Размеры батареи чугунные: Вес батареи, размер, объем, мощность и другие характеристи чугунных радиаторов.

Выбор чугунных батарей отопления — Рекомендации

Эффективность водяных систем обогрева во многом зависит от характеристик и правильного выбора оборудования. Оптимальным вариантом для централизованных сетей в многоквартирных домах являются батареи отопления чугунные. Они способны выдержать давление теплоносителя от 9 до 12 атм. и пользуются спросом благодаря продолжительному сроку службы и технико-эксплуатационным показателям.

Особенности производства и конструкции

Для изготовления чугунных радиаторов обычно используется сплав из серого чугуна, который заливают в специальные формы и получают секции для отопительных приборов. Ширина и суммарная тепловая мощность устройств зависит от количества и габаритов сборных элементов.

На размеры батарей также влияют особенности внутренней конструкции. Теплоноситель может циркулировать по одному, двум или трем каналам, количество которых определяет ширину приборов. Соединение отдельных секций в единую конструкцию осуществляется с помощью уплотнителей.

Характеристики и свойства

Основной недостаток радиаторов из чугуна — значительный вес, который усложняет транспортировку и монтаж. Для надежной фиксации батарей требуются крепежные элементы высокой прочности. К недостаткам также относятся большой объем теплоносителя и однотипный дизайн, который обусловлен технологическими особенностями литья.

Шероховатость внутренней поверхности чугунных отопительных приборов способствует образованию отложений. Теплоноситель с высоким содержанием кальция и магния может вызвать со временем сужение полостей, которое приводят к снижению скорости нагрева и уменьшению теплоотдачи. Чтобы избежать появления отложений и продлить срок службы батарей отопления чугунных, следует обеспечить дополнительную очистку циркулирующей воды.

Однако недостатки таких радиаторов компенсируются преимуществами, среди которых можно выделить:

• продолжительный срок использования, составляющий в зависимости от модели и производителя 35 и более лет;
• способность выдерживать температуру теплоносителя до +130 °C и гидравлические удары;
• высокие показатели теплоотдачи;
• прочность и надежность конструкции;
• минимальное гидравлическое сопротивление;
• доступная цена.

Для дополнительной защиты от коррозии используется специальное покрытие, которое предотвращает разрушение металла и продлевает ресурс отопительных приборов.

ООО «Сантехкомплект» реализует чугунные радиаторы и другие виды оборудования для монтажа, реконструкции и ремонта отопительных систем. Холдинг — один из лидеров по продаже сантехники, труб из металла и пластика, и оснащения для инженерных сетей и технологических трубопроводов.

Поэтому клиенты могут рассчитывать на большой выбор качественной продукции отечественных и зарубежных производителей по доступным ценам. К услугам покупателей — возможность оформления доставки по Москве и в регионы РФ и скидки при оптовых заказах. Каждую сделку сопровождает личный менеджер, который поможет определиться с выбором и найти оптимальный вариант.

Достоинства и недостатки

Современные тенденции таковы, что привычные чугунные радиаторы все чаще заменяют алюминиевыми или биметаллическими. А все потому, что чугунные модели отличаются приличными габаритами и значительным весом. Тем не менее чугун не перестали использовать для создания радиаторов. Ведь из него очень удобно изготавливать даже самые элегантные изделия, а потому современные чугунные батареи вполне могут иметь небольшие размеры и очень даже стильный вид. Особенно, если дополнительно их задекорировали художественной ковкой.

В целом же у чугунных радиаторов немало положительных особенностей. Так, они могут выдерживать приличное давление – более пятнадцати атмосфер! А еще они совместимы со всеми типами трубопроводов, что в наше время немаловажно так же, как и то, что срок службы у таких батарей составляет до пятидесяти лет. При этом вы всегда можете изменить количество секций, а тепловая отдача у установленных батарей достигает больше ста Ватт!

Но это далеко не все положительные качества чугунных радиаторов. Помимо долгого срока службы, они еще и устойчивы к коррозийным процессам. А все потому, что в процессе эксплуатации на внутренней стенке образуется защитный слой, который и не дает разрушаться изделию. Что касается внешней стороны радиатора, то ей коррозия вообще не страшна!

Однако все-таки бывают случаи, когда чугунные батареи выходят из строя. Самая популярная причина – это, когда проток забивается кальциевыми отложениями. Но такое явление легко предотвращается за счет смягчения теплоносителя, то есть воды. К слову, ее нередко именно по этой причине заменяют антифризом. Хотя он оказывает негативное воздействие на прокладки, которые монтируются между секциями.

Какие еще есть недостатки у чугунных радиаторов? Пожалуй, к ним можно отнести тот факт, что такие батареи довольно медленно нагреваются и остывают тоже медленно, хотя последний факт все-таки больше плюс, чем минус. Так почему же это плохо? Причина в том, что нет возможности быстро регулировать температуру воздуха помещении. Ну и, конечно, самый главный недостаток – большой вес, из-за которого усложняется процесс монтажа. Другими словами, установить такой радиатор самостоятельно практически невозможно. Для этого необходимо два человека, как минимум.

