток. Не выносят слива теплоносителя, не любят открытых систем отопления и систем, в которых используются трубы, неустойчивые к диффузии кислорода воздуха (например, некоторые виды полипропиленовых труб). При самых благоприятных условиях скорость коррозии стали в год составляет 0,1 мм. Считайте сами: лет пять-шесть и металл на участках сварки пластин может быть уничтожен.
2. Низкое рабочее давление.
3. Малая площадь нагревательной поверхности.

Алюминиевые радиаторы.

Алюминиевые секционные радиаторы, изготовленные из алюминиевого сплава с добавлением кремния, стали очень популярными, так как они первыми попали на наш строительный рынок как альтернатива чугуну, к тому же они имеют привлекательные размеры и массу.

Алюминиевые радиаторы выпускаются в двух вариантах: литой и экструзионный. В первом случае каждую секцию радиатора отливают как цельную деталь, во втором — секция состоит из нескольких частей. Занимают как бы промежуточное положение между стальными и чугунными радиаторами и объединяют в себе практически все их преимущества и недостатки.

Преимущества алюминиевых радиаторов:

1. Высокий уровень теплоотдачи и скорость нагрева помещения. Хорошо приспособлены для регулируемых автоматических систем водяного отопления. Теоретики не стесняются говорить о 30-процентной экономии энергии при отоплении.
2. Высокое рабочее давление, причем от параметров рабочего давления зависит стоимость радиатора: чем оно выше, тем радиатор дороже.
3. Малая масса, элегантный дизайн. Возможность выбора оборудования с необходимым количеством секций и терморегуляция.

Недостатки алюминиевых батарей:

1. Подвержены электрохимической коррозии: при неправильном монтаже алюминий вступает в химическую реакцию со стальными и медными трубами отопительного контура. На срок службы влияет и химический состав теплоносителя, оптимальный уровень ph которого должен равняться 7-8.
2. Хрупкость. Для улучшения свойств теплопередачи стенки алюминиевых радиаторов изготовляются довольно тонкими, поэтому от удара средней мощности секция может лопнуть.

Биметаллические радиаторы.

Это радиаторы со стальным сердечником и алюминиевой рубашкой, разработаны для использования при высоких давлениях теплоносителя. Отсюда следует не только название, но и отсутствие недостатков, свойственных стальным и алюминиевым радиаторам.

Преимущества биметаллических радиаторов:

1. Высокая степень теплоотдачи, которую обеспечивает алюминий. Это главное преимущество биметаллических радиаторов.
2. Устойчивы к коррозии. За счет того, что трубы биметаллического радиатора сделаны из стали, теплоноситель с алюминием не соприкасается, что позволяет избежать негативных химических реакций.
3. Выдерживают высокое рабочее давление. Разработаны для многоэтажного строительства.

Недостатки биметаллических батарей:

1. Обладают недостаточной площадью поверхности теплообмена, а, значит, и невысокой полезной мощностью.
2. Высокая цена. Применение в малоэтажном строительстве экономически нецелесообразно.

Таким образом, мы можем сделать некоторые выводы и дать определенные рекомендации.

Если вы живете в старом доме с центральным отоплением, смысла менять чугунные батареи на что-то другое нет. Биметаллические дороги и будут окислятся от воды неизвестного происхождения. Алюминий и сталь — то же самое. Замена батарей отопления из чугуна на алюминиевые или любые другие имеет смысл особенно тогда, когда вы решили изменить интерьер вашей квартиры, и чугунные радиаторы ну никак не вписываются в обстановку, жена расстроена и начинаются скандалы. Будьте готовы к авариям через несколько лет.

Сложно придумать причину, по которой можно рекомендовать установку стальных радиаторов. Бюджетный вариант. При выборе стальных батарей ориентируйтесь больше на дизайн и типоразмеры: технология производства стальных радиаторов везде одинакова. Поэтому изделия, чешского завода Kоrado сравнимы по качеству с немецким Kеrmi.

Алюминиевые радиаторы имеет смысл ставить в тех случаях, когда чугунные или стальные по каким-либо причинам не отвечают поставленным требованиям. Необходимо обращать внимание на производителя: качество радиатора во многом зависит от фирмы-изготовителя и качества исходного сырья. Отличный выбор для автономных систем отопления, когда владелец сам контролирует качество теплоносящей жидкости.

Биметаллические батареи стоит покупать для установки в новостройках с автономной домовой котельной.

Чугунные или алюминиевые батареи? | Строительный блог

Наверное, все при ремонте сталкивались с такой проблемой, оставить чугунные батареи или поставить, модные сейчас алюминиевые батареи. Вопрос не легкий, до сих пор идут споры. Кто-то защищает чугунные батареи, мол — «проверены годами», кто-то однозначно стоит за алюминиевые батареи, называя их эстетичными и высокопроизводительными. У каждого, правда своя. Но все, же чугунные или алюминиевые батареи? Давайте подумаем……..

Отопительный период в условиях России тянется от двух до восьми месяцев в году, и чем севернее находится местность, тем отопительный сезон длится дольше. Также с каждым годом растут цены на энергоносители, газ, электричество. И вопрос экономии становится на первое место. Соответственно мы задаемся вопросом, как экономично нагреть пространство, какие трубы применить для отопления, из какого материала? Чугун или алюминий? Если вспомнить школьный курс физики, то становится понятно, что нагрев помещения зависит от такой величины как теплопроводность материала. Теплопроводность материала – это передача тепла от нагретых источников к холодным, посредством движения молекул и атомов. Так какой же металл стоит на первом месте по теплопроводности (я не беру драгоценные и дорогие металлы). На первом месте стоит медь, затем идет алюминий, а уже потом идут чугун и сталь. Причем теплопроводность алюминия, хуже, чем у меди в 4 раза, а теплопроводность чугуна хуже, теплопроводности меди в 8 – 10 раз. Так что самый лучший материал это медь. Однако медь достаточно дорогой и хрупкий материал. Радиатор из меди стоял бы в 3 – 4 раза дороже, чем из алюминия и в 10 раз дороже, чем чугунный. Теперь предлагаю поговорить о самих батареях.

Чугунная батарея

Как мы узнали, чугун имеет самую низкую теплопроводность. А при наличии своего локального отопления, от котла, вы будете тратить больше энергоносителей (газ, электричество) для отопления площади. Соответственно такая система будет работать неэффективно. Секция из чугуна весом в 8 килограмм, вмещает в себя 4,5 — 6 литров воды. Для того чтобы вам протопить комнату в 13 квадратных метров, вам нужно установить, чугунную батарею из 10 секций (примерно 1 секция протопит — 1,2 – 1,3 метра квадратных). Теперь представьте сколько нужно воды или незамерзающей жидкости, для того чтобы протопить полностью квартиру или дом. Это десятки, если не сотни литров. Большой объем воды требует большой теплоотдачи от котла, то есть котел должен работать практически на максимуме, разогревать жидкость до 70 – 80 градусов, чтобы в батарею она попала температурой 60 – 70 градусов. С эстетической части вопроса, чугун также проигрывает. Батареи из чугуна, сделаны грубо, и часто не вписываются в интерьер. На них конечно можно купить защитные белые щиты (или креативно украсить, под старину), но это дополнительные расходы. Единственный плюс чугунных батарей, это их прочность, по сравнению с оппонентом. Чугун очень прочный материал, и сломать такую батарею не просто, даже если вы что-то уроните или чем-то заденете ее. Конечно, подвержен ржавчине или гниению, однако этот процесс не такой быстрый как у стали. Наверное, все помнят чугунные батареи в доме у родителей, которые уже прослужили не один десяток лет. Если подвести итог, чугунная батарея это устаревший отопительный элемент. Теперь предлагаю поговорить об алюминиевой батарее.

Алюминиевая батарея

Давайте рассмотрим следующие типы батарей, на этот раз разговор пойдет об алюминии. Скажу сразу алюминиевая батарея намного эффективнее. Как мы уже разобрались выше, алюминий имеет большую теплопроводность, чем у чугуна. Одна секция алюминиевого радиатора, потребляет всего от 0,7 до 1,0 литра воды, то есть в 4 раза меньше, а тепло такая секция выделяет больше. В среднем 1 секция алюминиевого радиатора способна отопить 1,8 – 2,0 квадратных метра площади, что почти в два раза больше чем у чугуна. Вес одной секции алюминиевого радиатора около 2 килограмм. Так как алюминиевая батарея требует меньше жидкости, то и в системе отопления, такой жидкости будет намного меньше. Что позволит работать котлу (в частном доме), в щадящем режиме. Если у вас частный дом, то с алюминиевыми радиаторами, принято ставить газовый котел, который имеет двигатели. Эти двигатели толкают воду (жидкость) по системе отопления, а соответственно система быстрее нагревается и быстрее отдает тепло (алюминиевые батареи). Таким образом, экономии газа можно достичь до нескольких раз. На алюминиевые радиаторы можно поставить клапаны регулировки, это такие ручки которые позволяют регулировать температуру батареи, если в комнате слишком жарко, на чугун такие клапаны не устанавливаются. Опять же эстетически алюминиевая батарея намного выигрывает у чугунной, алюминий не гниет, а значит, такую батарею  не нужно будет красить каждый год или два. Алюминий можно закрепить даже на стене из ГВЛ, потому как сама батарея очень легкая, а вот чугунную батарею закрепить на стене из ГВЛ не удастся, потому как она нереально тяжелая. Единственный минус таких батарей, это их хрупкость. Производители чтобы добиться максимальной теплоотдачи, делают стенки батарей очень тонкими, и поэтому, при установки нужно с ними обращаться очень аккуратно. Одно не правильное действие, и вам нужно будет покупать новую секцию. Также не стоит ничего ронять на алюминиевые батареи, по причине их хрупкости. Бывали случаи, когда край стола, резко придвинутого к батареи пробивал ее. Так что будьте аккуратны. Но есть и более прочные варианты батарей, так называемые БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ.

Итог. Таким образом, алюминиевая батарея намного эффективнее, эстетичнее и, если так можно выразиться, экономичнее в эксплуатации. Чугун доживает свой век, к сожалению, чугунные батареи, как мне кажется, скоро сойдут на нет. На этом все.

Какие радиаторы лучше, чугунные или биметаллические? Сравнение чугунных радиаторов с алюминиевыми и стальными батареями

Многие потребители стремятся не прогадать при замене старых «гармошек» из чугуна на новые аналоги. Естественным становится вопрос, стоит ли менять чугунные батареи на биметаллические, стальные или алюминиевые конструкции. Чтобы получить ответ, придется рассмотреть технические показатели каждого из видов, и только после этого делать окончательный выбор.

Чугунные батареи: за и против

Для многих потребителей расставание со старыми чугунными радиаторами вызывает тревогу. Хоть они и надоели, и зачастую шумят, но десятилетиями согревали квартиры, не требуя за собой особого ухода. Сегодня параметры чугунных радиаторов отопления таковы, что они качественно отличаются от своих советских «собратьев», по-прежнему не претендуя на внимание хозяев.

• Если старые «гармошки» весили более 7 кг одна секция, то современные чугунные батареи – 4 кг, что значительно облегчает нагрузку на стену и фиксаторы.
• Объем советских аналогов составлял 1.5 литра, тогда как новые модели – 0.8 л, что почти в два раза меньше.
• Цена на них по-прежнему самая низкая на рынке. Хотя алюминий так же считается недорогим металлом, сравнение чугунных и алюминиевых радиаторов покажет, что первые более выгодные по стоимости.
• Современные батареи из чугуна состоят из секций, которые стало намного проще монтировать, добавлять или убирать.
• Тепловая мощь их по-прежнему способна эффективно обогревать квартиры, поэтому, когда приходится менять старые советские конструкции, многие потребители задаются вопросом, какие радиаторы лучше: чугунные или биметаллические, алюминиевые или стальные? Или поставить вместо них новый вариант из чугуна?

Вряд ли подобные вопросы и сомнения появлялись бы, если люди знали особенности централизованной системы обогрева квартир и технические параметры современных радиаторов.

