Замена чугунных батарей на алюминиевые: пошаговая инструкция, рекомендации по выбору радиаторов, частые ошибки

Содержание

Установка алюминиевого радиатора вместо чугунного

Вопрос длинный. Спорим с женой до хрипоты по поводу предстоящего капитального ремонта нашего многострадально-многоквартирного дома. Предстоит полная замена системы отопления — трубы, подводка и радиаторы. Родные чугунные радиаторы М-140 3-7 секционные, греют так, что мама-не-горюй, зимой можно окна открывать. Чтобы не сжечь диван и не обжечься самим, даже пришлось поставить деревянный экран в комнате. Так вот, этот чугун предлагают заменить на биметалл РБС-500. Жена категорически не хочет расставаться с прежними батареями (что, кстати, означает и расставание с очень недешевым экраном для этих батарей), я, если честно, тоже сомневаюсь в правильности замены, поскольку нареканий к чугуну нет. Смущает одно очень большое «но». Батареи родные. Им, как и дому, 52 года. За все это время никто никогда их не прочищал, не снимал, не проверял, даже не перекрывал! Что там у них внутри за все это время образовалось, одним высшим силам известно… Но будут ли новые батареи греть также хорошо, как родной чугун? Наслушались мы за месяц столько всякого про биметалл, что спор мало того, что не утих, он стал еще ожесточеннее.

сему прошу мнения большинства или лучше тех, кто соображает в отоплении: оставить старые радиаторы и ввести в них новые трубы (как предлагает жена), и взять на себя всю ответственность на случай «авось не прорвет», или заменить их на новые биметаллические (как думаю я)? Еще фактор: будучи тщательно оберегаемы и регулярно реставрируемы, радиаторы внешне не пострадали от времени. Два года назад ремонтировал последний раз, зачищал от краски полностью — внешне батарея идеальна! Даже коррозии нет нигде, в том числе, между секциями. Но я понимаю, что это обманчиво, главные сюрпризы внутри. Помогите советом! Поделитесь мнением — как поступить с чугунными радиаторами? Кто из нас все-таки прав? Кстати, предстоит и замена полотенцесушителя в ванной. С ним — та же история, что и с батареями. Только добавляется еще одно «но» — полотенцесушитель гигантских размеров, с пол-стены ванной комнаты. 1,20*1,00, четыре комплекта обуви и полотенца могут сушится на нем одновременно и друг другу не мешать. Мы такого здоровенного сейчас даже не найдем нигде (спрашивали), а железка-змеевик, да еще небольших размеров, нашу вечно мокрую ванную точно не прогреет. Как поступить в этой ситуации?

otvet.mail.ru

Почему нас не устраивают старые батареи?

При замене системы отопления нужно составить проект новой, рассчитать необходимое количество радиаторов и запорной арматуры. Далее нужно закупить оборудование, в том числе трубопровод. Все это связано с большими вложениями средств и времени. Поэтому владельцы часто задают себе вопрос: нужно ли вообще менять отопление, оправданы такие расходы или нет?

Во-первых, срок службы чугунных батарей составляет 30-40 лет. Они давно отработали положенный им срок, и если их не заменить, то однажды они элементарно потекут по швам. Во-вторых, старые радиаторы не вписываются в общий интерьер современных квартир и домов. И, наконец, низкая производительность системы. Здесь есть повод задуматься о постоянно растущих ценах на энергоносители.

Что нельзя делать при замене батарей отопления

1. Что стоит учитывать при замене батарей отопления
2. Отсутствие вентилей, байпаса и крана Маевского
3. Плюсы биметаллических радиаторов

Решив поменять старые чугунные батареи, нужно понимать, с какими непредвиденными трудностями можно столкнуться, в дальнейшем. Ошибки, допущенные при замене радиаторов, могут стоить очень дорого, особенно, если квартира находится на верхнем этаже. Но даже если это и нижний этаж, то все равно, подобного рода ошибки приведут к плачевным результатам в работе отопительной системы.

Кроме того, если не решить вопрос о замене батарей отопления летом, то в отопительный сезон цена будет гораздо выше, да и немногие соседи согласятся терпеть. Наиболее благоприятный период для замены радиаторов в квартире, это лето, во всех же остальных случаях, придется согласовывать предстоящие работы с ЖЭКом.

Как не допустить ошибки при замене батарей отопления? Чего нельзя ни в коем случае делать, и что нужно знать? Именно об этом и пойдет речь в данном обзоре строительного журнала samastroyka. ru .

Отличия чугунных и биметаллических радиаторов

Как правило, потребители, решая заменить чугунные батареи старого образца, изучают существующие на рынке приборы из других металлов. В настоящее время в продаже представлены аналоги из стали, алюминия и биметалла, при этом совершенно игнорируются чугунные батареи нового поколения, а зря.

Если рассматривать альтернативу старым «гармошкам», установленным в многоквартирных дамах с централизованным обогревом, то самой надежной заменой станут именно батареи из чугуна и биметалла. Этому есть свое объяснение:

Вид	Конструкция	Тип подключения	Объем	Стойкость к коррозии	Рабочее давление	Высота здания	Гарантия	Теплоотдача
чугун	секции	боковое	старые: 1.5л новые: 0.8 л	высокая	9-12 атм.	5-6 этажей	10-30 лет	110 Вт
биметалл	секции	боковое и нижнее	0. 25л – 0.4л	высокая	25-50атм.	9 и выше	25 лет	170-200 Вт

Как видно из таблицы, чугунные радиаторы нового образца, как и биметаллические модели, вполне могут стать заменой старым устройствам. Самая существенная разница между ними в цене. Батареи из чугуна, как и раньше, стоят намного дешевле аналогов из других металлов, тогда как биметалл считается самым дорогим на современном рынке теплового оборудования.

Если требуется замена чугунных батарей с минимальными затратами, то нужно приобрести устройства из того же металла и с теми же техническими параметрами. Как правило, подобная процедура не займет много времени и не доставит больших хлопот.

Замена чугунных батарей отопления в квартире, расположенной в пятиэтажке, на биметаллические аналоги – это нецелесообразная трата денег. Современные модели из чугуна смотрятся не менее стильно, чем алюминиевые или из биметалла, а сам металл прошел испытания на прочность еще в советских обогревательных системах.

Плюсы биметаллических радиаторов

Сегодня большой востребованностью пользуются для установки в квартирах биметаллические радиаторы. Данные отопительные приборы не подвержены коррозии, они способны выдержать большое давление в отопительной системе, не так быстро остывают.

И последнее, не стоит экономить на качестве материалов и специалистах, привлекая к выполнению монтажных работ, невесть кого. Ошибки, допущенные в момент замены батарей отопления, будут стоить очень дорого.

источник

Различия между чугунными и алюминиевыми батареями

Вряд ли центральную теплосеть можно назвать благоприятной средой, которая подходит любому типу металла. Наоборот, теплоноситель в ней зачастую не только агрессивен, так как имеет повышенную кислотность, вызывающую коррозию, но и сильно замусорен. По этой причине некоторые виды радиаторов не рекомендуется устанавливать в многоэтажках с центральным способом обогрева.

Замена чугунных батарей на алюминиевые аналоги в многоквартирных домах – это не лучший вариант обновления отопительной системы. Этому есть простое объяснение, которое лучше всего передано в сравнении технических показателей этих двух металлов.

Вид	Конструкция	Тип подключения	Объем	Стойкость к коррозии	Рабочее давление	Высота здания	Гарантия	Теплоотдача
чугун	секции	боковое	старые:1.5л новые: 0.8л	высокая	9-12 атм.	5 этажей	10-30 лет	110 Вт
алюминий	секции	боковое	0.2-0.27л	низкая	15-18атм.	5-9 этажей	10 лет	140-180 Вт

Таблица наглядно поясняет, почему нельзя использовать алюминиевые радиаторы вместо чугунных. Их низкая устойчивость к химическому составу воды и небольшой срок эксплуатации позволяет с успехом применять остальные их качества в автономных системах обогрева.

Поэтому вопрос, как заменить чугунную батарею на алюминиевую модель в многоквартирном доме, даже не должен задаваться. Они не являются альтернативой друг другу. Вот поменять чугун на алюминий в частном доме – это прекрасная возможность за небольшие деньги значительно увеличить теплоотдачу обогревателя, тем самым сокращая расходы на отопление.

Технология замены батарей

Довольно часто хозяева принимают решение замены старой чугунной батареи на новую более современную и эффективную модель. Довольно часто для этого вызывают специалистов, которые быстро справляются с поставленной задачей. Но так как сам процесс демонтажа и установки радиатора не имеет особой сложности то всю работу можно сделать самостоятельно.

Инструменты и материалы

Для замены батареи необходимы такие приспособления:

специальный рычажной ключ для труб;
карандаш;
болгарка;
уровень;
молоток.

Для замены чугунных батарей не забудьте болгарку
Также для установки нового устройства используются материалы;

Демонтаж старых батарей

Даже если требуется всего лишь замена секции чугунного радиатора, придется провести подготовительные работы и демонтировать все устройство. Последовательность действий при этом следующая:

Из системы сливается весь носитель, для чего перекрывается его подача по трубам.
Демонтаж чугунного радиатора отопления начинается с установки под ним какого-либо упора и емкости для слива остатков воды.
При помощи рычажного ключа для труб удаляются контргайки и фланцы. Если они «прикипели» и закисли так, что невозможно открутить, придется воспользоваться труборезом и обрезать кусок трубы непосредственно перед гайкой.
После того, как батарея отсоединена от обогревательной системы, ее нужно аккуратно снять с кронштейнов. Подставка в качестве упора позволит не уронить чугунный радиатор, что вполне возможно с учетом его веса и оставшегося внутри носителя.

Если требуется замена секции, то ее нужно снять, отсоединив от ниппеля. Как правило, простой заменой испорченной секции на новую дело не заканчивается, так как нет смысла монтировать батарею назад, не прочистив ее от возможной накипи и ржавчины.

Следующий этап, это монтаж радиатора на место или подсоединение новой модели, например, из биметалла.

В какое время года лучше всего проводить замену?

В частных домах с индивидуальным отоплением можно менять батарею, как в летнее время, так и перед началом отопительного сезона. Для квартир условия совершенно другие.

Ели демонтировать старый радиатор и устанавливать новый летом то требуется информация о наличие воды в системе. Узнать ее можно у представителя жилищной эксплуатационной конторы. Но при этом нужно учитывать, что проверить правильность установки и качество прогрева батареи можно только по приходу отопительного сезона.

Установка новых радиаторов

Если вопрос, стоит ли менять чугунные батареи на современные биметаллические устройства, решен в сторону последних, то произвести их монтаж не составит труда даже в одиночку. Вес этих конструкций достаточно небольшой, так что можно не только самостоятельно провести работы, но даже использовать оставшиеся после чугунных батарей крепления, если они не расшатаны.

Чтобы установка прошла успешно, нужно изучить техпаспорт изделия, в котором указывается, как оно должно подсоединяться к отопительной системе. Биметаллические секционные радиаторы имеют 4 отверстия, через два из них будет подаваться и выходить теплоноситель, а оставшиеся два нужно закрыть заглушками, которые прилагаются к отопительному прибору.

Последовательность действий при установке батарей следующая:

В зависимости от размера биметаллической батареи отопления, ей определяется место под окном, лучше, если расположение будет по центру проема.
Радиатор ставится исключительно в горизонтальном положении, при этом на нем должна быть фабричная оберегающая пленка, которую не следует снимать до конца работ. Это убережет изделие от возможных внешних повреждений, например, сколов краски.

Установка батареи из двух металлов должна проводиться с учетом расстояния от стены, пола и подоконника, утвержденные СНиП. Если нарушить эти параметры, то эффективность работы даже такого мощного устройства может быть снижена.

Если требуется установка новых кронштейнов, то батарею нужно приложить к выбранному месту и отметить карандашом на стене, где должны быть крепления.
Кронштейны фиксируются на стене дюбелями и цементным раствором, если она кирпичная или железобетонная. Для гипсокартона потребуется применение двухсторонних креплений.
Биметаллический радиатор вешается на кронштейны и подсоединяется к трубам отопления по выбранной схеме.
Проводится проверка герметичности и правильного подключения к системе.

Имея под рукой необходимые инструменты, монтаж биметаллического радиатора на место чугунного не составит труда

Демонтаж старых и установка новых радиаторов

Замена батарей проводится после окончания отопительного сезона. В этот же период осуществляются профилактические мероприятия. О снятии батарей следует уведомить коммунальные службы, чтобы они не допустили подачу воды в систему или слили ее из контуров. Герметичность соединения обеспечивается двумя гайками. Одна служит для соединения трубы с батареей, а другая является контргайкой.

При демонтаже следует придерживаться следующей последовательности:

Отворачивается гайка с маленьким диаметром на всю длину резьбы сгона.
Откручивается гайка, соединяющая трубу с батареей.
Снимается радиатор.

Чугунные батареи очень тяжелые. Иногда их приходится разрезать не несколько частей. Несмотря на то что вода слита из стояка, в радиаторе она может остаться. Следует заранее подготовить тряпку и ведро. В противном случае напольное покрытие может быть испорчено.

Основная проблема при демонтаже чугунных изделий заключается в том, что гайка может не открутиться. В этом случае нужно прогреть место соединения паяльной лампой. Вторым способом является использование болгарки.

Перед началом монтажа чугунных изделий следует определиться с местом установки. Выбирается участок с максимальной потерей тепла. Как правило, батареи устанавливаются около окон или входной двери. На кухне их ставят под подоконником.

При монтаже следует:

четко определить середину оконного проема и отметить с обеих сторон точки для установки крепежных элементов;
расположить радиатор на высоте 8—14 см от пола;
выдержать расстояние между подоконником и отопительным устройством в 10—12 см;
оставить зазор между радиатором и стеной не менее 3 см.

Установка зависит от материала стен. Они должны быть ровными и чистыми. Если крепление производится на поверхность из дерева, сооружается специальная подставка. Кирпичная поверхность предполагает крепление кронштейнов в нишу. Для стены из гипсокартона готовится цельная опора.

Демонтаж биметаллических конструкций предполагает слив воды из системы отопления и откручивание устройства от трубы. Чтобы поменять батарею, зачастую прибегают к перекрытию подходящей к радиатору трубы. У каждой батареи имеется специальный клапан, позволяющий слить воду. Радиатор откручивается посредством газового ключа.

Перед монтажом биметаллические модели прочищаются моющими средствами без содержания щелочи. Винтовые соединения не зачищаются. При установке применяется многозаходная резьба. Элементы с резьбой монтируются с усилием не более 12 кг.

Монтаж предполагает следующую последовательность:

Размечаются места для кронштейнов. При этом учитывается расположение труб и конструктивные особенности радиатора.
Используется уровень, который исключает прекосы.
Учитываются показатели минимального расстояния радиаторов от стен и пола.
Батарея вешается на кронштейны.
Устройство соединяется с трубами.
Устанавливается клапан для выпуска воздуха.

Биметаллические радиаторы достаточно легкие, так как в основном состоят из алюминия. При знании правил установки их можно укрепить и на гипсокартонной перегородке.

Крепление батарей к стене

Если вместо старых тяжелых «гармошек» предстоит установка нового чугунного радиатора отопления своими руками, то этих рук должно быть, по крайней мере, четыре. Хотя новое поколение батарей из этого металла стало вдвое легче старых образцов, секция весом 4-5 килограмм требует усилий и осторожности в работе. Чугун во все времена славился своей хрупкостью, поэтому ни ронять, ни ударять эти изделия нельзя.

Самой важной частью работ является крепление чугунных радиаторов отопления к стене. Для этого потребуется:

Предварительно определить места, где будут расположены батареи.
На стене нанести карандашом разметки, где крепить кронштейны.
На отмеченных местах нужно просверлить отверстия и вставить в них дюбеля.
Фиксаторы вкрутить в подготовленные дюбеля и закрепить все это герметиком или цементным раствором.

Нельзя допускать отклонений в положении двух или более кронштейнов. На всем периоде работ нужно проверять их равномерность строительным уровнем, и только после того, как он показал норму, окончательно фиксировать крепления.

Плюсы

Надежность и долговечность. Чугун неприхотлив к теплоносителю, его не повредят даже крупные фракции или агрессивные химические примеси, часто содержащиеся в воде с российских ТЭЦ. Максимально допустимая температура теплоносителя достигает 130-150 градусов. При регулярной промывке срок службы такой батареи может исчисляться десятилетиями.
Высокая теплоемкость и тепловая инерционность. Такие батареи долго отдают тепло, которого в них после отключения может оставаться до одной трети от изначального объема. Впрочем, эта же особенность материала является еще и его минусом – подробнее об этом в соответствующем разделе.

Минусы

Большой вес. Чугун – очень тяжелый металл, вес одной секции чугунного радиатора может достигать нескольких килограмм. В среднем, это в 2-3 раза больше, чем вес секции биметаллической батареи, и в 4-6 раз больше по сравнению с весом алюминиевого радиатора. .
Цена. Одна секция чугунного радиатора заметно дороже, чем аналогичная по размерам и теплоотдаче секция биметаллической или алюминиевой батареи.
Невозможность установки в систему с автоматической регулировкой. Конструктивные особенности батареи и свойства металла будут препятствовать получению датчиками актуальной информации о температуре теплоносителя и поверхности. При выборе того, какие лучше поставить батареи отопления в квартире, обязательно учтите этот нюанс.
Низкая эффективность. За счет тепловой инерционности на обогрев квадратного метра площади уйдет гораздо больше энергии и теплоносителя, чем в случае с другими типами батарей. Это может быть совершенно непринципиально, если отопление у вас централизованное, и вы платите исходя из квадратуры дома. Но если у вас газовый котел – придется тратить больше собственных денег, причем уходить они будут преимущественно на обогрев самой батареи, а не на повышение температуры в помещении.
Неэстетичный внешний вид. Отметим, что это касается лишь старых батарей, но, если у вас как раз такие – едва ли они гармонично впишутся в современную обстановку. Чугунные батареи нового образца в этом плане ничем не отличаются от биметаллических или алюминиевых «собратьев» – они смотрятся современно и стильно, отлично впишутся в интерьер любой квартиры.

Новые чугунные батареи

Если плюсы чугунной батареи перевешивают для вас ее недостатки, мы можем порекомендовать вам качественные современные батареи из чугуна. В магазине «Сантехбомба» вы найдете несколько практичных вариантов – вашему вниманию представлены модели STI Нова 500 и STI Нова 300. Они отличаются друг от друга размерами и характеристиками мощности – так, «старшая» модель 500 обладает теплоотдачей 150 Вт на одну секцию, вес секции при этом составляет 4,2 кг, объем – 0,52 л. У модели 300 эти показатели равны соответственно 120 Вт, 2,9 кг и 0,3 л, при этом она ниже на 20 см. Оба радиатора отличаются оригинальным дизайном, на поверхность нанесено термостойкое полимерное покрытие.

Тем, кому милее привычный дизайн, отлично подойдет классическая модель MC-140. Состоящая из 7 секций по 150 Вт каждая, она выглядит почти так же, как и «те самые» советские батареи. И, разумеется, она по-прежнему тяжела, так как сделана из настоящего чугуна. Впрочем, вы ведь не забыли, какими достоинствами обладает этот материал?

Как покрасить

Если нет возможности поменять старые батареи из чугуна на более современные отопительные приборы, многие перекрашивают радиаторы в желаемый цвет. Весь процесс покрасочных работ можно условно поделить на несколько этапов:

Подбор краски;
Зачистка поверхности;
Нанесение краски;
Сушка изделия.

Для обработки подобных поверхностей рекомендовано использовать алкидные красители, термостойкий лак с добавлением бронзовой или алюминиевой пудры. Кроме этого для подобной работы можно использовать водоэмульсионную краску, в которую можно добавить различные пигменты для получения нужного цвета.

На начальной стадии работ готовят рабочий инструмент, зачищают поверхность отопительных приборов. Это можно сделать при помощи металлической щётки, наждачной бумаги с крупными зёрнами или болгарки, оборудованной специальной насадкой. Для облегчения работ используются специальные растворы, которые помогают разрушить старое покрытие.

На поверхность смывочная жидкость наносится при помощи кисти. После выдерживания определённого времени, указанного на упаковке растворителя, старый слой краски начнёт морщиться и отслаиваться. Покрытие можно удалить небольшим металлическим шпателем. Финишная зачистка батареи осуществляется при помощи щётки по металлу.

На следующем этапе работ радиатор тщательно зачищают наждачной бумагой и грунтуют, что будет способствовать лучшему закреплению краски. Лучшим видом грунтовки считается марка ГФ021, она подойдёт для любого типа красителя.

Далее происходит нанесение слоя краски при помощи малярной кисти. Состав наносят аккуратно сверху вниз. Для лучшего закрашивания краситель наносится в несколько слоёв. При этом нужно выдержать перерыв между этапами нанесения красящего состава.

Биметаллические батареи

Менять ли чугунные батареи на биметаллические? Когда вариант с чугуном не подходит, отличным решением станут батареи из биметалла. Обычно под этим словом подразумевается дуэт алюминия и стали (вместо которой иногда применяют медь). Алюминий играет роль внешнего материала, из стали же выполняется сердечник радиатора, так как этот металл более стоек по отношению к высоким температурам и другим неблагоприятным условиям. По этой части он обладает схожими характеристиками с чугунном, ведь стали не страшна агрессивная химическая среда, также он стоек к коррозии. А по показателю максимально выдерживаемого давления сталь даже превосходит чугун – стальной сердечник позволяет выйти на рабочее давление до 30-40 атмосфер, и ему не страшны возможные гидроудары.

Алюминий же в большинстве современных моделей почти не контактирует с теплоносителем, при этом, получая энергию от стали, он быстро нагревается и передает тепло в помещение. Еще одним важным достоинством биметаллических батарей стоит назвать малый объем теплоносителя.

Итак, биметаллические батареи:

легкие;
изящные;
быстро нагреваются;
долго служат;
не подвержены коррозии;
выдерживают огромное давление;
отличаются высоким КПД;
обладают малым объемом теплоносителя.

Говоря о конкретных моделях, упомянем Alecord 350 – один из лучших вариантов по соотношению качества и цены. Вес одной секции здесь составляет всего 1,1 кг, при этом ее теплоотдача равна 136 Вт. Рабочее давление – 25 бар (выдерживает до 35), емкость теплоносителя равна 0,17 литра на секцию. Схожими характеристиками обладает, например, Halsen 350 российского производства.

Также можно отметить интересный вариант Royal Thermo BiLiner 500. 171 Вт теплоотдачи на секцию при ее весе в 2,02 кг и объеме в 0,2 литра создан на основе инновационных высокотехнологичных решений. Об этом говорит буквально все – начиная необычным дизайном радиатора и заканчивая распространяющейся на него 25-летней гарантией и огромной суммой страхового покрытия. Страна производства – Италия.

santechbomba.ru

Сравнение характеристик чугунных и биметаллических батарей

Отопительные приборы из чугуна относятся к классическим моделям. Они используются на протяжении многих десятков лет.

Биметаллические радиаторы появились на рынке не так давно. Они отличаются высоким уровнем эффективности и хорошими техническими характеристиками.

При выборе немаловажную роль играет продолжительность службы и ценовая категория изделия. Знание особенностей каждого вида помогает сравнить конструкции и сделать выбор в пользу оптимального варианта.

Конструкция и внешний вид

Современные батареи из чугуна обладают новым дизайном. На рынке представлены радиаторы от иностранных производителей. Поверхность изделий покрыта литьевыми узорами. Такие модели подходят под современные ремонты.

Чугунные батареи составлены из монолитных секций, между которыми проложены резиновые прокладки для герметичности. Радиатор можно модифицировать, убрав лишнюю секцию или добавив новую. Длина устройства зависит от числа секций. Высота составляет 0,35—1,5 м, а глубина — 0,5 м.

Чугуну присуще постепенное нагревание, поэтому требуется подача большого количества горячей воды. Этим объясняется широта каналов конструкции. В отличие от других видов каждая секция чугунного радиатора включает два параллельных отсека, что обеспечивает высокую теплоотдачу.

В некоторых отопительных устройствах между каналами устанавливаются перья. Они обеспечивают высокий уровень обогревания за счет конвекции. Уровень эффективности у таких батарей на 5—10% выше, чем у базовой модели.

Основание биметаллических моделей произведено из алюминия. Радиаторы обладают ребристой формой, которая способствует оптимальной отдаче тепла. Под корпусом расположен прочный сердечник из стали. Сплав обеспечивает устройству высокий уровень надежности. Биметаллические конструкции включают секции. Есть и монолитные конструкции. Дизайн биметаллических изделий отличается привлекательностью.