Также стоит добавить, что стоимость чугунных радиаторов сравнительно выше, чем у алюминиевых, к примеру. Однако это вполне обосновано, так как срок службы у них достаточно долгий. Да и вообще у них огромное количество преимуществ! Важно лишь выполнять периодическую технологическую чистку системы, чтобы избежать некачественной циркуляции теплового носителя.

Советы по выбору

Выбирать чугунные радиаторы следует выбирать с учетом разных критериев. К примеру, значительно на стоимость продукции влияет габариты и дизайн батареи. Также в процессе выбора стоит учитывать габариты и тип подключения. Батареи могут быть разной высоты, ширины и глубины. Причем высота должна быть такой, чтобы выбранная модель поместилась между полом и подоконником. Что касается глубины, то она важна, если выступающая часть подоконника незначительна.

Кроме того, необходимо учитывать и мощность агрегата. Маломощные батареи стоят немного дешевле, так как они отдают в окружающую среду меньше тепла. Соответственно, чем мощнее будет радиатор, тем выше будет его цена.

Что касается типа монтажа, то здесь всего два варианта – напольные и настенный. Учитывая, что вес чугуна достаточно значительный, настенные модели разрешается монтировать исключительно на несущие поверхности. Во всех других случаях специалисты рекомендуют приобретать модели, которые оснащены ножками.

Видео. Преимущества чугунных батарей перед другими вариантами

Чугунные радиаторы мс 140 — технические особенности и преимущественные характеристики

Стандартный радиатор 90-х годов

Несмотря на появлении новых моделей батарей, являющихся важной составляющей центрального отопления, потребители до сих пор не отказались от привычных чугунных радиаторов мс 140. Этот самый распространенный и востребованный прибор отапливает более 70% всех жилых квадратных метров в России. Специалисты отдают предпочтение именно таким радиаторам, потому что они имеют низкую стоимость при очень хорошем качестве.

Содержание

1. Эффективное и надежное оборудование
2. Технические особенности
3. Преимущественные характеристики
4. Обобщение по теме

Эффективное и надежное оборудование

Пока жидкий теплоноситель считается самым эффективным и экономичным, чугунный радиатор мс 140, вес которого напрямую зависит от количества секций, будет эксплуатироваться еще в ближайшие лет сто. Рассчитывать на то, что его смогут вытеснить аналоговые модели, не приходится. Хотя бы потому, что для этого придется полностью заменить все центральные отопительные коммуникации и всю инфраструктуру теплоснабжения.

Безопасность использования и простота монтажа, хорошая теплоотдача и разработка новых схем подключения — вот то, что стимулирует устанавливать подобные устройства даже в новостройках. Чугун, по мнению специалистов, способны потеснить только алюминиевые модели. Но это случится лишь тогда, когда появятся крышные котельные или отдельные системы поквартирного отопления, обеспечивающие высокое качество самого теплоносителя.

А пока даже владельцы индивидуальных домов предпочитают монтировать чугунные батареи. Установив их, потребитель надолго о них забывает, так как проблем в эксплуатации они не создают.

Обратите внимание! Чугун всегда ассоциировался с надежностью, прочностью и долговечностью. Учитывая его невысокую стоимость в сравнении с аналоговой продукцией, можно предположить, что чугунные радиаторы еще долго будут использоваться при обогреве жилых и офисных метров.

Технические особенности

Устанавливать чугунные радиаторы мс 140 рекомендуется в те отопительные системы, где температура теплоносителя не превышает 130 градусов при избыточном рабочем давлении не более 1,2 МПа. Радиаторы крепят боковым способом.

Чугунный радиатор — наборная секция, состоящая из разного количества ребер. Они соединены между собой при помощи ниппелей и резиновых прокладок. Внутри них имеются широкие овальные каналы, сквозь которые проходит теплоноситель.

Высота такого радиатора — 580 мм, ширина ребра 94 мм, глубина залегания 140 мм. Есть в продаже батареи, высота которых равна 388 мм. Она позволяет устанавливать секции там, где окна расположены низко по отношению к полу.

Преимущественные характеристики

Чугун — металл, имеющий высокие антикоррозийные свойства.

Сегодня чугунные радиаторы признаны специалистами самыми удобными и эффективными. А все потому, что преимуществ у них гораздо больше, чем отрицательных моментов:

1. Чугун — металл, имеющий высокие антикоррозийные свойства. Именно они позволяют эксплуатировать данный теплообменник в течение 50 лет с минимальным техническим обслуживанием. Пока только медь способна вырвать у чугуна пальму первенства в этом плане, но изделия из нее стоят очень дорого.
2. Конструкция чугунной батареи позволяет создавать минимальное гидравлическое сопротивление, поэтому использовать ее можно даже в системах отопления с невысоким давлением теплоносителя.
3. Чугун обладает высокой тепловой инертностью, поэтому материал полностью отдает набранное тепло и долго сохраняет высокую температуру.
4. Также он обладает высокой теплопроводностью, а это позволяет отдавать тепло в полном объеме.

