Как с чугунных батарей спустить воздух: в квартире или доме, кран Маевского и др. способы

Содержание

Авиационные батареи | SKYbrary Aviation Safety

Определение

Батарея — это устройство, содержащее один или несколько элементов, которые непосредственно преобразуют химическую энергию в электрическую.

Описание

За исключением самых примитивных типов самолетов, практически все самолеты имеют электрическую систему. В подавляющем большинстве случаев основная электрическая система включает в себя одну или несколько батарей. Аккумуляторы используются во время предполетной подготовки для питания электрической системы и запуска вспомогательной силовой установки и/или двигателей. После запуска ВСУ или двигатель (двигатели) приводят в действие генераторы, которые затем питают электрические цепи и перезаряжают батареи. В случае отказа или необходимости изоляции всех генераторов в соответствии с процедурой Краткого справочного руководства (QRH), когда они являются источником всей обычной электроэнергии во время работы, питание от аккумуляторов доступно в качестве альтернативного источника для основного использования. Некоторое стационарное оборудование с электрическим питанием, такое как аварийный локаторный передатчик (ELT), CVR, FDR, будет иметь свои собственные специальные батареи. Портативное оборудование, обычно перевозимое на борту самолета, такое как фонарики, мегафоны и автоматические внешние дефибрилляторы (АНД), также питается от батарей. В обоих случаях, поскольку батареи являются источником энергии, их выход из строя из-за повреждения, дефекта, неисправности или неправильного использования представляет собой потенциальный риск опасных паров, дыма или пожара.

Термины

Существует множество терминов, используемых для описания аккумуляторов, их составных частей и конкретных состояний, проблем или проблем, связанных с аккумуляторами. К ним относятся:

Анод . Анод – это положительный электрод гальванического элемента. Это электрод, на котором происходит реакция окисления, приводящая к потере электронов.
Катод . Катод – это отрицательный электрод гальванического элемента. Это электрод, на котором происходит реакция восстановления, приводящая к присоединению электронов.
Сухая ячейка . Сухая батарея представляет собой батарею «непроливаемого» типа, в которой электролит иммобилизован в виде геля или пасты.
Электролит . Химическое соединение, которое при сплавлении или растворении в определенных растворителях, обычно в воде, будет проводить электрический ток. Все электролиты в расплавленном состоянии или в растворе образуют ионы, проводящие электрический ток.

Плотность энергии . Плотность энергии – это количество энергии, которое может храниться в единице объема.
Эффект памяти . Эффект памяти — это явление, при котором элемент, если он разряжается в последовательных циклах до уровня, меньшего, чем его полная глубина разряда, временно теряет оставшуюся часть своей емкости.
Параллельное соединение . Расположение элементов в батарее, выполненное путем соединения всех положительных клемм вместе и всех отрицательных клемм вместе. Общее напряжение группы ячеек такое же, как у одной ячейки, а потребляемый ток делится поровну между ячейками в группе.
Основная батарея . Первичная батарея — это батарея, которая вырабатывает ток, как только ее компоненты собраны. Он считается «одноразовым» аккумулятором, поскольку не подлежит перезарядке и, следовательно, имеет ограниченный срок службы.

Дополнительная батарея . Вторичная батарея является перезаряжаемой. В большинстве случаев его необходимо зарядить перед первым использованием, так как обычно он собирается с активными компонентами в разряженном состоянии. Вторичная батарея сначала заряжается, а затем перезаряжается путем подачи электрического тока, который обращает вспять химические реакции, происходящие при нормальном использовании батареи. Требуемый электрический ток подается контролируемым образом с помощью зарядного устройства.
Соединение серии . Расположение элементов в батарее осуществляется путем соединения положительного вывода каждого последующего элемента с отрицательным полюсом следующего соседнего элемента таким образом, чтобы их напряжения суммировались.

Термический разгон . Термический разгон — это ситуация, когда повышение температуры изменяет условия реакции таким образом, что вызывает дальнейшее повышение температуры. Другими словами, если процесс ускоряется за счет повышения температуры и это ускорение приводит к высвобождению дополнительной энергии, которая еще больше увеличивает температуру, говорят, что существует состояние теплового разгона. Это состояние может привести к взрыву, пожару или другому разрушительному результату.
Гальванический элемент . Гальванический (или гальванический) элемент представляет собой электрохимический элемент, который получает электрическую энергию в результате спонтанной окислительно-восстановительной реакции, происходящей внутри элемента.
Влажная ячейка . Аккумулятор с жидким электролитом — это аккумулятор, содержащий электролит в жидкой форме. Их иногда называют «проливаемыми» батареями.