Сравнение чугуна и стали

Иногда вопрос, «что лучше», когда он касается разных видов батарей отопления, не совсем корректен. Зачастую,  обогреватели попросту используются в разных типах отопительных систем, поэтому сравнивать их технические характеристики не имеет смысла.

Вопрос, какие батареи лучше, чугунные или стальные, из той же категории. Сравнение этих устройств это докажет:

Как видно из таблицы, вопрос не в том, стальные или чугунные батареи лучше, а в том, что первые хорошо себя проявляют в автономных системах, где не бывает гидроударов и теплоноситель чистый, а вторые – в условиях центрального отопления.

Стальные панели имеют несколько минусов, которые отсутствуют у аналогов из чугуна:

• В случае протечки придется ремонтировать или полностью заменять всю панель, тогда как у чугунных радиаторов можно поменять неисправную секцию на другую.
• Панели соединяются друг с другом сварочным швом, и насколько качественным бы он ни был, под постоянными гидроударами он может дать течь.
• Узкие каналы для теплоносителя с одной стороны обеспечивают его малое количество в устройстве, что позитивно сказывается на его тепловой мощности, а с другой – быстро засоряются из-за некачественного теплоносителя в центральной теплосети.
• Стоимость устройств из нержавеющей стали выше чугунных. Устанавливать их в квартире с централизованным обогревом не целесообразно, зато в частном доме они будут не только эффективно обогревать его, но и украшать интерьер.

Если предстоит замена старых чугунных радиаторов, то альтернативой им должны стать обогреватели либо с такими же параметрами, либо лучшими.

Разница между чугунными и биметаллическими батареями

Радиаторы, состоящие сразу из двух видов металлов, пришли на отечественный рынок из Италии и быстро покорили сердца потребителей, несмотря на свою высокую стоимость. Объяснить это можно одним словом: «надежность». Если выбирать, что лучше, чугунные батареи или биметаллические, то следует обратиться к сравнению их технических показателей:

• Строение:
• Чугунные конструкции теперь выглядят стильно, но так же собираются из секций, оснащенных довольно широким каналом для теплоносителя. Их вес стал значительно меньше (3.5 кг против 8 кг ранее), вид презентабельным, а надежность прежняя. На рынке представлены классические секционные модели и художественные, в стиле ретро. Последние очень дорогие, и в основном импортные.
• Биметаллические конструкции состоят из стального или медного сердечника с алюминиевым оребрением и корпусом. Теплоноситель соприкасается исключительно с нержавеющей сталью, что оберегает устройство от коррозии, а кожух обеспечивает высокую теплоотдачу. Весит подобный обогреватель немного, его легко монтировать, а дополнительные терморегуляторы позволяют следить за нагревом теплоносителя.
• Уровень теплоотдачи:
• Если решать, чугунные радиаторы или биметаллические лучше греют, то показатели у них будут примерно равны. Так теплоотдача у секции из чугуна колеблется от 100 Вт до 160 Вт. Многие потребители считают, что они слишком долго разогреваются, и они правы. При этом все забывают, что остывают эти батареи так же очень долго.
• Теплоотдача одной секции биметаллического радиатора составляет 150-200 Вт, что при мгновенном разогреве выводит этот тип обогревателей на лидирующие позиции.
• Рабочее давление:
• Хотя многолетний опыт эксплуатации чугунных батарей говорит о том, что они крепкие и надежные, это не совсем так, если дело касается высотных домов. Даже в пятиэтажках могут происходить гидроудары в отопительной системе достаточно сильные, что уж говорить о зданиях в 16 этажей и выше. Рабочее давление чугунных батарей равняется 9-12 атмосфер, чего может не хватить при резком подъеме давления, например, до 15 атмосфер. В этом случае, чугунные секции просто лопнут.
• Биметаллические радиаторы более надежные, так как их рабочее давление равно 25-40 атмосферам, а в некоторых моделях даже 100 атмосферам. В этом пункте конструкции из двух видов металла так же лидируют.
• Стойкость к теплоносителю:
• Чугун абсолютно «равнодушен» к качеству воду и ее кислотности. Не влияет на него и ее полный слив на летний период, но камешки, которые проносятся по системе, постепенно ослабляют чугун, источают его и выводят из строя. Процесс этот длительный, а если стенки радиатора достаточной толщины, то и вовсе бесконечный.
• Биметаллический радиатор слабее в этом отношении. Ему не страшен уровень кислотности воды, пока она есть в системе, но стоит ее слить, как через 2-3 недели соприкосновения с воздухом начинает появляться коррозия. В этом показателе биметалл проигрывает чугуну.
• По температурному режиму оба вида радиаторов хорошо переносят его перепады. Для чугуна максимальный нагрев воды +110, а для биметалла — +130 градусов.
• Сегодня можно встретить чугунные батареи, возраст которых перевалил отметку 100 лет, но в среднем срок эксплуатации у них 50 лет. Биметаллическим радиаторам производители устанавливают предел 25-30 лет, что меньше, чем у чугуна.

Биметаллические обогреватели – это лучший вариант замены старых батарей. В основных показателях они превосходят чугунные устройства, что гарантирует их эффективную работу в недружелюбной среде централизованного отопления. Кроме того, их намного проще монтировать, они легкие и не требуют дополнительного ухода.

Если вопрос в том, менять чугунные радиаторы на биметаллические или нет, то жильцам пятиэтажек это делать не обязательно, тем более что последние устройства в два раза дороже. Вот жителям высотных домов придется отказаться от чугунных батарей, так как они не выдержат нагрузки системы и дадут течь. В данном варианте, однозначно, лучше, чем биметаллические конструкции нет ничего.

Сравнение алюминиевых и чугунных радиаторов

Обогреватели из алюминия первыми пришли на смену чугун, но по своим параметрам больше подходят для автономных систем, чем централизованных. Спорить, какие радиаторы лучше, чугунные или алюминиевые бессмысленно, так как у них совершенно разные технические параметры.

• Теплоотдача алюминия значительно выше, чем чугуна. Обогреватели из него разогреваются мгновенно, тут же отдавая тепло помещению и экономя энергоресурсы. Чугуну требует время, чтобы «раскочегариться».
• Решать, чугунные или алюминиевые радиаторы, что лучше в условиях городской теплосети, это напрасная трата времени. Как правило, первые плохо переносят сильные гидроудары, хотя есть модели с достаточным уровнем рабочего давления. Но даже не это делает их уязвимыми в условиях центрального обогрева.
• Подверженность коррозии при повышенном уровне Ph воды не позволяет использовать их в системах, где его невозможно контролировать. Именно поэтому алюминиевые батареи устанавливаются в частных домах с автономным типом обогрева. В крайнем случае, в подобной системе можно установить фильтр, чего не сделаешь в многоэтажке. Для чугунных батарей качество теплоносителя не имеет значение, так как этот металл устойчив к повышенной кислотности воды.

Когда дело касается монтажа, вопрос, что лучше, чугунная или алюминиевая батарея, не требует ответа. Достаточно попробовать поднять каждый из радиаторов и убедиться, что алюминиевые конструкции можно установить самостоятельно, тогда как для чугунных – потребуется не одна пара сильных рук.

Подводя итоги, можно сказать, в пятиэтажках – лучшие чугунные батареи, тогда как для высотных зданий единственной альтернативой являются биметаллические аналоги. Что касается автономных отопительных систем, то им подходят, как стальные, так и алюминиевые радиаторы, так что потребитель должен сам определять, какие из них ему больше подходят по цене и по качеству.

Рекомендуем:

• Установка чугунных радиаторов отопления: последовательность монтажа, схемы подключения, крепление к стене
• Медно-алюминиевые радиаторы отопления: преимущества обогревателей, модели батарей (ребристые, секционные, литые, монолитные и трубчатые), электрическое отопительное устройство из алюминия
• Регулятор температуры прямого действия: устройство и конструкция, принцип действия, сфера применения автоматического терморегулятора для радиаторов
• Стальной панельный радиатор Kermi: модельный ряд, технические характеристики, особенности установки и ухода, а также схема нижнего подключения Керми fko и информация о торговой марке

Чугунные или алюминиевые радиаторы. Какие где лучше ставить?

Вечные муки выбора приборов отопления. Рынок наводнили дешевые алюминиевые радиаторы, которые, казалось бы, во всем лучше чугунных. Но остаются приверженцы чугунных радиаторов, считающие их максимально надежными. И с их мнением можно согласиться. Давайте разбираться, кто прав, а кто все же ошибается.

Алюминиевые радиаторы. Что такое?

Алюминиевые радиаторы делаются двумя способами:

• метод литья;
• Метод экструзии.

При первом методе секции отливаются отдельно, в расплавленный алюминий добавляется кремний (не более 13%), получается силумин. Панели из этого сплава имеют неплохой коэффициент прочности, способны выдержать до 17 атмосфер. Стенки пластин делают толще, трубки шире, чтобы вода беспрепятственно по ним циркулировала. Производители в Европе и России делают сплав, который обладает большим запасом резистентности по отношению к коррозии. Такие радиаторы чаще всего можно встретить в магазинах, они пользуются наибольшим спросом.

Экструзия – это вдавливание вязкой массы в заготовленную форму. Метод позволяет создавать отдельные фрагменты батареи, которые потом друг с другом монтируются. Данная технология дает возможность создавать только вертикальные элементы. Коллекторы делаются из силумина.

Выгода при применении экструзии:

1. Простота технологии;
2. Невысокая цена
3. Изделия имеют приемлемый коэффициент прочности.

Также делаются нагревательные приборы из анодированных составов, то есть применяется алюминий высокой очистки, к нему применяется технология анодного оксидирования, которая радикально видоизменяет структуру материала, что позволяет хорошо противостоять коррозии.

Отдельные узлы соединяются резиновыми элементами. Анодированные алюминиевые радиаторы имеют более высокую теплоотдачу. Рабочее давление они могут выдерживать до 72 атмосфер. Единственный недостаток этих нагревательных приборов – это высока цена.

Средний срок службы алюминиевых батарей – это два десятка лет. Рекомендуется раз в годе делать профилактический осмотр нагревательного прибора. Характеристики:

1. Межосевое расстояние не более 520 мм;
2. Штатное давление до 16,5 атм.;
3. Мощность тепловая до 214 Вт;
4. Одна секция весит не более 1,5 кг.;
5. Предельная температура не выше 108 градусов.

Тестовые испытания этих изделия проводятся при 30 атмосферах, рабочее давление в алюминиевых батареях в России не превышает 20 атмосфер. Выпускаются различные модели, наиболее популярные:

• TANGO;
• OPERA;
• ALUX;
• RIFAR

Чугунные. Что такое?

Чугунные радиаторы подобно конструктору «Лего» составляются в блоки. На стыки накладываются специальные пренитовые прокладки. Секции дифференцируются на одноканальные и двухканальные, их количество прямо пропорционально площади помещения. Чугунные батареи имеют замечательное качество, они могут служить долгие десятилетия, при этом не ржаветь и не истончаться. Чугун является нейтральным материалом, он и не подвержен коррозии.

Рабочее давление чугунный радиатор выдерживает от 9 атмосфер, прекрасно выдерживает резкие механические нагрузки и гидроипульсы. Батареи из чугуна могут функционировать более ста лет и будут выглядеть ка новые. Еще одно из достоинств таких изделий – это их невысокая цена.

Чугунные блоки лучше всего монтировать до начала отопительного сезона, процесс этот достаточно трудоемкий, одна секция может весть от 5 до 8 кг. Одноканальные радиаторы ставятся в технических помещениях или панельных домах. Двухканальные блоки чаще всего можно встретить в частных домовладениях.

При монтаже чугунных радиаторов оставляется обязательно зазор между полом и стенам, это требуют правила противопожарной безопасности.

Во время монтажа:

• сливается жидкость,
• с помощью крана Маевского стравливается лишний воздух;
• ставится запорная арматура, чтобы можно было делать автономно профилактический ремонт.