Главный недостаток чугунных радиаторов — это непрезентабельный внешний вид, плохо вписывающийся в современный дизайн помещений.А еще отечественным производителям не удается пока облегчить секционную конструкцию — и это тоже существенный минус.

Обобщение по теме

Как рассчитать мощность радиатора?

Радиаторный теплообменный аппарат, выполненный из чугуна, был, есть и будет самым востребованным типом батарей, идеально подходящим к условиям отечественной центральной отопительной системы. Пока ни один другой аналог не может соперничать с ним и превосходить по своим преимущественным характеристикам. Доступная цена подхлестывает интерес и заставляет отдавать предпочтение именно чугунным батареям.

Читайте далее:

Литые электродные листы для литий-ионных аккумуляторов

‹ Вернуться к разделу Материалы для аккумуляторов

Готовые к отправке электродные листы для литий-ионных аккумуляторов

NEI предлагает различные катодные и анодные электродные листы, подходящие для широкого спектра Приложения. Стандартные листы электродов отлиты на токосъемниках из алюминиевой (катод) или медной фольги (анод) и доступны в готовых к отправке упаковках по 2, 5 или 10 листов (на материал), а также в больших количествах по запросу.

• Размеры листа: 5 дюймов x 10 дюймов (127 мм x 254 мм)
• Токосъемники: Медь (10 мкм) или алюминий (16 мкм)
• Покрытие: Доступны односторонние и двусторонние листы
• Стандартный состав*: 90 % активного материала, 5 % связующего PVDF, 5 % проводящего углерода

Индивидуальная настройка

NEI также предлагает индивидуальные решения для клиентов с уникальными техническими требованиями. Ленты могут быть модифицированы за дополнительную плату, чтобы приспособиться к различным нагрузкам активного материала, толщине покрытия и типу / содержанию связующего по запросу.

*Для большинства материалов (кроме BE-150E, BE-400E и BE-70E).

Запросить предложение

Электродные листы Брошюра

*Новинка* Предварительно нарезанные электроды для карманных ячеек

Нажмите на идентификатор продукта

, чтобы узнать больше о наших электродах и электродах.

Код продукта	Активный материал	Ср. Размер частиц	Активная загрузка*	Вместимость*	Номинальная емкость при 0,1°C
НАНОМИТ® BE-10E »	LTO (Li 4 Ti 5 O 12 )	1,5 – 3 мкм	7,3 мг/см 2	1,25 мАч/см 2	~ 170 мАч/г
НАНОМИТ® BE-10CE »	LTO с углеродным покрытием (Li 9 мг/см 2	4,0 мАч/см 2	≥ 750 # мАч/г
НАНОМИТ® BE-200E »	Графит (С)	15 – 20 мкм	6,5 мг/см 2	2,4 мАч/см 2	≥ 370 мАч/г
NANOMYTE® BE-300E-Cu »	Активированный уголь (С)	5 – 10 мкм	5,7 мг/см 2	1,25 мАч/см 2	≥ 220 мАч/г
NANOMYTE® BE-300E-Al »	Активированный уголь (С)	5 – 10 мкм	5,7 мг/см 2	1,25 мАч/см 2	≥ 220 мАч/г
НАНОМИТ® BE-400E »	Оксид ниобия (Nb 2 O 5 )	30 – 70 нм	8,00 мг/см 2	1,44 мАч/см 2	≥ 150 # мАч/г
НАНОМИТ® BE-500E »	Твердый углерод (C)	5 мкм	8,0 мг/см 2	2,32 мАч/см 2	≥ 290 мАч/г
НАНОМИТ® BE-20E »	LCO (LiCoO 2 )	13 – 14 мкм	12,5 мг/см 2	2,0 ​​мАч/см 2	≥ 155 мАч/г
НАНОМИТ® BE-30E »	ЖИО (LiMn 2 O 4 )	6 – 7 мкм	12,5 мг/см 2	1,25 мАч/см 2	≥ 100 мАч/г
НАНОМИТ® BE-35E »	ЖИО (LiMn 2 O 4 )	11 мкм	12,5 мг/см 2	1,25 мАч/см 2	≥ 100 мАч/г
НАНОМИТ® BE-45E »	NCA (LiNi 0,8 Co 0,15 Al 0,05 O 2 )	11 – 13 мкм	10,5 мг/см 2	2,0 ​​мАч/см 2	≥ 190 мАч/г
НАНОМИТ® BE-50E »	NMC111 (LiNi 0,33 Mn 0,33 Co 0,33 O 2 )	8 – 12 мкм	12,9 мг/см 2	2,0 ​​мАч/см 2	≥ 155 мАч/г
НАНОМИТ® BE-52E »	NMC532 (LiNi 0,5 Mn 0,3 Co 0,2 O 2 )	8 – 12 мкм	12,1 мг/см 2	2,0 ​​мАч/см 2	≥ 165 мАч/г
НАНОМИТ® BE-54E »	NMC622 (LiNi 0,6 Mn 0,2 Co 0,2 O 2 )	10 – 13 мкм	11,4 мг/см 2	2,0 ​​мАч/см 2	≥ 175 мАч/г
НАНОМИТ® BE-56E »	NMC811 (LiNi 0,8 Mn 0,1 Co 0,1 O 2 )	10 – 13 мкм	10,0 мг/см 2	2,0 ​​мАч/см 2	≥ 200 мАч/г
НАНОМИТ® BE-60E »	LFP (LiFePO 4 )	~2 мкм	7,3 мг/см 2	1,25 мАч/см 2	≥ 170 мАч/г
НАНОМИТ® BE-70E »	Сера сублимированная (S)	н/д	3,7 мг/см 2	3,0 мАч/см 2	≥ 800 мАч/г
НАНОМИТ® SP-10E »	LMNO (LiMn 1,5 Ni 0,5 O 4 )	4 – 7 мкм	16,0 мг/см 2	2,0 ​​мАч/см 2	≥ 125 мАч/г
NANOMYTE® SP-10CE »	LMNO с LATP-покрытием (LiMn 1,5 Ni 0,5 O 4 )	5 – 8 мкм	16,0 мг/см 2	2,0 ​​мАч/см 2	≥ 125 мАч/г

