Проточные аккумуляторы. БРДМ LexEdition

lexpartizan — 02.01.2016

В проточном аккумуляторе энергия вырабатывается за счет взаимодействия двух жидких компонентов, разделенных мембраной. Запасы компонентов хранятся в отдельных ёмкостях и прокачиваются через топливную ячейку с помощью насоса.
Основным преимуществом такого аккумулятора является то, что у него есть активная зона определённой мощности, зависящей от параметров мембраны, таких как проводимость и площадь и параметров электродов катода и анода. А ёмкость легко и дёшево наращивается внешними резервуарами.
То есть мы покупаем один раз активный блок и потом расширяем ёмкость по мере надобности дешёвыми "канистрами" с электролитом. Увеличить ёмкость вчетверо? Вообще не проблема.

Обычные же ионно-литиевые аккумуляторы требуют распределения катодов\анодов\электродов по всей площади аккумулятора, делая его дороже, тяжелее, сложнее в производстве.
Ячейка литий-ионных аккумуляторов представляет собой стопку электродов, выполненных на фольге, разделенных пропитанными электролитом сепараторами. Электроды соединены с токосъемниками. Вся конструкция помещена в герметичный корпус. Все эти несущие материалы: фольга, пленка сепаратора, корпуса, различные соединительные материалы, устройства контроля, система охлаждения — делают аккумуляторы громоздкими, составляя существенную часть стоимости. Аккумулятор большой мощности становится во всех смыслах неподъемным. Но ионно-литиевые аккумы обладают высокой энергоёмкостью 300 ватт*ч на кг, живучесть - около 1000 циклов. Запомните эти цифры.

Кроме того, проточные аккумуляторы являются долгожителями, ибо химический процесс передачи ионов\электронов происходит в жидком электролите, а не на поверхности электродов. Это не приводит их к износу. Однако, мембрана может засоряться и даже требовать замены.

Пока в производстве проточных аккумов растворы ионов ванадия пока лидируют в качестве компонентов такой батареи; например, в Японии в следующем году завершится пилотный проект по использованию проточного ванадиевого аккумулятора в энергосети. Но ванадий дорог, для производства одного киловатт-часа таким способом его требуется на 81 доллар, а с учётом стоимости остальных компонентов батареи цена киловатт-часа варьирует в пределах от 350 до 700 долларов, что чрезвычайно дорого.

Поэтому было решено обратиться к органической химии. Что и было сделано в 2014 году.
Анод новой батареи использует раствор серной кислоты, содержащий особые органические соединения хиноны. Это вещество является дешёвым материалом и к тому же при реакции с протонами образует более высокоэнергетическое соединение гидрохинон, благодаря чему батарея заряжается. Стоимость добычи хинонов низка, их можно вырабатывать из растений(ревеня) или синтезировать из нефти-сырца. На катоде аккумулятора происходит реакция брома и бромистоводородной кислоты. Учёные считают, что это может понизить стоимость до 27 долларов за 1 кв*ч. Кроме того, реакции у хинонов протекают гораздо быстрее и это позволяет чрезвычайно быстрый заряд\разряд. Нет нужды в ионисторах для высокой пиковой нагрузки.
К сожалению, на момент публикации живучесть такой батареи была более ста циклов, а энергоёмкость 50 Ватт*час на литр\кг.
Также было решено заменить бром, как вредное и химически активное вещество, вызывающее коррозию, на другие виды органики.
Это удалось в 2015 году и живучесть аккума возросла до 2000 циклов, но энергоёмкость упала до 19 Ватт*час.

Кроме того, в 2015 году удалось получить с помощью сверхдешёвых органических полимеров и солевого раствора с целлюлозной мембраной живучий аккум, который выдерживает 10 000 циклов!(десятки лет эксплуатации без потери характеристик), но там энергоёмкость составила совсем уж жалкие 10 ватт*час на литр.

Данные системы могут использоваться там, где объём не имеет значения. Например, дома под полом, в гараже, подвале, на чердаке. Или на электростанциях для сглаживания пиков. Для таких систем вполне хватит дешёвых пластиковых ёмкостей, которые можно соединять с друг другом. Там, где объёмы не имеют значения, а имеет значение только цена, это прекрасный вариант. И, конечно, учёные продолжают работу над новыми органическими материалами, сулящими более высокие показатели.

Но для электромобиля требуются совсем другие характеристики.
В 2013 году исследователи из общества им. Фраунгофера добились важного прорыва: они разработали проточный редокс аккумулятор размером элемента в 0,5 м², мощностью в 25 кВт и выдающим ток до 500 Ампер. Принципы работы не упоминаются, думаю, это стандартный проточник на ванадии. И это уже близко. Электротаврия хавает около 10 киловатт при 60 кмч. То есть такого аккума, который влезет в багажник таврюши, должно хватить на 2 часа езды или около 100 км радиуса. Уже что-то. Можно смело ехать в Феодосию))
Но дорого и мало.