Теория батареи

Батарея состоит из одного или нескольких гальванических элементов, соединенных последовательно. Каждая ячейка содержит два электрода, каждый из которых изготовлен из разного материала, и проводящий электролит. Положительный электрод называется «анод», а отрицательный электрод называется «катод». В то время как в большинстве аккумуляторов используется один электролит, в некоторых из них электролитические требования к аноду отличаются от требований к катоду. В этих случаях используются два разных электролита, а ячейки содержат сепаратор, который предотвращает смешивание электролитов, но обеспечивает перенос электронов.

Когда электроды «соединяются» с электролитом, происходит специфическая химическая реакция, известная как «окислительно-восстановительная» ( красный действие- ох идирование). Эта реакция вызывает восстановление (присоединение электронов) происходит на катоде, а окисление (удаление электронов) происходит на аноде. Именно эта миграция электронов создает электродвижущую силу (ЭДС) внутри ячейки. ЭДС, измеренная между двумя электродами, когда ячейка не зарядка или разрядка-это напряжение холостого хода, которое элемент способен производить. Напряжение варьируется в зависимости от материалов, используемых для изготовления элемента.Например, никель-кадмиевый элемент имеет ЭДС около 1,2 вольт, цинк-углеродный элемент имеет ЭДС примерно 1,5 вольта, а литиевый элемент может создавать ЭДС от 3 до 4,2 вольта.0005

Ячейки соединены последовательно для достижения желаемого напряжения. Для создания батареи с напряжением 12 вольт потребуется десять никель-кадмиевых элементов, тогда как для создания батареи с таким же напряжением может потребоваться всего три литиевых элемента. Внутри батареи несколько таких групп элементов также могут быть соединены параллельно для увеличения электрической емкости.

В первичной или неперезаряжаемой батарее после завершения окислительно-восстановительной реакции все доступные электроны мигрируют с анода на катод. Батарея больше не будет производить ток и должна быть заменена.

Во вторичной или перезаряжаемой батарее окислительно-восстановительную реакцию можно обратить, подключив к батарее внешний источник питания. Этот процесс позволяет заряжать батарею, возвращая электроны обратно к аноду. Это, в свою очередь, позволяет повторить окислительно-восстановительную реакцию после удаления зарядного устройства. Обратите внимание, что вторичную батарею нельзя перезаряжать неограниченное время, поэтому в конечном итоге батарею необходимо заменить. Любая батарея, предназначенная для использования в качестве источника питания для оборудования, установленного или регулярно перевозимого на самолетах, должна быть не только безопасной, но в идеале иметь высокую плотность энергии, быть легкой, надежной, требовать минимального обслуживания и быть способной эффективно работать в широком диапазоне условий окружающей среды. . Производители аккумуляторов продолжают разрабатывать новые технологии в попытке достичь этих идеалов, но во многих случаях необходимы компромиссы в этих целях, не связанных с безопасностью, а в некоторых случаях последствия новых конструкций для безопасности упускаются из виду, особенно в связи с быстро растущим использованием аккумуляторов. Литиевые батареи.

Типы аккумуляторов

Разработано множество типов аккумуляторов, варианты некоторых из них используются в авиации. К ним относятся:

Свинцово-кислотные . Элемент свинцово-кислотного аккумулятора содержит анод, изготовленный из оксида свинца, и катод из элементарного свинца, погруженный в раствор электролита серной кислоты. В некоторых свинцово-кислотных батареях электролит суспендирован в силикагеле или пропитан матом из стекловолокна, чтобы батарея не протекала. Несмотря на то, что свинцово-кислотные аккумуляторы обладают хорошими свойствами накопления энергии и энергоснабжения, они довольно тяжелые, а плотность их энергии относительно низкая. При перезарядке свинцово-кислотные аккумуляторы иногда могут выделять газообразный водород, что может привести к взрыву или пожару. Свинцово-кислотные батареи часто используются в качестве основных батарей в самолетах.
Никель-кадмий (NiCd) . Никель-кадмиевые элементы имеют анод из гидроксида кадмия и катод из гидроксида никеля, погруженные в электролит, состоящий из гидроксидов калия, натрия и лития. Никель-кадмиевые аккумуляторы требуют относительно мало обслуживания, надежны и имеют широкий диапазон рабочих температур. NiCd аккумуляторы подвержены эффекту памяти, и при перезарядке они могут выйти из строя. Многие страны вводят строгие правила утилизации никель-кадмиевых аккумуляторов из-за тяжелых металлов, используемых в их производстве. NiCd аккумуляторы подходят для многих авиационных применений, включая основные авиационные аккумуляторы.