Примечания: *Все значения в пределах ± 5%; #Измерено при 0,05°C; ^ Только на основании содержания кремния

Полностью железная батарея с открытым исходным кодом 2.

0

• Список журналов
• ОборудованиеX
• т.9; 2021 апр
• PMC50

ОборудованиеX. 2021 апрель; 9: e00171.

Опубликовано онлайн 2021 январь 2. DOI: 10.1016/j.ohx.2020.e00171

Авторская информация о статье Примечания к авторским правым и лицензионной информации Отказ от ответственности

Дополнительные материалы

Открыть в отдельном окне

: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : , Электрохимический элемент, Перезаряжаемый, Мощность, Энергия, Возобновляемый источник энергии

В этой работе мы представляем значительные усовершенствования полностью железной батареи с открытым исходным кодом. Мы показываем более высокую удельную мощность и более простое изготовление. Мы также показываем более воспроизводимую процедуру приготовления электролитов. В результате получился электрохимический элемент с высокой перезаряжаемостью на основе ионов железа, хлорида, сульфата и калия в воде при близком к нейтральному pH. Клетка стабильна в течение тысяч циклов. Он демонстрирует скромную плотность энергии, соответствующую предыдущей полностью железной батарее. Ток улучшен в 10 раз до практического уровня 500 мА/л и способен обеспечить максимальную мощность 250 мВт/л. Хотя это скромные характеристики по сравнению с коммерческими перезаряжаемыми батареями, их низкая стоимость, простой синтез и безопасное производство могут сделать их подходящими для хранения возобновляемой энергии.

Specifications table

Hardware name	Open source Iron Battery 2.0
Subject area
Hardware type
Open Source License	CC BY-NC -ND 4. 0
Стоимость оборудования	4,58–13,74 долл. США за кюветы по 8 мл каждая; Стоимость установки 400$ (для сборки 50 ячеек по 8 мл)
Репозиторий исходных файлов	https://doi.org/10.17605/OSF.IO/YV2E6

Открыть в отдельном окне

Недорогой, безопасный накопитель энергии имеет множество применений. Возобновляемая энергия может заменить только часть энергии ископаемого топлива, если ее нельзя эффективно и экономично хранить [1]. Литий-ионные батареи стали доминирующей системой хранения энергии для мобильных приложений, но они имеют проблемы с безопасностью [2] и стоимостью [3]. Для стационарных приложений может быть выгодно перейти на более дешевую, безопасную химию, но с меньшей плотностью энергии. Мы продемонстрировали малогабаритную цельнометаллическую батарею [4]. Эта ячейка была перезаряжаемой со скромной, но полезной плотностью энергии, подходящей только для маломощных приложений. Здесь мы сообщаем об улучшенной версии этой химии с аналогичной плотностью энергии и гораздо более высокой плотностью мощности, а также с более удобным форм-фактором.

Несколько полностью железных батарей были продемонстрированы в литературе и в больших масштабах для коммерческого применения. Недавнее резюме см. в Anarghya et al. [5]. Такие батареи часто реализуются как проточные батареи [6], [7]. Преимущество проточных батарей состоит в том, что энергоемкость (определяемая размером резервуара с электролитом) отделена от мощности (определяется размером проточной ячейки). Это происходит за счет относительно сложной сантехники и насосов.