Теплоотдача

Чтобы выбрать чугун или биметалл для центрального отопления, нужно учитывать их способность отдавать тепло. Теплоотдача устройств из чугуна отличается высоким уровнем инерционности. Чугуну требуется продолжительное время для прогревания, поэтому помещение становится теплым не сразу. Остывание разогретого радиатора происходит долго, что при авариях является плюсом.

Функциональность чугунных моделей основывается на конвекции и инфракрасном излучении. Происходит прогревание воздуха и находящихся в помещении объектов. Средним показателем теплоотдачи является 100—160 Вт, но в некоторых радиаторах отмечаются отклонения.

Биметаллическим моделям присуща низкая степень инерционности. Это обеспечивает быстрое прогревание помещения. При прекращении подачи тепла радиатор остывает так же быстро. Показатель теплоотдачи секции устройства составляет 150—180 Вт. Он близок к маркерам чугунных изделий, поэтому четко определиться, какие радиаторы лучше, чугунные или биметаллические, сложно.

Способность держать давление

Давление в домах с большим количеством этажей не отличается стабильностью. Насосы для циркуляции должны приводиться в действие плавно, но условие соблюдается не всегда. При прекращении поступления горячей воды давление в системе поднимается до таких высоких отметок, что батареи начинают лопаться. Рекомендуется останавливать выбор на модели с хорошими эксплуатационными показателями по давлению.

Чугунные радиаторы выдерживают 9—12 атмосфер. Это низкий показатель при гидроударе. Биметаллические модели выдерживают до 20—50 атмосфер. Мощные гидроудары не нарушают конструктивную целостность этого типа радиатора. Модели с монолитным сердечником из стали выдерживают до 100 атмосфер.

Менять чугунные батареи на современные рекомендуется в многоэтажных зданиях.

Максимальная температура теплоносителя

Температура теплоносителя бывает нестабильной. Батареи из чугуна могут разогреваться до 110 градусов. Горячая вода, проходящая через биметаллические модели, разогревается до 130 градусов. Оба типа переносят перепады.

Из-за разницы расширения стали и алюминия биметаллические батареи при смене температуры иногда трескаются.

Долговечность

Чугунные изделия служат до 50 лет. В некоторых старых домах сохранены модели, которым свыше 100 лет. Гарантийный срок на биметаллические конструкции составляет 15—30 лет.

Чем биметаллические батареи отличаются от чугунных радиаторов?

Замена радиаторов — дело серьезное, подходите к нему с особой аккуратностью.

Всем известно, что замена отопительных радиаторов относится к разряду опасных ремонтных операций, поэтому рекомендуется либо хорошо изучить всю специфику работы, либо же поручить это дело мастеру.

А пока разберемся в качествах тех или иных разновидностей радиаторов.

Чугунные радиаторы являются самыми долговечными и прочными. Они легко могут прослужить вам в течение 50-60 лет. Такие батареи могут нагревать воздух и предметы с помощью инфракрасного излучения, даже если температура воды, находящейся внутри достигает всего 50- 55°С. Масса чугунных радиаторов достигает 8 кг, что говорит об их высокой тепловой инерции.

Биметаллические радиаторы — сравнительно новые радиаторы в России. Они обладают высокой теплоотдачей, имеют красивый и презентабельный внешний вид, обладают большой прочностью и просты в установке, при этом они имеют небольшой вес, а автоматические системы позволяют без труда пользоваться такими радиаторами.

Если в вашей квартире уже установлены чугунные радиаторы, то выбирайте на замену биметаллические, по причине низкого качества очистки воды.

Если теплоноситель постоянно холодный, то вам подойдут только чугунные батареи, если же наоборот, то смело устанавливайте биметаллические радиаторы. Результат будет заметен с наступлением первых холодов.

Если в вашем доме установлены конвекторы и вода приемлемого качества, то замена на биметаллические радиаторы возможна.

Подробнее о материалах:

Монтажный комплект для батарей (биметалл): в него входят 1 заглушка, 1 кран и 4 футорки — все это продается в комплекте.
Батареи.
Дюбели и крюки, на которых будет держаться батарея.
Краны, уголки, тройники и прочие мелкие детали. Чтобы ничего не забыть, предварительно сделайте чертеж, на котором разбейте систему на части.
Металлопластикове трубы.
Инструменты: дрель, клещи, болгарка, машинка для резьбы, разводной и газовый ключи.
Краны, перекрывающие отопление.

У большинства из нас батареи чугунные, старые, установлены около 3-4 десятилетий назад. Важно учесть факт, что раньше отопление работало по принципу термосифонной циркуляции воды. Затем перешли на замкнутую, и отопительная система получила принудительное циркулирование. Чугунные радиаторы быстро загрязняются изнутри, что приводит к низкому качеству отопления. Этот факт и является важнейшим толчком: тогда и нужна замена чугунных радиаторов на более современные. Чугунные батареи очень тяжелые, в сравнении с их нынешними аналогами из алюминия, как их еще называют — биметаллические.

Чугунные батареи приводят к тому, что в удаленных комнатах постоянно холодный пол, а на уровне потолка температура более-менее соответствует норме.

Замена радиаторов (чугунных батарей) по правилам

Замена начинается с того, что мы полностью перекрываем отопление.
Сливаем всю воду из системы.
Под старые батареи устанавливаем любые поддерживающие предметы, а на пол устанавливаем емкости для воды.
Отрезаем чугунные радиаторы и снимаем их с петель.
Металлические трубы нарезаем на равные отрезки, делаем резьбу.
Устанавливаем тройники, на которые в дальнейшем будут устроены байпас и батареи.
Если на улице холодно и вам нужно скорее включить отопление, то рекомендуется сначала собирать байпас. Тогда получится включить отопление.
Затем монтируем шаровые краны на тройники, чтобы перекрыть подачу на батарею.
К кранам прикручиваются «американки».
Батареи вешаются на стены.
Замеряем длину от американки до радиатора, отрезаем металлопластик.
В отверстия в батарее ввинчивается снизу заглушка, а сверху — автоматический воздухоотводчик (или же обычный бочонок).
Присоединяем биметаллическую батарею, открываем краны, закрываем байпас.
Когда батарея заполнена водой, необходимо надавить скрепкой на воздухоотводчик, чтобы выпустить лишний воздух изнутри.

Как откручивать крайние куски труб?

Замена радиаторов включает в себя одну хитрость.

Если вам необходимо открутить крайний кусок трубы, но при этом вы не хотите, чтобы внезапно начал откручиваться предпоследний, то следуйте данному правилу. Возьмите струбцину от машинки для нарезки резьбы, закрепите ее на трубе таким образом, чтобы она упиралась в твердую поверхность (пол или стену). Обстучите со всех сторон и прогрейте паяльной лампой. После таких нехитрых действий у вас получится вывернуть любую трубу.

1poteply.ru

Работы — Авалон

Наши работы по установке радиаторов отопления в Екатеринбурге

Установка радиатора отопления в маленькой комнате

Срочная замена радиатора в Екатеринбурге

Замена радиатора отопления на кухне

Замена радиатора отопления в гостиной

Замена радиатора отопления в спальне

Замена радиатора отопления в комнате

Замена радиатора отопления в детской

Биметаллический радиатор отопления

Установка радиатора вместо батареи

Установка нового радиатора отопления

Установка биметаллического радиатора

Монтаж биметаллической батареи

Радиатор отопления после замены в квартире Екатеринбурга. Работы проводились на сварку. Оставляйте заявку на замену!

Работы под ключ по замене радиатора отопления

Новый радиатор отопления

Замена радиатора отопления в комнате

Замена радиатора отопления на кухне

Установка радиаторов отопления в частном доме

Установка батареи отопления

Работы по установке радиатора отопления

Установленный радиатор отопления

Монтаж батарей в квартире в Екатеринбурге

Замена радиаторов отопления в квартире в Екатеринбурге

Радиаторы отопления в Екатеринбурге

Монтаж радиаторов отопления в Екатеринбурге

Замена батарей в квартире

Замена старых радиаторов отопления

Установить радиатор отопления

Замена батарей в квартире

Радиатор отопления после монтажа

Монтаж радиаторов отопления в коттедже

Установка радиатора отопления в квартире

Работы по замене радиаторов отопления под ключ

Установка радиатора отопления зимой

Установка радиаторов отопления в коттедже

Установка радиаторов отопления в частном доме

Замена радиатора отопления зимой

Установка регулятора на радиатор отопления

Установка регулятора на конвекторную батарею

Радиатор отопления после установки

Монтаж под ключ радиатора

Замена чугунных батарей на биметаллический радиатор

Монтаж радиатора отопления

Замена радиатора

Монтаж радиатора отопления

Замена батареи в комнате под ключ

Замена батареи на кухне под ключ

Замена батарей на последнем этаже, замена закольцовки

Замена радиатора под ключ

Замена радиаторов отопления под ключ

Замена чугунных батарей на биметаллические радиаторы

Монтаж батарей отопления в квартире

Монтаж радиатора отопления в квартире

Диагональное подключение радиатора

Замена батареи в нишу

Замена батареи на последнем этаже

Замена батарей отопления

Замена радиатора отопления на сварку

Монтаж нового радиатора отопления

Установка нового радиатора отопления

Аккуратная и быстрая замена радиатора в квартире

Замена и установка радиатора в детской

Замена и установка радиатора в комнате

Замена радиатора отопления в квартире

Работы по установке радиатора

Установка биметаллического радиатора на кухне

Установка и подключение радиатора

Установка маленького радиатора на кухне

Установка нового радиатора в квартире

Установка радиатора в большой комнате

Монтаж батарей на свару в Екатеринбурге

Монтаж батарей отопления под ключ

Монтаж полотенцесушителя в квартире

Монтаж труб отопления на сварку

Сварочные работы — изготовление регистра

Замена батарей в квартире на сварку

Замена батарей отопления на сварку

Замена батарей отопления в квартире

Замена полотенцесушителя на сварке

Монтаж батарей в коттедже

Монтаж котельного оборудования

Монтаж котельной в коттедже

Монтаж радиатора Royal Thermo на сварку с терморегулятором

Монтаж радиатора на двутрубной системе отопления

Монтаж радиатора отопления в коридоре

Монтаж теплых полов в частном доме

Обвязка котельной в доме

Установка батареи на сварку

Установка радиатора с терморегулятором

Замена радиатора на сварку последний этаж

Замена радиатора на сварку диагональное подключение

Замена полотенцесушителя в ванной

Замена батареи отопления на сварку в комнате

Замена батареи на сварку Royal Thermo

Замена батареи в комнате RIFAR

Замена батареи в екатеринбурге

Замена батареи на радиатор последний этаж

Замена батареи на сварку

Замена радиатора диагональное подключение

Замена радиаторов в эркере

Поменяли батарею с диагональным подключением в екатеринбурге

Поменяли батарею с заводом в нишу

Поменять радиатор на двутрубной системе отопления

Смена радиатора с заводом в нишу

Замена батареи в квартире екатеринбург

Замена батареи в новостройке на биметаллический

Замена батареи на алюминиевые радиаторы в квартире Екатеринбург

Замена батареи на сварку с окраской труб отопления

Замена батареи с регулятором

Замена батареи со скрытой разводкой Royal Thermo

Замена батарей в офисе на сшитый поэлетилен

Замена чугунной батареи в квартире на стальную

Монтаж батареи на сварку на заготовки Екатеринбург

Монтаж радиатора на металлопластиковую трубу

Поменять батарею на сварку в Екатеринбурге последний этаж

Установить батарею на сварку на двутрубной системе в Екатеринбурге

Установить биметаллический радиатор в квартире Екатеринбург

Установка батареи в квартире с терморегулятором

Установка батареи на сварку в квартире

Установка биметаллического радиатора с нижним подключением

Замена батарей в квартире

Замена батарей в офисе на Кузнечной

Замена радиатора 350мм с окраской труб

Замена радиатора на стальной дизайн радиатор

Замена радиатора последний этаж

Компактный монтаж батареи

Монтаж батареи Royal Thermo со штроблением

Монтаж биметаллического радиатора отопления в эркер

Монтаж радиатора в нишу

Переврезка выводов на счетчики

Замена батареи в квартире со сваркой

Замена конвектора на биметаллический радиатор RIFAR MONOLIT

Замена радиатора отопление на двутрубной системе

Монтаж батареи на сварку в Екатеринбурге

Поменять радиатор со сваркой в квартире в Екатеринбурге

Установка регулятова на радиатор Royal Thermo Piano Forte

Замена радиатора отопления в квартире на Royal Thermo

Замена батареи в квартире на Rifar Monolit диагонально

Замена батарей в новостройке на Royal Thermo

Монтаж батареи по центру окна

Монтаж радиатора в офисе

Установка батареи в нишу

Установка нового чугунного радиатора

Установка радиатора без сварки

Установка радиатора на сшитый поэлетилен

Установка регулирующей арматуры на радиатор отопления

Можно ли поменять батареи зимой в Екатеринбурге

Заменить отопление в квартире под ключ в Екатеринбурге

Как поменять батареи в квартире зимой в Екатеринбурге

Вызвать мастера на замену батарей в квартире в Екатеринбурге

Установка чугунной батареи отопления в Екатеринбурге

Установка батарей в частном доме в Екатеринбурге

Установка систем отопления в Екатеринбурге

Установка биметаллических батарей отопления в Екатеринбурге

Замена батарей в доме в Екатеринбурге

Стоимость установки батарей отопления в Екатеринбурге

Установка батарей отопления в доме в Екатеринбурге

Цена подключения батарей в Екатеринбурге

Монтаж батареи отопления — цена за работу в Екатеринбурге

Монтаж отопления в квартире в Екатеринбурге

Заменить батареи в отопительный сезон в Екатеринбурге

Срочная замена старых батарей в Екатеринбурге

Заменить и подключить батареи под ключ в Екатеринбурге

Сменить старые батареи на новые в Екатеринбурге

Срочно поставить новые батареи в Екатеринбурге

Замена и установка радиатора отопления на кухне

Замена радиатора с установкой и подключением под ключ

Замена старых батарей в хрущевке

Замена установка и подключение нового радиатора отоплеия

Подключение радиатора отопления после установки

Установка биметаллического радиатора в детской

Установка и подключение биметаллического радиатора

Установка и подключение радиатора отопления

Установка радиатора отопления в офисе

Установка радиатора отопления в помещении

Установка радиатора отопления на сварку на кухне

Установка радиатора у балкона

Установка радиаторов отопления при отделке

Установка и замена радиаторов (батарей) отопления в Челябинске | Монтаж радиаторов отопления | Монтаж систем отопления

Бесперебойная работа системы отопления – залог нашего комфортного существования. Учитывая, что климат региона отличается особенной суровостью, своевременная установка батарей отопления становится наиболее приоритетной задачей любого владельца жилой недвижимости. Естественно, что монтаж отопительных радиаторов должен выполняться качественно и профессионально – только это может гарантировать долговечную работу системы.

Учитывая, что стоимость коммунальных платежей в нашей стране возрастает с каждым месяцем, актуальным становится грамотный выбор элементов отопительной системы. Спроектировать энергоэффективное решение конкретно для вашего дома могут специалисты компании «Анденир». Мы работаем оперативно, с минимальными потерями времени, и гарантируем качественный результат. Если нужна своевременная и квалифицированная установка радиаторов отопления, Челябинск ли это или пригородные зоны, обращайтесь за помощью к компетентным мастерам компании «Анденир». На нашей стороне многолетний опыт практической деятельности, позитивные отклики многочисленных заказчиков и безукоризненное исполнение обязательств, прописанных в договоре сотрудничества.

Когда актуальной становится замена батарей отопления?

Есть ряд критериев, определяющих актуальность демонтажа существующей отопительной сети и замены ее на новую. В числе наиболее распространенных:

неаккуратное обращение и повреждение механического характера, из-за которых нарушается целостность сети; образование трещин и других дефектов может даже возникать из-за неправильно выполненного пуска системы, что приводит к стремительному нагнетанию давления и гидроудару;

несоответствие мощности теплосети заявленной площади: замена батарей может потребоваться, когда существующие радиаторы не справляются с возложенными обязанностями или, наоборот, греют слишком сильно;
капитальный ремонт, вследствие которого старые системы демонтируются и меняются на новые – более привлекательные и совершенные.

Монтаж батарей: какой материал выбрать?

Радиатор, или батарея отопления – важнейший элемент любой современной обогревательной системы. Он состоит из множества элементов, соединенных между собой, внутри которых расположены канальцы с циркулирующим внутри теплоносителем. В качестве него чаще всего используется вода, крайне редко – масла минерального происхождения или пар.

В современных системах отопления используются разные типы радиаторов. Чаще всего они отличаются не только конструкциями, но и материалами изготовления. Ниже перечислены основные разновидности, которые используются в монтаже отопительных систем.

Чугунные радиаторы. Много лет назад они считались наиболее распространенными, поэтому в большинстве домов советской постройки такие радиаторы по-прежнему функционируют. Многие производственные и общественные здания также до сих пор отапливаются с помощью чугунных батарей. Радиаторы из чугуна отличаются важнейшими эксплуатационными параметрами – они хорошо пропускают и сохраняют тепло, отличаются прочностью и долговечностью, хорошей инерционностью. Однако и недостатки у этих радиаторов имеются. В числе существенных – тяжеловесность, важность регулярного обслуживания, малопривлекательный внешний вид. Заявленный эксплуатационный срок чугунных батарей для обогрева составляет тридцать-сорок лет – по истечению этого времени становится актуальной замена отопления в квартире.
Алюминиевые радиаторы. Эксперты называют батареи, изготовленные из алюминия, наиболее приемлемым вариантом для современных тепловых сетей. Дело в том, что изделия отличаются повышенной теплопроводностью и отличной тепловой мощностью. Эти параметры достигаются за счет особой конструкции радиаторов и наличию множества специальных элементов. Алюминиевые конструкции способны выдерживать повышенное давление в системах обогрева, противостоят неравномерным воздействиям и колебаниям температурных режимов и чаще всего устанавливаются в качестве элементов центральных сетей. Замена радиаторов отопления на алюминиевые отличается своей простотой, поскольку конструкции весят немного. Выбирая такие батареи, стоит учитывать, что они склонны к образованию коррозии, с трудом переносят длительное воздействие влажных сред, а под влиянием воды быстро теряют внешний вид и разрушаются.
Прежде, чем использовать такие батареи отопления в системе, убедитесь, что отдаете предпочтение качественным изделиям, внутренняя поверхность которого обработана специальными полимерными составами, обеспечивающими высокую антикоррозионную защиту. Существенный плюс в том, что, если становится актуальной замена батарей отопления в квартире по причине неправильного расчета тепловой мощности, необязательно демонтировать установленные секции – достаточно присоединить к ним новые при помощи герметизирующих крепежных материалов, прокладок, силикона.

Разновидность алюминиевых радиаторов – цельные батареи. Как и секционные, они способны длительное время выдерживать гидроудары, повышенное рабочее давление в сетях и механические воздействия извне. Для улучшения коррозионной стойкости изнутри такие радиаторы также покрываются специальными полимерными растворами, что позволяет продлить срок службы изделий в несколько раз. В отличие от стандартных, цельные радиаторы нельзя наращивать путем присоединения секций. Установка батарей будет актуальна в том случае, если тепловая мощность помещения не будет изменяться в большую или меньшую сторону.

Стальные батареи отопления. На рынке представлен ассортимент подобных теплоносителей, которые различаются конструктивно. В процессе монтажа теплосетей востребованы трубчатые, секционные и панельные радиаторы. Панельные батареи удобно использовать для декоративного монтажа, поскольку они компактны и представляют собой два листа стали, соединенные в пакет и оформленные планками. Есть в таких конструкциях и существенные недостатки – например, установка радиаторов отопления не показана в системах с не слишком высоким давлением в сети или в тех местах, где не будут исключены механические воздействия. Секционные батареи служат долго, надежны, но отличаются отнюдь не демократичной ценой. Трубчатые варианты – самые недолговечные, поскольку изготовляются методом сварки и отличаются небольшой толщиной стали.
Биметаллические радиаторы отопления.

Внутри их конструкции находится сердечник из стали, а ребра жесткости изготовляются из алюминиевых или медных сплавов. Подобное решение – одно из самых надежных. Чаще всего замена радиаторов на биметаллические востребована на объектах с центральным отоплением.

Как мы работаем?

Монтаж радиаторов непрост, ведь для начала придется определиться не только с материалом, из которого будут изготовлены батареи, но и с производителями, выпускающими подобную продукцию. Замена старого оборудования на новое всегда вызывает много вопросов, поэтому удобнее всего еще на стадии проектирования сетей заручиться поддержкой опытных профессионалов. Для этого воспользуйтесь услугами мастеров компании «Анденир».

Сотрудничество с клиентами у нас осуществляется в несколько этапов:

постановка задачи и консультирование заказчиков;
выезд на объект – выполнение замеров, определение сметы, выбор радиаторов и монтажных комплектующих;

выполнение демонтажных работ – может выполняться заказчиками самостоятельно или усилиями сотрудников компании;
проектирование системы, подготовка;
непосредственная установка радиаторов;
пуско-наладочные работы: проверка герметичности системы, греющей способности радиаторов, бесперебойности функционирования смонтированной сети;
гарантийное и послегарантийное обслуживание – мы работаем по договору и выполняем технический контроль и проверку систем в течение его времени действия.

Важность проектирования

Замена батарей в квартире – это долговечное решение. Неудивительно, что перед выполнением работ требуется подготовка, в частности проектирование с учетом различных особенностей объекта и требований заказчика.

Составление расчетной документации и проекта сети начинается со сборов следующей информации.

выполняется ли замена радиаторов отопления в квартире, в производственном или общественном помещении;

каковы теплопотери с учетом отапливаемой площади, материала, из которого построен объект, наличия теплоизоляции, количества людей, постоянно находящихся в здании и других факторов;
будет ли в дальнейшем осуществляться монтаж теплого пола;
какой тип отопления будет использован – центральный или индивидуальный;
будут ли установлены в системе насосы для принудительной циркуляции теплоносителей, или она будет осуществляться естественным путем;
меняется ли вся система отопления или необходим точечный монтаж радиаторов;
согласованы ли работы с соответствующими инстанциями и надзорными органами.

Если нужен профессиональный монтаж радиаторов отопления, вы обратились по адресу. Мы выполняем плановую или экстренную замену батарей в Челябинске и гарантируем европейское качество работ, оперативность монтажа и долговечность спроектированной системы.

«Анденир»: мы создаем комфортный микроклимат в помещениях!

Цены на замену и установку систем отопления здесь>>>

Цены на предлагаемые материалы здесь>>>

Вызов и консультация специалиста бесплатно.

Как с нами связаться вы можете посмотреть здесь>>>

Посетитети сайта также интересуются:

Установка раковин и умывальников
Замена водопровода
Подключение стиральной машины
Замена водосчетчиков в квартире

Замена батарей — Сантехник на дом

Сантехник в Астане выезжает круглосуточно

+7 (775) 749-19-23

Стоимость услуги сантехника для Вас уточняйте по телефону!

Радиаторы отопления

Какие радиаторы отопления выбрать при монтаже отопления дома? Рынок радиаторов перенасыщен, поэтому в выборе проблем не будет. Перед выбором какие радиаторы отопления будут установлены у вас в доме, надо знать из какого материала они должны быть произведены, какой дизайн они должны представлять.

Наиболее распространенные радиаторы отопления — это из чугуна нового поколения, биметалла и алюминия. Все перечисленные выше радиаторы отопления хороши.

Многое зависит от котельного оборудования. Например, если у вас твердотопливный котел, для вас — это вариант чугунных батарей, так как у чугуна самая высокая теплоотдача и объемные секции.

Биметаллические радиаторы отопления по большей части нашли себе применения в квартирах. Они компактны и эстетичны для квартирного типа. Свое предпочтение отдам биметаллическим радиаторам, если у Вас центральные коммуникации отопления.Установка радиатора, замена радиатора

Если отопление автономное – то это радиаторы отопления из чугуна и алюминия.

Замена радиаторов

Замена радиаторов и замена батарей — понятие и значение этих слов одно. В профессиональном языке сантехника нет такого слова, как батарея, но все-же грамотные сантехники должны понимать заказчика и говорить с ним на одном языке. Поэтому замена батарей или замена радиаторов вполне допускается в обиходе.

Замена радиаторов

Этап 1

Перед тем как вы решились на замену своего старого радиатора отопления, например из-за того, что радиатор отопления не вписывается в ваш дизайнерский ремонт, или плохо прогревает помещение, или он очень огромен и не удобен в эксплуатации, или капает вода с соединительной резьбы (с пробки радиатора). Вы, как Заказчик должны знать точную квадратура того помещения, где будет происходить замена радиаторов. Это нужно для того, чтобы правильно рассчитать, сколько секций должно быть в помещении во избежание сильной жары, либо холодного воздуха. Расчет производится в ваттах или простым способом — 1 секция в среднем 2 кв метра.