А тем временем в Массачусетском технологическом институте (MIT) разработали конструкцию проточной перезаряжаемой батареи, которая не нуждается в дорогостоящей мембране. Это решение, по мнению его авторов, может быть положено в основу недорогих и масштабируемых в широких пределах накопителей энергии.
Для запасания и высвобождения энергии в новой проточной батарее используется ламинарное течение двух жидкостей, при котором они движутся параллельно, практически не смешиваясь.

Они закачиваются в канал, разделяющий два электрода и вступают во взаимодействие, соответственно, с графитовым катодом и пористым анодом.
В качестве реагентов используются жидкий раствор брома и водородное топливо (бромисто-водородная кислота). Химическая реакция между водородом и бромом весьма перспективна из-за её большой энергоемкости. Однако в стандартных батареях применение ее затруднено высокой агрессивностью бромисто-водородной кислоты, проедающей разделительную мембрану. Это замедляет реакцию запасания энергии и уменьшает эксплуатационную жизнь аккумуляторов.
Убрав из уравнения мембрану, исследователи MIT смогли эффективно обойти эту проблему.
По обеспечиваемой им плотности энергии, 0,795 Вт/см2, этот проточный аккумулятор на порядок превосходит любые литий-ионные батареи и прочие — коммерческие и экспериментальные — системы накопления электроэнергии. По самым пессимистичным оценкам минимум 600 Ватт*час на литр.
Но, к сожалению, это очень агрессивный раствор и требует осторожности и особых ёмкостей и правил хранения.

А тем временем учёные пытаются совместить привычные литиевые(хотя это дорогой редкоземельный металл) материалы и идеологию проточного аккумулятора, рождая некие гибриды.
Всё в том же Массачусетском технологическом институте (MIT) разработали «Полутвердый проточный аккумулятор» (англ. Semi-Ssolid Flow Cell — SSFC). Их суспензия содержит мириады твёрдых частиц LiCoO2 и углерода растворенных в жидкости, из-за которых активная жидкость выглядит словно чернила.

Опыт показал, что ячейка SSFC работоспособна и новое «топливо» для неё обладает хорошей текучестью. Также выяснилось, что углеродные наночастицы, помимо основной своей функции (транспорт электронов в растворе), стабилизируют в нём микрочастицы соединений лития, не давая им выпасть в осадок.
Расчёты, основанные на эксперименте, показали, что полномасштабная подобная ячейка (надо полагать после шлифовки технологии) сможет вмещать на порядок больше энергии, чем прежние проточные аккумуляторы.

Ну а месяц назад создали проточную батарею высокой ёмкости работающую на привычном лифере и оксиде титана.

В отделениях батареи одновременно содержатся жидкие и твёрдые электролиты.
Затем они использовали переносящие заряд жидкости, известные как окислительно-восстановительные медиаторы, чтобы переправлять заряженные ионы из пор твёрдого электролита в разделённый мембраной реакционный сосуд. При этом учёные дополнили мембрану специальным полимером, чтобы она пропускала ионы лития, но задерживала молекулы медиатора. На противоположной стороне мембраны ионы подхватывают другие медиаторы и переносят их к гранулам диоксида титана, где те оседают в виде металлического лития.
Когда батарея разряжена, реакция протекает в обратном направлении, и литий возвращается в катодное отделение. Благодаря внедрению твёрдых материалов, удельная ёмкость новой батареи составила 500 ватт-часов на один литр электролита.
Однако, батарея имеет серьёзные недостатки. Её специальная особенная мембрана не позволяет выдавать большую мощность, что не подходит для электромобилей. И резервуары содержат дорогие лифер и оксид титана, что не позволяет дёшево наращивать ёмкость.

И тихо и незаметно появляются первые автомобили на проточных аккумуляторах.

FlowCell заявляют, что их батареи имеют энергоёмкость 600 Вт*ч на литр и размещаются в двух 200-литровых баках багажника, обеспечивая 4 мотора(полный привод) электричеством напряжением 600 вольт, 920 лошадями в пике, разгоном до сотни за 2,8 секунды, радиусом 600-800 км и бесшумностью. Вес авто 2,3 тонны.
А Quantino имеет 136 лошадок, максималку в 200 кмч и радиус в 1000 км. При рабочем напряжении всего 50 вольт.

Проточные аккумуляторы позволяют "зарядить" авто обычной зарядкой или просто полностью сменить электролит на заряженный в течении нескольких минут.

Представьте, Вы приезжаете на заправку, сливаете "топливо" и заливаете новое. Заправщик же отправляет Ваше топливо на зарядку, после чего оно снова готово к употреблению следующим клиентом. Безотходное производство и круговорот электролитов в природе при удобстве и скорости традиционной заправки и низких ценах. Со временем(тысячи циклов), топливо всё же теряет свои свойства, но ведь достаточно добавить немного свежего концентрата...

Состав электролитов хранится в секрете, но основным компонентом является солёная вода. Возможно, это может быть морская вода. В которую достаточно засыпать\залить нужный концентрат. Представьте корабли, берущие топливо прямо из-за борта.
Или представьте вместо этого автомобиля военную технику.
А тут уже фантазии есть куда развернуться))
___________________________________________________________________________________________________
БРДМ lexpartizan edition с силовой установкой на проточном аккумуляторе а-ля E-Quant.