Представленный здесь цельнометаллический аккумулятор является обычным аккумулятором, а не проточным аккумулятором. Хотя химические реакции, которые перемещают и сохраняют электроны, одинаковы (т. Е. Окисление Fe и восстановление Fe ³⁺ ), физический дизайн гораздо проще. Вместо того, чтобы использовать высокоэффективную проточную ячейку для достижения практических уровней мощности, наш подход заключается в модификации материалов анода и катода для достижения полезной энергии и мощности.

Мы описываем конструкцию аккумуляторной батареи с анодом и катодом на основе железа. Общая стратегия показана на . Металлическое железо окисляется до двухвалентного железа на аноде, в то время как трехвалентное железо восстанавливается до двухвалентного железа на катоде, позволяя электронам течь. Эта система обеспечивает высокую перезаряжаемость и настраиваемость, но мощность и плотность энергии ниже по сравнению с коммерческими батареями. Мы также описываем простой синтез подходящей разделительной мембраны из бумаги, пропитанной ацетатом целлюлозы. Этот сепаратор разделяет химию анода и катода, но обеспечивает перенос ионов. Площадь полимерного листа определяет максимальный ток. Для большей мощности батарея должна быть тонкой с большой площадью поверхности. Если требуется меньшая мощность и большая энергоемкость, батарея может быть толще с меньшей площадью разделительной мембраны (т. Е. Можно использовать более толстый акриловый пластик или несколько слоев).

Открыть в отдельном окне

Общий дизайн и функции батареи. (A) На изображениях показаны три активные формы железа. (B) Схема показывает, как общая конструкция батареи и ток.

Наше основное усовершенствование оригинальной полностью железной батареи с открытым исходным кодом заключается в увеличении плотности тока. Первоначальный состав [4] представлял собой смесь хлорида железа и сульфата калия, доведенную до pH 7,5 с помощью гидроксида натрия. Повышение рН вызывает осаждение твердого вещества. Проводимость осажденных частиц низкая, и концентрация ионов железа в растворе также низкая. Это ограничивало максимальный электрический ток батареи. Мы определили, что максимальный ток разряда и заряда можно значительно увеличить, добавив проводящий углерод. Уменьшив расстояние между углеродным проводником электронов (первоначально углеродным войлоком) и осадком железа, мы смогли увеличить удельную мощность. Добавление сажи ketjen [проводящий углерод] в анодную и катодную пасты позволяет электронам мигрировать на гораздо более короткое расстояние от активного материала через проводящую матрицу (см. ). и определили, что 4% углерода по массе достаточно для достижения почти оптимальных характеристик. Более 4% углерода означает, что для железа остается меньше места, поэтому более высокие концентрации не рекомендуются.

Открыть в отдельном окне

Черные токопроводящие частицы Ketjen улучшают работу аккумулятора. (A) Схема показывает, как электроны диффундируют через электролит. (B) Схема показывает, как гипотетический эффект проводящего углерода сокращает расстояние диффузии. (C) График устойчивого тока в зависимости от % (масс./масс.) проводящего углерода.

В качестве вторичного улучшения мы стремились упростить первоначальный химический состав железной батареи. В исходной химии растворы солей железа содержали растворенные ионы железа, натрия, калия, хлорида и сульфата. Это показано слева с использованием предыдущей лучшей мембраны. В результате получилась стабильная химия с большим падением напряжения (крайний слева). Мы заменили мембрану из полиакрилата натрия на улучшенную мембрану (капля из ацетата целлюлозы, нанесенная на бумагу для печати). Это улучшило плотность мощности, что привело к меньшему внутреннему сопротивлению и меньшему падению напряжения во время разряда. Мы также систематически исключали каждый компонент, чтобы определить, какие из них были необходимы. Ионы сульфата, хлорида и калия необходимы для создания высокопроизводительного перезаряжаемого элемента. Только удаление ионов натрия переносилось с высокой эффективностью (см. No Na ⁺ ). Устранение любых других ионов приводило к деградации клетки и изменению профиля заряда-разряда. Новейшая формула включает хлорид железа и сульфат калия, осажденные гидроксидом калия. По сравнению с исходным химическим составом новая формула немного проще. Однако, в зависимости от наличия материалов, возможны и другие составы (например, использование сульфата железа аммония) при условии, что соответствующие ионы растворяются в растворе до осаждения.

Открыть в отдельном окне

Оптимизация клеточного химического состава включает циклические потенциограммы каждого из четырех составов с исходным химическим составом железа (Iron Battery 1. 0, крайний слева). В каждом случае удалялся один ионный компонент (Na ⁺ , K ⁺ , Cl ^— или SO ₄ ^2–). Графики показывают потенциал как функцию времени в течение первых 10 и последних 10 из 500 полных циклов. Постоянство профилей заряда-разряда указывает на стабильность.