Современные производители прекрасно понимают ценность чугуна как материала, поэтому налажен выпуск декоративных чугунных моделей. Подобный товар пользуется устойчивым спросом

Основные отличия батарей

В теплоцентралях существует два типа давления:

1. Рабочее.
2. Опрессовочное.

Последнее всегда имеет более высокие показатели. Для алюминиевых радиаторов рабочее давление считается до 16 атмосфер, что соответствует рабочим показателям в сетях тепловых. Иногда давление может достигать до 28 атмосфер, что является критичным значением для алюминиевых радиаторов. Использовать их в многоквартирных домах специалисты не рекомендуют. Не только из-за давления, но и из-за особенностей теплоносителя. В частных домовладениях давление в котле не превышает обычно 1,5 атмосфер, поэтому алюминиевые радиаторы более предпочтительны.

Опрессовочное давление более актуально, знать о его существовании необходимо. Перед началом отопительного сезона рекомендуется протестировать герметичность всей системы. На профессиональном языке этот процесс называется: опрессовыванием. То есть при более высоком давлении (1,5-2 раза) через радиаторы прогонят воду.

В частных домах давление в отопительной системе объективно ниже. В многоэтажных домах, чтобы вода поднялась на высоту десяти метров (трехэтажный дом) требуется давление в одну атмосферу.

Коммунальные службы не всегда придерживаются ГОСТов, иногда давление «скачет» в больших диапазонах, поэтому покупать батареи лучше с запасом

Производители часто указывают различные единицы измерения в ТТХ. Один бар соответствует одной атмосфере, если расчет идет в мегапаскалях, то, чтобы перевести их в привычные атмосферы, требуется умножить на коэффициент 10. Пример: 1,3 мегапаскаля соответствует 13 атмосферам.

Половина тепла, которые отдают алюминиевые радиаторы – это так называемые тепловые лучи. Остальное тепло – это конвекционные потоки, они генерируется при перемещении воздушных масс снизу вверх. Такая конструкция эффективно повышает теплоотдачу.

Теплоотдача меряется в ваттах, у алюминиевой батареи с осью до полуметра теплоотдача может составлять до 155 ватт. Алюминиевые батареи имеют высокую теплоотдачу, по этому показателю они опережают чугунные.

Чугунные радиаторы во многом зависят от модели батареи. Во времена Советского Союза чугунные батареи занимали до 90% рынка, особенно была популярна конструкция: Р140.

1. Мощность такого изделия составляла от 0,122 до 0,165.
2. Средний вес в пределах 7,5 кг.
3. Площадь поверхности 0,25 кв. метра
4. Функциональное давление 9,2 атм.

Чтобы в помещении была приемлемая температура в зимнее время, учитывать следует, что на один метр квадратный требуется 140 ватт мощности (если есть одно окно и стена одно наружная). Температура батареи должна быть не ниже 65 градусов. Если помещение слишком большое, то на десять квадратных метров потребуется около 1,5 кВт мощности. Цифры все даны для ориентира. Более точные вы можете получить при помощи тепло расчётов.

Старые чугунные батареи работают исправно, но выглядят они несовременно. Нередко нагревательные приборы закрывают специальными решетками или экранами. Выпускаются также и современные модификации, которые обладают современным внешним видом. Особенно интересны изделия завода ЧМ в городе Чебоксары.

Пример:

1. ЧМ-1: глубина до 72 см, мощность 0,076 до 0,12 квт, вес одной секции 4,2 кг. Выдерживает давление до 9 атм.
2. ЧМ – 2 выдерживает давление тоже в девять атмосфер. Глубина до 1,1 метра, мощность 0,1082-0,143 квт. Одна секция весит приблизительно до 6 кг.

Интересные модели (МС-110) производит завод Сетехлит, радиаторы компактны и легко умещаются в различные проемы.

Чугунные радиаторы выпускаются в Турции, Чехии и Китае. Есть очень привлекательные модели, которые выглядят ультрасовременно. Пример: компания Conner делает модель «Модерн»: имеет глубину всего 82 см, выдерживает давление до 12,2 атм., а мощность от 0,122 до 1,52 КВТ. Вес одной секции не превышает 5,5 кг.

Что лучше сегодня использовать?

Чугунные радиаторы надежны, если их правильно разместить, то про них можно «забыть» работать они исправно будут очень долго. Многое зависит от характера помещений. Если приходится монтировать отопление в апартаменты в пятизвездочной гостинице, то секционные чугунные батареи «гармошка» будут смотреться аляповато. С другой стороны, если поставить чугунные обогреватели современные, закрыть их декоративным экраном, то такая компоновка может быть удачной.

Радиаторы из алюминия имеют немало достоинств:

1. Облают высокой теплоотдачей.
2. Тепловые приборы экономичны.
3. Легко монтировать, имеют небольшой вес.
4. Стоят сравнительно недорого.
5. Выглядят эстетически привлекательно.

Из недостатков можно упомянуть:

1. Возможна протечка на стыках.
2. Не всегда тепло распределяется одним фронтом.
3. Срок службы ограничен.
4. Необходимо делать профилактический ремонт довольно часто.
5. Иногда возникают воздушные «подушки».
6. Алюминий подвержен коррозии, требуется специальная обработка.

Последний пункт представляется самым проблемным, если техническая вода внутри батареи насыщена щелочными элементами, то происходит ускоренный износ теплового блока. Еще один недостаток: алюминиевые радиаторы не обладают большим запасом прочности, при скачке давления в тепловых контурах, могут возникать аварийные ситуации. Вот почему такие радиаторы ставят в основном в частных домах, а чугунные используют в центральном отоплении.

Если в центральном отоплении вы не хотите использовать чугунные батареи, то можно рассмотреть вариант биметаллических. По сути это те же алюминиевые радиаторы, только со специальной стальной трубкой внутри.

В частных домах использование чугунных радиаторах нецелесообразно. Смело рассматривайте алюминиевые модели. Они современнее, обладают лучшей теплоотдачей и равномернее распределяют тепло в помещении.

В плане затрат на отопление, разницы между чугунными и алюминиевыми радиаторами по сути нет.

Читайте так же:

инструкция по выбору, какой лучше, видео и фото

Отопление – одна из важнейших систем жизнеобеспечения, особенно в нашей стране, где холода властвуют по шесть и более месяцев в году. От него зависит насколько комфортным и уютным будет наше жилище на протяжении осенне-зимнего периода. И тут уже важен вопрос, из каких материалов выбраны отопительные приборы.

Два металла, которые уникальный каждый сам по себе, соперничают на рынке отопительных услуг

Предложения рынка теплотехники

В отопительной системе важен каждый ее элемент:

• Узел подачи теплоносителя в сеть.
• Схема разводки трубопроводов, подающих и обратных.
• Отопительные приборы – радиаторы.
• Способ циркуляции теплоносителя.

Жители многоэтажек, получая квартиры с готовым отоплением не задумываются, как приходит тепло в их дома. Может только по истечении десятков лет, когда система отопления начинает давать сбои.

А при частном строительстве все вопросы по обогреву дома решаются владельцем. И один из важнейших – это выбор отопительных приборов. Если вы хотите узнать, какие радиаторы отопления лучше – чугун или алюминий, то стоит разобраться с особенностями каждого определенного варианта.

Современный ассортимент радиаторов существенно пополнился за последние десятилетия. Сегодня потребителю предлагается широкий спектр отопительных приборов по всем направлениям:

Полезная табличка для всех тех, кто собирается обустраивать отопительную систему

1. Материалу изготовления:
   • Чугунные.
   • Стальные.
   • Алюминиевые.
   • Биметаллические.
2. Форме исполнения:
   • Панельные (плоские).
   • Секционные.
   • Трубчатые.
3. Габаритам:
   • Низкие от 150 мм до 450 мм.
   • Высокие (более 450 мм).
4. Месту и возможности установки:
   • Настенные.
   • Напольные.
   • Скрытые.

Все характеристики кроме первой имеют отношение больше к эстетике помещений и служат для максимального слияния с общим дизайном.

Наибольшее значение по части эффективности работы в конкретной системе отопления имеет металл, из которого изготовлена батарея. Вот почему первоочередной вопрос при проектировании отопления, что лучше алюминиевые или чугунные радиаторы.

Чугунные приборы отопления

Традиционно лучшим выбором среди радиаторов считались чугунные батареи привычные для большинства наших сограждан. Оно и понятно, ведь с них и начиналась история отопления.

Чугунная батарея тяжело вписывается в интерьер, особенно это отчетливо проявляется на кухне

Не лишним будет еще раз перечислить все преимущества чугунных батарей:

• Высокая коррозионная стойкость. Чугун слабо активен к агрессивному воздействию кислот и щелочей.
• Чугун не подвержен механическому износу от абразивных примесей в теплоносителе.

Совет!
Из этих соображений чугунные радиаторы рекомендуется устанавливать в централизованных отопительных системах, где теплоноситель имеет весьма сомнительное качество.

• Вышеуказанные свойства обеспечивают чугунным приборам отопления гарантированный срок эффективной службы 30 лет.

Интересно!
Многие из нас по опыту могут засвидетельствовать 40 -летнюю и старше бесперебойную эксплуатацию чугунных радиаторов, конечно же, при надлежащем уходе.

• Долгое сохранение тепла и отдача его в пространство помещения при отключении подачи горячей воды (теплоносителя).
• Сравнительно невысокая стоимость батарей.

Слабые стороны также имеются:

С помощью подобных креплений, показанных на фото, установка чугунных изделий облегчается в несколько раз

• Большой вес конструкций, затрудняющий монтаж своими руками.
• Громоздкость батарей.
• Не совсем привлекательный внешний вид, трудно совместимый с современными стилями дизайна.

Небольшая поправка – в последние годы стали выпускать изящные радиаторы из чугуна, вот только и стоимость на них значительно выросла

• Высокая тепловая инертность чугунных приборов не позволяет использовать их в системах отопления регулируемых автоматически.

Алюминиевые радиаторы отопления

Стремительно набирая популярность на отечественном рынке теплотехники, первыми альтернативными чугуну и стали появились алюминиевые приборы. Эстетически привлекательный внешний вид алюминиевых батарей сразу изменил наше представление о возможностях участия отопительной системы в дизайне помещений.

Алюминиевые батареи имеют нейтральный внешний вид, который легко гармонирует с любым интерьером

К сведению!
Доступная инструкция подключения и монтажа позволяет собственноручно собрать внутридомовую сеть отопления из алюминиевых радиаторов без приложения титанических усилий.

Почти плоские и легкие батареи из алюминия выпускаются двумя способами:

1. Экструзии, то есть, проще говоря, выдавливания.
   Таким образом, изготавливаются отдельные элементы радиатора (коллектор и секции), которые затем собираются в единую конструкцию с прессованием.
2. Литья под высоким давлением.
   Толстые стенки такого прибора отличаются высокой прочностью и способны справляться с рабочим давлением в отопительной системе от 6 до 16 атмосфер. К тому же такой метод изготовления позволяет выпускать изделия разнообразных форм.

Всем алюминиевым приборам отопления характерны следующие особенности:

• Очень высокая теплоотдача.
• Краткосрочный этап разогрева.
• Небольшой объем и в связи с этим экономичность системы (для наполнения требуется меньше воды).

Важно!
Одна секция алюминиевой батареи наполняется лишь 700-1000 мл воды.
Этот параметр для чугунной секции радиатора больше почти в четыре раза.

Достоинство алюминиевых моделей – простой способ «пробить» стояк, избавиться от воздушных пробок и просто слить грязь

• Малый вес и габариты облегчают монтаж своими руками.
• Такие батареи хорошо работают в системах с автоматическим регулированием.
• Цена алюминиевых батарей напрямую зависит от параметров рабочего давления, на которые она рассчитана. С повышением давления возрастает и стоимость прибора.

К недостаткам алюминиевых радиаторов относятся:

• Повышенная склонность к коррозии.

Совет!
Алюминий сразу вступает во взаимодействие с медными и медь содержащими трубами и фитингами, поэтому лучше использовать сталь или нержавейку.