БРДМ-2 имеет примерно столько же лошадок, сколько и Qantino, около 140 и не жалуется на проходимость. Значит 300 лошадей и привычного промышленного питания на 220 вольт ему хватит. Самое то. То есть это будет стандартная проточная аккумуляторная установка, выдающая стандартные 220 вольт и используемая в качестве домашней или промышленной аккумуляторной установки. Гражданские массовые технологии. Разница только в баках, как и положено в проточных аккумуляторах. Учитывая, что машина в 2,3 тонны имела запас хода на 800 км, а БРДМ-2 весит 7 тонн, то будем считать, что запас хода всего 200 км.

Два бака объёмом по 200-300 литров располагаются в силовом и оружейном отделении и представляют собой что-то вроде надувных камер, так как не исключено пробитие корпуса БРДМ и бака, а значит бак нужно будет менять. Его тяжело будет занести, но надуть новый бак, что может быть проще? Между баками находится дополнительная бронеплита, для того, чтобы пробитие баков не вызвало электрохимическую реакцию с молниями, звуком "еблысь" и поджариванием экипажа.

БРДМ LE в идеале должна иметь полный привод с отдельным мотором на каждое колесо, но так как это всего-навсего модернизация БРДМ-2 такой возможности может технически не оказаться и будет установлен один электромотор на штатное место.

Боевой модуль полностью автономен и управляем по проводному интерфейсу.
Он включает в себя пулемёт КОРД с компьютеризированным прицелом, и 4 ракеты ПТРК для более защищённых мишеней и охоты за танками из укрытий. Возможно, даже какой-то вариант ПЗРК и гранатомёт АГС. Но башенка чересчур маленькая. Однако КОРД и ПТРК обязательны.

Экипаж два человека. Командир и водитель.
БРДМ LE имеет более защищённый и упрощённый корпус без окон и триплексов. Или с заваренными окнами, в случае модернизации. Вместо этого по периметру в специальных отверстиях установлены FullHD-камеры, дающие круговой обзор. Управление минималистично, руль, газ, тормоз. Вместо окон внутри наклеены гибкие OLED-дисплеи. В отличии от ЖК они дешевле, так как изготавливаются печатным способом погонными метрами и не боятся вибраций и ударов, благодаря гибкой подложке.
У командира сенсорный олед-дисплей с основными функциями управления. Для боя используются шлемы виртуальной реальности с подробным виртуальным интерфейсом и обзором "сквозь броню" вместо олед-мониторов.

Перенос основного интерфейса, всех этих лампочек\кнопочек\переключателей в виртуал значительно упрощает конструкцию и удешевляет производство.
Новый голосовой интерфейс распознаёт команды "ебашь" и "хуярь", что повышает боевую эффективность.
Обогрев кабины осуществляется расположенными на полу и потолке бытовыми плёночными ИК-обогревателями, а-ля "тёплый пол". Кроме того, такой обогреватель может сниматься с потолка и выноситься за пределы БРДМ для обогрева экипажа во время наружнего ремонта, так как такой тип обогревателей может работать в качестве "тепловой пушки" и греть даже на открытом воздухе.

Конечно, на броне находится площадка для коптера-беспилотника с 15 минутным запасом хода. Его применение позволит не только проводить разведку, но и получать информативный "вид сверху" в бою. После разведки беспилотник должен возвращаться на борт БРДМ LE, где он будет удержан электромагнитным захватом и зарядится с помощью беспроводной зарядки.

Освещение исключительно светодиодное, не потому что это модно и экономично, а потому что светодиоды более надёжны и устойчивы к вибрациям, в отличии от ламп накаливания. Основные фары имеют возможность фокусировать луч в некоторых пределах. Кроме того, на БРДМ LE установлен ИК-прожектор, как на танке Т-90, для помех при наведении ПТУР и подсветки дороги в условиях светомаскировки. Соответственно, на БРДМ-LE есть ИК-камера.

Так как развитая электронная печать позволяет дёшево печатать гибкие олед-дисплеи поверхность БРДМ LE покрыта гибкой плёнкой с эффектом адаптивного камуфляжа, который использует изображение с штатных камер БРДМ LE.


Плёнка клеится как винил, покрыта ПЭТ-пластиком и непромокаема. Благодаря разумной конструкции и многочисленным шинам питания попадание пуль и снарядов не выключает экран, а только оставляет на нём повреждённые пиксели.


Максимально используются массовые гражданские вычислительные модули с многократным резервированием. Они же используются и для связи. И для виртуальной реальности и для рации и для олед-дисплеев\адаптивной маскировки\камер\прицельного комплекса\управления двигателем.

В итоге имеем маленькую мощную абсолютно бесшумную, малозаметную в оптическом диапазоне и невидимую в ИК-диапазоне(нет горячего выхлопа от ДВС) машинку, которая может скрытно передвигаться, эффективно вести разведку и охотиться на бронетехнику противника, оставаясь незамеченной. Как и положено разведовательно-дозорной машине.

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив