Металло-воздушный источник тока Дата: 13.05.2009 Раздел: Прочее (экзотика)
Металловоздушный источник тока вполне можно использовать в походных условиях для питания различной аппаратуры и зарядки аккумуляторов, хотя он не так хорошо знаком потребителям, как солнечные батареи или даже экзотические топливные элементы. Да и на этом сайте он ещё "не засветился". Восполним этот пробел.
Немного теории.
Металловоздушный источник тока (далее МВИТ) представляет собой разновидность гальванического элемента в котором гальваническая пара образуется между металлическим анодом и пассивным катодом.
В качестве анода используют какой-нибудь активный металл (алюминий, магний, цинк или их сплавы с активирующими добавками). В процессе работы металл анода постепенно растворяется превращаясь в гидрооксид. Катодом часто служит пористая проводящая структура, например, из блоков активированого угля. Катод должен одновременно хорошо доставлять кислород воздуха вглубь электролита и быть пропитан этим электролитом.
На катоде под действием катализатора протекает реакция восстановления кислорода в водном растворе электролита в соответствии с уравнением:
O2+2H2O+4e-__--> 4OH-
На аноде происходит растворение металла с освобождением электронов, поступающих во внешнюю электрическую цепь, и выделение газообразного водорода. Анодная реакция протекает в соответствии с уравнением:
Me+OH-__--> MeOH+e-+H2
Суммарная токообразующая реакция имеет вид:
Me+H2O __--> MeOH + H2+e-
здесь Ме - металл.
Кстати, для алюминия реакция имеет следующий вид: (3.1) 4Al + 6H2O + 3O2 = 4Al(OH)3 + 12е− (3.2) 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2 + 6е− около 3Ач на 1 грамм металла.
Таким образом, в результате электрохимического растворения металлического анода в ХИТ генерируется электроэнергия. Продуктами реакции являются гидроксид металла и водород. ()
Практическая реализация.
Думаю, наиболее полное представление о данном "звере" даст "Руководство по эксплуатации", которое написано одним из производителей данных источников тока. (Среди производителей встречается ООО "МВИТ", "СВЭЛ", и другие.)
Итак, с небольшими сокращениями.
1. Применение, устройство, принцип работы.
Металло-воздушный источник тока (МВИТ) предназначен для питания любых потребителей с номинальным напряжением от 1 до 12 В (осветительные приборы, теле-радиоаппаратура, телефоны, спутниковые терминалы, светосигнальные ограждения и т. д.), а также для зарядки аккумуляторов с номинальным напряжением от 1 до 12 В.
МВИТ - состоит из металло-воздушного (MB) модуля и дополнительного повышающего преобразователя-стабилизатора напряжения (ПС) или без него. Сам же MB модуль состоит из нескольких (от 2 до 6) последовательно соединенных MB элементов и несущих трубок с ручками. Каждый МВ элемент представляет собой бак с крышкой, внутри которого установлены по 2 магниевых (или алюминиевых) анода, которые расходуются вместе с водой при работе модуля. Израсходованные аноды заменяются новыми. MB элемент имеет по два токовыводящих контакта, отмеченных на крышке знаками «+» и «-» соответственно.
Для получения электроэнергии в баки MB элементов необходимо залить раствор поваренной соли в воде (100-150 г/л) до указанного уровня, закрыть крышки и соединить перемычками MB элементы последовательно. Потребители электроэнергии подключаются к положительным и отрицательным контактам крайних элементов как непосредственно, так и через преобразователь.
Фото взяты .
2. Требования безопасности.
2.1. МВИТ не содержит вредных и ядовитых веществ и не представляет опасности для людей и окружающей среды как при работе, так и при утилизации.
2.2. По условиям эксплуатации модуль относится к устройствам, работающим под наблюдением потребителя.
2.3. При работе MB элемент выделяет водород- от 0,01 до 0,04 г на 1Вт*ч вырабатываемой электрической энергии.
2.4. Залитый электролитом модуль должен использоваться на открытом воздухе, в вентилируемом или хорошо проветриваемом помещении.