• Также высокие требования предъявляются к качеству теплоносителя (определенная кислотность и очистка от механических загрязнений).
• Слабая сопротивляемость механическому воздействию ударного типа.

Удобство современных моделей батарей – возможность выбрать количество секций и предотвратить переплату за коммунальные услуги

Взвешиваем за и против

Резюмируем полученную информацию для того чтобы решить какой радиатор лучше алюминиевый или чугунный:

1. Для систем центрального отопления в городских условиях наиболее подходящими оказываются чугунные батареи.
2. Нежелательно использовать алюминиевые приборы отопления в многоквартирных домах с центральным отоплением по следующим пунктам:

Они уязвимы к:

• Гидро- и пневмоударам, нередко возникающим при запуске централизованной отопительной системы.
• Скачкам давления (особенно в сторону повышения) характерным для этих систем.

3. Химическая активность алюминия и податливость к механическому воздействию абразивными примесями в теплоносителе требует серьезной водоподготовки.

В условиях частного домостроения, где в замкнутом цикле автономной отопительной системы просто обеспечить высокий уровень очистки воды, алюминиевые приборы окажутся очень даже кстати. К тому же это будет способствовать сокращению необходимого количества теплоносителя.

Надеемся, ознакомившись с этим материалом, домовладельцам будет немного проще решать, какой радиатор лучше алюминиевый или чугунный выбрать для конкретного случая.

Биметаллические радиаторы

Не стоит ограничивать свой выбор и рассматривать только алюминиевые или чугунные радиаторы отопления. Есть универсальный тип радиаторов, которые подходят для различных видов отопительных систем – биметаллические. Эти батареи удачно соединяют в себе наилучшие качества все известных радиаторов.

Вывод

Мы постарались дать как можно больше информации о том, какой же из представленных вариантов наиболее подойдет для жилого помещения. Но не стоит путать, что преимущества определенного вида становятся недостатками в самых различных ситуациях, важно учесть множество нюансов, вплоть до размеров отапливаемой площади.

В представленном видео в этой статье вы найдете дополнительную информацию по данной теме.

Какие радиаторы отопления выбрать: чугунные, стальные или алюминиевые? | 5energy

В нашем холодном климате физически невозможно прожить без полноценных радиаторов отопления. Радиаторы встречаются разные – стальные, чугунные, алюминиевые и биметалличие. Но если брать во внимание дешевизну и долговечность эксплуатации, то в этом списке лидируют чугунные и алюминиевые радиаторы, которые можно свободно купить практически в любом магазине сантехники.

Чугунные батареи

Радиаторы из серого чугуна, в которых содержится исключительно большой процент углерода (более 2 процентов), способны с легкостью выдерживать воздействие самого жесткого теплоносителя, в котором растворен кислород, вызывающий ускоренную коррозию практически любого металла, кроме чугуна. 

Пусть чугунный сплав и отличается хрупкостью, но он долго служит и отличается неплохой теплопроводностью – одна секция МС-140 с видимой легкостью способна прогреть не менее 2 м² жилья в течение получаса, если температура теплоносителя окажется достаточно высокой – не мене 65 градусов. Точно зная, сколько греет каждая секция, покупатель может точно рассчитать мощность всего радиатора. Открывать форточки или устанавливать весьма дорогостоящие двухтрубные системы отопления, не придется. Подробнее об установке чугунного радиатора, читайте на нашем блоге. 

Плюсы:

• беспроблемная эксплуатация 50 лет и выше
• стабильная работа независимо от типа теплоносителя
• высокая теплоотдача, за счет большой вместительности теплоносителя, будь то води ли антифриз
• менее восприимчивый к высокой кислотности воды

Алюминиевый радиатор

Если скорость прогрева вышеуказанных радиаторов окажется высокой, разумно купить алюминиевые версии. Последние отличны предельно высокой теплопроводностью, имеют низкий объем, что позволяет на практике задействовать минимальное количество теплоносителя от газового котла. Зависимость здесь прямая – чем меньше окажется общий объем контура системы отопления, тем меньше газовому котлу придется сжигать дорогостоящее газовое топливо. Стоит купить алюминиевые радиаторы, грамотно установить к пластиковым трубам отопления (о видах труб, их преимуществах и недостатках читайте в вышеуказанной статье) через американку или адаптер, как можно смело считать, что они окупятся уже в первый отопительный сезон.

К очевидным плюсам алюминиевых радиаторов нужно записать предельно высокий ресурс эксплуатации, поскольку с внутренней стороны они непременно покрываются особо прочной антикоррозийной поверхностью прямо при изготовлении. Это важно, если в отопительном контуре имеются медные отводы или полуотводы, вызывающие ускоренную электрохимическую коррозию алюминия. Но если купить современную версию алюминиевого радиатора с вышеуказанным защитным покрытием, то можно смело считать, что они прослужат не считанные годы, а десятки лет.

Плюсы:

• радиаторы выглядят более эстетично в современном дизайне
• экономия теплоносителя (в одной секции до 0.5 л)
• низкая инерция материала (быстрый нагрев/охлаждение)
• небольшой вес
• относительно невысокая стоимость

Стальной радиатор

Стальной радиаторы появились более десяти лет назад. Основная идея — объединить между собой конвектор и радиатор. В отличие от чугунных, стальные радиаторы используют намного меньше теплоносителя, но благодаря своей конструкции, ничуть не уступает по эффективности. Это основное преимущество стальных радиаторов.

Работая по принципу конвектора, стальные радиаторы позволяют достичь КПД до 90%. Также, стоит отметить классический стиль, который в своем большинстве не сильно выделяется на фоне современных дизайн интерьеров.

К сожалению, данный тип радиаторов не обделен недостатками. Стальные радиаторы нельзя оставлять без теплоносителя, так внутри достаточно быстро может образоваться коррозия. Также не желательная эксплуатация стальных радиаторов в случае использования централизованных систем отопления, введу несовместимости данного типа радиаторов с высоким давлением.

Биметаллические радиаторы 

Несмотря на свою новизну, биметаллические радиаторы заняли одну из лидирующих позиций. Благодаря исследованиям было выяснено, что для транспортировки теплопроводника намного эффективнее использовать стальные трубы. В то же время, для отдачи тепла намного эффективнее использовать алюминиевые панели. 

Благодаря комбинации лучших качеств каждого из материалов, получилось сделать более эффективные биметаллические радиаторы. 

Кроме того, алюминиевые панели выглядят более современно. Вес конечного радиатора ниже тех же чугунных, что является одним из дополнительных преимуществ такой конструкции.

На изображении показан принцип строения биметаллических радиаторов. 

Конечно же, все достаточно индивидуально. И алюминиевые и чугунные батареи по своему хороши и плохи одновременно. Для кого-то главное — дешевизна и эффективность, для других намного важнее эстетика. Но любую, даже самую некрасивую батарею можно преобразить/спрятать с помощью декоративных панелей. О том, как сделать декоративную панель, которая кроме всего прочего будет направлять тепло туда, куда нужно, читайте в нашем блоге. Для частных домов разумным компромиссом могут стать стальные радиаторы. Но все же, решать только вам. 

алюминиевых батарей | Аккумулятор Future

• Литий-ионные батареи устаревают как по экологическим причинам, так и по причине их склонности к возгоранию.
• Работая над заменой, исследователи разработали новую концепцию алюминиево-ионной батареи.
• До того, как алюминиево-ионные батареи станут коммерчески доступными, предстоит пройти долгий путь, но их конструкция решает основные проблемы хранения энергии.

---

От смартфонов до электромобилей многое зависит от будущих разработок аккумуляторов.Хотя литий-ионные батареи стали стандартными, их дальнейшее развитие представляется нестабильным по ряду причин. Даже создатель литий-ионной батареи считает, что ее нужно менять.

Теперь исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции и Национального института химии в Словении сделали то, что, по их мнению, является крупным прорывом в возможной замене: алюминиево-ионные батареи.

Батареи состоят из анода, отрицательного электрода и катода, положительного электрода.Согласно пресс-релизу команды, новая батарея будет иметь «вдвое большую удельную энергию, чем предыдущие версии, будет сделана из большого количества материалов и может привести к снижению производственных затрат и снижению воздействия на окружающую среду».

В то время как в предыдущих концепциях алюминиево-ионных аккумуляторов в качестве катода использовался графит, обеспечивающий низкое производство энергии, команда заменила его на органический наноструктурированный катод, сделанный из молекулы антрахинона на основе углерода.

«Материальные затраты и воздействие на окружающую среду, которые мы предполагаем в рамках нашей новой концепции, намного ниже, чем то, что мы видим сегодня, что делает их пригодными для крупномасштабного использования, например, для парков солнечных батарей или хранения энергии ветра», — говорит Патрик Йоханссон, профессор кафедры физики Чалмерса, в заявлении для прессы.«Кроме того, наша новая концепция батарей имеет вдвое большую плотность энергии по сравнению с алюминиевыми батареями, которые сегодня являются« самыми современными »».

Наличие органической молекулы в катодном материале позволило бы накапливать положительные носители заряда из электролита, катализатор, который делает батарею проводящей. Ионы смогут свободно перемещаться между двумя электродами батареи, что сделает возможным хранение более высокой плотности.

«Поскольку новый катодный материал позволяет использовать более подходящий носитель заряда, батареи могут лучше использовать потенциал алюминия», — говорит исследователь Чалмерса Никлас Линдал.«Сейчас мы продолжаем работу, ища еще лучший электролит. Текущая версия содержит хлор — мы хотим от него избавиться».

Команде предстоит долгий путь. В настоящее время на коммерческом рынке представлено большое количество алюминиево-ионных аккумуляторов с нулевым содержанием тепла, и все, от сохранения тепла до размера, мешающего повседневному использованию. Но может ли этот дизайн быть планом на будущее?

«Конечно, мы надеемся, что они смогут», — говорит Йоханссон.

«Но, прежде всего, они могут дополнять друг друга, гарантируя, что литий-ионные батареи используются только там, где это строго необходимо.Пока плотность энергии алюминиевых батарей вдвое меньше, чем у литий-ионных батарей, но наша долгосрочная цель — добиться такой же плотности энергии. Еще предстоит работа с электролитом и разработка лучших механизмов зарядки, но алюминий в принципе является значительно лучшим носителем заряда, чем литий, поскольку он многовалентен, а это означает, что каждый ион «компенсирует» несколько электронов. Кроме того, батареи могут быть значительно менее вредными для окружающей среды.«

Алюминий — не единственный материал, который ученые всего мира рассматривают в качестве замены. Группа ученых в Индии убеждена, что будущая батарея связана со свинцом.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Обзор текущего прогресса в неводных алюминиевых батареях

Основные моменты

•

Алюминиевые батареи и их исследования оправданы в контексте других электрохимических систем хранения энергии.

•

Приведено подробное объяснение различных механизмов работы неводных алюминиевых батарей.

•

Объясняется химический состав наиболее распространенного электролита, AlCl ₃ — [EMIm] Cl.

•

Рассмотрены характеристики осаждения / растворения алюминия.

•

Предпринята попытка исчерпывающего обзора положительных электродов.

Abstract

Исследования алюминиевых батарей быстро набирают обороты как потенциальная альтернатива общепринятым химическим соединениям батарей, таким как ионно-литиевые. Алюминий в изобилии, пригоден для вторичной переработки, и благодаря своей трехэлектронной окислительно-восстановительной реакции он предлагает потенциал для высокой удельной энергии и мощности. Его также можно использовать в качестве металлического отрицательного электрода из-за отсутствия дендритов в соответствующих условиях в ионно-жидких электролитах при комнатной температуре. С этими электролитами также может быть предусмотрена батарея, полностью состоящая из множества элементов.Однако для того, чтобы коммерциализировать алюминиевые батареи, исследователи все еще должны преодолеть огромные проблемы, потому что ни один материал положительного электрода еще не продемонстрировал эффективного обратимого накопления ионов алюминия. Этот обзорный документ представляет собой критическое резюме исследований на сегодняшний день. Мы представляем обсуждение химического состава электролитов, поведения алюминия при осаждении и растворении, а также различных катодных материалов, которые были опробованы. Мы также рассматриваем неводные алюминиевые батареи в контексте других аккумуляторных систем и даем представление о будущих направлениях исследований и потенциальных применениях в будущем.Используя четкие графики для объяснения различных концепций, мы хотим, чтобы этот обзор предоставил широкое и четкое введение в эту область для исследователей, плохо знакомых с этой областью.