Замена радиаторов

Этап 2

Подумайте, из какого материала вы бы хотели видеть у себя дома радиаторы отопления (исходя из соображений выгоды, экономии и эргономики). Какие радиаторы бывают, и из каких материалов производят?

По популярности: Чугунные радиаторы, алюминиевые радиаторы, стальные панельные радиаторы, биметаллические радиаторы. Существует так же плинтус отопления и конвектор отопления.

Рассмотрим радиаторы отопления

Чугунный радиатор отопления — в чем плюсы? Это высокая теплоотдача, долговечность, устойчивость к коррозии. Минусы — очень тяжелый, неудобен в монтаже, требует покраски.

Алюминиевый радиатор отопления имеет плюсы: теплоотдача максимальна, легок и удобен при монтаже, высокое рабочее давление, дизайн алюминиевого радиатора подходит под любой дизайнерский ремонт. Минусом можно назвать появление коррозии в водной среде. Преимущество стального панельного радиатора отопления — вес такого радиатора не велик, тем самым облегчает работу сантехника. Недостаток — при попадании воздуха в систему, например, через расширительный бак, сталь радиатора склонна к коррозии, маленькое рабочее давление.

Биметаллические радиаторы: запас прочности у этого радиатора велик, и рекомендуется как в квартирах, так и в любых других помещениях, хорошая теплоотдача, симпатичный вид, легок и удобен при монтаже, а так же сборке или разборке радиатора — это плюсы. Стоимость немного дороже остальных радиаторов. Что представляет из себя плинтус отопления ?

Плинтус отопления — или другими словами «Теплый плинтус» — это новейшая система, которая изначально была предназначена для решения архитектуры музеев и исторической ценности других зданий, а так же в последующем для использования в качестве основной и дополнительной системы отопления. «Теплый плинтус» — это нагревательный прибор, который монтируется по периметру помещения вместо традиционного плинтуса. Систему теплый плинтус можно подключить к электричеству от тэна, либо к котлу.

Конвектор встраиваемый в пол — это уникальная технология с поддувом электрического вентилятора, который разгоняет тепло. Срок службы у этой системы более 30 лет.

Замена радиаторов

Этап 3

Непосредственно монтаж радиаторов. Вместе с мастером-сантехником вы согласуете условия установки радиаторов в дом (квартиру), происходит замер и последующая закупка материалов. Любые действия сантехника должны быть согласованы с ЖЭКом об отключении системы отопления и слития системы в доме. После мастер приступает к монтажным работам по сборке нового радиатора системы отопления. Что входит в сборку радиатора? Как правило, комплект пробок, крепления на радиатор, кран Маевского, заглушки, краны шаровые в виде американки, краны ппр + американки, резьбы, сгоны, контргайки, муфта. Паковка резьбы должна строго выполняться сантехническим льном + паста. После готовности радиатора к монтажу, сантехник приступает к демонтажу с помощью болгарки (шлиф-машинки), либо газосварки. Выставляем уровень, делаем отметки, сверлим отверстие, вкручиваем крепежи, устанавливаем радиатор на крепежи металлические, подводим трубы системы отопления подачи и обратки, в случае необходимости изготавливаем и монтируем байпас(перемычка). Подтягиваем все разъемные соединения и запускаем воду в систему отопления, проверяем на утечки и правильную работу радиатора.

Установка радиаторов

Вы решили установить дополнительный радиатор отопления в квартире доме, офисе или утеплить свой балкон. Установка радиаторов должна быть осуществлена по уровню и строго от пола на 10 см. Помните, что при установке радиаторов помимо самого радиатора, надо подводить коммуникации (трубы) — подачу и обратку. Выбор труб на сегодняшний день велик, но самые распространенные — это трубы из шитого полиэтилена и армированного стекловолокна полипропиленовые трубы.

Совет: Если у вас временные финансовые трудности, и вы не готовы к покупке новых труб и нового радиатора, то возможный выход из положения может быть, например, добавление секции к вашему существующему радиатору с помощью соединительного ниппеля. Однако, не всегда такой вариант подходит для всех. Если у вас установлен монолитный радиатор, нужно будет искать другой вариант минимизации расходов.

Замена радиаторов и батарей отопления

Главная » Радиаторы — Замена радиаторов отопления

Компания «Регион Тепла» предлагает физическим и юридическим лицам полный спектр услуг по замене радиаторов отопления в Санкт-Петербурге и области. Чугунные, алюминиевые, биметаллические батареи отвечают за уровень комфорта в помещениях квартиры, дома, офиса, медицинского учреждения или складского комплекса. Мы подберем модификацию, совместимую с параметрами отопительной системы и дизайном интерьера.

Стоимость

От 4000 руб за радиатор.

Мы выполняем работы по замене радиаторов отопления на частных объектах.

Все работы сдаются под ключ.

Как мы работаем

Получаем вашу заявку на расчет стоимости замены батарей. Наш менеджер согласовывает с вами бесплатный выезд инженера.
Бесплатный выезд инженера для оценки стоимости замены старых батарей отопления.
Выставляем коммерческое предложение на замену радиаторов и согласовываем дату начала монтажных работ
Заключение договора на замену батарей. После заключения договора, в назначенный день осуществляем поставку оборудования и материалов.
Выполняем замену старых батарей отопления. Монтируем оборудование, осуществляем пусконаладку системы. Оплата согласно договору.

Опыт

Компания «Регион тепла» имеет опыт по монтажу и замене радиаторов отопления с 2001 года.

Преимущества

Замена радиаторов отопления выполняется по договору, в котором четко прописана стоимость всех работ и поставляемого оборудования. Действует система скидок для постоянных клиентов.
При замене батарей мы работаем только с проверенным оборудованием и комплектующими, что позволяет быть уверенными в результате и долговечности наших решений
Работы по замене радиаторов выполняются в согласованный срок
Предоставляется гарантия.
Квалифицированные специалисты с необходимым образованием и опытом работы по замене батарей.

Зачем менять батареи

Замена радиаторов отопления осуществляется не только в связи с техническим и функциональным устареванием установленных приборов или неправильной установки радиатора. Большая роль в решении этого вопроса отводится фактору эстетики. Разнообразие дизайнерских решений современных радиаторов отопления позволяет владельцам квартир и домов подобрать модель даже для самого изысканного интерьера.

Основные причины замены радиаторов отопления в СПБ:

аварийная ситуация — протечка батареи;
низкий уровень теплоотдачи радиатора — секции остаются холодными или прогреваются частично;
модернизация отопительной системы — возможность смены местоположения батарей следует согласовать заранее с УК, компанией-поставщиком тепла;
неудовлетворенность внешним видом старых агрегатов.

Модернизация отопительной системы является одним из первых этапов евро- и капитального ремонтов и осуществляется круглогодично. Повышенная стоимость замены батарей отопления в случае аварийной ситуации объясняется сложностью срочных работ во время отопительного сезона.

Замена радиаторов отопления по правилам

Внешняя привлекательность имеет значение, но выбор элемента отопительной системы осуществляется с учетом целого ряда его технических параметров. Чтобы стоимость замены радиатора отопления в квартире и ремонтных работ в целом не возросла в несколько раз, следует принимать во внимание:

допустимую температуру теплоносителя;
рабочее давление в системе — с учетом возможности его «скачков»;
качественные характеристики теплоносителя — уровень загрязненности, наличие частиц ржавчины, грунта.

Технические параметры нового отопительного прибора должны вписываться в действующую систему. От этого зависит функциональность радиатора, срок его службы. Неграмотно подобранная батарея может стать причиной сбоя работы общедомовой системы отопления. Большая часть европейских моделей не подходит для эксплуатации в квартирах, подключенных централизованным сетям.

Этапы работ

После согласования схемы установки перекрывается отопление. Вода из труб, подлежащих замене сливается. Замена батарей отопления в квартире должна осуществляться только опытными мастерами согласно требованиям СНиП 3. 05.01-85. — цена определяется индивидуально.

Допустимая погрешность совпадения центра радиатора и окна — 20 мм
Максимальная высота от чистового пола — 120 мм;
Расстояние между поверхностями батареи и стены — 2–5 см

Исключено подключение к однотрубным системам радиаторов с увеличенным количеством секций.

Особенности эксплуатации радиаторов отопления

Определяются материалом и конструктивными характеристиками.

Чугунные — подходят для всех систем отопления, выдерживают низкое качество теплоносителя и давление до 6 амт. Громоздки, забиваются ржавчиной.
Стальные — повышенный уровень теплоотдачи, устойчивость к механическим повреждениям и другим агрессивным факторам. Требовательны к качеству теплоносителя, чувствительны к гидроударам.
Биметаллические — достоинства двух металлов. Агрегаты устойчивы к давлению до 20 атм. Возможно применение любого теплоносителя.
Алюминиевые — хороший уровень теплоотдачи и привлекательности внешнего вида сочетаются с постоянным «завоздушиванием» системы. Срок службы — около 7 лет.

Для квартир с централизованным отоплением замена радиатора отопления цена в СПБ проводится с использованием биметаллических и чугунных моделей, для загородных коттеджей — также стальных. Агрегаты из алюминия рекомендуются только для замкнутых систем, подключенных к нагревательному котлу.

Как снизить затраты

Стоимость работы по замене радиаторов отопления полностью окупается в процессе эксплуатации.
Во-первых, снижается риск аварийных ситуаций и убытков, связанных с ликвидацией их последствий.
Во-вторых, обеспечивается эффективность отопления, что оправдывает затраты на энергоресурсы — газ, электричество.
В-третьих, комфортные условия проживания и работы, это бодрое настроение и крепкое здоровье людей.
Снизить затраты по модернизации системы отопления квартиры можно обратившись в УК для получения компенсации — при ликвидации последствий протечки старой батареи или при замене радиаторов, исчерпавших свой ресурс.

Профессиональная замена радиаторов отопления

Профессионалы выполнят все этапы работ по правилам: от демонтажа старых батарей и стояков, до установки новых.
Фирмы по замене радиаторов отопления предлагают:

помощь в подборе агрегатов, соответствующих параметрам отопительной системы;
демонтаж и вывоз труб старых стояков, радиаторов;
монтаж стояков, новых батарей с установкой запорной арматуры, счетчиков тепла.

Техник «Регион Тепла» приедет на объект в удобное для клиента время. Оценив объем работ, он скажет сколько стоит замена радиатора отопления в квартире или доме. В случае аварийных ситуаций возможна организация замены батареи в день обращения.
Работаем с физическими и юридическими лицами. Наши специалисты готовы заменить один радиатор отопления или провести работы по усовершенствованию всей отопительной системы здания или сооружения.
Гарантия качества — 1 год.

Замена старых батарей на новые

Итак, Вы поняли, что пришла пора менять батареи. Современная промышленность выпускает несколько видов батарей, различающихся по техническим показателям. Если выбранный тип не подойдет по химическому составу теплоносителя или по уровню давления — такое новшество прослужит недолго. Сказать однозначно какой вид радиаторов идеален для вашего дома или квартиры могут только специалисты, обладающие достаточным опытом.

Чугунные

Долговечные, проверенные временем изделия. Широкие водяные каналы и высокая теплоотдача — одни из основных плюсов таких радиаторов. Стандартные классические чугунные батареи, стоявшие во всех домах в советское время, изменили свой внешний вид. Как правило, сегодня они состоят из секций, что позволяет подбирать батарею по общему объему помещения. Между секциями находятся резиновые или паранитовые прокладки, обеспечивающие герметичность конструкции. В продаже есть батареи из чугуна высотой от 35 см до 1,5 м. Ширина обусловлена количеством секций.

Зарубежные производители предлагают чугунные радиаторы, выполненные методом художественного литья. Такие изделия имеют высокую цену, но, при желании создать уникальный интерьер, можно задуматься об их приобретении. Приобретая батареи в ретро стиле, загляните в *мебельный центр* — возможно, новый письменный стол или *стулья*, подобранный в том же стиле, дополнят будущий интерьер, например, шикарного домашнего офиса или спальни.

Биметаллические

Современные батареи с высокой теплоотдачей. Износостойкость обусловлена оригинальной конструкцией, учитывающей требования к отоплению в современных зданиях. Имеют алюминиевый корпус и стальную сердцевину.

Как и чугунный вариант, батарея из биметалла обычна собрана из секций. Это позволяет модифицировать предлагаемые магазином радиаторы — увеличивать и уменьшать длину в зависимости от требований покупателя. Но существуют монолитные модели, изменение которых невозможно.

Алюминиевые

Легкие и простые в установке радиаторы. Тепловая инерция очень низкая. С одной стороны, это хорошо — они быстро прогреваются и теплоотдача у них высокая. С другой стороны, остывают такие радиаторы в кратчайшие сроки. Радиаторы подобного типа можно найти разных различных форм. Если хочется — подберите нестандартный вариант цвета, такой, с которым будут сочетаться обои в комнате или, скажем, декоративные подушки на диване.
Литьевые алюминиевые батареи изготовлены методом литья под давлением. Прочные стенки большие каналы для воды — преимущества данных моделей.

Экструзионные радиаторы из алюминия создаются более дешевым способом — вертикальные части выдавливаются из металла на экструдере. Из силумина отливается коллектор. Подобные батареи цельные, изменить количество секций невозможно.

Стальные

Неприхотливые недорогие модели. Устойчивы к коррозии. Просты в монтаже. Стальные радиаторы — самый бюджетный вариант, используемый для отопления частного дома. Низкая стоимость привела к тому, что на рынке почти нет отечественных приборов данного типа. Основные поставщики — Чехия, Германия, Финляндия, Италия.
Пластинчатые модели данных радиаторов часто называют конвекторами. конструкция состоит из одной или нескольких нагревательных панелей и конвекторного оребрения. Экологичность подтверждена временем. Часто используются в детсадах, больницах и школах. Минус — если из них слить воду, то на внутренних стенках начнет образовываться коррозия. Не подходят для установки в многоэтажках.

Существуют трубчатые стальные радиаторы. Это конструкция из трубок, по которым проходит горячая вода. Такой тип стальных батарей значительно дороже пластинчатых.

Половые конвекторы

Одно из самых инновационных решений в плане обогрева комнаты. Состоят из короба с декоративной решеткой и теплообменника. Очень удобны такие радиаторы при панорамном остекленении. Половые конвекторы могут быть установлены по периметру всей комнаты. Единственное условие — наличие вентиляции, т.е. поверх них не должна быть установлена система хранения для вещей или шкаф.

Из плюсов половых конвекторов — небольшой вес и неподверженность коррозии. Стекла не запотевают, комната прогревается равномерно.

Из минусов — маленькая отдача тепла и неэкономичность.

Плинтусные конвекторы

Невысокие (до 25 см), с глубиной до 10 см. В нашей стране не популярны, но часто используются в Америке и Европе. Равномерно распределяют тепло. Просты в установке и ремонте. Основная проблема — из-за прилегания к стенам способны испортить отделку. Поэтому нужно выбирать отделочные материалы, устойчивые к перепадам температур на этапе планирования ремонта.

Практически все современные радиаторы имеют привлекательный внешний вид. Однако при желании их можно скрыть за декоративными панелями или поверх них может быть установлена, например, столешница на кухне. И тут возможности весьма обширны: щиты из дорогих пород древесины, художественно расписанные панели, пластик, устойчивый к высоким температурам, или даже витражное стекло — все будет к вашим услугам!

Новая концепция недорогих аккумуляторов | MIT News

По мере того, как мир строит все более крупные установки ветряных и солнечных энергосистем, быстро растет потребность в экономичных крупномасштабных резервных системах для обеспечения энергией, когда солнце садится и воздух спокоен. Сегодняшние литий-ионные батареи все еще слишком дороги для большинства таких приложений, а другие варианты, такие как гидронасосы, требуют особой топографии, которая не всегда доступна.

Теперь исследователи из Массачусетского технологического института и других стран разработали новый тип батарей, полностью изготовленных из доступных и недорогих материалов, которые могут помочь заполнить этот пробел.

Новая архитектура батареи, в которой в качестве двух электродных материалов используются алюминий и сера, а между ними находится расплавленный солевой электролит, сегодня описана в журнале Nature в статье профессора Массачусетского технологического института Дональда Садовея вместе с 15 другими в MIT и в Китае, Канаде, Кентукки и Теннесси.

«Я хотел изобрести что-то, что было бы лучше, намного лучше, чем литий-ионные батареи для небольших стационарных аккумуляторов и, в конечном счете, для использования в автомобилях», — объясняет Садоуэй, почетный профессор материалов Джона Ф. Эллиотта. Химия.

Литий-ионные батареи не только дороги, но и содержат легковоспламеняющийся электролит, что делает их менее подходящими для транспортировки. Итак, Садоуэй начал изучать периодическую таблицу в поисках дешевых, распространенных на Земле металлов, которые могли бы заменить литий. По его словам, коммерчески доминирующий металл, железо, не обладает нужными электрохимическими свойствами для эффективной батареи. Но вторым по распространенности металлом на рынке — и фактически самым распространенным металлом на Земле — является алюминий. «Итак, я сказал, хорошо, давайте просто сделаем это форзацем. Это будет алюминий, — говорит он.

Затем нужно было решить, с чем соединить алюминий для другого электрода и какой тип электролита поместить между ними для переноса ионов туда и обратно во время зарядки и разрядки. Самым дешевым из всех неметаллов является сера, поэтому она стала вторым электродным материалом. Что касается электролита, «мы не собирались использовать летучие легковоспламеняющиеся органические жидкости», которые иногда приводили к опасным пожарам в автомобилях и других областях применения литий-ионных аккумуляторов, говорит Садоуэй. Они попробовали некоторые полимеры, но в итоге остановились на множестве расплавленных солей с относительно низкой температурой плавления — близкой к температуре кипения воды, в отличие от почти 1000 градусов по Фаренгейту для многих солей. «Как только вы достигаете температуры, близкой к температуре тела, становится практичным» производить батареи, не требующие специальной изоляции и антикоррозионных мер, — говорит он.

Три ингредиента, которые у них получились, дешевы и легкодоступны — алюминий, ничем не отличающийся от фольги в супермаркете; сера, которая часто является отходом таких процессов, как переработка нефти; и широкодоступные соли. «Ингредиенты дешевые, а вещь безопасная — она не может гореть», — говорит Садоуэй.

В своих экспериментах команда показала, что аккумуляторные элементы могут выдерживать сотни циклов при исключительно высокой скорости зарядки, при этом прогнозируемая стоимость одного элемента составляет примерно одну шестую стоимости сопоставимых литий-ионных элементов. Они показали, что скорость зарядки сильно зависит от рабочей температуры: при 110 градусах Цельсия (230 градусов по Фаренгейту) скорость зарядки в 25 раз выше, чем при 25 градусах Цельсия (77 градусов по Фаренгейту).

Удивительно, но расплавленная соль, выбранная командой в качестве электролита просто из-за ее низкой температуры плавления, оказалась случайным преимуществом. Одной из самых больших проблем с надежностью батареи является образование дендритов, которые представляют собой узкие металлические шипы, которые накапливаются на одном электроде и в конечном итоге перерастают в контакт с другим электродом, вызывая короткое замыкание и снижая эффективность. Но эта конкретная соль, оказывается, очень хорошо предотвращает эту неисправность.

Выбранная ими хлороалюминатная соль «по существу избавила от этих неконтролируемых дендритов, а также обеспечила очень быструю зарядку», — говорит Садоуэй. «Мы проводили эксперименты с очень высокой скоростью зарядки, заряжаясь менее чем за минуту, и никогда не теряли элементы из-за короткого замыкания дендритов».

«Это забавно», — говорит он, потому что все внимание было сосредоточено на поиске соли с самой низкой температурой плавления, но катенированные хлоралюминаты, которые они получили, оказались устойчивыми к проблеме короткого замыкания. «Если бы мы начали с попытки предотвратить укорочение дендритов, я не уверен, что знал бы, как этого добиться», — говорит Садоуэй. «Думаю, это была счастливая случайность для нас».

Более того, аккумулятору не требуется внешний источник тепла для поддержания рабочей температуры. Тепло естественно вырабатывается электрохимическим путем при зарядке и разрядке батареи. «Когда вы заряжаете, вы выделяете тепло, и это предотвращает замерзание соли. И затем, когда вы разряжаетесь, он также выделяет тепло», — говорит Садоуэй. Например, в типичной установке, используемой для выравнивания нагрузки на объекте солнечной энергетики, «вы будете хранить электроэнергию, когда светит солнце, а затем получать электроэнергию после наступления темноты, и вы будете делать это каждый день. И этого заряда-холостого хода-разряда-холостого хода достаточно, чтобы вырабатывать достаточно тепла, чтобы поддерживать температуру.

Эта новая формула батареи, по его словам, была бы идеальной для установок, размер которых необходим для питания одного дома или малого и среднего бизнеса, производя порядка нескольких десятков киловатт-часов емкости.

Для более крупных установок мощностью от десятков до сотен мегаватт-часов могут оказаться более эффективными другие технологии, в том числе жидкометаллические батареи, разработанные Садовеем и его учениками несколько лет назад и ставшие основой для дочерней компании под названием Ambri, которая надеется поставить свою первую продукцию в течение следующего года. За это изобретение Садовей недавно был удостоен награды European Inventor Award этого года.

Меньшие размеры алюминиево-серных батарей также сделают их практичными для использования, например, в зарядных станциях для электромобилей, говорит Садоуэй. Он указывает, что, когда электромобили станут настолько распространены на дорогах, что несколько автомобилей будут заряжаться одновременно, как это происходит сегодня с бензиновыми топливными насосами, «если вы попытаетесь сделать это с батареями и захотите быстрой зарядки, сила тока настолько высока, что у нас нет такой силы тока в линии, которая питает объект». Таким образом, наличие такой аккумуляторной системы для хранения энергии, а затем ее быстрого высвобождения, когда это необходимо, может устранить необходимость в установке новых дорогих линий электропередач для обслуживания этих зарядных устройств.

Новая технология уже является основой для новой дочерней компании под названием Avanti, которая лицензировала патенты на систему, соучредителями которой являются Садоуэй и Луис Ортис ’96 ScD ’00, который также был соучредителем Амбри. «Первая задача для компании — продемонстрировать, что она работает в масштабе», — говорит Садоуэй, а затем подвергнуть ее серии стресс-тестов, включая сотни циклов зарядки.

Будет ли батарея на основе серы создавать неприятный запах, характерный для некоторых форм серы? Ни единого шанса, говорит Садоуэй. «Запах тухлых яиц в газе, сероводород. Это элементарная сера, и она будет заключена внутри клеток». Если бы вы попытались открыть литий-ионный аккумулятор на своей кухне, говорит он (и, пожалуйста, не пытайтесь делать это дома!), «влага в воздухе отреагировала бы, и вы начали бы производить всевозможные неприятные запахи». также газы. Это закономерные вопросы, но аккумулятор герметичный, это не открытый сосуд. Так что я бы не беспокоился об этом».

В состав исследовательской группы входили представители Пекинского университета, Юньнаньского университета и Уханьского технологического университета в Китае; Университет Луисвилля в Кентукки; Университет Ватерлоо в Канаде; Аргоннская национальная лаборатория в Иллинойсе; и Массачусетский технологический институт. Работа была поддержана MIT Energy Initiative, Центром технологических инноваций MIT Deshpande и ENN Group.

Поделиться этой новостной статьей:

Бумага

Бумага: «Быстрозарядные алюминиево-халькогеновые аккумуляторы, устойчивые к короткому замыканию дендритов»

Упоминания в прессе

The Boston Globe

Почетный профессор Дональд Садоуэй и его коллеги разработали более безопасный и экономичный аккумулятор для хранения возобновляемой энергии, сообщает Дэвид Абель для The Boston Globe . Батарея «этически получена, дешева, эффективна и не может загореться», — говорит Садоуэй.

Полная версия статьи The Boston Globe →

Наука

Исследователи из Массачусетского технологического института и других стран разработали новую экономичную конструкцию батареи, основанную на ионах алюминия, сообщает Robert F. Service for Наука . «Эта батарея может стать хитом, — пишет Сервис, — потому что алюминий дешев; по сравнению с литиевыми батареями стоимость материалов для этих батарей будет на 85% ниже».

Полная история через Science →

Forbes

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали батарею, в которой используются алюминий и сера, два недорогих и распространенных материала, сообщают Алекс Кнапп и Алан Онсман для Forbes . «Батарейки можно использовать для самых разных целей», — пишут Кнапп и Онсман.

Полная история через Forbes →

The Daily Beast

Исследователи Массачусетского технологического института создали новую батарею, используя недорогие и многочисленные материалы для хранения и обеспечения энергии, сообщает Тони Хо Тран для The Daily Beast . «Авторы исследования считают, что батарею можно использовать для поддержки существующих экологически чистых энергетических систем, таких как солнечная или ветровая энергия, в периоды, когда солнце не светит или воздух неподвижен», — пишет Тран.