Это оборудование может быть полезно в любом контексте, где безопасная и недорогая батарея будет преимуществом. Возможность использования решения для хранения энергии с открытым исходным кодом может дополнить проекты аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом во многих областях: энергия солнечной фермы с открытым исходным кодом [9]

•

Регистраторы данных об окружающей среде с открытым исходным кодом [10]

•

Станции с открытым исходным кодом [11]

Файлы проектирования. Конструкция батареи Файл САПР в формате . svg CC BY-NC-ND 4.0

Открыть в отдельном окне. Указанная конструкция включает ячейку с внешними размерами 165 мм × 85 мм × 5 мм и внутренним активным объемом 9,6 мл. Ячейка собрана из четырех акриловых частей и скреплена сваркой растворителем, клеем и крепежными винтами.

Ниже приведены данные для 3 элементов, содержащих по 8 мл электролитной пасты.

Обозначение	Компонент	Количество (за 3 ячейки по 8 мл каждая)	Стоимость за кювету 8 мл — USD ($)	Стоимость за единицу — USD ($) Общая стоимость 7 Общая стоимость ($)	Source of materials	Material type
Fe Salt 1	Ferrous Chloride (FeCl 2 )	3. 97 g	$0.25 $1.11 $0.66	$0.19/g $0.84/ г 0,50 $/г	$47.90 $21 $49.95	Alfa-Aesar (A16327) CPLabSafety Amazon (B00QG9I3SK)	Inorganic
Fe Salt 2	Ferric Chloride (FeCl 3 )	3.24 g	$0.08 $0.04 $0.14	$0.08/g $0.035/g $0.13	$39.10 $17.60 $12.95	Alfa Aesar (A16231) Amazon (B00DYOA85Q)ebay	Inorganic
Salt	Potassium Sulfate (K 2 SO 4 )	6. 97 g	$0.08 $0.23	$0.034/g $0.10/g	$34.40 $5.09	Alfa Aesar (A13975) ebay	Inorganic
Base	Potassium Hydroxide (KOH)	8.42 g	$0.13 $0.42 $0.28	$0.047/g $0.15 $0.10/g	$23.70 $15.31 $5.09	Alfa Aesar (A18854) Amazon (B07JVVTP56) ebay	Inorganic
Fe Metal	Steel Wool (Fe)	0.44 g	$0.01	$0. 02/g	$3.78	Amazon/Walmart (B074MDTWQR)	Metal
	Cellulose Acetate	0.45 g	$0.07	$0.48/g	$11.92	Fisher-Scientific (AC177780250)	Organic
	Nafion	45 µL	$0.04	$2.46/ml	$61.50	Alfa Aesar (42118)	Organic
	Ethylene Glycol	67. 5 µL	$0.01	$0.074/g	$18.60	Alfa Aesar (A11591)	Organic
	Printing Paper	1 pcs	$0.01	$0.013/sheet	$6.44	Amazon (B0050MRBA0)	Composit
Conductive Carbon	Ketjen Black EC-600JD	1.20 g	$0.43 $0.52	$1.07/gm $1.31/gm	$60 $65.50	Ebay Ebay	Inorganic
Housing	Arcylic sheet	6 pcs (5″ × 7″) Or, 1700 cm 2	$4. 40 $1.7	$2.20/pcs $0.003/cm 2	$21.99 ~$30	Amazon (B081B15HL4 ) Local Hardware Store	Composite
Glue	Clear Seal	~6 ml	$0.05	$0.025/ml	$3.97	Amazon/Walmart (B001T8UDOU)	Composite
Elec 1	Graphite sheet	450 cm 2	$0.15 $1.12	$0.001/cm 2 $0.008/cm 2	$11 $23	Alibaba Amazon (B07K8Y4269)	Полупроводник
	Метиленхлорид	6 мл	$ 0,11	$ 0,057/мл	$ 28,4057 77777777777777 гг. text»:»L13089″,»term_id»:»529565″,»term_text»:»L13089″}}L13089)	Organic
	Copper tape	30 cm 2	~$0.50	–	2,63 $	Walmart	Металл
	Nuts and bolts	30 pcs	$5 $1	$0.5/pc $0.1/pc	$15	Walmart Local hardware store	Metal/Alloy/Plastics
Totals (Lowest) $4.58/ Ячейка (8 мл) Итого (максимум) 13,74 долл. США за ячейку (8 мл)

Открыть в отдельном окне

*Вышеуказанные цены указаны без учета местных налогов и стоимости доставки.

Ниже приведены краткие инструкции по сборке (подробные инструкции по сборке включены в качестве дополнительного материала). Корпус ячейки был вырезан лазером из акрилового пластика (используя подходящий CO ₂ лазерный резак, такой как BossLaser 80 W, или приобретенный в коммерческой службе, такой как Ponoko). Конструкция может быть адаптирована к широкому диапазону размеров. Проекты САПР для лазерной резки акрилового пластика (ПММА) показаны на A. Следует сделать две копии каждой детали. Внутренний замкнутый объем определяет емкость накопления энергии. Площадь поверхности определяет мощность.