2.5. Не разрешается использовать и хранить залитый модуль во взрывоопасных средах, а также вблизи открытого огня на расстоянии менее 1 м.
2.5. Не рекомендуется размещать подключаемую радио и телевизионную аппаратуру над модулем.
2.6. Для обеспечения нормальной работы модуля не рекомендуется закрывать верхнюю часть модуля полиэтиленовой пленкой или другим материалом, препятствующим свободному газообмену,
2.7. Не рекомендуется использовать для промывки модуля жесткие предметы во избежание повреждения рабочих поверхностей элементов.
Если поверхность анодов выработана (ёмкость МВИТ исчерпана) остатки анодов необходимо снять, анодные отверстия прочистить насухо. В дальнейшем для возобновления электропитания необходимо будет установить новые аноды и залить новый электролит.
С целью более длительного использования 1 комплекта анодов и сохранения ресурса работы модуля, запрещается хранить закрытый модуль в залитом состоянии более 24 часов. В противном случае рекомендуется открыть крышки, промыть рабочие поверхности водой до полного удаления продуктов реакции и установить на просушку. В баки долить простой воды до первоначального уровня.
3.3. Модуль имеет самоограничение по току короткого замыкания (КЗ) и КЗ на 1-3 мин. ускоряет достижение требуемого режима работы. 3.4. Так как в элементах имеются дренажные клапаны для выхода пароводородной смеси, залитый модуль должен устанавливаться на горизонтальную поверхность. 3.5. МВИТ следует оберегать от ударов и повреждений. 3.6. Так как при работе МВИТ выделяет тепло, нельзя создавать вокруг МВИТ препятствия для свободного теплообмена.
4. Технические характеристики МВИТ, питание через преобразователь-стабилизатор, зарядка аккумуляторов.
Металло-воздушные источники тока обозначаются в зависимости от напряжения и емкости следующим образом: МВИТ-U/Е или МВИТ-U/E-ПС. U - номинальное напряжение MB модуля; Е - ёмкость модуля в Ваттчасах.
Наличие букв «ПС» в конце обозначает комплектование МВИТ преобразователем-стабилизатором. Например: МВИТ4-1000ПС состоит из MB модуля с напряжением 4 В ёмкостью 1000 Вт*ч и преобразователя-стабилизатора напряжения на 12 В.
Напряжение МВИТ без ПС сильно зависит от тока нагрузки.
Например: напряжение МВИТ4-1000 при токе нагрузки 10 А составляет 4 В, в то время как при токе 1 А - 6 В. При последовательном соединении 2-х МВИТ6-1500, например для получения 12В без ПС, диапазон значений напряжения такой системы в зависимости от тока нагрузки составляет от 8 до 20.4 В. При разряде на постоянную нагрузку MB модули обеспечивают стабильность напряжения +/- 10% в течение всего времени разряда. (Вид вольтамперных характеристик можно глянуть в конце статьи. Прим.ред.)
Для преобразования и стабилизации напряжения МВИТ в комплекте с MB модулями прилагается повышающий стабилизатор, поддерживающий стабильное выходное напряжение 12В+/- 10% при различных токах нагрузки.
На передней панели ПС расположены выходы различного типа для питания потребителей электроэнергии с напряжением 12В. Подключение производится при помощи проводов либо с использованием выхода типа "прикуриватель", при этом необходимо следить за соблюдением полярности. Переключатель выходного напряжения на передней панели ПС в этом случае должен находиться в положение 12 В.
Кнопка КЗ, расположенная на передней панели ПС, способствует более быстрому выходу МВИТ на режим, что наиболее актуально при отрицательных температурах окружающей среды или холодном электролите. При однократном нажатии без фиксации на эту кнопку происходит короткое замыкание модуля в течении - 1 минуты. Отключение режима КЗ происходит автоматически через - 1 минуту.