Полная история через The Daily Beast →

New Scientist

Профессор Дональд Садоуэй и его коллеги разработали батарею, которая может заряжаться до полной емкости менее чем за одну минуту, хранить энергию с такой же плотностью, что и литий-ионные батареи, и не подвержена возгоранию, сообщает Алекс. Уилкинс для New Scientist . «Хотя батарея работает при сравнительно высокой температуре 110°C (230°F), — пишет Уилкинс, — она устойчива к огню, поскольку в качестве электролита в ней используется неорганическая соль, которая не горит, материал, позволяющий заряжать течь внутри батареи». Садоуэй объясняет, что «это совершенно новая химия батареи».0003

Полная история через New Scientist →

Связанные ссылки

ВИДЕО: За пределами новой границы: инновации в области изменения климата
Дональд Садоуэй
Sadoway Group
Департамент по материалам и инженерии
School of Engineering

19.

макроцикл для двухвалентных алюминий-ионных аккумуляторов

тетрадикетоновый макроцикл для двухвалентных алюминий-ионных аккумуляторов

Скачать PDF

Ваша статья скачана

Слайдер с тремя статьями на слайде. Используйте кнопки «Назад» и «Далее» для перемещения по слайдам или кнопки контроллера слайдов в конце для перемещения по каждому слайду.

Скачать PDF

Артикул
Открытый доступ
Опубликовано: 22 апреля 2021

Дон Чжу Ю ORCID: orcid.org/0000-0001-5656-8613 ¹ ,
Мартин Хини ORCID: orcid. org/0000-0001-6879-5020 ² ,
Флориан Глекльхофер ORCID: orcid.org/0000-0002-6911-8563 ² и
…
Чан Ук Чхве ORCID: orcid.org/0000-0001-8783-0901 ^1,3

Связь с природой том 12 , Номер статьи: 2386 (2021) Процитировать эту статью

6999 доступов
52 Цитаты
24 Альтметрика
Сведения о показателях

Предметы

Батареи

Abstract

Вопреки первоначальным мотивам, большинство алюминий-ионных аккумуляторов, разработанных на сегодняшний день, не используют многовалентные ионы; скорее, эти батареи полагаются на одновалентные комплексные ионы для своей основной окислительно-восстановительной реакции. Это ограничение несколько разочаровывает, потому что врожденные преимущества металлического алюминия, такие как его низкая стоимость и высокая стабильность на воздухе, не могут быть полностью использованы. Здесь мы сообщаем о тетрадикетоновом макроцикле в качестве катодного материала ионно-алюминиевой батареи, который обратимо реагирует с двухвалентным (AlCl ²⁺ ) и, следовательно, достигает высокой удельной емкости 350 мАч·г ^-1 при сроке службы 8000 циклов. Предпочтительное хранение двухвалентных ионов по сравнению с их конкурирующими одновалентными аналогами можно объяснить относительно нестабильным состоянием разряда при использовании одновалентных ионов AlCl ₂ ⁺, которые оказывают умеренный резонансный эффект для стабилизации структуры. Это исследование открывает возможности для создания действительно многовалентных алюминий-ионных батарей на основе органических активных материалов путем настройки относительной стабильности разряженных состояний с ионами-носителями различной валентности.

Введение

Современные литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) преимущественно используются в качестве источников питания для различных мобильных электронных устройств и электромобилей. Хотя литий-ионные аккумуляторы добились значительного прогресса с точки зрения различных аспектов работы аккумуляторов, внимание к так называемым «выходящим за рамки литий-ионных аккумуляторов» постоянно растет, в основном из-за опасений, связанных с непредсказуемым поступлением сырья, используемого в литий-ионных аккумуляторах ^1,2 . В частности, эти недостатки отражают неравномерное распределение и колебания цен на прекурсоры лития и переходных металлов 9 .0126 3,4 . Кроме того, врожденный риск безопасности, связанный с ЛИА на основе органических электролитов, привел к постоянному поиску альтернативных безопасных аккумуляторных систем. Среди этих кандидатов батареи на основе алюминия (Al) в последнее время привлекли значительное внимание, поскольку Al является третьим наиболее распространенным элементом в земной коре, и в своей металлической форме он может обеспечивать высокую теоретическую емкость 2980 мА·ч g ⁻¹. или 8506 мАч см ⁻ ³ за счет трехвалентного состояния заряда ^5,6,7 . Металлический алюминий также устойчив к воздействию воздуха и влаги, в отличие от его металлических аналогов лития и натрия. Тем не менее, разработка алюминий-ионных аккумуляторов (АИБ) отставала на стадии исследований. Одним из основных препятствий, которое необходимо преодолеть, является разработка катодных материалов, способных накапливать многовалентные ионы-носители, содержащие Al. На практике найти такие материалы с достаточно высокой ионной проводимостью — нетривиальная задача, поскольку многовалентность Al или Al-комплексных ионов индуцирует сильное кулоновское взаимодействие с анионными каркасами ^8,9 .

По иронии судьбы, большинство катодных материалов, идентифицированных на сегодняшний день в AIB, работают за счет хранения одновалентных комплексных ионов алюминия, таких как AlCl ₄ ⁻ . Эти материалы включают углеродные материалы ^10,11,12,13 , сульфиды металлов ^14,15,16 и селениды металлов ^17,18 . В случае углеродных материалов, начиная с первоначального отчета ¹⁹ Лина и др., который выявил обратимое накопление ионов AlCl ₄ ⁻ в графите, были исследованы различные материалы на основе графена. Однако эта реакция, в которой используется AlCl ₄ ⁻ ионов из электролита, неблагоприятен с точки зрения плотности энергии, поскольку количество электролита становится фактором, ограничивающим плотность энергии. С другой стороны, некоторые оксиды металлов ^20,21,22 и сульфиды ^23,24,25 демонстрировали обратимое накопление ионов трехвалентного алюминия (Al ³⁺ ). Однако сильное кулоновское взаимодействие между Al ³⁺ и матрицами затрудняет легкую диффузию ионов при достаточно высоких плотностях тока. Вернее, Ал 9Ионы 0126 3+ могут нежелательно преобразовывать оксиды и сульфиды в Al ₂ O ₃ и Al ₂ S ₃ на поверхности ^26,27 . Примечательно, что сульфид молибдена в фазе Шевреля (Mo ₆ S ₈ ) с исключительно большими ионными каналами является единственным исходным материалом, который, как было доказано, обратимо хранит ионы Al ³⁺. Однако доступная удельная емкость составляла всего 100 мАч г ⁻¹ при низком рабочем напряжении 0,5 В даже при высокой температуре 50 °C ^28,29 .

Выбор материалов для катодов AIB был недавно расширен до семейства органических молекул ^{30,31,32,33,34}, поскольку можно использовать достаточное межмолекулярное пространство в результате слабых межмолекулярных взаимодействий Ван-дер-Ваальса. для диффузии и хранения объемных ионов-носителей комплекса алюминия. Эти внутренние структуры также полезны для снятия напряжения, возникающего при многократном введении и извлечении объемных комплексных ионов, тем самым достигается долгосрочная циклируемость. Несмотря на эти структурные преимущества, органические молекулы по-прежнему не могут использовать многовалентность иона Al для хранения в своем межмолекулярном пространстве, поэтому на них отрицательно влияет то же ограничение, что и на вышеупомянутый ряд неорганических материалов.

Здесь мы сообщаем о макроцикле тетрадикетона (TDK) в качестве высокопроизводительного катодного материала для двухвалентных AIB. В частности, конструкция, которую мы представляем, использует эффект радикальной дестабилизации в активной молекуле, чтобы предпочтительно вызвать накопление двухвалентных ионов. Комбинация расчетов теории функционала плотности (DFT) и экспериментального анализа показывает, что соседние карбонильные группы, расположенные в каждом углу TDK, обратимо связываются с двухвалентным ионом AlCl ²⁺ при восстановлении, обеспечивая исключительно высокую удельную емкость 350 мАч г ^-1 в качестве катода АИБ. Более того, TDK продемонстрировал превосходную циклируемость с сохранением 78% после 8000 циклов. Это исследование дает полезную информацию о том, как можно спроектировать активные молекулы, чтобы активировать их способность накапливать ионы двухвалентного алюминия и, таким образом, использовать преимущества многовалентных батарей.

Результаты

Дизайн и свойства макроцикла TDK

Макроцикл TDK был синтезирован (дополнительный рисунок 1) путем адаптации и объединения процедур, разработанных Miljanić and Bunz et al. ^35,36 для повышения чистоты целевого соединения и удвоения общего выхода. На первой стадии синтеза циклотетрабензоин был получен в качестве промежуточного продукта, который был выделен фильтрованием для использования на следующей стадии, то есть его окислении до ТДК в концентрированной HNO ₃ . Неочищенный продукт получали в твердом виде путем фильтрации. Последующая экстракция по Сокслету хлороформом селективно растворяла ТДК и отделяла ее от нерастворимых побочных продуктов. Структура и чистота конечного продукта были подтверждены с помощью комбинации ядерного магнитного резонанса (ЯМР), инфракрасного с преобразованием Фурье (FT-IR) и термогравиметрического анализа (TGA) (дополнительные рисунки 2 и 3).

Схема реакции ТДК с AlCl ₃ представлена на рис. 1а. С точки зрения его химической структуры, TDK может быть восстановлен (или высвобожден) путем принятия до 8 e ^— таким образом, что соседние карбонильные группы в каждом углу образуют хелат с одним ионом AlCl ²⁺. Обратная реакция происходит при окислении (или зарядке). Бензольные кольца в ТДК не эквипланарны плоскости макроцикла из-за их свободы вращения, а в центре макроцикла присутствует большая пустота размером 6,05 Å (рис. 1б). Эта пустота, возможно, могла бы способствовать эффективному переносу ионов носителей заряда. Обратите внимание, что эта молекулярная структура TDK отличается от структуры фенантренхинона (PQ), другой репрезентативной молекулы, подходящей в качестве катодного материала AIB, поскольку PQ имеет плоскую структуру, включающую ряд сопряженных связей без свободы вращения (см. структуру на рис. 1в, вставка). Расчеты DFT показали, что, несмотря на несвязанные сопряженные связи в макроцикле, разница энергий между высшей занятой молекулярной орбиталью (ВЗМО) и низшей незанятой молекулярной орбиталью (НСМО) TDK составляет 3,84 эВ, что близко к 3,57 эВ PQ ( Рис. 1с).

Рис. 1: Структура и свойства макроцикла тетрадикетона (TDK).

a Иллюстрация электрохимического окислительно-восстановительного механизма ТДК. b Оптимизированная структура и электронная плотность TDK в исходном состоянии. c HOMO-LUMO энергетические уровни оптимизированных структур фенантренхинона (PQ) и TDK.

Полный размер

Механизм реакции ТДК с комплексными ионами двухвалентного алюминия AlCl

₂ ⁺ ) или двухвалентный (AlCl ²⁺ ) комплексный ион. Все структуры на рис. 2а, б представляют собой структурно-оптимизированные состояния (подробности расчета приведены в разделе «Метод»). Поскольку энергия образования относится к термодинамической стабильности, энергии образования разряженных состояний могут выявить предпочтительные носители заряда для электрохимической реакции в электролитах, в которых Al ₂ Cl ₇ ⁻ может давать различные формы комплексных ионов алюминия, такие как как AlCl ₄ ⁻, AlCl ₂ ⁺, AlCl ²⁺ и Al ³⁺. В случае PQ и TDK соседние карбонильные группы, возможно, хелатируют ионы AlCl ₂ ⁺ или AlCl ²⁺ при восстановлении.

Следовательно, разность энергий между состояниями, связанными с этими двумя ионами-носителями, может быть использована в качестве дескриптора для обозначения основного иона-носителя.

Рис. 2: Термодинамическая стабильность PQ и TDK при связывании с одновалентным (AlCl ₂ ⁺ ) или двухвалентных (AlCl ²⁺ ) ионов-носителей.

a , b Энергии образования a PQ и b TDK при связывании с комплексными ионами AlCl ₂ ⁺ или AlCl ²⁺. Четыре различных состояния соответствуют случаям, когда связано разное количество ионов AlCl ₂ ⁺ или AlCl ²⁺. Оптимизированные молекулярные структуры выбранных TDK- n AlCl 9Представлены комбинации AlCl 0181 2 или TDK- n . c Анализ атомного заряда PQ и TDK, когда они связаны с одиночным ионом AlCl ₂ ⁺ или AlCl ²⁺.

Изображение с полным размером

В случае PQ существует только одна возможная стабильная конфигурация при связывании с каждым ионом-носителем (рис. 2a), обозначаемая как PQ-AlCl ₂ и PQ-AlCl соответственно. Энергии образования PQ-AlCl ₂ и PQ-AlCl составляли -9,436 и -90,459 эВ соответственно, что означает, что PQ-AlCl более термодинамически стабилен. Однако, учитывая, что разница энергий между двумя комплексными состояниями составляет всего 0,023 эВ, в действительности нельзя исключать форму PQ-AlCl ₂. Принимая во внимание ионную диффузию, связывание с ионами AlCl ₂ ⁺ может быть в целом предпочтительным, что действительно подтверждено экспериментально ^32,37 . С другой стороны, в случае TDK можно постулировать всего восемь возможных состояний: четыре с AlCl ₂ ⁺ и остальные четыре с ионами AlCl ²⁺. Отметим, что хотя для TDK-2AlCl ₂ и TDK-2AlCl возможны две конфигурации, в которых ионы-носители расположены в соседних и противоположных позициях, представлены конфигурации с меньшей энергией образования. Рассчитанные средние энергии образования TDK- n AlCl ₂ и TDK- n AlCl составляют –8,939 и –9,318 эВ соответственно, что означает, что связывание с AlCl 9Ионы 0126 2+ термодинамически более выгодны. Кроме того, разность энергий между TDK- n AlCl ₂ и TDK- n AlCl составила 0,379 эВ, что выходит за пределы диапазона перенапряжения в типичных электрохимических измерениях. Это говорит о том, что TDK предпочитает хранить двухвалентные ионы одновалентным.

Важно отметить, что преимущественное связывание ТДК с ионом AlCl ²⁺ можно понять в связи с его относительной нестабильностью при связывании с ионом AlCl ₂ ⁺ ион по сравнению с PQ. Стоит отметить, что молекула хинона обычно образует радикал при восстановлении с одним электроном (и связывании с одновалентным ионом), и радикал стабилизируется за счет делокализации с соседними ароматическими кольцами. С точки зрения химической структуры TDK имеет более низкое отношение бензольного кольца к карбонильной группе 0,5 по сравнению с 1,0 у PQ, что приводит к менее выраженной стабилизации радикалов за счет резонансного эффекта. Это в равной степени означает, что при образовании радикала ТДК может образовывать меньшее число резонансных структур, чем ПХ. Этот резонансный эффект также был обнаружен с помощью анализа атомного заряда, как показано на рис. 2c. В исходном состоянии атомы кислорода PQ и TDK имеют одинаковый атомный заряд -0,5502 и -0,5429.в среднем соответственно (дополнительный рис. 4). Когда ион AlCl ₂ ⁺ связан, каждый атом кислорода PQ имеет атомный заряд -0,3297, тогда как заряд TDK явно меньше -0,3049, что указывает на более слабое связывание с AlCl ₂ ⁺ ион. Это более слабое связывание ТДК с AlCl ₂ ⁺ снова связано с менее выраженной стабилизацией радикалов путем делокализации. Напротив, когда ион AlCl ²⁺ связан, атомы кислорода PQ и TDK имеют аналогичный атомный заряд -0,9.045 и -0,9031 соответственно, что указывает на то, что сила связывания с ионом AlCl ²⁺ одинакова для обеих молекул. Следовательно, разница в силе связывания между ионами AlCl ₂ ⁺ и AlCl ²⁺ больше для ТДК и служит причиной его предпочтительного связывания с ионом AlCl ²⁺.

Ex situ характеристика TDK в разряженном состоянии

На рисунке 3a показан профиль напряжения заряда-разряда TDK при плотности тока 20 мА g ⁻ ¹. TDK показал плато примерно при 1,3 В по сравнению с Al/Al ³⁺, которое аналогично таковому для PQ (1,4 В по сравнению с Al/Al ³⁺). Обратимая емкость ТДК при такой плотности тока составила 350 мАч г ^-1 , что соответствует запасу 7e ^— на молекулярную единицу. Эта емкость намного превышает 203 мАч г ^-1 , что соответствует хранению 4e ^—, когда все карбонильные группы TDK используются для связывания с одновалентными ионами. Это убедительно указывает на то, что в механизме накопления преимущественно участвуют двухвалентные ионы. Примечательно, что удельная емкость TDK также намного выше, чем у других материалов, о которых сообщалось в качестве катодов AIB на сегодняшний день, что свидетельствует о положительном эффекте хранения двухвалентных ионов.

Рис. 3: Ex situ FT-IR характеристика TDK.

a Профили гальваностатического напряжения ТДК при плотности тока 20 мА g ⁻ ¹ . b Расчетные пики ИК-колебаний ТДК при связывании с ионами AlCl ²⁺. c Измеренные спектры поглощения FT-IR электрода TDK. Точки сброса, в которых проводились измерения, указаны в ( и ).

Изображение полного размера

Мы отслеживали изменение функциональных групп во время разряда с помощью ex situ FT-IR спектроскопии и сравнивали результаты с рассчитанными пиками ИК колебаний. ИК-Фурье-измерения ТДК проводились после второго цикла при плотности тока 20 мА г ⁻¹ . Что касается расчетных пиков, мы сначала подтвердили их надежность, проверив, что основные пики TDK хорошо согласуются с расчетными (дополнительный рисунок 3a). Основываясь на подтвержденной надежности, мы охарактеризовали электроды TDK в различных состояниях разряда, отмеченных на рис. 3а. Эти точки измерения были установлены, чтобы позволить зафиксировать состояния TDK после связывания с каждым ионом AlCl ²⁺. Основываясь на этом анализе, с точки зрения моделирования (рис. 3b) и экспериментов (рис. 3c) заметны следующие пять особенностей: (1) пиковая интенсивность асимметричных режимов растяжения C = O (дополнительное видео 1 ) ТДК на 1686 см ^-1 постепенно уменьшалась в результате связывания с увеличением количества ионов AlCl ²⁺ (зеленые оттенки на рис. 3б, в). (2) Пики мод растяжения C – C и C = C вблизи C = O, который связывается с ионом AlCl ²⁺ (дополнительные видео 2 и 3), наблюдались при 1581 и 1527 см ^-1 для TDK-1AlCl, но постепенно исчезали по мере того, как все больше карбонильных групп образовывало связи с ионами AlCl ²⁺ (голубые оттенки на рис. 3б, в). (3) Пик режимов растяжения C – C и C = C (дополнительное видео 4) TDK при 1180 см ^{‒ 1} был сдвинут на 1210 см ⁻¹ в случае TDK-4AlCl (дополнительное видео 5) (темно-синие оттенки на рис. 3b, c). (4) Пик на 1013 см ^-1, соответствующий режимам растяжения C – C и C = C и режимам растяжения C = O в течение всего макроцикла, появился (дополнительное видео 6) и вырос (дополнительное видео 7), чтобы стать основной пик ТДК-4AlCl (желтые оттенки на рис. 3б, в). (5) Пик режимов виляния C – H и асимметричного растяжения C = O (дополнительное видео 8) TDK при 880 см ^-1 был заменен пиком TDK-4AlCl при 844 см ^-1 , что соответствует его колебаниям C – H и режимам растяжения O – Al (дополнительное видео 9) (красные оттенки на рис. 3b, c). Для всех этих наблюдений расчеты и фактические анализы действительно хорошо совпадали. Основные пики разряженного ТДК сохранились после 5 циклов, что указывает на устойчивый характер реакции с ионами AlCl ²⁺ (дополнительный рис. 5b). Кроме того, расчетные пики ИК-колебаний ТДК при связывании с AlCl 9Ионы 0181 2 ⁺ явно не соответствовали экспериментальным (дополнительный рис. 6), что еще раз подтверждает, что механизм хранения TDK основан на ионах AlCl ²⁺.

Электрохимические характеристики алюминиевых аккумуляторов

Чтобы свести к минимуму растворение активных молекул в электролите, мы проникли TDK в поры активированного угля (AC), просто заменив технический углерод на AC в качестве проводящего агента. Этот выбор проводящего агента был синергетическим с высокой растворимостью TDK в N -метил-2-пирролидон (NMP), растворитель суспензии, обычно используемый при изготовлении аккумуляторов, так что TDK естественным образом проникает в поры AC во время перемешивания и сушки суспензии. Впервые мы косвенно распознали вливание ТДК в поры АЦ по тому факту, что первоначальный желтоватый цвет порошка ТДК не наблюдался после испарения НМП (дополнительный рисунок 7). Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) обеспечила более прямую проверку пропитки ТДК. Морфология AC была восстановлена в случае смеси TDK-AC после испарения NMP, в то время как было обнаружено, что TDK рекристаллизуется отдельно при смешивании с непористыми углеродными материалами, такими как Super P и многостенными углеродными нанотрубками (MWCNT) (дополнительный рис. 8).

Дополнительные доказательства того, что ТДК проник в поры AC, были получены путем записи изотерм адсорбции-десорбции с использованием газа N ₂ (дополнительный рисунок 9). В отличие от смесей TDK-Super P и TDK-MWCNT, удельная поверхность (SSA) смеси TDK-AC (705 м ² г ⁻¹ ) была значительно меньше, чем у исходного AC (2347 м ² g ⁻¹ ) в результате заполнения пор ТДК. Инфильтрация TDK была дополнительно обнаружена с помощью рентгеноструктурного анализа (XRD) (дополнительный рисунок 10). Хотя характерные пики XRD наблюдались для смеси TDK-AC, их интенсивность была ослаблена из-за ограничивающего эффекта в порах. Когда раствор TDK конденсируют, позволяя растворителю испариться, только TDK имеет тенденцию к кристаллизации, о чем свидетельствуют его пики XRD (дополнительный рисунок 10). Однако при заключении в пространство с размерами, сравнимыми с размерами кластеров TDK, взаимодействия молекулы со стенкой могут нарушить межмолекулярное взаимодействие и, следовательно, кристалличность TDK. Эффект локализации был гораздо менее значительным для смесей TDK-Super P и TDK-MWCNT, поскольку эти углеродные материалы не образуют поры таких малых размеров. Обратите внимание, что низкая кристалличность обычно полезна, поскольку она позволяет активным молекулам противостоять растворению в электролите во время циклирования; напротив, молекулы с высокой степенью кристалличности более подвержены сольватации электролитом-растворителем ^38,39 .

Электрохимические характеристики TDK оценивали с помощью различных электрохимических анализов (рис. 4). Примечательно, что только AC показал низкую удельную емкость 40 мАч g ^-1 , что означает, что его вклад в емкость смеси TDK-AC незначителен (дополнительный рисунок 11). С этой целью смеси TDK-Super P, MWCNT или AC были подвергнуты гальваностатическим циклическим испытаниям (рис. 4a). Все смеси TDK-углерод показали одинаковую удельную емкость в первых двух циклах (дополнительный рисунок 12). Применение плотности тока 0,1 А г ^-1 привело к быстрому снижению емкости смесей TDK-Super P и MWCNT до 55 и 90 мАч г ⁻ ¹ после первых 50 циклов соответственно из-за серьезной проблемы растворения. В случае смеси TDK-AC, хотя она и показала снижение емкости с 226 до 170 мАч г ⁻ ¹ в течение первых 50 циклов, что, вероятно, произошло из-за растворения небольшой части рекристаллизованного TDK на поверхности переменного тока, как обнаружено в результатах XRD (дополнительный рисунок 10), он сохранил удивительно высокую емкость 170 мАч г ^-1 после 300 циклов, что свидетельствует о высокой стабильности ограниченного TDK. Следует отметить, что падение емкости при очень низкой плотности тока в основном объяснялось необратимым окислением электролита при высоких напряжениях в дополнение к неизбежному растворению разряженного ТДК (дополнительный рисунок 13). Превосходные характеристики смеси TDK-AC также наблюдались в тестах на скорость (рис. 4b). Увеличение плотности тока с 0,1 до 0,2, 0,5, 1 и 2А г ^-1 сохраняло емкость со 185 до 145, 111, 90 и 66 мАч г ^-1 соответственно. Когда плотность тока вернулась к 0,1 А г ^-1 , емкость 165 мАч г ^-1 была восстановлена, что свидетельствует об устойчивости смеси TDK-AC при различных плотностях тока. Характеристики циклирования смеси TDK-AC также были стабильными, так что при циклировании при 1 A g ⁻ ¹ ячейка сохраняла 78,0% своей первоначальной емкости даже после 8000 циклов (рис. 4c и дополнительная рис. 14). . Начальное увеличение емкости при высокой плотности тока было связано с процессом активации, необходимым для инфильтрации электролита, который поддерживается сопротивлением переносу заряда ( R _ct), который уменьшился во время начальных циклов (дополнительный рисунок 15).