Ключевые слова

Алюминий

Аккумулятор

Ионная жидкость

Поли (3,4-этилендиокситиофен) (ПЭДОТ)

Перезаряжаемый / вторичный

Устойчивый

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

© 2020 Автор (s ). Опубликовано Elsevier Ltd.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Заряд в секундах, за последние месяцы

(Pocket-lint). Хотя смартфоны, умные дома и даже умные носимые устройства становятся все более совершенными, они все еще ограничены мощностью.Аккумулятор не совершенствовался десятилетиями. Но мы находимся на пороге революции власти.

Крупные технологические и автомобильные компании слишком осведомлены об ограничениях литий-ионных аккумуляторов. В то время как чипы и операционные системы становятся более эффективными для экономии энергии, мы все еще рассматриваем только один или два дня использования смартфона, прежде чем потребуется подзарядка.

Хотя может пройти некоторое время, прежде чем мы сможем прожить неделю жизни наших телефонов, разработка идет хорошо. Мы собрали все лучшие открытия в области аккумуляторов, которые могут быть с нами в ближайшее время, от беспроводной зарядки до сверхбыстрой 30-секундной подзарядки.Надеюсь, скоро вы увидите эту технологию в своих гаджетах.

Маркус Фолино / Технологический университет Чалмерса

Структурные батареи могут привести к созданию сверхлегких электромобилей

Исследования, проведенные в Технологическом университете Чалмерса, уже много лет рассматривают возможность использования батареи не только в качестве источника энергии, но и в качестве структурного компонента. Преимущество этого предложения состоит в том, что продукт может уменьшить количество структурных компонентов, потому что батарея обладает достаточной силой для выполнения этих задач. Используя углеродное волокно в качестве отрицательного электрода, а в качестве положительного — фосфат лития-железа, последняя батарея имеет жесткость 25 ГПа, хотя есть еще кое-что, чтобы увеличить энергоемкость.

NAWA Technologies

Вертикально выровненный электрод из углеродных нанотрубок

NAWA Technologies разработала и запатентовала сверхбыстрый углеродный электрод, который, по ее словам, изменил правила игры на рынке аккумуляторов. В нем используется конструкция с вертикально расположенными углеродными нанотрубками (VACNT), и NAWA заявляет, что он может увеличить мощность батареи в десять раз, увеличить запас энергии в три раза и увеличить срок службы батареи в пять раз. Компания считает, что электромобили являются основным бенефициаром, сокращая углеродный след и стоимость производства аккумуляторов, одновременно повышая производительность.NAWA заявляет, что дальность действия 1000 км может стать нормой, а время зарядки сокращено до 5 минут, чтобы достичь 80 процентов. Технология может быть запущена в производство уже в 2023 году.

Литий-ионная батарея без кобальта

Исследователи из Техасского университета разработали литий-ионную батарею, в которой в качестве катода не используется кобальт. Вместо этого он переключился на высокий процент никеля (89 процентов), используя марганец и алюминий в качестве других ингредиентов. «Кобальт — наименее распространенный и самый дорогой компонент в катодах аккумуляторных батарей», — сказал профессор Арумугам Мантирам, профессор кафедры машиностроения Уолкера и директор Техасского института материалов.«И мы полностью устраняем это». Команда говорит, что с помощью этого решения они преодолели общие проблемы, обеспечив длительный срок службы батареи и равномерное распределение ионов.

SVOLT представляет батареи для электромобилей, не содержащие кобальта.

Несмотря на то, что свойства электромобилей по снижению выбросов широко распространены, все еще существуют разногласия по поводу аккумуляторов, особенно по поводу использования металлов, таких как кобальт. Компания SVOLT, штаб-квартира которой находится в Чанчжоу, Китай, объявила о производстве безкобальтовых батарей, предназначенных для рынка электромобилей.Помимо сокращения содержания редкоземельных металлов, компания заявляет, что они обладают более высокой плотностью энергии, что может привести к дальности действия до 800 км (500 миль) для электромобилей, а также продлить срок службы батареи и повысить безопасность. Мы не знаем, где именно мы увидим эти батареи, но компания подтвердила, что работает с крупным европейским производителем.

Тимо Иконен, Университет Восточной Финляндии

На шаг ближе к литий-ионным батареям с кремниевым анодом

Стремясь решить проблему нестабильного кремния в литий-ионных батареях, исследователи из Университета Восточной Финляндии разработали метод производства гибридного анода. , используя микрочастицы мезопористого кремния и углеродные нанотрубки.В конечном итоге цель состоит в том, чтобы заменить графит в качестве анода в батареях и использовать кремний, емкость которого в десять раз больше. Использование этого гибридного материала улучшает характеристики батареи, в то время как силиконовый материал устойчиво производится из золы ячменной шелухи.

Университет Монаша

Литий-серные аккумуляторы могут превзойти литий-ионные и снизить воздействие на окружающую среду

Исследователи из Университета Монаша разработали литий-серные аккумуляторы, способные питать смартфон в течение 5 дней, превосходя литий-ионные.Исследователи изготовили эту батарею, имеют патенты и интерес производителей. У группы есть финансирование для дальнейших исследований в 2020 году, заявив, что дальнейшие исследования автомобилей и использования сетей будут продолжены.

Утверждается, что новая технология аккумуляторов оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем литий-ионные, и снижает производственные затраты, при этом предлагая возможность питания автомобиля на 1000 км (620 миль) или смартфона в течение 5 дней.

Аккумулятор IBM получен из морской воды и превосходит литий-ионный

IBM Research сообщает, что обнаружила новый химический состав аккумулятора, который не содержит тяжелых металлов, таких как никель и кобальт, и потенциально может превзойти литий-ионные.IBM Research утверждает, что этот химический состав никогда раньше не использовался в комбинации в батарее и что материалы можно извлекать из морской воды.

Производительность аккумулятора многообещающая, и IBM Research утверждает, что он может превзойти литий-ионный в ряде различных областей — он дешевле в производстве, он может заряжаться быстрее, чем литий-ионный, и может иметь как более высокую мощность. и плотности энергии. Все это доступно в аккумуляторе с низкой горючестью электролитов.

IBM Research отмечает, что эти преимущества сделают ее новую технологию аккумуляторов подходящей для электромобилей, и вместе с Mercedes-Benz, среди прочих, компания работает над превращением этой технологии в жизнеспособную коммерческую батарею.

Panasonic

Система управления батареями Panasonic

Хотя литий-ионные батареи повсюду и их количество растет, управление этими батареями, в том числе определение того, когда у них закончился срок службы, затруднено.Panasonic, работая с профессором Масахиро Фукуи из Университета Рицумейкан, разработала новую технологию управления батареями, которая упростит мониторинг батарей и определение остаточной стоимости литий-ионных в них.

Panasonic заявляет, что ее новую технологию можно легко применить с изменением системы управления батареями, что упростит мониторинг и оценку батарей с несколькими составными ячейками, которые вы можете найти в электромобиле. Panasonic сообщает, что эта система поможет продвинуться в направлении устойчивого развития, поскольку сможет лучше управлять повторным использованием и переработкой литий-ионных аккумуляторов.

Асимметричная модуляция температуры

Исследования продемонстрировали метод зарядки, который приближает нас на шаг ближе к экстремально быстрой зарядке — XFC — который направлен на обеспечение 200 миль пробега электромобиля примерно за 10 минут с зарядкой 400 кВт. Одна из проблем с зарядкой — это литиевая гальваника в батареях, поэтому метод асимметричной температурной модуляции заряжает при более высокой температуре, чтобы уменьшить гальванику, но ограничивает это до 10-минутных циклов, избегая роста межфазной границы твердого электролита, что может сократить срок службы батареи.Сообщается, что этот метод снижает деградацию батареи, позволяя заряжать XFC.

Pocket-lint

Песочная батарея увеличивает время автономной работы в три раза

В этом альтернативном типе литий-ионной батареи используется кремний для достижения в три раза большей производительности, чем у нынешних графитовых литий-ионных батарей. Батарея по-прежнему литий-ионная, как и в вашем смартфоне, но в анодах используется кремний вместо графита.

Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде какое-то время занимались нанокремнием, но он слишком быстро разлагается и его трудно производить в больших количествах.С помощью песка его можно очистить, измельчить в порошок, затем измельчить с солью и магнием перед нагреванием для удаления кислорода, что приведет к получению чистого кремния. Он пористый и трехмерный, что помогает повысить производительность и, возможно, продлить срок службы батарей. Изначально мы начали это исследование в 2014 году, и теперь оно приносит свои плоды.

Silanano — стартап в области аккумуляторных технологий, который выводит эту технологию на рынок и получил большие инвестиции от таких компаний, как Daimler и BMW. Компания заявляет, что ее решение можно использовать в существующем производстве литий-ионных аккумуляторов, поэтому оно настроено на масштабируемое развертывание, обещая прирост производительности аккумулятора на 20% сейчас или на 40% в ближайшем будущем.

Захват энергии от Wi-Fi

Хотя беспроводная индукционная зарядка является обычным явлением, возможность захвата энергии от Wi-Fi или других электромагнитных волн остается проблемой. Однако группа исследователей разработала ректенну (антенну, собирающую радиоволны), которая представляет собой всего лишь несколько атомов, что делает ее невероятно гибкой.

Идея состоит в том, что устройства могут включать в себя эту ректенну на основе дисульфида молибдена, чтобы энергия переменного тока могла быть получена от Wi-Fi в воздухе и преобразована в постоянный ток, либо для подзарядки батареи, либо для непосредственного питания устройства.Это может привести к появлению медицинских таблеток с питанием без необходимости во внутренней батарее (безопаснее для пациента) или мобильных устройств, которые не нужно подключать к источнику питания для подзарядки.

Энергия, полученная от владельца устройства

Вы могли бы стать источником энергии для вашего следующего устройства, если исследования TENG увенчались успехом. TENG или трибоэлектрический наногенератор — это технология сбора энергии, которая улавливает электрический ток, генерируемый при контакте двух материалов.

Исследовательская группа из Суррейского института передовых технологий и Университета Суррея дала представление о том, как эту технологию можно использовать для питания таких вещей, как носимые устройства. Хотя мы еще далеки от того, чтобы увидеть это в действии, исследование должно дать дизайнерам инструменты, необходимые для эффективного понимания и оптимизации будущей реализации TENG.

Золотые батареи с нанопроволокой

Великие умы Калифорнийского университета в Ирвине создали треснувшие батареи с нанопроволокой, которые могут выдержать много перезарядок.В результате в будущем батареи могут не разрядиться.

Нанопроволока, которая в тысячу раз тоньше человеческого волоса, открывает большие возможности для батарей будущего. Но они всегда ломались при подзарядке. Это открытие использует золотые нанопроволоки в гелевом электролите, чтобы этого избежать. Фактически, эти батареи были проверены на перезарядку более 200 000 раз за три месяца и не показали вообще никакой деградации.

Твердотельные литий-ионные

Твердотельные батареи традиционно обеспечивают стабильность, но за счет передачи электролита.В статье, опубликованной учеными Toyota, рассказывается об их испытаниях твердотельной батареи, в которой используются сульфидные суперионные проводники. Все это означает превосходный аккумулятор.

В результате получился аккумулятор, способный работать на уровне суперконденсатора, чтобы полностью заряжаться или разряжаться всего за семь минут, что делает его идеальным для автомобилей. Поскольку он твердотельный, это также означает, что он намного стабильнее и безопаснее, чем нынешние батареи. Твердотельный блок также должен работать при температуре от минус 30 до 100 градусов Цельсия.