Открыть в отдельном окне

Проектирование и строительство ячеек. (A) CAD дизайн сотового корпуса. (B) Схема сборки клеток. (C) Фотография изображения материалов и выбранных этапов сборки клеток.

Графитовая фольга [Elec1] была обрезана с выступами для электрического соединения с зажимами типа «крокодил». Графитовая фольга была приклеена к плоскому акриловому листу с помощью прозрачного клея. Второй акриловый лист был вырезан с центральным отверстием немного меньше, чем графитовая фольга, и приклеен к первому. Конструкция оставляет открытую полость для активного материала (т. е. пасты анодного электролита или пасты катодного электролита), как показано на B. Мембрана сепаратора была приготовлена ​​путем растворения ацетата целлюлозы в ацетоне, нанесения раствора на бумагу вместе с необязательным небольшим объемом Нафион, и дав испариться (см. рис. Д.2).

Электролитную пасту готовили путем растворения хлорида железа (двухвалентное железо для катода и двухвалентное для анода) в воде в соответствующих пропорциях. К этому добавляли отмеренное количество раствора гидроксида калия для достижения рН 7,5. К полученному осадку добавляли размолотую в шаровой мельнице кетженовую сажу [проводящий углерод] до достижения 4%. Анодная полость была заполнена мелкодисперсной стальной ватой [Fe Metal], а затем заполнена анодной пастой. Мембрана сепаратора располагалась над полостью анода. Катодная полость заполнялась катодной пастой, затем катодный узел прижимался к мембране сепаратора. Затем вся сборка была скреплена крепежными винтами по периметру и герметизирована сваркой акрилового пластика с метиленхлоридом. Медная лента использовалась для усиления выступов из графитовой фольги, которые выходят за края акрила. В собранном виде ячейка находится в заряженном состоянии и готова генерировать электрический ток.

После сборки батарею можно разряжать и заряжать, как любую батарею или гальванический элемент. Это может генерировать необходимый электрический ток для данного электронного устройства. Для разрядки аккумулятор можно использовать для питания любого электрического устройства постоянного тока, потребляющего меньше максимального тока для элемента (4,5 мА для элемента объемом 8 мл). Несколько ячеек могут быть соединены вместе последовательно или параллельно для получения более высокого напряжения или тока. Для зарядки мы рекомендуем постоянное регулируемое зарядное напряжение 1,1 В на элемент последовательно.

В качестве примера приложения мы использовали одну ячейку со схемой «похитителя Джоуля» для повышения напряжения. Эта схема преобразует постоянный ток низкого напряжения в переменный и передает переменное напряжение через повышающий трансформатор. Результат достаточен для скромной яркости светодиода (см. ). В качестве альтернативы пять таких батарей можно было соединить последовательно. Они могут выступать в качестве резервуара для хранения солнечной энергии, необходимой для освещения ночью. Эта батарея может иметь некоторые преимущества по сравнению с ионно-литиевыми батареями, включая более низкую стоимость и меньшее воздействие производства на окружающую среду, а также низкую токсичность и возможность повторного использования.

Открыть в отдельном окне

Железная батарея 2.0 и джоулев вор питают светодиод. (A) На фотографии показана разомкнутая цепь (светодиод не горит). (B) На фотографии показана замкнутая цепь (светящийся светодиод).

Железная батарея имеет значительное внутреннее сопротивление. Помимо максимального тока, внутреннее сопротивление приводит к значительно более низкому рабочему напряжению. Более низкое напряжение снижает доступную мощность. Максимальная плотность энергии для ячейки объемом 8 мл составляла 0,25 мВт на мл. Батарея должна быть спроектирована и изготовлена ​​с учетом этого ограничения. В зависимости от требований к мощности потребуется батарея соответствующего размера.

При приготовлении реагентов необходимо учитывать несколько соображений безопасности. Гидроксид калия является едким веществом и не должен попадать на кожу. Хлорид железа вызывает коррозию и сильно кислит, поэтому нельзя допускать его попадания на кожу. Кроме того, хлорид железа разрушает металлы, с которыми контактирует. После нейтрализации компонентов путем смешивания в соответствующих пропорциях они становятся относительно инертными. Когда ячейка больше не нужна, ее можно считать неопасными отходами (в соответствии с местным законодательством). Пластик, вода с нейтральным pH, соли железа и соли калия являются неопасными отходами (сравнимыми с обычными пищевыми и бытовыми отходами).

Версия железного элемента объемом 8 мл была протестирована на общую емкость и максимальную мощность. Ячейка показана на A. Эта ячейка содержит по 4 мл анодной и катодной пасты. Мембрана 48 см ² . Чтобы определить общую емкость, элемент разряжали при постоянном токе 1 мА до тех пор, пока потенциал не упал до 75 мВ, как показано на B. Общая емкость при первом разряде составила 80 мАч. При использовании 0,97 г трехвалентного железа в качестве катода мы ожидаем максимум 160 мАч. Таким образом, мы получаем доступ к 50% железа в катоде. После 1000 циклов емкость была повторно измерена и составила 72 мАч, показав потерю всего 10%.