Рис. 4: Электрохимические характеристики TDK.

a Циклическое исполнение TDK с различными углеродными материалами. b Скорость смеси TDK-AC. c Длительная цикличность смеси TDK-AC при плотности тока 1 A g ⁻¹ . d Log v -log I _p графики для извлечения b — значения на основе соотношения I _p = av ^b .

Изображение полного размера

Механизм накопления заряда электродных материалов можно прояснить с помощью измерения циклической вольтамперометрии (CV) в зависимости от скорости сканирования, в котором вклад емкости делится на фарадеевские и нефарадеевские процессы. Фарадеев процесс относится к (де)интеркаляции и процессу переноса заряда, а нефарадеевский процесс относится к емкостной адсорбции ионов в двойном электрическом слое 9{b}$$

, в котором значение b может быть определено наклоном графика (log v ) – (log I ). Напомним, что b = 0,5 соответствует диффузионно-контролируемому процессу, тогда как b = 1 указывает исключительно на емкостно-ограниченный процесс. Используя окислительно-восстановительные пики в профилях CV (дополнительный рис. 16a), мы построили график (log v ) – (log I _p) электрода TDK-AC (рис. 4d). b — значения восстановления и окисления составляли 0,64 и 0,62 соответственно, что означает, что большая часть накопления заряда контролируется диффузией и что кинетика диффузии ионов AlCl ²⁺ в TDK может быть не очень эффективной.

Влияние валентного состояния иона-носителя на электрохимические характеристики

Степень, в которой кинетика зависит от ионов-носителей заряда, определяли путем приготовления графитовых и PQ-электродов, которые известны ^19,37 для использования ионов AlCl ₄ ⁻ и AlCl ₂ ⁺ для накопления заряда соответственно. Значения b графита и PQ были извлечены из окислительно-восстановительных пиков в профилях CV (дополнительный рисунок 16b, c). Значения b , связанные с восстановлением и окислением графита, составляли 0,92 и 0,91 соответственно, тогда как значения PQ составляли 0,72 и 0,87 соответственно (дополнительный рисунок 17). Хотя и графит, и PQ используют одновалентные ионы в качестве ионов-носителей, более высокие b -значения и кинетика диффузии графита объясняются его внутренней высокой электропроводностью. Тот факт, что и графит, и PQ имеют значения b — выше, чем у TDK, подтверждает наши выводы о том, что TDK накапливает двухвалентные ионы (AlCl ²⁺ ), и объясняет его относительно медленную диффузию.

Влияние функциональных групп на ионы носителей заряда исследовали с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) для анализа электродов из графита, PQ и TDK. Поскольку энергия связи остовных электронов чувствительна к химическому окружению соответствующего элемента, сдвиг пика XPS позволяет нам уточнить связывающие структуры ионов носителей заряда. Следует отметить, что все пики XPS относятся к связи C–C при 284,8 эВ в C 1 9Филиал 0359 с (дополнительный рис. 18d). Перед анализом связывающих структур мы сначала проверили, что ионы-носители заряда, хранящиеся в графите, PQ и TDK, были AlCl ₄ ⁻ , AlCl ₂ ⁺ и AlCl ²⁺ на основании факта что атомные отношения Cl к Al составляли 3,93, 1,75 и 0,97 соответственно (дополнительный рисунок 18). Атомное соотношение в TDK-AlCl было дополнительно подтверждено картографическим анализом энергодисперсионной спектроскопии (дополнительный рисунок 19).). В ветвях Al 2 p (рис. 5а) пики при 74,1, 74,8 и 74,6 эВ были отнесены к графиту-AlCl ₄ , PQ-AlCl ₂ и TDK-AlCl соответственно. Поучительно отметить, что энергия связи смещается в сторону более высокого значения, когда элемент связан с функциональными группами или элементами с более высокой электроотрицательностью. Исходя из этого, расположение пика Al PQ-AlCl ₂ при более высокой энергии связи по сравнению с пиком графита-AlCl ₄ можно понять, принимая во внимание, что Al связан с электроотрицательными карбонильными группами PQ. Основываясь на той же логике, несколько более низкую энергию связи пика Al TDK-AlCl по сравнению с PQ-AlCl ₂ можно объяснить тем фактом, что Al в TDK-AlCl связан с одним атомом Cl. С другой стороны, в ветвях Cl 2 p (рис. 5б) пики при 198,9 эВ были общими для PQ-AlCl ₂ и TDK-AlCl, так как атомы Cl в PQ-AlCl ₂ и TDK-AlCl связаны исключительно с атомом Al. Однако в случае графита-AlCl ₄ пик Cl сместился вниз до 197,9 эВ, поскольку AlCl ₄ в определенной степени взаимодействует с графитовыми слоями.

Рис. 5: Сравнение катодных материалов, использующих ионы AlCl ₄ ⁻ , AlCl ₂ ⁺ и AlCl ²⁺.

a , b XPS-кривые графита-AlCl ₄ , PQ-AlCl ₂ и ТДК-AlCl; a Al 2 p и b Cl 2 p ответвления. c Профили гальваностатического напряжения графита, PQ и TDK при плотности тока 100 мА g ⁻¹ . d Графики клеток Рагона на основе графита, PQ и TDK. При этом учитывалось необходимое количество электролита.

Увеличить

Плотность энергии электродных материалов во многом определяется их рабочим напряжением и удельной емкостью. Несмотря на то, что эта метрика в целом действительна, плотность энергии AIB следует тщательно оценивать. В ячейке AIB ионы-носители заряда, используемые в аноде и катоде, различны, что означает, что по крайней мере один ион-носитель должен быть обеспечен электролитом, и количество электролита, безусловно, должно учитываться при расчете плотности энергии. На рисунке 5c показаны профили напряжения заряда-разряда графитовых элементов, элементов PQ и TDK. Если рассматривать только рабочее напряжение и удельную емкость, графитовые элементы, элементы PQ и TDK обеспечивают плотность энергии 170, 168 и 278 Втч кг ⁻ ¹ соответственно. Однако, когда принимается во внимание количество электролита, плотность энергии изменяется, как показано на рис. 5d. В этом смысле ион-носитель заряда играет роль, поскольку отношение Al к Cl определяет количество электролита. Подробности расчета приведены в Дополнительном примечании. Хотя производительность графитовых и PQ-ячеек была выше, поскольку они используют более легкую диффузию ионов-носителей (дополнительный рисунок 20), их плотность энергии составляет всего 38 и 55 Втч кг ^-1 соответственно. Напротив, элемент TDK показал гораздо более высокую плотность энергии 189 Втч кг ^-1 и удельную мощность 2600Вт кг ^-1 за счет использования двухвалентных ионов AlCl ²⁺ , и эти характеристики связаны с вышеупомянутым превосходным удельная емкость электрода ТДК. Хотя для достижения практической конкурентоспособности потребуется дальнейшее улучшение значений удельной энергии, настоящее исследование демонстрирует влияние использования многовалентных ионов-носителей и актуальность конструкции активного материала.

Обсуждение

Основным преимуществом AIB является его способность накапливать многовалентные ионы-носители для увеличения удельной емкости электродных материалов. К сожалению, почти все катодные материалы, о которых сообщалось на сегодняшний день, работают на основе хранения одновалентных комплексных ионов, так что истинное преимущество AIB не было полностью использовано. Мы ввели «относительную стабильность» разрядных состояний, несущих ионы-носители с различными валентными состояниями, в качестве ключевого параметра для определения основного иона-носителя для активных молекул дикетонов в AIB. Структурная стабильность разряженного состояния с одновалентными ионами, в частности, определяется резонансным эффектом их бензольных колец для стабилизации радикального состояния. Как и предсказывает низкое соотношение колец к карбонильным группам, радикал TDK при связывании с одновалентными ионами испытывает умеренную резонансную стабилизацию, что делает накопление двухвалентных ионов доминирующим. Основываясь на этом конструктивном обосновании достижения хранения двухвалентных ионов, TDK обеспечивает чрезвычайно высокую удельную емкость 350 мА·ч g9.0126 −1 в качестве катодного материала АИБ с рабочим напряжением 1,3 В (Al/Al ³⁺ ), а также сроком службы, превышающим 8000 циклов. В более широком контексте наше исследование предлагает способы создания молекул дикетонов для активации механизма накопления поливалентных ионов; то есть дестабилизировать радикал, образующийся при реакции с одновалентными ионами.

Методы

Подготовка материала

Терефталевый альдегид (20,1 г, 150 ммоль), воду (450 мл) и 2-метоксиэтанол (450 мл) добавляли в 1-литровую круглодонную колбу, снабженную обратным холодильником. Полученную суспензию при перемешивании продували азотом и нагревали до температуры кипения с обратным холодильником в атмосфере азота для растворения исходного материала. Затем добавляли NaCN (735 мг, 15,0 ммоль) и реакционную смесь кипятили с обратным холодильником в течение 3 дней. Осажденное промежуточное соединение циклотетрабензоина выделяют фильтрованием, пока реакционная смесь еще горячая (используя предварительно нагретую воронку из пористого стекла), а затем несколько раз промывают водой, метанолом и диэтиловым эфиром. После сушки в вакууме было получено 10,1 г (18,8 ммоль) неочищенного промежуточного соединения, которое было помещено в 1-литровую круглодонную колбу и суспендировано в концентрированной HNO ₃ (70%, 380 мл). Колбу снабжали обратным холодильником, и реакционную смесь медленно нагревали до температуры кипения с обратным холодильником, что приводило к первоначальному интенсивному образованию паров азота. После 60 ч кипячения с обратным холодильником реакционную смесь охлаждали до комнатной температуры и осторожно добавляли воду (380 мл). Твердое вещество отделяли фильтрованием, дважды промывали водой, этанолом и диэтиловым эфиром и экстрагировали хлороформом в экстракторе Сокслета в течение 3 дней для растворения ТДК и отделения его от нерастворимых побочных продуктов. Выпаривание хлороформа дало чистый ТДК (5,24 г, 90,92 ммоль) в виде ярко-желтого порошка с общим выходом 26%. ¹ H ЯМР (400 МГц, ДМСО-d ₆): δ = 7,90 (с, 16H) м.д.; в соответствии с литературой ³⁶ . ¹³ C ЯМР (101 МГц, ДМСО- d ₆ ): δ = 194,5, 135,8, 130,5 м.д.

Подготовка клеток и электрохимические измерения

Электроды были приготовлены с использованием следующих процедур. ТДК, проводящий агент, и связующее из поли(винилидендифторида) (ПВДФ, Arkema) были диспергированы в N -метил-2-пирролидон (NMP) в массовом соотношении 50:40:10. Суспензию отливали на танталовую фольгу (99,95%, Thermo Fisher) с использованием ракельной техники, а отлитые электроды сушили в вакууме при 80 °C в течение 24 часов. Проводящими агентами были Super P, MWCNT или AC (AC0830, Asahi Organic Chemicals). Массовая загрузка ТДК в каждый электрод составляла 1,5 мг см ^-2 . Для электродов PQ использовали связующее PQ, AC и PVDF в весовом соотношении 50:40:10. Для графитовых электродов использовали графит (N006, Digichem), связующее Super P и PVDF в весовом соотношении 80:10:10. Алюминиевый электролит готовили медленным добавлением трихлорида алюминия (AlCl ₃ ) в этил-3-метилимидазолия хлорид (EMImCl) в молярном соотношении 1,5:1 (AlCl ₃ :EMImCl). Электрохимические измерения проводились с использованием модифицированных ячеек типа Swagelok, в которых стержень из нержавеющей стали и стержень из стеклоуглерода использовались в качестве токосъемников для анода и катода соответственно. Ячейки состояли из анода из металлической алюминиевой фольги, мембраны из стекловолокна (GF/D Whatman) и катода. Вся ячейка была собрана внутри перчаточного бокса, заполненного аргоном. Гальваностатические измерения и циклическая вольтамперометрия выполнялись с использованием аккумуляторного циклера (WBCS3000L, Wonatech) при 25 °C. Кулоновская эффективность определялась как отношение емкости заряда к емкости разряда, поскольку каждая ячейка начинала работать, разряжаясь.

Характеристика

TDK анализировали с помощью ЯМР-спектроскопии и ТГА для проверки функциональных групп и чистоты. Ex situ характеристики были проведены путем анализа образцов электродов с помощью FT-IR (JASCO FT/IR-6700). Морфология электродов TDK, содержащих различные углеродные материалы, была охарактеризована с помощью сканирующей электронной микроскопии с полевой эмиссией (JSM-7800F Prime, JEOL) на приборе, размещенном в Национальном центре межуниверситетских исследовательских центров (NCIRF) в Сеульском национальном университете. СРП электродов ТДК с различными углеродными материалами получены из N ₂ адсорбционно-десорбционные измерения с использованием анализатора пористости (Micromeritics, 3FLEX), работающего при 87 K. Профили XRD получены с использованием рентгеновского дифрактометра (SmartLab, Rigaku) на основе Cu-Kα (λ = 0,15406 нм) излучение. Химические состояния связывания разряженного графита, PQ и TDK характеризовали с помощью XPS (Sigma Probe, Thermo VG Scientific) с линией Mg Kα в качестве источника рентгеновского излучения. Все образцы электродов для определения характеристик ex situ промывали 1,2-дихлорэтаном в заполненном аргоном перчаточном боксе с последующей сушкой в вакууме в течение 3 часов.

Расчеты DFT

Геометрическая оптимизация, расчеты энергии и анализ атомного заряда были выполнены без ограничения симметрии с использованием гибридного функционала плотности B3LYP, реализованного в программном пакете GAUSSIAN 09 ⁴² . Базисные наборы 6–31 + G ( d ) были приняты для всех атомов, а модель поляризационного континуума с параметром этанола и диэлектрической проницаемостью ( ε = 24,6) использовалась для неявного учета эффектов растворителя в расчеты. Энергии образования были получены путем определения разности энергий между суммой энергий отдельных видов и энергий скоординированных видов. Для оценки изменения заряда использовали анализ орбит естественных связей. Моды ИК-вибраций были получены из частотных расчетов, а частоты были масштабированы на 0,98, чтобы соответствовать экспериментальным данным.

Доступность данных

Данные, подтверждающие результаты этого исследования, можно получить у соответствующего автора по обоснованному запросу.

Ссылки

Чой, Дж. В. и Аурбах, Д. Обещание и реальность пост-литий-ионных батарей с высокой плотностью энергии. Нац. Преподобный Матер. 1 , 16013 (2016).
Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Google Scholar
Canepa, P. et al. Одиссея поливалентных катодных материалов: открытые вопросы и будущие вызовы. Хим. Ред. 117 , 4287–4341 (2017).
Артикул КАС пабмед Google Scholar
Оливетти, Э. А., Седер, Г., Гаустад, Г. Г. и Фу, X. Вопросы цепочки поставок литий-ионных аккумуляторов: анализ потенциальных узких мест в критических металлах. Джоуль 1 , 229–243 (2017).
Артикул Google Scholar
Кваде, А. и др. Текущее состояние и проблемы технологий производства автомобильных аккумуляторов. Нац. Энергия 3 , 290–300 (2018).
Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google Scholar
Элиа Г.А. и др. Обзор и перспективы развития алюминиевых аккумуляторов. Доп. Матер. 28 , 7564–7579 (2016).
Артикул КАС пабмед Google Scholar
Лян Ю., Донг Х., Аурбах Д. и Яо Ю. Текущее состояние и будущие направления развития многовалентных металлоионных батарей. Нац. Энергия 5 , 646–656 (2020).
Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Google Scholar
Ю, Д.-Дж., Ким, Дж.-С., Шин, Дж., Ким, К.Дж. и Чой, Дж. В. Стабильная производительность алюминиево-металлического аккумулятора благодаря использованию литий-ионной химии. ХимЭлектроХим 4 , 2345–2351 (2017).
Артикул КАС Google Scholar
Вен Х. и др. Совместимость материалов в перезаряжаемых алюминиевых батареях: химические и электрохимические свойства пятиокиси ванадия и хлоралюминатных ионных жидкостей. Хим. Матер. 31 , 7238–7247 (2019).
Артикул КАС Google Scholar
Dambournet, D. et al. Атомное понимание внедрения ионов алюминия в дефектный анатаз для аккумуляторов. Анжю. хим. Междунар. Эд. 59 , 19247–19253 (2020 г.).
Артикул КАС Google Scholar
Вальтер М., Кравчик К.В., Бефер К., Видмер Р. и Коваленко М.В. Полипирены как высокоэффективные катодные материалы для алюминиевых аккумуляторов. Доп. Матер. 30 , 1705644 (2018).
Артикул КАС Google Scholar
Ван Д.-Ю. и другие. Усовершенствованный перезаряжаемый алюминий-ионный аккумулятор с высококачественным катодом из натурального графита. Нац. коммун. 8 , 14283 (2017).
Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar
Ю. З. и др. Гибкие стабильные твердотельные алюминиево-ионные аккумуляторы. Доп. Функц. Матер. 29 , 1806799 (2019).
Артикул КАС Google Scholar
Yu, X., Wang, B., Gong, D., Xu, Z. & Lu, B. Графеновые наноленты на высокопористом трехмерном графене для высокоемких и сверхстабильных алюминий-ионных аккумуляторов. Доп. Матер. 29 , 1604118 (2017).
Артикул КАС Google Scholar
Hu, Y. et al. Инновационный лиофилизированный восстановленный оксид графена на основе SnS ₂ активный катодный материал для алюминий-ионных аккумуляторов. Доп. Матер. 29 , 1606132 (2017).
Артикул КАС Google Scholar
Hu, Y. et al. Не содержащий связующего и отдельно стоящий катодный материал из сульфида кобальта и углеродных нанотрубок для алюминий-ионных аккумуляторов. Доп. Матер. 30 , 1703824 (2018).
Артикул КАС Google Scholar
Лян, К., Джу, Л., Коул, С., Кусима, А. и Ян, Ю. Самонесущие пористые пленки из сульфида олова для гибких алюминий-ионных аккумуляторов. Доп. Энергия Матер. 9 , 1802543 (2019).
Артикул КАС Google Scholar
«>
Cai, T. et al. Стабильный CoSe ₂ /углеродные нанокристаллы@композиты с восстановленным оксидом графена для высокопроизводительных перезаряжаемых алюминий-ионных аккумуляторов. Энергетика Окружающая среда. науч. 11 , 2341–2347 (2018).
Артикул КАС Google Scholar
Jiang, J. et al. Одномерные наностержни Cu _2–x Se в качестве катодного материала для высокопроизводительного алюминий-ионного аккумулятора. Приложение ACS Матер. Интерфейсы 10 , 17942–17949 (2018 г.).
Артикул КАС пабмед Google Scholar
Лин М.-К. и другие. Сверхбыстрая перезаряжаемая алюминий-ионная батарея. Природа 520 , 324–328 (2015).
Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Google Scholar
«>
Кавеевивичай В., Хук А., Ван С., Парк М. Дж. и Мантирам А. Перезаряжаемые алюминий-ионные батареи на основе открытого туннеля. Малый 13 , 1701296 (2017).
Артикул КАС Google Scholar
Koketsu, T. et al. Обратимое внедрение ионов магния и алюминия в катиондефицитном анатазе TiO ₂ . Нац. Матер. 16 , 1142–1148 (2017).
Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС пабмед Google Scholar
Xiong, P. et al. Напряженная инженерия двумерных многослойных гетероструктур для перезаряжаемых аккумуляторов на основе лития. Нац. коммун. 11 , 3297 (2020).
Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar
Ван, С. и др. Высокопроизводительный алюминий-ионный аккумулятор с композитным катодом из микросфер CuS@C. ACS Nano 11 , 469–477 (2017).
Артикул пабмед КАС Google Scholar
Ян Х. и др. Алюминиево-серная батарея с быстрым кинетическим откликом. Анжю. хим. Междунар. Эд. 57 , 1898–1902 (2018).
Артикул КАС Google Scholar
Ю. З. и др. Шестиугольные наноремни NiS как передовые катодные материалы для перезаряжаемых алюминий-ионных аккумуляторов. Хим. коммун. 52 , 10427–10430 (2016).
Артикул КАС Google Scholar
Гао, Т. и др. Перезаряжаемая батарея Al/S с ионно-жидким электролитом. Анжю. хим. Междунар. Эд. 55 , 9898–9901 (2016).
Артикул КАС Google Scholar
Джадхав, А. Л., Сюй, Дж. Х. и Мессингер, Р. Дж. Количественное понимание на молекулярном уровне электрохимической интеркаляции ионов алюминия в кристаллический электрод батареи. ACS Energy Письмо. 5 , 2842–2848 (2020).
Артикул КАС Google Scholar
Гэн, Л., Лв, Г., Син, С. и Го, Дж. Обратимая электрохимическая интеркаляция алюминия в Мо ₆ S ₈ . Хим. Матер. 27 , 4926–4929 (2015).
Артикул КАС Google Scholar
Гэн, Л. и др. Преобразование кристаллической структуры в шеврелевой фазе Mo ₆ S ₈, вызванное интеркаляцией алюминия. Хим. Матер. 30 , 8420–8425 (2018).
Артикул КАС Google Scholar
Bitenc, J. et al. Концепция и электрохимический механизм батареи Al металлический анод-органический катод. Материал для хранения энергии. 24 , 379–383 (2020).
Артикул Google Scholar
Fan, X. et al. Универсальный органический катод для сверхбыстродействующих литиевых и поливалентных металлических батарей. Анжю. хим. Междунар. Эд. 57 , 7146–7150 (2018).
Артикул КАС Google Scholar
Kim, D. J. et al. Перезаряжаемые алюминиевые органические батареи. Нац. Энергия 4 , 51–59 (2019).
Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Google Scholar
Ван, С., Хуанг, С., Яо, М., Чжан, Ю. и Ню, З. Разработка активных центров полианилина для AlCl ₂ ⁺ хранение в алюминий-ионном аккумуляторе. Анжю. хим. Междунар. Эд. 59 , 11800–11807 (2020).
Артикул КАС Google Scholar
«>
Zhou, J., Yu, X., Zhou, J. & Lu, B. Гибрид полиимида/металлоорганического каркаса для высокоэффективной алюминиево-органической батареи. Материал для хранения энергии. 31 , 58–63 (2020).
Артикул Google Scholar
Ji, Q. et al. Циклотетрабензоин: легкий синтез молекулярного квадрата, сохраняющего форму, и его сборка в нанотрубки с водородными связями. Хим. Евро. J. 21 , 17205–17209 (2015).
Артикул КАС пабмед Google Scholar
Хан, С. и др. Синтез и характеристика гетеробензонациклооктафанов, полученных из циклотетрабензоина. Хим. Евро. Дж. 23 , 10543–10550 (2017).
Артикул КАС пабмед Google Scholar
Ю, Д.-Дж. и Чой, Дж. В. Выяснение необычайной скорости и цикличности фенантренхинона в алюминиево-комплексных ионных батареях. J. Phys. хим. лат. 11 , 2384–2392 (2020).
Артикул КАС пабмед Google Scholar
Lee, M. et al. Органические наногибриды для быстрого и надежного хранения энергии. Доп. Матер. 26 , 2558–2565 (2014).
Артикул КАС пабмед Google Scholar
Song, Z. et al. Полиантрахинон как надежный органический электрод для стабильного и быстрого хранения лития. Анжю. хим. Междунар. Эд. 54 , 13947–13951 (2015).
Артикул КАС Google Scholar
Ли, К. и др. Эволюция электрохимического интерфейса в натрий-ионных батареях с эфирными электролитами. Нац. коммун. 10 , 725 (2019).
Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar
«>
Wang, J., Polleux, J., Lim, J. & Dunn, B. Псевдоемкостные вклады в накопление электрохимической энергии в наночастицах TiO ₂ (анатаз). J. Phys. хим. C 111 , 14925–14931 (2007 г.).
Артикул КАС Google Scholar
Кон, В. и Шам, Л. Дж. Самосогласованные уравнения, включая эффекты обмена и корреляции. Физ. Ред. 140 , A1133–A1138 (1965).
Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ MathSciNet Google Scholar

Ссылки на скачивание

Благодарности

F.G. признает финансирование исследовательской и инновационной программы Horizon 2020 Европейского Союза в рамках соглашения о гранте Марии Склодовской-Кюри № 796024. Дж.В.К. выражает признательность за поддержку грантов Национального исследовательского фонда Кореи (NRF) (NRF-2021R1A2B5B03001956, NRF-2017M1A2A2044504, NRF-2020M3h5A3081874 и NRF-2018M1A2A2063340), Программу технологических инноваций (20012341), финансируемую Министерством торговли, промышленности и энергетики (MOTIE) Кореи и щедрую поддержку со стороны Института инженерных исследований (IOER) и Межуниверситетского исследовательского центра полупроводников (ISRC) Сеульского национального университета. М.Х. благодарит Королевское общество и Фонд Вольфсона за поддержку.