Для перехода в режим зарядки внешнего свинцового 12 В аккумулятора необходимо: установить переключатель напряжения в положение 16 В (или в положение 7.3 В для зарядки аккумуляторов с напряжением 6 В) и соединить проводами аккумулятор с выходом ПС, соблюдая полярность. В процессе зарядки МВИТ сам устанавливает зарядный ток и автоматически уменьшает его в конце, что позволяет довести цикл зарядки аккумулятора до конца. Время зарядки аккумуляторов емкостью 55 А*ч и 7.2 А*ч в зависимости от типа МВИТ приведено в таблице ниже. Конец зарядки сигнализирует светодиод красного цвета, расположенный на проводах. В случае если масса анодов или электролита в модуле были не достаточны для полной зарядки вашего аккумулятора, для продолжения зарядки необходимо их заменить. Например: 1 заправка МВИТ4-1000ПС новыми анодами и электролитом позволяет полностью зарядить аккумулятор емкостью 55 А*ч.
Допускается одновременное питание нагрузки и зарядка аккумуляторов.
В случае длительного использования МВИТ рекомендуется доливать в MB элементы каждые 8-10 часов работы по 50 мл. воды через дренажные клапаны.
Табл.1. Технические характеристики МВИТ с ПС
Табл.2 Технические характеристики МВИТ без ПС
6. Транспортировка и хранение.
6.1. Транспортирование и хранение МВИТ осуществляется при температурах окружающей среды от -60°С до + 50°С при условии отсутствия в воздухе паров химически активных веществ.
6.2. Транспортирование МВИТ производится всеми видами транспортных средств.
6.3. Транспортирование и хранение МВИТ до момента продажи должны осуществляться в упаковке предприятия-изготовителя.
Ну, и напоследок, о стоимости данных источников на весну 2009г.
Цена одного анода 50р. (в каждой ячейке 2 электрода) Цена одного элемента МВИТ 885р.
Напоследок, ещё один пример металло-воздушного источника тока, который выпускает "".
Металло-воздушные батареи (МВИТ) типоразмеров 3-2,5МВ30, 27-2,5МВ30, 4-1МВ12, 12-1МВ12, 12-10МВ20, 12-10МВ120 являются источниками тока двойного назначения и могут применяться как для бытовых нужд: электропитания освети-тельных приборов, бытовой теле-радиоаппаратуры, средств связи, различного электроинструмента, так и в интересах Министерства Обороны: электропитания приборов обеспечения стрельбы артиллерии, артиллерийских квантовых дальномеров, переносных станций радиолокационной разведки, переносных радиостанций спутниковой связи, автономного электропитания оборудования, приборов и военной техники, зарядки аккумуляторов в полевых условиях.
Батареи МВИТ представляют собой первичные, механически-перезаряжаемые источники тока. Аноды в МВИТ изготовлены из магниевого сплава, газодиффузионные катоды изготовлены на основе угольно-фторопластовой композиции. Корпус батареи выполнен из литьевого армамида. Электролитом является раствор поваренной соли в воде 100 г NaCl в 1000 мл Н2О. Вода, применяемая для получения электролита может быть взята из любых водоемов, включая морские и не должна содержать твердых механических включений.
Металло-воздушные батареи являются многоразовыми источниками тока, не требуют подзарядки от электрической сети, их перезарядка обеспечивается путем механической замены электролита и расходуемых анодов.
Металло-воздушные батареи предназначены для эксплуатации в полевых условиях при температуре окружающего воздуха от минус 15 С до плюс 60 С.
Конструкция изделия обеспечивает непроливаемость электролита при кратковременном (до 5 минут) опрокидывании батареи на 180°, в том числе и в рабочем состоянии.
ОСНОВНЫЕ ДОСТОИНСТВА МВИТ:
- экологическая безопасность батареи (отсутствие едких или ядовитых продуктов реакции); - удельная энергоемкость сухозаряженной батареи до - 400 Вт ч/кг; - удельная энергоемкость залитой батареи до - 250 Вт час/кг; - длительные сроки хранения до 10 лет.
На базе имеющихся технических наработок ОАО "Уралэлемент" может разработать МВИТ практически любой ёмкости, напряжения и мощности в соответствии с техническими требованиями заказчика.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:
Максимальное время работы в непрерывном режиме: 12 час. Минимальное количество рабочих циклов: 20.