Открыть в отдельном окне

Характеристика клеток. (A) Фотография собранной ячейки. (B) График показывает глубокий разряд до и после 1000 циклов. (C) График зависимости мощности от тока показывает максимальную мощность.

Для определения максимальной мощности ячейку объемом 8 мл разряжали в диапазоне токов и измеряли напряжение. Мощность рассчитывалась для каждого условия путем умножения тока и напряжения. В результате был получен график зависимости мощности от тока, как показано на С. Максимальная мощность составляла ~ 2 мВт или 0,25 мВт/мл при 4,5 мА. Это значительно ниже, чем у типичных коммерческих батарей, но почти на два порядка больше, чем у наших предыдущих лучших показателей.

Возможности и ограничения:

• •

  Напряжение: несмотря на то, что ячейка показывает потенциал открытой ячейки 1,1 В, напряжение может упасть до ~ 200 мВ во время сильноточного разряда. Это внутреннее сопротивление снижает доступную мощность.

• •

  Объемная емкость: 10 Ач/л. Это ограничивает использование батареи стационарными приложениями.

• •

  Плотность энергии: >3 Втч/л

• •

  Плотность мощности: 250 мВт/л

• •

  Циклическая стабильность: стабильно более 1000 циклов жилье)

• •

  Цена: 0,36 доллара США за ватт-час для активных материалов по оптовым ценам

Права человека и животных

В этой работе не использовались люди или животные.

Авторы заявляют, что у них нет известных конкурирующих финансовых интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в этой статье.

^{Приложение A} Дополнительные данные к этой статье можно найти в Интернете по адресу https://doi.org/10.1016/j.ohx.2020.e00171.

Ниже приведены дополнительные данные к этой статье:

Дополнительные данные 1:

Нажмите здесь для просмотра. ^{(2.0M, docx)}

1. Budischak C., Sewell De A., Thomson H., Mach L., Veron D.E., Kempton W. Минимизированные по стоимости комбинации энергии ветра, солнечной энергии и электрохимического хранения, питания сетка до 99,9% времени. J. Источники питания. 2013; 225:60–74. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.09.054. [CrossRef] [Google Scholar]

2. Liu B., Jia Y., Yuan C., Wang L., Gao X., Yin S., Xu J. Вопросы безопасности и механизмы литий-ионного аккумулятора при механических воздействиях. оскорбительная загрузка: обзор. Материя накопления энергии. 2020;24:85–112. doi: 10.1016/j.ensm.2019.06.036. [CrossRef] [Google Scholar]

3. Naumann M., Karl R.C., Truong C.N., Jossen A., Hesse H.C. Анализ стоимости литий-ионных аккумуляторов в бытовых фотоэлектрических системах. Энергетическая процедура. 2015;73:37–47. doi: 10.1016/j.egypro.2015.07.555. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

4. Йенсен Н., Аллен П.Б. Полностью железная батарея с открытым исходным кодом для хранения возобновляемой энергии. ОборудованиеX. 2019;6:e00072. doi: 10.1016/j.ohx.2019.e00072. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

5. Динеш А., Оливера С., Венкатеш К., Сантош М.С., Прия М.Г., Инамуддин, Асири А.М., Муралидхара Х.Б. Проточные батареи на основе железа для хранения возобновляемой энергии. Окружающая среда. хим. лат. 2018;16(3):683–694. doi: 10.1007/s10311-018-0709-8. [CrossRef] [Google Scholar]

6. Gong K.E., Xu F., Grunewald J.B., Ma X., Zhao Y. , Gu S., Yan Y. Полностью растворимая железосодержащая водная окислительно-восстановительная батарея. ACS Energy Lett. 2016;1(1):89–93. doi: 10.1021/acsenergylett.6b00049.s001. [CrossRef] [Google Scholar]

7. Манохар А.К., Ким К.М., Плихта Э., Хендриксон М., Роулингс С., Нараянан С.Р. Высокоэффективная проточная железо-хлоридная окислительно-восстановительная батарея для крупномасштабного накопления энергии. Дж. Электрохим. соц. 2016; 163(1):A5118–A5125. doi: 10.1149/2.0161601jes. [CrossRef] [Google Scholar]

8. Бартманн Д., Финк Д. Энергия ветра в домашних условиях: практическое руководство по использованию ветра. Издательство Баквилл. ООО. 2009 [Академия Google]

9. Buitenhuis A.J., Pearce J.M. Разработка солнечной фотоэлектрической технологии с открытым исходным кодом. Энергетическая поддержка. Развивать. 2012;16(3):379–388. doi: 10.1016/j.esd.2012.06.006. [CrossRef] [Google Scholar]

10. Э.д. Baker Регистратор данных с открытым исходным кодом для недорогого мониторинга окружающей среды BDJ 2 e1059 10.