Информация об авторе

Авторы и организации

Школа химической и биологической инженерии и Институт химических процессов, Сеульский национальный университет, Кванак-Гу, Сеул, Республика Корея
Донг-Джу Ю и Чан Вук Чой

Авторы

Dong-Joo Yoo
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Martin Heeney
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Florian Glöcklhofer
Просмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия
Jang Wook Choi
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Contributions

D. -J.Y., M.H., F.G. и J.W.C. разработал концепцию. Ф.Г. синтезированы и охарактеризованы молекулы. Д.-Дж.Ю. выполнил электрохимические измерения, анализ электродов ex situ и расчеты DFT. Д.-Дж.Ю., М.Х., Ф.Г. и J.W.C. написал бумагу. Ф.Г. и J.W.C. руководил исследованием. Все авторы обсудили результаты и прокомментировали статью.

Авторы переписки

Переписка с Флориан Глекльхофер или Чан Ук Чой.

Заявление об этике

Конкурирующие интересы

Авторы не заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Дополнительная информация

Информация о рецензировании Nature Communications благодарит Guanjie He и других анонимных рецензентов за их вклад в рецензирование этой работы.

Примечание издателя Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и институциональной принадлежности.

Supplementary information

Supplementary Information

Description of Additional Supplementary Files

Supplementary Video 1

Supplementary Video 2

Supplementary Video 3

Supplementary Video 4

Supplementary Video 5

Supplementary Video 6

Supplementary Video 7

Supplementary Video 8

Supplementary Video 9

Rights and permissions

Open Access This article is licensed under a Международная лицензия Creative Commons Attribution 4. 0, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате, при условии, что вы укажете автора(ов) оригинала и источник, предоставив ссылку на лицензию Creative Commons , и укажите, были ли внесены изменения. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons для статьи, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

Эту статью цитирует

Органические батареи для более экологичного перезаряжаемого мира
- Джихён Ким
- Ёнсу Ким
- Кисук Кан
Материалы Nature Reviews (2022)
Неводные алюминиево-ионные батареи: катодные материалы и соответствующие лежащие в их основе механизмы хранения ионов
- Вэнь-Дин Пан
- Ченг Лю
- Деннис Ю. К. Люн
Редкие металлы (2022)
Механизмы накопления заряда катодных материалов в алюминиевых аккумуляторных батареях
- Цзяшен Мэн
- Луцзюнь Чжу
- Цюаньцюань Пан
Наука Китай Химия (2021)

Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и Правила сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.

Скачать PDF

Снижение использования кобальта для литий-ионных аккумуляторов

Управление транспортных технологий

6 апреля 2021 г.

Справочная информация

Литий-ионные аккумуляторы (LiB) являются повсеместным источником питания во всей бытовой электронике, во всех электроинструментах и, поскольку многие компании и страны стремятся сократить выбросы парниковых газов, составляют растущую долю мировых автомобильный парк. Чтобы работать, у этих накопителей энергии должно быть место для перемещения ионов лития, когда батарея работает. Это катод, а также место, откуда берутся ионы лития, когда аккумулятор заряжается. Чтобы получить достаточно энергии от батарей, катоды LiB изготавливаются из различных комбинаций переходных металлов и кислорода в определенном порядке. Наилучшая комбинация для многих потребностей в хранении энергии включает структуру катода, которая в основном состоит из ионов кобальта (Co). Даже с ростом использования сотовых телефонов эта зависимость от кобальта не была серьезной помехой, поскольку для этих устройств требовалось лишь небольшое количество Co. Однако электрификация мирового автомобильного парка LiB существенно меняет ситуацию.

Кобальт считается материалом с самым высоким риском в цепочке поставок электромобилей (EV) в краткосрочной и среднесрочной перспективе. Аккумуляторы электромобилей могут содержать до 20 кг Co в каждой упаковке на 100 киловатт-часов (кВтч). Сейчас Co может составлять до 20% веса катода в ионно-литиевых батареях электромобилей. Существуют экономические, социальные и социальные факторы, способствующие снижению содержания Co. Кобальт добывается как вторичный материал из смешанных никелевых (Ni) и медных руд. Это означает, что поставка не является независимой от других сырьевых предприятий, а внедрение новых проектов восстановления обходится дорого. Кроме того, в США нет больших запасов Co, а добыча и переработка на ранних стадиях сосредоточены в небольшом числе стран за пределами США. Поэтому Соединенные Штаты стремятся обезопасить источники Co, резко снизить содержание Co в LiB или и то, и другое.

Три разных переходных металла — Co, марганец (Mn) и Ni — могут справиться с основной тяжестью сдвигов накопления заряда, а также многие другие металлы, включая алюминий (Al), титан (Ti), железо (Fe) и магний ( Мг) помогите. Однако простой оксид кобальта предлагает наилучшее сочетание обеспечения высокого напряжения, очень хорошей плотности энергии и легкого перемещения ионов Li+. Отказ от высокого содержания Со означает, что новые катодные материалы должны быть оптимизированы для всех этих рабочих характеристик за счет незначительных изменений в расположении переходных металлов и их относительном составе. Несмотря на то, насколько хорошими стали катоды на основе оксидов переходных металлов, обычно обозначаемые аббревиатурой NMC для трех основных переходных металлов, за которыми следует соотношение Ni/Mn/Co, для аккумуляторов электромобилей, существует общепризнанная необходимость уменьшить зависимость от Co без ущерба для производительности. .

Исследования и разработки Министерства энергетики США в области аккумуляторов с низким содержанием/отсутствием кобальта

Промышленность осознала риски, связанные с зависимостью от кобальта, и многие производители аккумуляторов и конечные пользователи поставили амбициозные цели по переходу на катоды с низким содержанием кобальта или без него. Существует множество технологических препятствий, и Министерство энергетики США (DOE) через Управление транспортных средств взяло на себя обязательство по реализации многолетней многоцелевой программы для решения всех научных и инженерных проблем с устранением большей части Co из аккумуляторов электромобилей. .

Многие исследовательские проекты сосредоточены на материалах с высоким содержанием никеля, которые обладают очень хорошей плотностью энергии. На сегодняшний день проблема использования катодных материалов с высоким содержанием никеля заключается в том, что они, как правило, страдают от быстрого снижения емкости и повышения импеданса из-за вредных реакций между атомами никеля на поверхности катода и электролитом элемента. Многие проекты работают над стабилизацией или защитой этой поверхности, чтобы свести к минимуму эти реакции. Ниже приведены проекты, финансируемые Министерством энергетики, которые продемонстрировали ранний успех.

Исследовательская группа под руководством Национальной лаборатории Ок-Риджа (ORNL) при содействии XALT Energy и технического центра Nissan разрабатывает новый класс катодных материалов, не содержащих Co, с маркировкой NFA, состоящих из Ni, Fe и Al. На рис. 1 показаны результаты циклирования полных элементов, изготовленных с использованием катодного материала ORNL-NFA (LI _1,0 Ni _0,85 Fe _0,052 Al _0,091 O ₂). Большинство элементов, использующих катоды NMC с концентрацией Ni выше 80%, испытают гораздо более быстрое снижение емкости, чем показано здесь.

Рис. 1. Результаты циклирования для литий-ионного элемента без кобальта с катодом NFA.

Группа под руководством Техасского университета в Остине совместно с Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии и Tesla Inc. разрабатывает ряд катодных материалов с низким содержанием или отсутствием кобальта. На рис. 2 полностью показаны результаты циклирования некоторых из этих катодных материалов. карманные клетки. Светло-голубая линия показывает хорошую цикличность коммерческого NMC622 (20% Co), которая превосходит или равна цикличности клеток, использующих NMA (90% Ni, 5% Mn, 5% Al, 0% Co) (серая линия) и материалы NMCAM (90% Ni, 4% Mn, 4% Co, 1% Al и 1% Mg) (зеленая линия). Вывод здесь состоит в том, что катодные примеси (Al, Mg) могут стабилизировать эти материалы при циклировании под высоким напряжением.

Рис. 2. Циклирование полной ячейки с использованием катодных материалов с низким содержанием кобальта и без него.

Катодный материал без кобальта, синтезированный с использованием поверхностного/объемного легирования Ti/Mg, обозначенный NTM (LiNi _0,96 Ti _0,02 Mg _0,02 O ₂ ), показал более высокие результаты с точки зрения срока службы и многообещающие результаты с точки зрения срока службы ограничения по напряжению (рис. 3). Команда, возглавляемая Калифорнийским университетом, Ирвином и Технологическим институтом Вирджинии, вдохновленная результатами моделирования из первых принципов, полученными в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, вкладом исследований и разработок электролитов в Тихоокеанскую Северо-Западную национальную лабораторию, а также полной сборкой и испытаниями элементов, проведенной Американской литий-энергетической корпорацией, продолжает работу. работать над улучшением стабильности этого катодного материала с высоким содержанием никеля.

Рис. 3. Электрохимические характеристики катода NTM без кобальта, срок службы которого составляет 400 циклов (2,5–4,4 В).

батарей | Бесплатный полнотекстовый | Анализ жизненного цикла литий-ионных аккумуляторов для автомобильных приложений

1. Введение

В 2016 г. мировой транспортный сектор потребил 2748 млн тонн энергии в нефтяном эквиваленте (Мтнэ), что составляет 29% от общего потребления энергии в мире. В транспортном секторе только автомобильные перевозки потребляют 1927 млн т н.э. нефти [1]. Огромные энергетические потребности транспортного сектора и его сильная зависимость от нефти создают серьезные проблемы, поскольку мир стремится удовлетворить растущие потребности в транспорте, стремясь достичь энергетической безопасности и обеспечить экологическую устойчивость. В последние годы электромобили (EV) рекламировались как решение этой проблемы. Сравнительный анализ электромобилей и транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания (ICEV) показал, что по сравнению с их аналогами, работающими на ископаемом топливе, электромобили могут существенно снизить потребление энергии и воздействие на окружающую среду при оказании одних и тех же транспортных услуг, особенно при питании от электроэнергии, источниками которой становятся все чаще. из возобновляемых источников [2,3,4,5]. Благодаря этим потенциальным преимуществам электромобили вызвали интерес во всем мире [6]. Мировые продажи электромобилей увеличились с 118 000 в 2012 году до 1,15 миллиона в 2017 году [7]. В период с июля 2017 г. по сентябрь 2018 г. 11 стран обязались увеличить свои ежегодные продажи электромобилей до 30% от всех продаж автомобилей к 2030 г. [8]. Если эта цель будет достигнута, глобальный парк электромобилей вырастет в 70 раз в течение следующих 12 лет [7].

Энергетические и экологические преимущества, которые можно получить от вождения электромобилей вместо ICEV, связаны с более высокой энергоэффективностью электромобилей и возможностью обезуглероживания электричества, питающего электромобили. Однако производство литий-ионных аккумуляторов (LIB), которые являются уникальным компонентом аккумулирования энергии электромобилей, может привести к значительным энергетическим и экологическим нагрузкам [9,10,11,12]. Таким образом, общие энергетические и экологические характеристики электромобилей во многом зависят от того, перевешивают ли воздействия, которых удалось избежать на этапе использования электромобилей, в отличие от ICEV, дополнительные воздействия, возникающие в результате процессов, связанных с производством ЛИА. Чтобы ответить на такие вопросы, требуется анализ жизненного цикла (LCA), который может охватывать различные этапы жизненного цикла продукта или услуги и давать целостную картину его преимуществ и недостатков.

LIB и электромобили вызвали живой интерес со стороны сообщества LCA. Питерс и др. провели обзор литературы по LCA LIB и EV, и их поиск метаанализа выявил 113 исследований, опубликованных в период с 2000 по 2016 год [13]. Несмотря на эти исследования, влияние электромобилей на энергию и окружающую среду, особенно связанных с LIB, еще предстоит полностью понять. Питерс и др. обнаружили, что из 113 рассмотренных исследований только 36 предоставили достаточную информацию и подробные результаты для производства LIB; из 36 исследований только 11 представили исходные данные инвентаризации жизненного цикла (LCI) [13], которые представляют собой сбор материалов и потоков энергии через единичные процессы, составляющие жизненный цикл и служащие входными данными для LCA. Фактически, большинство существующих исследований LCA автомобильных LIB основаны на данных LCI из четырех исследований: Notter et al. (2010) [2], Majeau-Bettez et al. (2011) [9], Данн и др. (2012) [14] и Ellingsen et al. (2014) [10], благодаря их полноте и прозрачности. Однако эти исследования проводились, когда автомобильные LIB находились на ранней стадии коммерциализации, когда отраслевые данные тщательно охранялись и, даже если они были доступны, могли не отражать текущую практику. На самом деле данные LCI для аккумуляторных материалов в этих исследованиях в основном основывались на инженерных расчетах, приближениях и вторичных данных, что приводило к большим неопределенностям и вызывало вопросы о том, насколько репрезентативны эти данные для промышленного производства. Эллингсен и др. получили отраслевые данные о составе материалов аккумуляторной батареи и нескольких компонентов, а также о потреблении энергии для производства элементов и сборки батарей [10]. Хотя эти данные являются важным вкладом, они могут не отражать текущее производство автомобильных LIB в коммерческих масштабах. Данн и др. указали, что эти «новаторские» предприятия по производству аккумуляторов могли не полностью изучить возможности энергосбережения и могли работать значительно ниже проектной мощности [11]. Таким образом, значения энергоемкости, полученные от этих объектов, скорее всего, будут завышенными.

Чтобы лучше понять энергетические и экологические характеристики автомобильных LIB, в этом исследовании представлены результаты LCA, основанные на новых данных LCI, которые отражают текущие практики в отрасли LIB и определяют основные факторы, влияющие на энергопотребление и воздействие LIB на окружающую среду. Чтобы согласовать исследования ОЖЦ LIB, в этом исследовании также рассматриваются данные ОЖЦ основных материалов батарей в существующих исследованиях, выявляются пробелы в знаниях и даются рекомендации для будущих исследований.

2. Методы

ОЖЦ проводится с использованием выпуска 2018 года модели Аргоннской национальной лаборатории (Аргонн) «Парниковые газы, регулируемые выбросы и использование энергии на транспорте» (GREET ^® ) [15] с одной модификацией, как описано в Приложении A. Dunn et al. в 2012 году в GREET встроили аккумуляторный модуль LCA [14]. С тех пор модуль регулярно обновлялся, чтобы включать новые отраслевые данные по мере их поступления. В частности, в 2015 году мы обновили LCI для производства синтетического графита, металлического лития и рафинированного никеля на основе вторичных данных промышленности [16,17]; в 2017 году мы обновили LCI для производства элементов и сборки пакетов на основе первичных отраслевых данных [18]; в 2018 г. мы актуализировали ИАЦ производства катодных материалов на основе первичных отраслевых данных [19].] и ИЖК для производства аккумуляторных солей кобальта на основе вторичных отраслевых данных [20]. Хотя GREET 2018 охватывает автомобильные LIB на основе оксида лития-марганца (LMO), фосфата лития-железа (LFP), оксида лития-никеля-кобальта-алюминия (NCA) и различных литий-никель-марганцево-кобальтовых оксидов (NMC), это исследование сосредоточено на LIB на основе один NMC, LiNi _1/3 Mn _1/3 Co _1/3 O ₂ (NMC111), так как это преобладающий катодный химический состав, используемый в электромобилях, которые в настоящее время продаются в США, Японии, и Европе [21,22].

Блок EV LIB, исследованный в этом исследовании, имеет общую энергию блока 23,5 кВтч, весит 165 кг и содержит 140 призматических элементов 46 Ач [19]. Плотность энергии батареи составляет 197 Втч/кг на уровне элемента и 143 Втч/кг на уровне упаковки. В каждой ячейке используется NMC111 в качестве материала активного катода и графит в качестве материала активного анода. Предполагается, что поливинилидендифторид (ПВДФ) является связующим материалом как для катода, так и для анода. Для других компонентов элемента предполагается, что электролит представляет собой 1 М/л LiFP 9.0181 6 растворяют в 1:1 этиленкарбонате (ЭК) и диметилкарбонате (ДМК), а сепаратор представляет собой 80 мас.% полипропилена (ПП) и 20 мас.% полиэтилена (ПЭ). Для производства элементов LIB предполагается, что N-метил-2-пирролидон (NMP) является растворителем для приготовления катодной суспензии, а вода — для анода. Затем изготовленные элементы собираются в модули, состоящие из элементов, соединенных параллельно или последовательно, теплопроводов, регулятора состояния заряда, проставок, а также выводов модулей и корпуса. Затем модули собираются в аккумуляторные блоки, которые состоят из модулей, соединенных параллельно или последовательно, модульных компрессионных пластин и ремней, соединительных модулей, системы охлаждения аккумулятора, системы управления аккумулятором (BMS), клемм и нагревателей аккумулятора, а также кожуха аккумулятора. Спецификация (BOM) пакета LIB основана на модели Argonne Battery Performance and Cost (BatPaC) [23]. Подробные составы материалов на уровне ячеек, модулей и пакетов представлены в таблице S1 в дополнительных материалах. Следует отметить, что в GREET блоки LIB для различных электромобилей линейно увеличиваются или уменьшаются по сравнению с эталонным аккумуляторным блоком, поэтому мы представляем здесь результаты LCA для 1 кВтч LIB. Тем не менее, мы признаем, что в действительности спецификация блока LIB и удельная энергия, которые являются детерминированными факторами для результатов LCA LIB, могут значительно различаться в зависимости от типа элемента, конфигурации блока, размера батареи и желаемых показателей производительности электромобиля. Поэтому мы предостерегаем от прямого применения наших результатов на кВтч к блокам EV LIB с заметно отличающимися характеристиками от нашего эталонного блока, а также представляем результаты LCA для 1 кг аккумуляторных материалов, чтобы облегчить анализ таких блоков LIB. Предполагается, что сборка модуля и пакета выполняется вручную и, следовательно, не связана с каким-либо воздействием энергии и окружающей среды. Для сборки модулей и блоков, которая не является на 100% ручной, Ellingsen et al. [10] и Ким и соавт. [12] обнаружили, что потребление энергии и воздействие на окружающую среду минимальны.

Системная граница исследования проходит от колыбели до ворот, которая начинается с добычи сырья (например, руды, рассола, сырой нефти) из-под земли и заканчивается производством аккумуляторной батареи до того, как она покинет ворота фабрика. На рис. 1 показана граница системы. Цветные прямоугольники представляют единичные процессы, которые являются отдельными или агрегированными операциями, которые могут производить промежуточный или конечный продукт, тогда как серые прямоугольники представляют набор единичных процессов, связанных с производством материалов и компонентов в аккумуляторном блоке (т. -to-gate LCA существует в GREET для каждого из серых прямоугольников). Эти процессы обычно включают получение сырья, рафинирование сырья до желаемого качества и иногда придание формы рафинированному материалу. Например, производство кованого алюминия включает добычу бокситов, рафинирование бокситов для производства глинозема, восстановление глинозема для производства алюминия, литье слитков и горячую и холодную прокатку для производства алюминиевых листов.

Функциональной единицей исследования является 1 кВтч. Изученные показатели энергоэффективности и экологической эффективности включают общее энергопотребление, выбросы парниковых газов (ПГ), выбросы NO _x, выбросы SO _x, выбросы PM и потребление воды. Общая энергия — это совокупное потребление энергии, связанное с процессами, включая энергию из ископаемых и возобновляемых источников энергии. Выбросы ПГ рассчитываются на основе 100-летнего потенциала глобального потепления для различных ПГ (например, CO ₂ , CH ₄ и N ₂ O), как указано в пятом оценочном отчете Межправительственной группы экспертов по изменению климата [24], и выражены в кг эквивалента CO ₂ (CO ₂ e).

3. Результаты и обсуждение

3.1. Результаты LCA

На рис. 2 представлены данные об энергии и воздействии на окружающую среду батареи NMC111 емкостью 1 кВтч, а также вклад различных материалов и процесса производства элементов, а также спецификация (т. е. вес различных материалов/компонентов). ПВДФ, сталь, изоляционный материал и охлаждающая жидкость сгруппированы в «Прочие», поскольку на каждый из них приходится менее 1% любой категории воздействия. На рис. 2 показано, что порошок NMC111 вносит наибольший вклад в энергопотребление и экологическую нагрузку аккумуляторов NMC111, составляя 36,4 % от общего энергопотребления39.0,1% выбросов парниковых газов, 63,5% выбросов SO _x, 47,6% выбросов NO _x, 66,3% выбросов PM10 и 31,7% потребления воды. Алюминий и процесс производства элементов также вносят существенный вклад. Очевидно, что 50,8 % потребления воды, 18,1 % общего энергопотребления, 17,0 % выбросов ПГ, 15,3 % выбросов PM10 и 9,2 % выбросов NO _x можно отнести на счет содержания алюминия в воде. батарея, в то время как процесс производства ячейки представляет собой 190,2% от общего потребления энергии, 19,0% выбросов парниковых газов, 13,2% выбросов NO _x и 7,4% потребления воды. Помимо этих трех составляющих, синтетический графит является заметным источником выбросов NO _x , SO _x и PM10 из-за примесей серы, азота и золы в каменноугольном пеке и нефтяном коксе, которые выгорают во время процесс карбонизации для производства графита; на медь приходится значительное количество выбросов SO _x из-за обработки и рафинирования медных сульфидных руд; и электронные детали приводят к значительному общему потреблению энергии и выбросам парниковых газов из-за высокого энергопотребления для производства BMS. Подробная разбивка ударов приведена в таблице S2 в дополнительных материалах.

Как упоминалось ранее, состав материала упаковки LIB может существенно различаться в зависимости от ее конфигурации и конструкции. Чтобы облегчить более широкое применение наших результатов, мы также представляем здесь интенсивность удара каждого материала в пакете LIB, как указано в таблице S3 в дополнительных материалах. Электронные детали, порошок NMC111 и LiPF ₆ в пересчете на кг являются тремя крупнейшими источниками общего энергопотребления и выбросов парниковых газов; Порошок NMC111, медь и LiPF ₆ выделяют наибольшее количество выбросов SO _x; Порошок NMC111, электронные детали и синтетический графит входят в тройку лучших излучателей NO _x; Порошок NMC111, синтетический графит и алюминий выделяют наибольшее количество выбросов PM10; а алюминий, порошок NMC111 и электронные детали являются наиболее водоемкими в производстве.

3.2. Ключевые факторы, влияющие на результаты ОЖЦ

3.2.1. Производство порошка NMC111

Промышленное производство порошка NMC111 включает реакцию NiSO ₄ , MnSO ₄ и CoSO ₄ с NaOH и NH ₄ OH для получения Ni _1/3 Mn _1/3 Co _{1/3 1/3} Co — осаждение и последующее прокаливание Ni _1/3 Mn _1/3 Co _1/3 (OH) ₂ и Li ₂ CO ₃ для получения катодного порошка. В большинстве существующих исследований LIB LCA используется LCI для производства порошка NMC в лабораторных масштабах, описанный в Majeau-Bettez et al., который основывает входные материалы на стехиометрическом расчете, а затраты энергии на инженерном расчете [9].]. В ходе визита на место и исследования мы получили данные о потоках материалов и энергии, связанных с производством порошка NMC111, от ведущего производителя катодных материалов в Китае [19], который входит в пятерку крупнейших мировых поставщиков NMC. Наш LCI указан в таблице S4 в дополнительных материалах вместе с теми, о которых сообщается в Majeau-Bettez et al. [9] и Ellingsen et al. [10].