Электролитные материалы по-прежнему создают проблемы, поэтому не ожидайте увидеть их в ближайшее время в автомобилях, но это шаг в правильном направлении к более безопасным и быстро заряжаемым аккумуляторам.

Графеновые батареи Grabat

Графеновые батареи потенциально могут быть одними из самых лучших среди имеющихся. Grabat разработал графеновые батареи, которые могут обеспечить электромобилям запас хода до 500 миль без подзарядки.

Graphenano, компания, стоящая за разработкой, заявляет, что аккумуляторы можно полностью зарядить всего за несколько минут и они могут заряжаться и разряжаться в 33 раза быстрее, чем литий-ионные.Разряд также важен для таких вещей, как автомобили, которым требуется огромное количество энергии для быстрого трогания с места.

Нет информации о том, используются ли аккумуляторы Grabat в настоящее время в каких-либо продуктах, но у компании есть аккумуляторы для автомобилей, дронов, мотоциклов и даже для дома.

Лазерные микроконденсаторы

Rice Univeristy

Ученые из Университета Райса совершили прорыв в создании микроконденсаторов. В настоящее время их производство дорогое, но с использованием лазеров, которые вскоре могут измениться.

При использовании лазеров для выжигания электродов на листы пластика затраты на производство и усилия значительно снижаются. В результате получается батарея, которая может заряжаться в 50 раз быстрее, чем нынешние батареи, и разряжаться даже медленнее, чем современные суперконденсаторы. Они даже прочные, способны работать после более чем 10 000 сгибаний во время испытаний.

Пенные аккумуляторы

Прието считает, что будущее аккумуляторов — за 3D. Компании удалось решить эту проблему с помощью своей батареи, в которой используется медная вспененная подложка.

Это означает, что эти батареи будут не только более безопасными благодаря отсутствию горючего электролита, но также будут обеспечивать более длительный срок службы, более быструю зарядку, в пять раз более высокую плотность, будут дешевле в изготовлении и будут меньше существующих.

Prieto стремится в первую очередь размещать свои батареи в небольших предметах, например, в носимых устройствах. Но там говорится, что аккумуляторы можно масштабировать, чтобы мы могли видеть их в телефонах и, возможно, даже в автомобилях в будущем.

Carphone Warehouse

Складной аккумулятор похож на бумагу, но прочный

Jenax J.Аккумулятор Flex был разработан, чтобы сделать гаджеты возможными. Батарея, похожая на бумагу, складывается и является водонепроницаемой, что означает, что ее можно интегрировать в одежду и другие носимые устройства.

Батарея уже создана и даже прошла испытания на безопасность, в том числе складывалась более 200 000 раз без потери производительности.

Ник Билтон / The New York Times

uBeam по воздуху зарядка

uBeam использует ультразвук для передачи электричества. Энергия преобразуется в звуковые волны, неслышимые для людей и животных, которые передаются, а затем преобразуются обратно в энергию при достижении устройства.

На концепцию uBeam наткнулась 25-летняя выпускница астробиологии Мередит Перри. Она основала компанию, которая позволит заряжать гаджеты по воздуху с помощью пластины толщиной 5 мм. Эти передатчики можно прикрепить к стенам или сделать предметами декоративного искусства для передачи энергии на смартфоны и ноутбуки. Гаджетам просто нужен тонкий приемник, чтобы принимать заряд.

StoreDot

StoreDot заряжает мобильные телефоны за 30 секунд

StoreDot, стартап, созданный на базе кафедры нанотехнологий Тель-Авивского университета, разработал зарядное устройство StoreDot.Он работает с современными смартфонами и использует биологические полупроводники, сделанные из природных органических соединений, известных как пептиды — короткие цепочки аминокислот, которые являются строительными блоками белков.

В результате получилось зарядное устройство, способное заряжать смартфон за 60 секунд. Батарея состоит из «негорючих органических соединений, заключенных в многослойную защитную структуру, предотвращающую перенапряжение и нагрев», поэтому проблем с ее взрывом быть не должно.

Компания также объявила о планах создать аккумулятор для электромобилей, который заряжается за пять минут и предлагает запас хода до 300 миль.

Пока неизвестно, когда аккумуляторы StoreDot будут доступны в глобальном масштабе — мы ожидали, что они появятся в 2017 году, — но когда они появятся, мы ожидаем, что они станут невероятно популярными.

Pocket-lint

Прозрачное солнечное зарядное устройство

Alcatel продемонстрировал мобильный телефон с прозрачной солнечной панелью над экраном, которая позволяет пользователям заряжать свой телефон, просто поместив его на солнце.

Хотя вряд ли он появится в продаже в течение некоторого времени, компания надеется, что он каким-то образом решит повседневные проблемы, связанные с постоянным отсутствием заряда батареи.Телефон будет работать как с прямым солнечным светом, так и со стандартным освещением, так же, как и обычные солнечные батареи.

Phienergy

Алюминиево-воздушная батарея обеспечивает пробег на 1100 миль без подзарядки

Автомобиль сумел проехать 1100 миль на одном заряде аккумулятора. Секрет этого супердиапазона заключается в технологии батареи, называемой «алюминий-воздух», которая использует кислород из воздуха для заполнения своего катода. Это делает его намного легче, чем заполненные жидкостью литий-ионные батареи, что дает автомобилю гораздо больший запас хода.

Бристольская робототехническая лаборатория

Батареи с питанием от мочи

Фонд Билла Гейтса финансирует дальнейшие исследования Бристольской робототехнической лаборатории, которая обнаружила батареи, которые могут питаться от мочи. Этого достаточно для зарядки смартфона, который ученые уже продемонстрировали. Но как это работает?

Используя микробный топливный элемент, микроорганизмы собирают мочу, расщепляют ее и выделяют электричество.

Питание от звука

Исследователи из Великобритании создали телефон, который может заряжаться, используя окружающий звук в атмосфере вокруг него.

Смартфон построен по принципу пьезоэлектрического эффекта. Были созданы наногенераторы, улавливающие окружающий шум и преобразующие его в электрический ток.

Наностержни даже реагируют на человеческий голос, а это значит, что болтливые мобильные пользователи могут подключать свой телефон, пока разговаривают.

Двойная углеродная батарея Ryden заряжается в 20 раз быстрее

Power Japan Plus уже анонсировала новую технологию аккумуляторов под названием Ryden dual carbon. Он не только прослужит дольше и будет заряжаться быстрее, чем литиевые, но его можно будет производить на тех же заводах, где производятся литиевые батареи.

В аккумуляторах используются углеродные материалы, что означает, что они более экологичны и безопасны для окружающей среды, чем существующие в настоящее время альтернативы. Это также означает, что батареи будут заряжаться в двадцать раз быстрее, чем литий-ионные. Они также будут более долговечными, способными выдержать до 3000 циклов зарядки, а также более безопасными с меньшей вероятностью возгорания или взрыва.

Натрий-ионные аккумуляторы

Ученые из Японии работают над новыми типами аккумуляторов, которые не нуждаются в литии, таких как аккумулятор вашего смартфона.В этих новых батареях будет использоваться натрий, один из самых распространенных материалов на планете, а не редкий литий, и они будут в семь раз эффективнее обычных батарей.

Исследования натриево-ионных батарей продолжаются с восьмидесятых годов в попытке найти более дешевую альтернативу литию. Используя соль, шестой по распространенности элемент на планете, можно сделать батареи намного дешевле. Ожидается, что в ближайшие 5-10 лет начнется коммерциализация аккумуляторов для смартфонов, автомобилей и других устройств.

Upp

Зарядное устройство для водородных топливных элементов Upp

Переносное зарядное устройство для водородных топливных элементов Upp уже доступно. Он использует водород для питания вашего телефона, не позволяя вам подключаться к электросети и оставаясь безвредным для окружающей среды.

Одна водородная ячейка обеспечит пять полных зарядов мобильного телефона (емкость 25 Втч на ячейку). И единственный производимый побочный продукт — это водяной пар. Разъем USB типа A означает, что он будет заряжать большинство USB-устройств с выходом 5 В, 5 Вт, 1000 мА.

Батареи со встроенным огнетушителем

Литий-ионные батареи нередко перегреваются, загораются и даже могут взорваться.Аккумулятор в Samsung Galaxy Note 7 — яркий тому пример. Исследователи из Стэнфордского университета придумали литий-ионные батареи со встроенными огнетушителями.

Аккумулятор имеет компонент под названием трифенилфосфат, который обычно используется в качестве антипирена в электронике, добавленный к пластиковым волокнам, чтобы помочь разделить положительный и отрицательный электроды. Если температура батареи поднимается выше 150 градусов C, пластмассовые волокна плавятся и выделяется трифенилфосфат.Исследования показывают, что этот новый метод может предотвратить возгорание аккумуляторов за 0,4 секунды.

Майк Циммерман

Батареи, защищенные от взрыва

Литий-ионные батареи имеют довольно летучий слой пористого материала с жидким электролитом, расположенный между анодным и катодным слоями. Майк Циммерман, исследователь из Университета Тафтса в Массачусетсе, разработал батарею, которая имеет вдвое большую емкость, чем литий-ионные, но без присущих ей опасностей.

Батарея Циммермана невероятно тонкая, немного толще, чем две кредитные карты, и заменяет жидкость электролита пластиковой пленкой, которая имеет аналогичные свойства.Он может выдерживать прокалывание, измельчение и нагревание, так как он негорючий. Еще предстоит провести много исследований, прежде чем технология сможет выйти на рынок, но хорошо знать, что существуют более безопасные варианты.

Батареи Liquid Flow

Ученые Гарварда разработали батарею, которая хранит свою энергию в органических молекулах, растворенных в воде с нейтральным pH. Исследователи говорят, что этот новый метод позволит батарее Flow работать исключительно долго по сравнению с нынешними литий-ионными батареями.

Маловероятно, что мы увидим эту технологию в смартфонах и т.п., поскольку жидкий раствор, связанный с батареями Flow, хранится в больших резервуарах, чем больше, тем лучше. Считается, что они могут быть идеальным способом хранения энергии, создаваемой решениями в области возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнце.

Действительно, исследования Стэнфордского университета использовали жидкий металл в проточной батарее с потенциально отличными результатами, заявляя, что напряжение в два раза выше, чем у обычных проточных батарей. Команда предположила, что это может быть отличным способом хранения прерывистых источников энергии, таких как ветер или солнце, для быстрого выпуска в сеть по запросу.

IBM и ETH Zurich и разработали жидкостную проточную батарею гораздо меньшего размера, которая потенциально может быть использована в мобильных устройствах. Эта новая батарея утверждает, что может не только обеспечивать питание компонентов, но и одновременно охлаждать их. Обе компании обнаружили две жидкости, которые подходят для этой задачи, и будут использоваться в системе, которая может производить 1,4 Вт мощности на квадратный сантиметр, при этом 1 Вт мощности зарезервирован для питания батареи.

Zap & Go Карбон-ионный аккумулятор

Оксфордская компания ZapGo разработала и произвела первую угольно-ионную аккумуляторную батарею, которая уже готова к использованию потребителями.Углеродно-ионный аккумулятор сочетает в себе сверхбыструю зарядку суперконденсатора с характеристиками литий-ионного аккумулятора, при этом полностью пригодный для вторичной переработки.

Компания предлагает зарядное устройство powerbank, которое полностью заряжается за пять минут, а затем полностью заряжает смартфон за два часа.

Цинково-воздушные батареи

Ученые из Сиднейского университета считают, что они придумали способ производства воздушно-цинковых батарей, намного более дешевый, чем существующие методы.Цинково-воздушные батареи можно считать лучше литий-ионных, потому что они не загораются. Единственная проблема в том, что они полагаются на дорогие компоненты в работе.

Sydney Uni удалось создать воздушно-цинковую батарею без необходимости использования дорогих компонентов, а скорее с некоторыми более дешевыми альтернативами. Возможно, появятся более безопасные и дешевые батареи!