Никель-металлогидридный (Ni-MH) . Никель-металлогидридные элементы имеют анод из металлического сплава, способного поглощать и выделять водород. Катод изготовлен из гидроксида никеля, и оба они погружены в раствор электролита из гидроксидов калия, натрия и лития. Ячейки малой емкости этого типа аккумуляторов герметичны и не требуют технического обслуживания. Их главный недостаток заключается в том, что они требуют точного контроля уровня заряда для контроля газовых обменов и минимизации нагрева во время заряда. Ni-MH аккумуляторы имеют высокую плотность энергии и идеально подходят для требований большой емкости. В самолетах Ni-MH аккумуляторы часто используются для питания таких систем, как аварийное освещение дверей и путей эвакуации на полу, а также портативных развлекательных устройств и электронных сумок для полетов.

Литий-ионный/литий-полимерный . Литий-ионные (Li-ion) и литий-полимерные (Li-poly) батареи, также называемые «литиевыми вторичными батареями», являются перезаряжаемыми. Их элементы имеют анод из графита и катод, состоящий из комбинированного материала, способного многократно (для перезарядки) и быстро (для сильного тока) принимать и высвобождать ионы лития, например оксид лития-марганца (Li-Mn ₂ O _{). 4}). Используется неводный электролит, в основном состоящий из смеси органических карбонатов. Зарядка или разрядка литий-ионного аккумулятора включает обмен ионами лития между электродами. Типичное выходное напряжение ячейки составляет от 3 до 4,2 вольт, в основном в зависимости от материалов, используемых для изготовления катода.
Литий-металлический . Литий-металлические батареи, также называемые «литиевыми первичными батареями», не подлежат перезарядке. Их электрохимия чаще всего основана на элементах с диоксидом лития-марганца (Li-MnO ₂), которые имеют графитовый анод и катод из диоксида лития.

Угрозы

Существует ряд потенциальных угроз, которые могут быть связаны с авиационными батареями, их распределительными сетями и их системами зарядки и мониторинга. Эти угрозы включают в себя:

Утечка батареи . Переполнение жидкостного аккумулятора может привести к утечке. Аналогичным образом, повреждение корпуса батареи, вызванное неправильным обращением, перезарядкой или замерзанием, может привести к утечке.
Внутренняя неисправность аккумулятора или короткое замыкание . Производственные дефекты или ненадлежащее обращение могут привести к внутренним отказам.

Перезаряд батареи . Аккумуляторы могут быть перезаряжены из-за неисправного зарядного оборудования или неправильного обслуживания.
Чрезмерная скорость зарядки аккумулятора . Некоторые типы аккумуляторов уязвимы для высоких скоростей заряда.
Чрезмерный разряд аккумулятора . Некоторые типы аккумуляторов подвержены высоким скоростям разряда.
Неисправность шины аккумулятора или пожар . Батарейная шина «горячая» — ее нельзя электрически изолировать от исходной батареи без физического извлечения батареи.

Последствия

Последствия, которые могут возникнуть в результате перечисленных выше угроз, варьируются от незначительных до потенциально катастрофических в зависимости от обстоятельств происшествия и типа используемой батареи. Например:

Утечка из свинцово-кислотного аккумулятора, допускающего протекание, может привести к коррозии, повреждению компонентов или травмам.
перезарядка свинцово-кислотного аккумулятора может привести к взрыву. Перезарядка, чрезмерная скорость зарядки или чрезмерная скорость разрядки литий-ионной батареи могут привести к тепловому выходу из строя, что приведет к взрыву или возгоранию батареи. Это, в свою очередь, может привести к травмам или смерти, а также к сопутствующим повреждениям вплоть до возможной потери самолета.
, хотя технически это не является неисправностью батареи, проблема на соответствующей «горячей» шине батареи может привести к появлению дыма, дыма или пожара.

Средства защиты

Смягчение большинства угроз, связанных с авиационными батареями, может быть достигнуто за счет надежных методов и процедур проектирования, испытаний, технического обслуживания и эксплуатации. К ним относятся:

Конструкция самолета . Процедуры Сертификации воздушных судов и их оборудования должны включать проверку их безопасности при неисправности, такой как сдерживание аккумуляторов, соразмерное внутреннему давлению, и/или выпуск опасных паров и веществ, которые могут возникнуть.
Новые технологии . Сертификация должна уделять особое внимание новым технологиям, особенно там, где их разработка или перенос на воздушные суда и их оборудование происходят быстро.
Практика технического обслуживания . Следует соблюдать нормативные требования и рекомендации производителей в отношении критериев проверки, перезарядки, удаления и замены.
Процедуры для летного экипажа . Следует полностью учитывать указания производителей по нормальному, нештатному и аварийному использованию и мониторингу системы.
AOM/Краткий справочник (QRH) Руководство . Должна предоставлять четкую и недвусмысленную информацию об ограничениях системы и о действиях, которые следует предпринять в случае превышения или неисправности.