Полученные нами первичные отраслевые данные показывают, что процесс производства порошка NMC111 является энергоемким: этап соосаждения потребляет 42,6 МДж тепла для производства 1 кг Ni _1/3 Mn _1/3 Co _1/3 (OH) ₂ , а стадия прокаливания потребляет 25,2 МДж электроэнергии для производства 1 кг порошка NMC111 [19]. Напротив, Majeau-Bettez et al. подсчитали, что процесс соосаждения не требует затрат энергии, а процесс прокаливания потребляет 0,55 МДж тепла на кг полученного порошка NMC111 [9]. Причин такой разительной разницы несколько. Во-первых, лабораторные и экспериментальные процессы, о которых сообщается в литературе, могут не отражать фактический процесс, используемый в отрасли. Например, обработка отходов на месте обычно не требуется в процессах лабораторного синтеза, но может быть обязательной для промышленного производства. Для стадии соосаждения очистка сточных вод на производстве может обеспечить 45 % потребности в тепле, так как аммиак из сточных вод удаляется в отпарной колонне аммиака, а сульфат натрия — в четырехкорпусном испарителе [19].]. Мы также узнали от производителя, что катодные материалы для автомобильных ЛИА нуждаются в нескольких стадиях прокаливания, в отличие от одностадийного прокаливания, о котором сообщается в литературе, и, следовательно, приводят к более высокому потреблению электроэнергии [19]. Во-вторых, при инженерном расчете обжига Majeau-Bettez et al. предположили камерную печь и коэффициент использования 33% [9], оба из которых приемлемы для общепромышленных операций, но не применимы для производства катодного порошка. Для производства катодного порошка сырье составляет более 50% производственных затрат, тогда как коммунальные услуги составляют менее 5% [25]. Таким образом, приоритетом производителя является максимальное увеличение выхода материала и обеспечение качества продукции, а не повышение эффективности использования энергии. В результате печь с роликовым подом, используемая для прокаливания, спроектирована со значительной избыточной мощностью для равномерного распределения температуры и быстрого обжига и, таким образом, очень энергоемкая в эксплуатации. Даже если производитель хочет повысить энергоэффективность процесса по причинам, отличным от затрат, возможности могут быть ограничены, поскольку печь представляет собой специальное оборудование и может иметь не так много опций.

Что касается материальных затрат, оценки, основанные на стехиометрическом расчете, хорошо согласуются с отраслевыми данными, поскольку производитель может достичь выхода материала, близкого к 100%. Однако мы обнаружили, что в дополнение к солям металлов и гидроксиду натрия для стадии соосаждения также требуется гидроксид аммония. Кроме того, литиевая соль, используемая в промышленном производстве NMC111 для охарактеризованной нами установки, представляет собой карбонат лития, а не гидроксид лития, как сообщается в литературе.

На рис. 3 показано воздействие на энергию и окружающую среду, связанное с промышленным производством 1 кг порошка NMC111, вместе со спецификацией. Подробные численные результаты представлены в таблице S5 в дополнительных материалах. Как видно из рисунка 3, энергетические потребности для соосаждения и прокаливания вносят основной вклад в общее потребление энергии и выбросы парниковых газов при производстве катодного порошка, в то время как производство исходных материалов, особенно материалов, содержащих кобальт и никель, доминирует в производстве катодного порошка. остальные категории воздействия.

3.2.2. Производство ячеек

Процесс производства ячеек состоит из подготовки суспензии, изготовления электродов, сборки ячеек и кондиционирования ячеек. Производство электродов также включает нанесение суспензии на токосъемники, сушку, каландрирование и резку [26]. Поскольку влага отрицательно влияет на электрохимические характеристики ЛИА, процесс сборки элементов необходимо проводить в сухом помещении, где влажность строго контролируется [26]. Работа в сухих помещениях была определена как преобладающий фактор использования энергии для производства клеток [10,11,27]. Сушка электрода также может вносить значительный вклад, если NMP используется в качестве растворителя для приготовления суспензии, и в этом случае для процесса сушки электрода потребуется большое количество нагретого воздуха, чтобы поддерживать концентрацию паров NMP значительно ниже его предела воспламеняемости [28]. ].

Существующие исследования показали, что промышленное производство элементов LIB является чрезвычайно энергоемким. Эллингсен и др. получили данные о ежемесячном потреблении электроэнергии производителем ячеек за восемнадцатимесячный период и сообщили об интенсивности электроэнергии для производства ячеек, которая имела нижнее значение 586 МДж/кВт-ч произведенной ячейки и среднее значение 2318 МДж/кВт-ч произведенной ячейки [10]. ]. Точно так же Ким и соавт. полученные от их (Ford Motor Company) данных об энергопотреблении для производства аккумуляторов в период с января по декабрь 2014 г. [12]. Хотя первоначальные данные об энергопотреблении не были раскрыты, Kim et al. оценили использование первичной энергии для производства элементов и упаковки в 1500 МДж/кВтч произведенной батареи [12], что может соответствовать электроемкости 525 МДж/кВтч при коэффициенте преобразования первичной энергии в электроэнергию 0,35. Основываясь на разбивке воздействия на окружающую среду, о которой сообщили Ким и др., мы оцениваем, что более 90% энергоемкости можно отнести к производству клеток.

Однако отраслевые данные, полученные нами в 2017 году от ведущего китайского производителя LIB, который входит в десятку крупнейших в мире поставщиков автомобильных LIB, свидетельствуют о гораздо меньшей энергоемкости производства элементов. Во время нашего визита производитель сообщил, что производственная линия, введенная в эксплуатацию в 2016 году, потребляет электроэнергию и пар. Электроэнергия в основном используется для питания 11 осушителей и четырех промышленных чиллеров, а пар преимущественно используется для осушения и сушки, в то время как потребление электроэнергии и пара другим оборудованием и процессами незначительно. Производитель также подсчитал, что при работе на 75% мощности сухое помещение потребляет 7–26 МДж электроэнергии и 56–71 МДж пара на производство 1 кВт·ч электролизера в зависимости от климатических условий, а процесс сушки электродов потребляет 56– 71 МДж пара на кВтч произведенной ячейки. Прибавляя потребность в электроэнергии для полной зарядки батареи, которая составляет 4 МДж/кВтч, мы получаем, что энергоемкость производства элементов составляет 170 МДж/кВтч, из которых 30 МДж приходится на электричество, а 140 МДж – на пар. [18].

Следует признать, что на энергоемкость производства клеток могут влиять многие факторы. Например, завод по производству элементов в жарком и влажном регионе будет потреблять больше энергии для работы в сухом помещении, чем завод в умеренном климате. Установка, использующая NMP как для приготовления катодной, так и для анодной суспензии, как предполагается в Ellingsen et al. [10], потребуется больше энергии для сушки электродов, чем для сушки с использованием воды. Однако определяющим фактором мы считаем производственную мощность завода и его пропускную способность.

Эллингсен и др. не предоставили никакой информации о производителе ячеек, который предоставил данные об использовании энергии, за исключением того, что он базировался в Восточной Азии [10]. Тем не менее, по нашим оценкам, его производственная мощность была значительно ниже 1 ГВтч в год на момент сбора данных, поскольку глобальные автомобильные продажи ЛИА составили менее 5 ГВтч в 2012 году и менее 10 ГВтч в 2013 году [22]. Напротив, данные об энергопотреблении, которые мы получили, представляют энергопотребление производственной линии мощностью 40 000 призматических ячеек NMC 43 Ач 3,7 В в день, что составляет 2 ГВтч в год. Эллингсен и др. признали, что существенное изменение значений энергоемкости, которое они получили, указывает на то, что энергоэффективность завода может быть улучшена [10], в то время как завод, от которого мы получили наши данные, принял меры по повышению энергоэффективности, чтобы снизить себестоимость производства элементов.

Ким и др. раскрыли, что данные об энергопотреблении были измерены на заводе LG Chem в Очанге в Южной Корее [12]. Завод в Очанге был способен производить 200 000 аккумуляторов для электромобилей в 2014 году [29], что соответствует мощности примерно 3–4 ГВтч в год. Однако в 2014 году все производители аккумуляторов в Южной Корее в совокупности произвели около 70 000 аккумуляторов для электромобилей [30], что свидетельствует о серьезной недогрузке завода в Очанге. Несмотря на то, что при низком спросе производитель аккумуляторов может остановить некоторые производственные линии для снижения эксплуатационных расходов, мы сомневаемся, что серьезная неполная загрузка завода в Очанге в 2014 году может быть полностью смягчена таким образом, потому что по крайней мере одна производственная линия должна продолжать работать для каждой заказанной конструкции ячейки. Поскольку объем сухого помещения диктует его использование энергии независимо от пропускной способности [27], недоиспользование приведет к переоценке энергоемкости производства клеток.

3.2.3. Цепочка поставок литий-ионных аккумуляторов

Местоположение производственных мощностей и происхождение материалов для аккумуляторов также могут существенно влиять на энергопотребление и воздействие литий-ионных аккумуляторов на окружающую среду. На рис. 4 представлено потребление энергии в процессе производства каждого материала, содержащегося в 1 кВтч батареи NMC111, и потребность в энергии для производства элементов с разбивкой по электричеству и топливу. Топливо включает природный газ, уголь, мазут, дизельное топливо и бензин. Энергопотребление процесса представляет собой сумму всей покупной энергии, потребляемой для производства первичных материалов, включая энергию, используемую для добычи, переработки и очистки сырья, но исключая энергию, используемую в качестве сырья, например, долю природного газа и нефти, используемую в производство пластмасс, перерабатываемых в этилен. На Рисунке 4 показано, что коллективное производство материалов для аккумуляторов намного более энергоемко, чем процесс производства элементов. Рисунок 4 также показывает, что для производства некоторых материалов, входящих в состав 1 кВт/ч батареи NMC, особенно алюминия, порошка NMC111 и электронных деталей, требуется большое количество электроэнергии. В процессе производства клеток также используется значительное количество электроэнергии. Поскольку сочетание электроэнергии для производства материалов и элементов может существенно различаться в зависимости от географического региона, энергетическое и экологическое воздействие производства аккумуляторов необходимо обсуждать в тандеме с цепочкой поставок аккумуляторов.

GREET 2018 предполагает, что производство аккумуляторов базируется в Соединенных Штатах, а материалы доступны на рынке США. Предполагаемое географическое распределение деятельности, связанной с производством аккумуляторов NMC111, показано на рисунке S1 в дополнительных материалах. Результаты, показанные на рисунке 2 и рисунке 3, отражают эти предположения. В частности, в GREET предполагается, что алюминий поступает из Северной Америки, а 81% электроэнергии, используемой для выплавки первичного алюминия в Северной Америке, приходится на гидроэнергетику [31]. Это объясняет значительный водный след алюминия, как показано на рис. 2 (поскольку испарение с поверхности водохранилища включено в водопотребление жизненного цикла в GREET), и относительно небольшой вклад алюминия в другие категории воздействия, которые на первый взгляд не учитываются. кажется, совпадают с потреблением энергии в процессе. Если алюминий будет поступать из региона, где алюминиевые заводы питаются электроэнергией, вырабатываемой из ископаемого топлива, результирующее потребление воды от колыбели до ворот батареи NMC будет заметно снижено, в то время как остальные воздействия будут заметно выше. Точно так же значительное потребление воды CoSO ₄ также можно проследить до использования гидроэлектроэнергии в Конго для добычи и переработки кобальтовой руды [20].

В GREET также предполагается, что порох NMC111 и батарея произведены в Соединенных Штатах с электричеством из национальной сети. Оранжевые столбцы на Рисунке 2 и Рисунке 3 рассчитаны на основе структуры национальной энергосистемы США в 2017 г., которая включает 32,7 % угля, 29,8 % природного газа, 20,6 % атомной энергии, 7,7 % гидроэлектроэнергии, 6,4 % ветра и 2,7 % других источников энергии [32]. Если производство порошка NMC111 и/или батареи происходит в регионе, который преимущественно зависит от возобновляемых источников энергии для производства электроэнергии, связанное с этим общее потребление энергии и выбросы будут значительно ниже.

Помимо состава электроэнергии, промышленные методы в одном регионе также могут отличаться от методов в другом. Например, при производстве кобальта из сульфидных руд образуются большие объемы выбросов SO ₂ на стадии обжига руды, как и при производстве никеля из сульфидов. Однако в Конго выбросы SO ₂, образующиеся при обжиге медно-кобальтовых руд, улавливаются для производства серной кислоты. Поскольку в Конго нет химической промышленности, заводы по переработке руды производят серную кислоту на месте из импортируемой серы. Установка, преобразующая SO ₂ от обжига серы в серную кислоту также преобразует SO ₂ от обжига руды, которая в противном случае выбрасывалась бы, чтобы частично удовлетворить потребность в серной кислоте завода по переработке гидрометаллургической руды, тем самым снижая эксплуатационные расходы [20]. SO ₂ выбросы от производства никеля на заводах «Норильского никеля» в России, напротив, выбрасываются в атмосферу и вызывают серьезные экологические проблемы, в то время как другие никелевые заводы по всему миру приняли меры по контролю выбросов для сокращения ТАК ₂ выбросы [33,34]. Производство аккумуляторных солей никеля в GREET основано на мировом производстве никеля класса 1 (содержание никеля 99% и более), в том числе в России [17], что значительно увеличивает выбросы SO _x от NiSO ₄ и, в конечном счете, Производство порошка NMC111. Это объясняет резкое различие между выбросами SO _x от CoSO ₄ и выбросами от NiSO ₄, как показано на рисунке 3. Высокие выбросы PM10 от CoSO 9Производство 0181 4 также можно объяснить практикой, характерной для добычи кобальтовой руды в Конго, где извлеченные руды с низким содержанием обычно хранятся в складах до тех пор, пока не будут добыты и переработаны все руды с высоким содержанием на месторождении, что может занять 20–30 лет. Ветровая эрозия склада в течение такого длительного времени приводит к большим выбросам PM10 [35]. Более того, дизельное топливо и реагенты, используемые для добычи и переработки медно-кобальтовой руды в Конго, приходится ввозить и перевозить грузовиками на большие расстояния, в основном по грунтовым дорогам, что также приводит к значительным выбросам PM10 [20,35].

3.3. Пробелы в знаниях

Например, производство порошка NMC111 продемонстрировало ценность отраслевых данных для оценки жизненного цикла батареи. К сожалению, отраслевые данные по остальным материалам аккумуляторов остаются скудными или вообще отсутствуют, что вынуждает исследователей LCA прибегать к инженерным расчетам или приближениям, чтобы заполнить пробелы в данных. Предположения, сделанные в существующих исследованиях ОЖЦ для основных материалов батарей, обобщены в таблице 1.

Ромаре и Даллоф рассмотрели существующие исследования ОЖЦ для автомобильных ЛИА и предложили улучшить ОЖЦ для электронных компонентов [37]. Мы придерживаемся того же мнения, учитывая сложность электронных частей и их высокую интенсивность удара, как показано в таблице S3 в дополнительных материалах. Кроме того, мы считаем, что LCI для графита, LiPF ₆ , и сепаратор также должен быть улучшен в будущих исследованиях, желательно с первичными отраслевыми данными. Графит является третьим наиболее распространенным материалом в аккумуляторе NMC111. Однако его производственная потребность в энергии, возможно, была значительно недооценена в существующих исследованиях ОЖЦ. Ноттер и др. смоделированное производство графита путем добычи и обработки природного графита с последующим прокаливанием, а потребность в энергии для этапа прокаливания была основана на термодинамических расчетах [2]. В GREET 2018 предполагается, что графит получают из нефтяного кокса и каменноугольного пека путем карбонизации с последующей графитизацией, а потребность в энергии оценивалась на основе вторичных отраслевых данных и термодинамических расчетов [16]. В обоих случаях не учитываются потребности в материалах и энергии для измельчения частиц, последнего шага к производству аккумуляторного графита [38]. Для производства LiPF ₆, существующие LCI в Notter et al. и GREET были основаны на процессах лабораторного синтеза, которые могут не соответствовать промышленному производству. Кроме того, потребление энергии оценивалось на основе термодинамических расчетов, что могло быть серьезно занижено. Что касается сепаратора, существующие исследования моделировали его как смесь обычных пластиков без учета задействованных производственных процессов. Сепаратор может быть вторым по величине источником стоимости материалов для производства клеток [26] и продаваться по цене 160 долларов за кг [23]. Поэтому, моделируя его просто по составу материала, вы рискуете упустить потенциально косвенные процессы добавления стоимости, которые могут быть связаны со значительными потребностями в материалах и энергии.

3.4. LIB LCA Harmonization

Были предприняты некоторые усилия по согласованию результатов существующих исследований LCA по LIB [39,40,41]. Здесь мы обсуждаем две возможности гармонизации на уровне LCI: использование растворителя для приготовления суспензии при производстве элементов и переработанное содержание алюминия, используемого в аккумуляторе. Предполагаемые типы и количества растворителей в существующих исследованиях LCA приведены в Таблице 2.

В Таблице 2 показана заметная разница в предполагаемом потреблении растворителя между GREET и другими исследованиями. Мы полагаем, что допущения, сделанные в других исследованиях, могут не отражать текущую промышленную практику, где NMP обычно используется в качестве растворителя для приготовления катодной суспензии, а вода — для анода [26,42]. Кроме того, из-за его высокой стоимости и связанных с этим проблем с безопасностью и защитой окружающей среды NMP восстанавливается при сушке электродов и перерабатывается [28,42], что приводит к минимальным потерям в процессе. Хотя NMP не вносит значительного вклада ни в одну из категорий воздействия и выбросов, рассмотренных в этом исследовании, результаты LCA, представленные Ellingsen et al. [10] указывают на то, что предполагаемое потребление NMP может оказать сильное влияние на способность батареи к эвтрофикации морской среды.

Для алюминиевых компонентов батареи в существующих исследованиях [2,9,10] использовалась смесь производства алюминия из базы данных ecoinvent. Эллингсен и др. уточнил, что структура производства алюминия в экоинвенте 2.2 предполагала 32% вторичного содержания, из которых 10% приходилось на старый лом и 22% на новый лом [10]. В GREET 2018 для алюминия, используемого в производстве аккумуляторов, предполагается содержание вторичного сырья в размере 11%. Следует, однако, отметить, что алюминий, используемый для производства аккумуляторов, может быть на 100 % первичным, потому что, за исключением алюминиевых банок, бытовые (старые) кованые алюминиевые отходы обычно перерабатываются в литой алюминий [43], в то время как различия в марках сплавов и спецификациях алюминиевых компонентов в литий-ионных аккумуляторных батареях могут создать проблемы для замкнутой переработки производственных (новых) алюминиевых отходов. Поскольку производство первичного алюминия и производство вторичного алюминия имеют очень разные энергетические и экологические характеристики, предполагаемое содержание вторичного алюминия может существенно повлиять на результаты ОЖЦ ЛИА.

Поскольку многие из существующих исследований ОЖЦ аккумуляторов опираются на фоновые данные в ecoinvent, мы также сравниваем интенсивность выбросов ПГ отдельных материалов и компонентов аккумуляторов, оцененных с помощью GREET 2018, с данными, оцененными с помощью ecoinvent 2.2 [10,44] и ecoinvent 3. 1 [37]. ] и суммировать результаты в таблице 3. Таблица 3 показывает значительные различия в интенсивности выбросов ПГ между GREET и ecoinvent для кобальта и LiPF ₆ , скорее всего, из-за различных предполагаемых путей производства и охвата данных для этих материалов. Различия в интенсивности выбросов ПГ для компонентов аккумуляторов, показанные в таблице 3, являются комбинированным результатом различных значений LCI, принятых для компонента, и различных интенсивностей выбросов ПГ материала из базы данных фоновых данных. Например, при оценке с помощью GREET 2018 ИЖК для катодной пасты, принятой в этом исследовании, дает интенсивность выбросов ПГ, равную 14,8 кг CO ₂ е/кг, в то время как LCI для катодной пасты, принятый Ellingsen et al. дает интенсивность выбросов ПГ 17,5 кг CO ₂ е/кг. Напротив, при оценке с помощью ecoinvent 2.2 тот же LCI, который предполагал Ellingsen et al. дает интенсивность выбросов ПГ 7,1 кг CO ₂ е/кг.

4.

Выводы

Основываясь на данных, представляющих текущее крупномасштабное промышленное производство литий-ионных аккумуляторов, мы пришли к выводу, что предварительное производство аккумуляторных материалов в целом сопряжено с большими энергетическими и экологическими нагрузками, чем производство элементов и процесс сборки аккумуляторов. Мы также обнаружили, что активный материал катода, алюминий и потребление энергии для производства элементов являются тремя наиболее заметными факторами, влияющими на энергию от колыбели до затвора и воздействие на окружающую среду, связанное с батареями NMC111. Однако мы также признаем, что результаты ОЖЦ в значительной степени зависят от спецификации аккумуляторов и цепочки поставок аккумуляторов. Поскольку спецификация аккумуляторов может значительно различаться в зависимости от конструкции и конфигурации аккумуляторов, а цепочка поставок аккумуляторов может существенно различаться в зависимости от географического местоположения, мы воздерживаемся от сравнения наших результатов ОЖЦ с результатами других исследований. Чтобы сделать такое сравнение значимым, потребуется, чтобы ИЖЦ, представленные в различных исследованиях, были согласованы, а затем оценены с использованием одной и той же фоновой базы данных ОЖЦ, как это сделано Peters et al. [41], что выходит за рамки данного исследования. Вместо этого мы изложили основные различия между LCI этого исследования и теми, о которых сообщают другие, чтобы облегчить интерпретацию наших результатов. В свете динамичного и разнообразного характера отрасли LIB будущие исследования ОЖЦ аккумуляторов должны быть максимально прозрачными в отношении сделанных предположений и используемых данных, чтобы поместить результаты в контекст и обеспечить возможность сравнения между различными исследованиями. Будущие исследования LCA аккумуляторов могут также изучить временные и пространственные вариации процессов производства аккумуляторных материалов и элементов, чтобы получить более полную картину устойчивости глобальной индустрии LIB.

Мы также обнаружили, что данные, репрезентативные для крупномасштабного промышленного производства, являются ключевыми для оценки жизненного цикла батареи. Данные LCI, которые мы представляем в этом исследовании, представляют собой производство элементов и сборку пакетов в 2017 году одним из десяти ведущих мировых производителей автомобильных LIB, а также производство порошка NMC в 2018 году одним из пяти ведущих мировых производителей NMC. Однако другие производители могут использовать другие производственные процессы, а технологии и схемы процессов могут со временем развиваться. По мере того, как мир наращивает производство ЛИА, к 2018 году было объявлено о создании девяти заводов по производству аккумуляторов, каждый с производственной мощностью более 20 ГВтч в год [30]. После завершения и ввода в эксплуатацию эти заводы могут существенно изменить цепочку поставок LIB в том виде, в каком мы ее знаем, и оказать серьезное влияние на устойчивость LIB. Будущие исследования должны продолжать запрашивать информацию у аккумуляторной промышленности, особенно о производстве материалов для аккумуляторов и производстве элементов на крупных коммерческих предприятиях, чтобы улучшить наше понимание энергетических и экологических характеристик LIB и определить возможности для улучшения.

Дополнительные материалы

Следующие материалы доступны в Интернете по адресу https://www.mdpi.com/2313-0105/5/2/48/s1, Рисунок S1: Географическое распределение деятельности по производству аккумуляторов NMC111, Таблица S1: Спецификация эталонный аккумуляторный блок NMC111 на 23,5 кВт·ч, Таблица S2: Результаты LCA от колыбели до затвора для аккумулятора NMC111 мощностью 1 кВт·ч, Таблица S3: Интенсивность удара на кг материалов в аккумуляторе NMC, Таблица S4: Сравнение зарегистрированных LCI для производства порошка NMC , Таблица S5: Результаты LCA от колыбели до ворот для 1 кг порошка NMC111.

Вклад авторов

Концептуализация, Q.D., J.C.K., L.G. и М.В.; Формальный анализ, QD; Написание — подготовка первоначального проекта, QD; написание — обзор и редактирование, QD, JCK, L.G. и M.W.

Финансирование

Это исследование финансировалось Министерством энергетики США по контракту DE-AC02-06Ch21357.

Благодарности

Мы хотели бы поблагодарить Дэвида Хауэлла и Сэмюэля Гилларда из Управления транспортных технологий, Управления энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США за их поддержку.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Приложение A

Результаты, представленные в этом исследовании, оцениваются с помощью пересмотренной версии GREET2 2018, в которой предполагается, что 1 кг сульфата никеля получается путем реакции 0,379 кг рафинированного никеля (GREET2, вкладка «Other_Cathodes», ячейка A6). и B6) с 0,634 кг серной кислоты, в то время как официальная версия GREET2 2018 предполагает, что 1 кг сульфата никеля производится путем взаимодействия 0,483 кг оксида никеля (NiO) с 0,634 кг серной кислоты, и в качестве условного показателя используется рафинированный никель. для NiO.