Умная одежда

Исследователи из Университета Суррея разрабатывают способ использования одежды в качестве источника энергии.Батарея называется трибоэлектрическими наногенераторами (TENG), которая преобразует движение в накопленную энергию. Накопленное электричество затем можно использовать для питания мобильных телефонов или устройств, таких как фитнес-трекеры Fitbit.

Эта технология может быть применена не только к одежде, она может быть интегрирована в тротуар, поэтому, когда люди постоянно ходят по ней, она может накапливать электричество, которое затем может использоваться для питания стальных ламп или в шинах автомобиля, чтобы может привести машину в действие.

Растягиваемые батареи

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали растяжимый биотопливный элемент, который может вырабатывать электричество из пота.Говорят, что генерируемой энергии достаточно для питания светодиодов и радиомодулей Bluetooth, а это означает, что однажды она сможет питать носимые устройства, такие как умные часы и фитнес-трекеры.

Графеновая батарея Samsung

Samsung удалось разработать «графеновые шары», которые способны увеличивать емкость существующих литий-ионных батарей на 45 процентов и заряжаться в пять раз быстрее, чем существующие батареи. Чтобы представить это в контексте, Samsung заявляет, что его новый аккумулятор на основе графена может быть полностью заряжен за 12 минут, по сравнению с примерно часом для текущего устройства.

Samsung также заявляет, что его можно использовать не только в смартфонах, но и в электромобилях, поскольку он может выдерживать температуру до 60 градусов по Цельсию.

Более безопасная и быстрая зарядка существующих литий-ионных аккумуляторов

Ученые из WMG из Университета Уорика разработали новую технологию, которая позволяет заряжать существующие литий-ионные аккумуляторы в пять раз быстрее, чем рекомендуемые пределы. Технология постоянно измеряет температуру батареи намного точнее, чем существующие методы.

Ученые обнаружили, что нынешние батареи действительно могут выходить за пределы рекомендуемых пределов, не влияя на производительность или перегрев. Возможно, нам вообще не нужны другие упомянутые новые батареи!

Написано Крисом Холлом. Первоначально опубликовано 15 августа 2014 г. .

Множество разновидностей литий-ионных батарей борются за долю на рынке

Добро пожаловать обратно на Battery Week! До сих пор мы говорили о том, почему литий-ионные батареи так важны, и рассмотрели основные принципы их работы.Сегодня мы собираемся принять участие в соревновании в широком семействе литиевых батарей среди всех типов батарей, которые используют литий и обменивают заряженные ионы лития. (Полный список см. В предыдущем посте.)

Есть несколько явных лидеров — оксид лития, никель, марганец, кобальт (NMC), литий, никель, кобальт, алюминий (NCA) и феррофосфат лития (LFP), которые достигли массового спроса. масштаб. Некоторые другие хотят принять участие в акции.

Рыночный приз, вероятно, превысит триллион долларов в течение следующего десятилетия, поэтому, если какой-либо из этих конкурентов сможет даже занять существенную нишу, он может стоить миллиарды.Посмотрим на игроков.

Улучшенный NMC и NCA

Основная часть исследований литий-ионных аккумуляторов в наши дни нацелена на улучшение доминирующих на рынке аккумуляторов, в основном за счет уменьшения количества кобальта (наиболее токсичного и дорогостоящего ингредиента), необходимого для производства.

Большинство производителей электромобилей используют батареи NMC; Tesla использует NCA. В прошлом было трудно снизить количество кобальта в этих батареях (он играет важную балансирующую роль), но производитель LG недавно представил батарею NMC 811: 80 процентов никеля, 10 процентов марганца, 10 процентов кобальта.GM будет использовать их в своей новой линейке, в том числе в Hummer, а Tesla установит их в некоторые из своих Model 3 в Китае.

Большинство крупных производителей аккумуляторов, в том числе Panasonic (которая поставляет многие аккумуляторы Tesla), пообещали постепенно сокращать количество кобальта и, в конечном итоге, отказаться от него.

Никель — ключ к плотности энергии. Tesla, VW и другие работают над уникальными разновидностями аккумуляторов с высоким содержанием никеля, которые будут использоваться в специальных транспортных средствах, требующих сверхвысокой плотности энергии, таких как большие внедорожники и грузовики.

Но не каждому автомобилю это нужно, а ограничения на поставку никеля нависают, поэтому также ведется работа по дальнейшему увеличению использования марганца — гораздо более стабильного и широко распространенного материала — и сокращения кобальта.

Новый Hummer EV, оснащенный NMC 811s (GMC)

Кремниевые аноды

Многие разработчики литий-ионных аккумуляторов экспериментируют с кремнием в качестве анодного покрытия, частично или полностью заменяющего графит. Tesla работает над увеличением доли кремния в аноде как минимум с 2015 года.

Кремний удерживает в девять раз больше ионов лития, чем графит, поэтому он имеет лучшую плотность энергии (что расширяет диапазон на 20 процентов). Кремниевая батарея также может заряжаться и разряжаться намного быстрее, чем графитовая батарея, поэтому плотность мощности также улучшается. Но кремний расширяется, когда поглощает ионы, поэтому быстро распадается; его срок службы по-прежнему намного ниже, чем у графита. Если инженеры смогут преодолеть эту проблему (а Tesla пообещала, что это возможно), литий-ионные батареи (LIB) могут вскоре сделать рывок вперед.

В своем кратком обзоре будущего LIB, Sila Nanotechnologies утверждает, что кремниевые аноды обладают наибольшим краткосрочным потенциалом для рывка в этой области. Резюмируем:

[T] здесь нет крупных коммерческих литий-ионных аккумуляторов (пока!), В которых кремниевый анод полностью заменяет графитовый. Когда [это] действительно прибудет, награда будет стоить ожидания. Мы ожидаем, что автомобильные элементы с катодами NCA или NCM в паре с [кремниевыми] анодами увеличат плотность энергии до 50%, тем самым снизив стоимость $ / киловатт-час на 30-40% менее чем за десять лет.

Это ошеломляющий приз — если какой-либо производитель сможет его разблокировать. (Прочтите Джулиана Спектора Canary о Sionic, компании по производству аккумуляторов, которая недавно представила кремниевый анод, который, по ее словам, может вписаться в существующие производственные линии LIB.) катоды. Если инженеры смогут взломать код и создать кремниевые аноды с более длительным сроком службы, это принесет пользу всем катодам (см. Обсуждение LFP ниже).

Фториды как катоды

Одна вещь, которую я не упомянул о кремнии как аноде: он не работает через интеркаляцию. Вместо того, чтобы встраиваться в анод, ионы вступают в реакцию с кремнием и связываются с ним. Этот процесс называется преобразованием. Это затрудняет удаление ионов без повреждений, но также позволяет удерживать больше ионов.

Сегодня аноды являются ограничивающим фактором в большинстве аккумуляторов. По мере улучшения анодов появляется больше возможностей для улучшения катодов.Sila занимается исследованиями фторидов — в ней упоминаются катоды на основе фторидов металлов (например, фторид железа или фторид меди) и катоды на основе серы, которые также работают посредством преобразования, а не интеркаляции, а также могут накапливать больше ионов. Сила пишет:

Вероятно, что с конверсионным катодом и специально разработанным кремниевым анодом с малым разбуханием срок службы литий-ионных аккумуляторов может быть увеличен до 10 000 полных циклов, при этом он имеет самую высокую плотность энергии на рынке — таким образом, нарушение [power vs.энергия] компромисс.

По мнению компании Sila, только эта комбинация — анод на основе преобразования и катод на основе преобразования — может снизить цены на LIB до «~ 50 долларов США / кВтч к 2030 году и ~ 30 долларов США / кВтч к 2040 году». Если такое резкое падение произойдет, это будет совершенно безумно и почти наверняка сокрушит всех конкурентов.

Литий-феррофосфат (LFP)

LFP, в которых в качестве катода используется соединение лития и железа, были одними из первых LIB, которые были коммерциализированы. Они уже входят в стандартную комплектацию Китая и используются в скутерах и небольших электромобилях этой страны.

«Крупные китайские производители аккумуляторов — BYD, CATL и Lishen — каждый из них больше, чем любой другой производитель аккумуляторов за пределами Китая», — говорит Лу Шик, директор по инвестициям Clean Energy Ventures. «И они производят литий-железо-фосфатные элементы в течение 10 лет».

Несколько лет назад казалось, что LFP собираются вытеснить NMC и NCA, но в последнее время они вернулись. Теперь они потенциально могут занять лидирующие позиции на рынках электромобилей и стационарных хранилищ.Они уже захватили почти половину китайского рынка электромобилей.

LFP используют феррофосфат лития (LiFePO4) в качестве катода, заменяя никель, марганец и / или алюминий. Они имеют множество преимуществ по сравнению с конкурентами на основе никеля:

• Дешевле по материалам (хотя еще и не по цене $ / кВтч).
• Более длительный срок службы (Мэтт Робертс, ранее исполнительный директор Ассоциации накопителей энергии, а теперь работающий в компании по производству аккумуляторов Simpliphi, говорит, что на батареи LFP его компании распространяется гарантия на 10 000 циклов по сравнению с 2,500–5 000 для кобальтовых батарей).
• Более высокая удельная мощность.
• Высокая безопасность и низкая токсичность («Они почти … пуленепробиваемые, поскольку не могут загореться», — говорит Шик из Clean Energy Ventures).
• Замените проблемные и / или редкие металлы на железо, которое безопасно и в большом количестве.

В обмен на эти преимущества LFP имеют более низкую плотность энергии (потому что у ионов меньше пространства для интеркаляции). Однако, поскольку они настолько безопасны, LFP не требуют такой же защитной упаковки, как NMC и NCA, поэтому они могут получить часть этой эффективности обратно на уровне упаковки.Тесла говорит, что, хотя LFP имеют 50 процентов плотности энергии своих высоконикелевых конкурентов, автомобиль на основе LFP все еще может получить 75 процентов диапазона.

VW объявил в прошлом месяце, что, начиная с 2023 года, он будет «использовать фосфат лития-железа, или LFP, в моделях начального уровня; никель-марганцевые в объемных моделях; и NCM с высоким содержанием никеля в моделях высокого класса ».

Tesla сказала более или менее то же самое на мероприятии Battery Day в 2020 году. Компания планирует использовать LFP для предстоящего дешевого (менее 25 000 долларов) автомобиля, Model 3 и коммерческих накопителей энергии.

Изображение предоставлено: Tesla

Текущие LFP не будут использоваться в высокопроизводительных транспортных средствах, но большинство производимых автомобилей не относятся к этой категории. LFP «достаточно хороши, по сути, для любого вида пригородных автомобилей», — говорит Шик. «Я думаю, вы увидите целую кучу экономичных автомобилей, которые [используют] LFP». Аккумуляторы LFP будут использоваться в такси, маршрутных транспортных средствах и автопарках, а также в скутерах, рикшах и мотоциклах. Это будет дешевый, надежный, повседневный вариант.

И если LFP можно будет использовать в тандеме с кремниевыми анодами, они потенциально могут перейти в категорию дальности свыше 300 миль.

LFP на рынках накопителей энергии

Плотность энергии также менее важна на рынке накопителей энергии, где важны цена, емкость и безопасность.

LFP с длительным сроком службы и низкой стоимостью делают их привлекательными на рынке сетевых хранилищ. Как писал Джулиан Спектор в феврале на GTM:

Согласно исследованию Wood Mackenzie, в 2015 году батареи LFP обслуживали только 10 процентов рынка сетевых хранилищ. NMC доминировала с долей рынка более 70 процентов. Но с тех пор рыночная доля NMC снизилась, а доля LFP выросла.Аналитики прогнозируют, что к 2030 году LFP станет ведущим химическим продуктом для сетевых батарей, захватив 30 процентов все более диверсифицированного рынка.

Изображение предоставлено: Wood Mackenzie

Что касается распределенного хранения за счетчиком, на некоторых рынках, включая Калифорнию и Нью-Йорк, бытовые батареи Tesla (все еще NMC) запрещено устанавливать внутри гаражей из-за риска теплового разгона , что может привести к пожару. LFP прошли обширный режим испытаний на безопасность и будут разрешены к установке повсюду; что дает им ощутимое рыночное преимущество.