Связанные статьи

Электрические системы самолета
Проблемы с электричеством: руководство для контроллеров
Литий-ионные авиационные батареи как источник дыма/пожара
Отчеты об авариях и серьезных происшествиях: ПОЖАР
Огонь в воздухе
Риск возгорания самолета из-за предметов с батарейным питанием, перевозимых на борту самолета

Дополнительная литература

Риски, связанные с литиевыми батареями, презентация Кристин Безар, руководителя службы безопасности полетов A350XWB, на 18-й конференции Airbus по безопасности полетов, Берлин, 19–22 марта 2012 г.
Обновление расследования пожара батареи B-787 Japan Airlines, презентация Деборы А.П. Херсман, NTSB, 24 января 2013 г.

Статья Boeing: Реакция летного экипажа на задымление, пожар или дым в полете
Консультативное руководство по безопасности литиевых батарей US PHSMA/FAA; Перевозка аккумуляторов и устройств с батарейным питанием
Литиевые батареи: безопасно летать?, C. Bezard et al., Airbus Safety First No. 21, стр. 22-41 , январь 2016 г.

Отчеты об исследованиях FAA

Оценка воспламеняемости первичных литиевых батарей
Опасность возгорания литий-ионных аккумуляторов

Как это работает и почему может изменить энергию

Железо-воздушные батареи могут устранить некоторые недостатки лития, связанные с хранением энергии.
Form Energy строит новый железо-воздушный аккумуляторный завод в Западной Вирджинии.
НАСА экспериментировало с железно-воздушными батареями в 1960-х годах.

Если вы хотите накапливать энергию, литий-ионные аккумуляторы — это действительно единственная игра в городе. Вот почему вы найдете их в потребительских товарах, таких как электромобили, смартфоны и все, что между ними. На самом деле литий так жизненно необходим к будущему человечества, связанному с зеленой энергией, что люди пытаются выяснить, как получить больше энергии как можно скорее.

Но то, что может подойти для вашего ноутбука, — не лучшая идея для хранения данных в электросетях, где выходная мощность измеряется в мегаваттах. Литий-ионные батареи хороши только в том, что они расходуют энергию в течение короткого периода времени, составной литий не совсем доступен, и если вы когда-либо видели охваченный пламенем Tesla, вы знаете, что они могут взорваться.

Энергетическая компания Form Energy из Массачусетса считает, что у нее есть решение: железно-воздушные батареи. И компания готов вложить 760 миллионов долларов в идею , построив новое производственное предприятие в Западной Вирджинии.

Каждая железно-воздушная батарея размером примерно со стиральную машину с сушкой и содержит 50 железо-воздушных ячеек, которые затем окружены электролитом (аналогично Duracell в пульте дистанционного управления вашего телевизора). Используя принцип, называемый «обратное ржавление», клетки «дышат» воздухом, который превращает железо в оксид железа (он же ржавчина) и производит энергию. Чтобы зарядить его обратно, ток обращает окисление вспять и превращает клетки обратно в железо.

НАСА впервые начало экспериментировать с железно-воздушными батареями еще в конце 1960-х годов, и очевидно, почему инженеры взволнованы этой системой хранения нового поколения. Во-первых, железо-воздушные батареи сразу решают несколько самых больших недостатков лития. Как следует из названия, в этих батареях в основном используется железо, четвертый по распространенности элемент на Земле, и… ну… воздух. Внедрение этой технологии может помочь сократить большое количество воды, используемой для добычи лития (не говоря уже о снижении вероятности загрязнения грунтовых вод).

Посмотреть полный пост на Youtube

Во-вторых, и это самое главное, железо-воздушные батареи были бы в 10 раз дешевле , работали бы лучше, а прослужили бы в 17 раз дольше . Прямо сейчас основная задача этих батарей будет состоять в том, чтобы преодолеть разрыв, когда коммунальным предприятиям требуется больше энергии в часы пик, и, поскольку зеленая энергия съедает большую долю энергетического пирога, они также могут иметь решающее значение для хранения избыточной энергии в солнечные дни, чтобы поддержать когда накатят облака.