Робертс из Simpliphi убежден, что проблема безопасности приобретет все большее значение благодаря неоднократным отзывам таких производителей, как LG Chem. (Последний вариант обойдется Hyundai в 900 миллионов долларов.)

«Какова ваша нормированная стоимость энергии?» он спрашивает. «Вы там цитируете:« Я могу израсходовать 100 долларов за киловатт-час для аккумуляторной батареи ». Если, однако, через два года вам нужно будет сделать отзыв на миллиард долларов, когда это будет учтено в LCOE?»

При достаточных производственных масштабах цена любой батареи приближается к цене ее материалов, а LFP использует невероятно дешевые материалы.Если он достаточно масштабируется, он потенциально может стать достаточно дешевым, чтобы доминировать на рынке хранилищ, отбиваясь от других LIB на рынке бытовых хранилищ, а также с другими химическими и форм-факторами (которые мы рассмотрим в следующей статье) на рынке складских хранилищ.

Изображение предоставлено: RMI

«Из всех литий-ионных химических соединений LFP может сыграть самую большую роль в ускорении перехода мира к устойчивой энергетике», — говорит Джордан Гизиге, который снимает видео с пояснениями к батареям под названием «Ограничивающий фактор».(Они превосходны; я не могу их достаточно настоятельно рекомендовать.)

Оксид лития-марганца (LMO) и оксид лития-марганца-никеля (LMNO)

Марганец является обильным, безопасным и стабильным при широком диапазоне температур, хотя его удельная энергия составляет ниже, чем кобальт или никель. Поскольку химические составы ЖИО не содержат кобальта и избегают угрозы теплового разгона, они используются в медицинском оборудовании, а также в электроинструментах, электрических велосипедах и электромобилях.

«В оригинальном Nissan Leaf [батарея] использовался катод из оксида лития-марганца, — говорит Дэн Стейнгарт, ученый-материаловед и содиректор Центра электрохимической энергии Колумбийского университета, — а Nissan Leaf никогда не использовал его…. развязал пожар ».

The Leaf тоже не слишком далеко продвинулся в деле — у LMO могут возникнуть проблемы с выходом из своей ниши.

Батареи LMNO («высоковольтные шпинели») сохраняют часть плотности энергии никеля при замене кобальта. Согласно исследованию 2020 года, опубликованному в журнале Journal of Power Sources , , , целью которого было выявить «новые катодные материалы с высокой плотностью энергии, низкой стоимостью и повышенной безопасностью», LMNO является «одним из самых многообещающих кандидатов, еще не получивших коммерческого применения.

Аккумуляторы LMNO должны будут увеличить свой продолжительный срок службы, прежде чем они смогут составить конкуренцию более устоявшимся химическим соединениям.

В следующих батареях, которые мы обсудим, все используют литий или соединения лития в качестве анода, а не катода.

Литий-сера (Li-S)

В конце 2000-х годов на сцене произошел взрыв Li-S, вызвавший некоторый ажиотаж, продемонстрировав, что элемент с литием в качестве анода и серой в качестве катода — двумя элементами с чрезвычайно низким атомным весом — может удвоить удельную энергию обычных LIB.К тому же сера невероятно дешевая.

Но сера также имеет очень низкую проводимость, поэтому нужно добавить что-то (обычно углерод), чтобы втягивать ионы. Что еще более важно, Li-S батареи довольно быстро разлагаются и имеют малый срок службы. На сегодняшний день они остаются коммерчески недоступными. (В этой статье рассматриваются остающиеся проблемы.)

Простой твердый металлический литий является отличным анодом, поскольку он очень склонен к высвобождению электронов и ионов. Использование металлического лития в качестве анода на самом деле восходит к 1970-м годам, до разработки LIB.В литий-металлической батарее заряженные ионы лития «прикрепляются» к металлическому аноду (прикрепляются непосредственно к нему).

Проблема в том, что литий обладает высокой реакционной способностью, и ионы имеют тенденцию образовывать «дендриты», ветвящиеся древовидные образования, которые снижают плотность энергии и срок службы, а также увеличивают риск короткого замыкания или возгорания. Проблемы с реакционной способностью лития — это то, что первоначально привело к добавлению графита к аноду, поэтому ионы могли интеркалировать, а не покрывать его. Это привело к рождению LIB.

Но исследователи и разработчики недавно вернулись к химии лития и металла, выясняя новые способы предотвращения образования дендритов на этом пути. Потеря графита на аноде снижает вес и значительно улучшает удельную энергию, в некоторых случаях удваивая ее.

На сегодняшний день металлический литий обычно используется в паре со стандартным катодом NMC. Американский стартап Lavle строит гигантский завод по производству именно таких батарей, открытие которого ожидается в 2023 году. Сначала он нацелен на рынки, где ценится плотность энергии, включая судоходство и авиацию.

Однако с технической точки зрения металлический литий не зависит от катода. Это потенциально может работать, чтобы обеспечить возможность перезарядки и лучшую производительность за счет более дешевых катодных материалов, таких как цинк, алюминий и сера. Исходя из стоимости чистых материалов, «действительно наименее затратной системой для перезаряжаемых литиевых батарей является металлический литий и серный катод», — говорит Ребекка Сиз, доцент кафедры машиностроения в Университете Пердью.

Однако большая часть исследований и разработок сосредоточена на электролитах.Литий-металлические батареи с жидкими электролитами существуют (и все еще исследуются), но наибольший интерес вызывают твердые электролиты .

Изображение предоставлено: QuantumScape

Твердые электролиты (твердое состояние)

Жидкие электролиты, используемые в большинстве LIB, ограничивают типы электродов, которые можно использовать, и форму аккумуляторного элемента; Кроме того, они часто легковоспламеняющиеся, что представляет угрозу безопасности. Ведутся тонны исследований твердых электролитов, которые обеспечивают гораздо более высокую плотность энергии и не могут загореться.

Многие исследователи ожидают, что твердотельные батареи положат начало новому витку инноваций. RMI пишет, что «несколько твердотельных компаний нацелены на 2024–2025 годы для первых коммерческих линий электромобилей, но демонстрации, скорее всего, состоятся раньше». Компании, производящие литий-металлические твердотельные батареи, в том числе Solid Power и QuantumScape, получили огромные инвестиции от автопроизводителей и инвесторов, таких как Билл Гейтс.

Тем не менее, несмотря на всю шумиху, существует значительный скептицизм в отношении твердотельных батарей.После многих лет больших обещаний компания Fisker полностью отказалась от твердотельных батарей в начале этого года. «Это такая технология, при которой, когда вы чувствуете, что на вас 90 процентов, вы почти у цели, — сказал Verge основатель Хенрик Фискер, — пока вы не поймете, что последние 10 процентов намного сложнее, чем первые 90. ”

«Стоимость и безопасность современных литий-ионных технологий улучшаются так быстро, что технология, которая появится через 10 лет, по оценке [Фискера], просто не заслуживает внимания», — говорит Робертс.«В конце концов, во многих приложениях плотность энергии просто не критична».

Шик из Clean Energy Ventures прямо заявляет: «Ни одна из твердотельных литиевых батарей не способна делать то, что кого-то волнует».

«Хотя есть технические причины, по которым эта технология кажется святым Граалем батарей, — пишет Sila Nanotechnologies, — реальность такова, что даже если технология работает (и это большое« если »после 40 лет разработки)» , вряд ли удастся найти на рынке больше, чем нишевые возможности.(Прочтите Джейсона Дейна о текущем рынке твердотельных аккумуляторов.)

Давайте назовем это важным «Может быть».

Литий-титановый оксид (LTO)

Аккумуляторы LTO имеют нанокристаллы титаната лития, покрывающие анод, что увеличивает площадь поверхности и позволяет высвобождать гораздо больше электронов намного быстрее, чем в случае графита. Следовательно, они имеют невероятно высокую плотность мощности (они могут быстро выделять энергию) и могут заряжаться быстрее, чем любые другие LIB. Они также обладают длительным сроком службы и высокой эффективностью подзарядки.

Они имеют более низкое напряжение, чем обычные LIB, и, следовательно, имеют более низкую плотность энергии, но из-за этого они также чрезвычайно безопасны в эксплуатации.

«Рабочие характеристики потрясающие, — говорит Робертс из Simpliphi, — но это просто безумно дорого».

На данный момент LTO используются в некоторых электромобилях и небольших приложениях, таких как электровелосипеды. Если они упадут в цене, они могут найти другие ниши, где важна плотность мощности, например, промышленное оборудование.

Литий-воздушный (Li-air)

На передний план выходит литий-воздух, в котором металлический литий используется в качестве анода, различные материалы в качестве электролита (именно здесь исследования наиболее интенсивны) и в качестве катода. — воздуха.Да, воздух. Литий обменивается электронами и ионами с воздухом через электролит. Дурацкий.

Поскольку он сбрасывает весь вес катода — воздух довольно легкий — Li-air имеет невероятно высокую удельную энергию (энергия на единицу веса), теоретически равную удельной энергии бензина. На практике продемонстрирована лишь часть этого потенциала, но даже эта часть примерно в пять раз превышает удельную энергию обычных LIB.

Потребуются всевозможные улучшения электролитов, жизненного цикла и масштабируемости, прежде чем Li-air станет практичным, но с точки зрения темных лошадей 2030 года, это одна из тех, на которые стоит обратить внимание.

***

Итак, это обзор химического состава литиевых батарей, претендующих на позицию на рынке стоимостью более триллиона долларов.

В моем следующем посте я рассмотрю несколько химикатов, не связанных с литием, которые надеются захватить некоторые из этих ниш — цинк, текучий и жидкий металл, о боже.

…

Эта статья была первоначально опубликована при напряжении Вольт .

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

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

Электрические самолеты могут быть будущим авиации. Теоретически они будут намного тише, дешевле и чище, чем те самолеты, которые есть у нас сегодня. Электрические самолеты с дальностью полета 1000 км (620 миль) на одной зарядке могут использоваться сегодня для половины всех рейсов коммерческих самолетов, сокращая глобальные выбросы углерода в авиации примерно на 15%.

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

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

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

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

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

Не существует универсальной литий-ионной батареи

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

Проблема питания

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

Батарея, достаточно сильная, чтобы запустить и удержать в воздухе коммерческий самолет на расстояние 1000 км, требует много энергии, чтобы высвободиться за очень короткое время, особенно во время взлета. Так что дело не только в накоплении большого количества энергии, но и в способности очень быстро извлекать эту энергию.

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

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

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

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

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

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

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

Такие попытки, как Лекланше, показывают, что можно изменить химический состав аккумуляторов, чтобы увеличить их мощность. Тем не менее, никто еще не построил батарею, достаточно мощную, чтобы быстро доставить энергию, необходимую коммерческому самолету для преодоления гравитации.Стартапы стремятся строить самолеты меньшего размера (вмещающие до 12 человек), которые могли бы летать на относительно менее энергоемких батареях, или электрические гибридные самолеты, где реактивное топливо выполняет тяжелую работу, а батареи — инерцию.

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

Reuters / Alister Doyle

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

Энергетическая проблема

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

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

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

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

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

Однако увеличение на 10% — это не так уж и много в общей картине.
И хотя ряд инноваций за последние несколько десятилетий поднял плотность энергии катодов еще выше, аноды — это то, где открываются самые большие возможности для плотности энергии.

Графит был и остается доминирующим анодным материалом.Он дешевый, надежный и относительно энергоемкий, особенно по сравнению с современными катодными материалами. Но он довольно слабый, если сравнивать его с другими потенциальными анодными материалами, такими как кремний и литий.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Tesla

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

Проблема безопасности

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

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

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

Твердые полимеры при высоких температурах

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

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

Керамика при комнатной температуре

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

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

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

Закон о балансировке

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

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

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

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

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

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

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

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

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

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

---

Что сохраняется в файле cookie?

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

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт
не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к
остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

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

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

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

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

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

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

---

Что сохраняется в файле cookie?

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

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.