Ссылки

Международное энергетическое агентство. Ключевая мировая энергетическая статистика. 2018. Доступно в Интернете: https://www.iea.org/statistics/kwes/ (по состоянию на 14 декабря 2018 г.).
Ноттер, Д.А.; Гаух, М .; Видмер, Р.; Вэгер, П.; Штамп, А . ; Зах, Р .; Альтхаус, Х.-Й. Вклад литий-ионных аккумуляторов в воздействие электромобилей на окружающую среду. Окружающая среда. науч. Технол. 2010 , 44, 6550–6556. [Google Scholar] [CrossRef]
Фариа Р.; Маркес, П.; Мура, П.; Фрейре, Ф.; Дельгадо, Дж.; де Алмейда, А.Т. Влияние состава электроэнергии и профиля использования на оценку жизненного цикла электромобилей. Продлить. Поддерживать. Энергия Ред. 2013 , 24, 271–287. [Google Scholar] [CrossRef]
Хокинс, Т.Р.; Сингх, Б.; Мажо-Беттез, Г.; Стрёмман, А. Х. Сравнительная экологическая оценка жизненного цикла обычных и электрических транспортных средств. J. Ind. Ecol. 2013 , 17, 53–64. [Google Scholar] [CrossRef]
Бауэр, К.; Хофер, Дж.; Альтхаус, Х.-Дж.; Дель Дуче, А .; Саймонс, А. Экологические характеристики существующих и будущих пассажирских транспортных средств: оценка жизненного цикла на основе новой структуры анализа сценариев. заявл. Энергия 2015 , 157, 871–883. [Google Scholar] [CrossRef]
Стивенс, Т.; Чжоу, Ю .; Бернхэм, А .; Ван, М. Стимулирование внедрения электромобилей с подзарядкой от сети: обзор глобальной политики и рынков. АНЛ/ЭСД-18/7; 2018. Доступно в Интернете: https://greet.es.anl.gov/publication-incentivizing_pev (по состоянию на 21 января 2019 г.).
Международное энергетическое агентство. Global EV Outlook 2018. 2018. Доступно в Интернете: https://www.iea.org/gevo2018/ (по состоянию на 14 декабря 2018 г.).
Международное энергетическое агентство. [email protected] Кампания. 2018. Доступно в Интернете: https://www.iea.org/media/topics/transport/3030CampaignDocumentFinal.pdf (по состоянию на 14 декабря 2018 г.).
Мажо-Беттез, Г.; Хокинс, Т.Р.; Стрёмман, А. Х. Экологическая оценка жизненного цикла литий-ионных и никель-металлгидридных аккумуляторов для подключаемых гибридных и аккумуляторных электромобилей. Окружающая среда. науч. Технол. 2011 , 45, 4548–4554. [Google Scholar] [CrossRef]
Ellingsen, L.A.-W.; Мажо-Беттез, Г.; Сингх, Б.; Шривастава, А.К.; Валён, Л.О.; Стрёмман, А. Х. Оценка жизненного цикла автомобильного блока с литий-ионным аккумулятором. J. Ind. Ecol. 2014 , 18, 113–124. [Академия Google] [CrossRef]
Данн, Дж. Б.; Гейнс, Л.; Келли, Дж. К.; Джеймс, К.; Галлахер, К.Г. Значение литий-ионных аккумуляторов в энергии жизненного цикла электромобилей и выбросах, а также роль переработки в их сокращении. Энергетическая среда. науч. 2015 , 8, 158–168. [Google Scholar] [CrossRef]
Kim, HC; Уоллингтон, Т.Дж.; Арсено, Р .; Бэ, К.; Ан, С .; Ли, Дж. Выбросы от колыбели до ворот от литий-ионной батареи коммерческого электромобиля: сравнительный анализ. Окружающая среда. науч. Технол. 2016 , 50, 7715–7722. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
«> Peters, J.F.; Бауманн, М.; Циммерманн, Б.; Браун, Дж.; Вейл, М. Воздействие литий-ионных аккумуляторов на окружающую среду и роль ключевых параметров — обзор. Продлить. Поддерживать. Energy Rev. 2017 , 67, 491–506. [Google Scholar] [CrossRef]
Данн, Дж.; Гейнс, Л.; Барнс, М.; Салливан, Дж.; Ван, М. Потоки материалов и энергии на этапах производства материалов, сборки и окончания срока службы жизненного цикла автомобильных литий-ионных аккумуляторов. ANL/ESD/12-3 Rev; 2012. Доступно в Интернете: https://greet.es.anl.gov/publication-li-ion (по состоянию на 14 декабря 2018 г.).
Аргоннская национальная лаборатория. Модель GREET: Модель парниковых газов, регулируемых выбросов и использования энергии в транспортной модели. 2018. Доступно в Интернете: https://greet.es.anl.gov/ (по состоянию на 14 декабря 2018 г.).
Данн, Дж.; Джеймс, К.; Гейнс, Л.; Галлахер, К.; Дай, К.; Келли, Дж. К. Материальные и энергетические потоки при производстве катодных и анодных материалов для литий-ионных аккумуляторов. ANL/ESD-14/10 Ред.; 2015. Доступно в Интернете: https://greet.es.anl.gov/publication-anode-cathode-liion (по состоянию на 14 декабря 2018 г.).
Бенавидес, П.Т.; Дай, К.; Салливан, Дж.; Келли, Дж. К.; Данн, Дж. Материальные и энергетические потоки, связанные с отдельными металлами в GREET2: молибден, платина, цинк, никель, кремний. АНЛ/ЭСД-15/11; 2015. Доступно в Интернете: https://greet.es.anl.gov/publication-mo-pt-zn-ni-si (по состоянию на 14 декабря 2018 г.).
Дай, К.; Данн, Дж.; Келли, Дж. К.; Элговайни, А. Обновление анализа жизненного цикла литий-ионных аккумуляторов в модели GREET. 2017. Доступно в Интернете: https://greet.es.anl.gov/publication-Li_battery_update_2017 (по состоянию на 14 декабря 2018 г.).
Дай, К.; Келли, Дж. К.; Данн, Дж.; Бенавидес, П. Обновление списка материалов и производства катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов в модели GREET. 2018. Доступно в Интернете: https://greet. es.anl.gov/publication-update_bom_cm (по состоянию на 14 декабря 2018 г.).
Дай, К.; Келли, Дж. К.; Элговайни, А. Обновление анализа жизненного цикла кобальта для модели GREET. 2018. Доступно в Интернете: https://greet.es.anl.gov/publication-update_cobalt (по состоянию на 14 декабря 2018 г.).
Бломгрен, Г.Э. Развитие и будущее литий-ионных аккумуляторов. Дж. Электрохим. соц. 2017 , 164, А5019–А5025. [Google Scholar] [CrossRef]
Пилот, К. Рынок аккумуляторных батарей и основные тенденции 2017–2025 гг. Представлено на Международном семинаре и выставке аккумуляторов 2018 года, Форт-Лодердейл, Флорида, США, 26–29 марта 2018 г. [Google Scholar]
Аргоннская национальная лаборатория. BatPaC: модель производительности и стоимости литий-ионных аккумуляторов для электромобилей. 2018. Доступно в Интернете: http://www.cse.anl.gov/batpac/ (по состоянию на 14 декабря 2018 г.).
«> МГЭИК. Изменение климата 2014: Обобщающий отчет. Вклад рабочих групп I, II и III в Пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата; Основная группа авторов, Пачаури, Р.К., Мейер, Л.А., ред.; МГЭИК: Женева, Швейцария, 2014 г.; 151 стр. [Академия Google]
Ахмед С.; Нельсон, Пенсильвания; Галлахер, К.Г.; Сусарла, Н.; Диз, Д.В. Стоимость и потребность в энергии для производства никель-марганцево-кобальтового катодного материала для литий-ионных аккумуляторов. J. Источники питания 2017 , 342, 733–740. [Google Scholar] [CrossRef][Зеленая версия]
Кваде, А.; Хазелридер, В.; Лейтофф, Р.; Модлингер, А .; Дитрих, Ф .; Дредер, К. Текущее состояние и проблемы технологий производства автомобильных аккумуляторов. Нац. Энергия 2018 , 3, 290–300. [Академия Google] [CrossRef]
Ахмед С.; Нельсон, Пенсильвания; Диз, Д.В. Исследование сухого помещения на заводе по производству аккумуляторов с использованием модели процесса. J. Источники питания 2016 , 326, 490–497. [Google Scholar] [CrossRef][Зеленая версия]
Ахмед С.; Нельсон, Пенсильвания; Галлахер, К.Г.; Диз, Д.В. Энергетическое воздействие сушки катода и регенерации растворителя при производстве литий-ионных аккумуляторов. J. Источники питания 2016 , 322, 169–178. [Google Scholar] [CrossRef][Зеленая версия]
Деловая Корея. В этом году LG Chem представит Holland Battery в сети. 2015. Доступно в Интернете: http://www.businesskorea.co.kr/news/articleView.html?idxno=1049.9 (по состоянию на 17 декабря 2018 г.).
Лутсей, Н.; Грант, М.; Ваппельхорст, С.; Чжоу, Х. Power Play: как правительства стимулируют производство электромобилей. 2018. Доступно в Интернете: https://www.theicct.org/sites/default/files/publications/EV_Government_WhitePaper_20180514.pdf (по состоянию на 17 декабря 2018 г.).
Дай, К.; Келли, Дж. К.; Бернхэм, А . ; Элговайни, А. Обновленный анализ жизненного цикла производства алюминия и полуфабрикатов для модели GREET. АНЛ/ЭСД-15/12; 2015. Доступно в Интернете: https://greet.es.anl.gov/publication-2015-al-update (по состоянию на 17 декабря 2018 г.).
Ван М.; Элговейни, А .; Бенавидес, П.; Бернхэм, А .; Кай, Х .; Дай, К.; Хокинс, Т .; Келли, Дж. К.; Квон, Х .; Ли, Д.-Ю.; и другие. Сводка расширений и обновлений в GREET 2018. ANL-18/38; 2018. Доступно в Интернете: https://greet.es.anl.gov/publication-greet-2018-summary (по состоянию на 17 декабря 2018 г.).
Земная обсерватория НАСА. Рукотворный вулкан над Норильском. 2017. Доступно в Интернете: https://earthobservatory.nasa.gov/images//a-manmade-volcano-over-norilsk (по состоянию на 17 декабря 2018 г.).
Ньяа О. Норникель и Кольский полуостров: экологическая ответственность в год экологии. 2018. Доступно в Интернете: https://www.nornickel.com/files/en/investors/cmd/Nornickel-on-The-Kola-Peninsula. pdf (по состоянию на 25 января 2019 г.).
Голдер Ассошиэйтс. Оценка воздействия на окружающую среду Проект Tenke Fungurume — Том A: ОВОСС Введение и описание проекта. 2007. Доступно в Интернете: https://www3.opic.gov/environment/eia/tenke/Volume%20A%20ESIA%20Introduction%20and%20Project%20Description.pdf (по состоянию на 25 января 2019 г.).).
Закриссон, М.; Авеллан, Л.; Орлениус, Дж. Оценка жизненного цикла литий-ионных аккумуляторов для подключаемых гибридных электромобилей — критические вопросы. Дж. Чистый. Произв. 2010 , 18, 1519–1529. [Google Scholar] [CrossRef]
Ромаре, М.; Даллоф, Л. Потребление энергии в течение жизненного цикла и выбросы парниковых газов от литий-ионных аккумуляторов. 2017. Доступно онлайн: https://www.ivl.se/download/18.51715bdaebede9559/1496046218976/C243+The+life+cycle+energy+consumption+and+CO2+emissions+from+lithium+ion+batteries+.pdf ( по состоянию на 20 декабря 2018 г. ).
Шмуч Р.; Вагнер, Р .; Хёрпель, Г.; Плаке, Т .; Винтер М. Эксплуатационные характеристики и стоимость материалов для автомобильных аккумуляторных батарей на литиевой основе. Нац. Энергия 2018 , 3, 267–278. [Google Scholar] [CrossRef]
Амвросий Х.; Кендалл, А. Влияние химического состава и производительности батареи на интенсивность выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла электромобилей. трансп. Рез. Часть D Трансп. Окружающая среда. 2016 , 47, 182–194. [Google Scholar] [CrossRef][Green Version]
Ellingsen, L.A.-W.; Хунг, CR; Стрёмман, А. Х. Выявление ключевых предположений и различий в исследованиях по оценке жизненного цикла литий-ионных тяговых батарей с акцентом на выбросы парниковых газов. трансп. Рез. Часть D Трансп. Окружающая среда. 2017 , 55, 82–90. [Google Scholar] [CrossRef]
Peters, J.F.; Вейл, М. Обеспечение общей базы для оценки жизненного цикла литий-ионных аккумуляторов. Дж. Чистый. Произв. 2018 , 171, 704–713. [Google Scholar] [CrossRef]
Вуд, Д.Л., III; Ли, Дж.; Даниэль, К. Перспективы снижения стоимости обработки литий-ионных аккумуляторов. J. Источники питания 2015 , 275, 234–242. [Google Scholar] [CrossRef][Зеленая версия]
Каллен, Дж. М.; Олвуд, Дж. М. Картирование глобального потока алюминия: от жидкого алюминия до товаров конечного использования. Окружающая среда. науч. Технол. 2013 , 47, 3057–3064. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed][Green Version]
Nuss, P.; Экельман, М. Дж. Оценка жизненного цикла металлов: научный синтез. PLoS ONE 2014 , 9, e101298. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

Рисунок 1. Граница системы LiNi _1/3 Mn _1/3 Co _1/3 O ₂ (NMC111) производства батарей.

Рисунок 1. Граница системы Cradle-to-gate LiNi _1/3 Mn _1/3 Co _1/3 O ₂ (NMC111) производство аккумуляторов.

Рисунок 2. Ударные поломки от колыбели до ворот и спецификация (BOM) батареи NMC111 емкостью 1 кВтч. Синий обозначает материальные затраты; оранжевый обозначает затраты энергии на производство клеток.

Рисунок 3. Энергетическое и экологическое воздействие 1 кг порошка NMC111. Синий обозначает материальные затраты; оранжевый цвет обозначает затраты энергии и выбросы, не связанные с горением, при производстве порошка NMC111.

Рисунок 4. Энергопотребление процесса для производства батареи NMC111 мощностью 1 кВтч и составляющих ее материалов, при условии, что все материалы являются первичными.

Рис. 4. Энергопотребление процесса для производства батареи NMC111 мощностью 1 кВтч и составляющих ее материалов, при условии, что все материалы являются первичными.

Таблица 1. Резюме предположений, сделанных для основных материалов аккумуляторов в существующих исследованиях анализа жизненного цикла (LCA) литий-ионных аккумуляторов (LIB).

Платы батарейных модулей, интегрированная система интерфейса батарей, крепежные детали, высоковольтная и низковольтная системы

Материал/компонент батареи	Zackrisson et al. [36]	Notter et al. [2]	Majeau-Bettez et al. [9]	Ellingsen et al. [10]	GREET 2018
Графит	Н/Д	Природный графит	Синтетический графит
Сепаратор	50 мас. % ПП, 50 мас. % ПЭ	ПЭ, покрытый суспензией ПВДФ, C3F6, дибутилфталата и диоксида кремния, растворенных в ацетоне	50 мас. % ПП, 50 мас. % ПЭ	100 % ПП	80 мас. % ПП, 20 мас.	Cathode binder	50 wt % tetrafluoro-ethylene, 50 wt % PE	Styrene butadiene	Polytetra-fluoroethylene (PTFE)	PVDF	PVDF
Anode binder	Acrylo-nitrile butadiene styrene	Styrene butadiene	PTFE	50 wt % caboxymethyl cellulose, 50 wt % acrylic acid	PVDF
Electrolyte salt	Use LiCl as a proxy	LiPF6*	Use inorganic chemicals as a proxy	LiPF6, на основе Notter et al.	LiPF6 *
Растворитель электролита	Диметиловый эфир этиленгликоля	EC	Использование органических химикатов в качестве заменителя	EC	1:1 EC DMC
Электронные компоненты	1 полупроводник и 1 резистор	Печатная плата и кабель данных	10 % по массе интегральная схема, 50 % по массе Cu, 40 % по массе 1 960 хромистая сталь	Печатные платы и полупроводники

* Производственная потребность в энергии оценивается на основе термодинамического расчета.

Таблица 2. Использование растворителя для приготовления суспензии в существующих исследованиях ОЖЦ.

Studies	Cathode		Anode
Studies	Type	Quantity (kg/kg Cathode)	Type	Quantity (kg/kg Anode)
Zackrisson et al. [37]	NMP/вода	Н/Д	NMP/Вода	Н/Д
Notter et al. [2]	Вода	0,2	Вода	0,424
Majeau-Bettez et al. [9]	NMP	0,28	NMP	0,28
Ellingsen et al. [10]	NMP	0.41	NMP	0.94
GREET 2018	NMP	0.002	Water	0 *

* Суммарный расход воды на заводе по производству аккумуляторов.

Таблица 3. Модель парниковых газов, регулируемых выбросов и использования энергии на транспорте (GREET) в сравнении с интенсивностью выбросов парниковых газов (ПГ) ecoinvent для выбранных материалов и компонентов аккумуляторов.

Battery Material/Component	GREET 2018	Ecoinvent 2.2	Ecoinvent 3.1
kg CO ₂ e/kg battery material
Cobalt, primary *	27. 0	8.3 [44]	9–10 [37]
Nickel, primary *	8.1	7.8–10.9 [44]	10 [37]
Graphite	4.9		1–2 [37]
Aluminum, primary	8.4	12.2 [44]
Copper, primary	3.1	2.3–5.0 [44]	3–5 [37]
LiPF ₆	12. 2		27 [37]
NMP	5.1		5–6 [37]
kg CO ₂ e /кг компонент батареи
BMS	26.5	23.3 [10]
Cathode paste	14.8	7.1 [10]
Anode paste	4.7	6.0 [10]

* Включено в качестве прокси для сырья для катодного порошка NMC.

© 2019 авторами. Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Ценообразование на металлолом, медь и многое другое | Reliable Recycling Center

Это только указания, которые могут быть изменены в любое время из-за волатильности рынка.

Медь	Цена/фунт.
Неизолированный светлый провод (зачищенный/блестящий)	3,40 долл. США
№1 Трубка (чистая трубка/чистая тонкая проволока)	3,30 долл. США
#2 Трубка (краска/припой/обожженная проволока)	3,15 долл. США
Луженый (провод/шина)	3,15 долл. США
Эмалированное покрытие (провод/шина)	3,15 долл. США
Светлая медь (использованная кровля/кастрюли)	2,50 долл. США
Катушки переменного тока из чистого алюминия/меди (без содержания стали)	1,60 долл. США
Алюминиевые/медные катушки переменного тока Irony (только стальные кромки)	1,40 долл. США

Изолированная медь	Цена/фунт.
тяжелые вл. (350-500 мкм THHN 85%+)	2,70 долл. США
#1 Изолированный (10-12 THHN 80%+)	2,65 долл. США
Ромекс 65% (без метро)	2,05 долл. США
Связь 50 % (без алюминия/без жести/без шлица)	1,20 доллара США
Чистый удлинитель 35 % (без вилок/без олова)	0,70 долл. США
Низкий выход 35 % (жесть/алюминиевый экран)	0,65 долл. США
Низкий выход менее 35 % (рождественские гирлянды/ленточная проволока)	0,20 долл. США
Изолированный Heliax (полностью медный/полый центр)	1,30 долл. США
Алюминиевый MC (содержащий медный провод)	1,00 долл. США
Сталь BX (с медным экраном/без свинцового экрана)	0,25 долл. США

г.

Латунь	Цена/фунт.
Желтая латунь (чистая)	2,00 долл. США
Ирони Латунь (загрязнение, ручки, классификация при осмотре)	варьируется
Красная латунь (определяется при осмотре)	2,00 долл. США
Очистите автомобильные радиаторы (комбинация меди и латуни)	1,50 доллара США
Радиаторы для грязных грузовиков (объединение меди и латуни)	варьируется
Сердечники радиатора (в основном латунь и припой)	1,20 доллара США

г.

Нержавеющая сталь (немагнитная)	Цена/фунт.
304 Подготовлено (4 фута или меньше и чистое)	0,30 долл. США
304 Неподготовленный (более 4 футов/3% загрязнения)	0,30 долл. США
316 нержавеющая сталь (4 фута или меньше, чистая)	0,40 долл. США

г. г.

Алюминий	Цена/фунт.
Легкосплавные диски (шина полностью удалена/без хрома или пластика)	0,70 долл. США
Экструдированный алюминий (без пластика/других металлов)	0,60 долл. США
Провод EC (без изоляции и стали)	0,60 долл. США
Литографическая пластина (чистая)	0,60 долл. США
MLC/новые зажимы (без краски или других загрязнений)	0,50 долл. США
Алюминиевый сайдинг (без подложки/стальные гвозди/пластиковая пленка)	0,50 долл. США
Сайдинг подрядчика (чистый)	0,53 долл. США
Смешанный алюминий/старый лист (1% загрязнения)	0,40 долл. США
Чистые алюминиевые радиаторы (без резервуаров)	0,40 долл. США
Грязные алюминиевые радиаторы (с баками)	0,15 долл. США
Литой алюминий (загрязнение 1%)	0,40 долл. США
Алюминиевые банки (до 100 фунтов, без корма для домашних животных или фольги)	0,50 долл. США
Алюминиевые банки (более 100 фунтов, без корма для домашних животных или фольги)	0,53 долл. США
Изолированный EC (может варьироваться в зависимости от загрязнения)	0,35 долл. США
Железо Алюминий	варьируется
Банки для корма для домашних животных (без фольги)	0,17 долл. США

Свинец/Батарейки	Цена/фунт.
Мягкий свинец (чистый и ковкий)	0,40 долл. США
Грузы для колес (несортированные)	0,10 долл. США
Грузы колес (отсортированные)	0,15 долл. США
Автомобильные/промышленные свинцово-кислотные аккумуляторы	0,12 долл. США
Вилочный погрузчик со стальным корпусом	0,10 долл. США

г.

CBM (материал подшипника из меди)	Цена/фунт.
Маленькие электродвигатели (баскетбольный мяч или меньше)	0,20 долл. США
Большие электродвигатели (чугунный корпус/больше шара)	0,15 долл. США
Световые балласты (без маркировки pcb/без флуоресцентного типа или УФ)	0,10 долл. США
Герметичные узлы (необходимо слить масло)	0,15 долл. США

Сталь	Цена/фунт.
Измельчитель/неподготовленная пластина и несущая конструкция	0,09 долл. США
Транспортные средства (должно быть название)	0,09 долл. США
Чугун	0,10 долл. США
Подготовлено #1 (5’x2’x2’макс. и 1/4″ мин. толщина)	0,10 долл. США
Чистые литые роторы	0,11 долл. США

Две лучшие сковороды 2023 года

Мы самостоятельно проверяем все, что рекомендуем. Когда вы покупаете по нашим ссылкам, мы можем получать комиссию. Узнать больше›

Кухня
Посуда

К вашему сведению

Компания All-Clad недавно урегулировала коллективный иск. Если вы приобрели какой-либо из наших комплектов кухонной посуды All-Clad D3 в период с 1 января 2015 г. по 29 июля 2022 г., вы можете иметь право на это урегулирование. (Мы по-прежнему уверены в своем выборе.)

Декабрь 2022

Обжариваете ли вы мясо, жарите овощи или быстро разбавляете соус, хорошая сковорода станет незаменимой рабочей лошадкой на кухне. После более чем 90 часов коллективных исследований и испытаний с 2014 года мы по-прежнему считаем трехслойную сковороду All-Clad D3 из нержавеющей стали с крышкой 12 дюймов лучшей сковородой за свои деньги. Это прочная сковорода, которая очень равномерно нагревается. Никакая другая сковорода не получает такого восторга, как All-Clad от профессионалов, энтузиастов и домашних поваров. Да, это дорого, но это прослужит вам всю жизнь, что делает его очень ценным.

Полностью плакированные трехслойные кастрюли
Мы рекомендуем только полностью плакированные трехслойные кастрюли (это означает, что слой алюминия зажат между нержавеющей сталью и доходит до краев).
Диаметр 12 дюймов
В сковороде диаметром 12 дюймов достаточно большой площади для обжаривания стейка или целой курицы.
Скошенные стороны с расширяющейся кромкой
Скошенные стороны подходят для изогнутых проволок венчика, что упрощает приготовление соусов на сковороде. Расклешенная губа позволяет влаге быстро испаряться.
Ручка для использования в духовке
Металлическая ручка с заклепками, предназначенная для использования в духовке, позволяет перемещать кастрюлю прямо с плиты в духовку или жаровню.

Наш выбор

All-Clad D3 Сковорода из нержавеющей стали с крышкой 12 дюймов Прочная трехслойная конструкция равномерно распределяет тепло, позволяя обжаривать продукты с меньшим риском пригорания. Прочная ручка-трость и легкая конструкция сковороды позволяют легко маневрировать, когда вы жарите или переносите ее с плиты в духовку. Из всех протестированных нами сковород корпус из нержавеющей стали All-Clad оказался одним из самых устойчивых к обесцвечиванию под воздействием тепла даже после многих лет регулярного использования. Скошенные стороны и загнутая кромка позволяют легко взбивать и наливать соусы на сковороду. Сковорода All-Clad также была одной из немногих протестированных нами сковородок с крышкой.

Второе место

Несмотря на то, что 12-дюймовая сковорода Tramontina Tri-Ply Clad имеет несколько более крутые стороны, чем наша основная сковорода, она все же позволяет влаге быстро испаряться, поэтому обжаренное мясо и овощи не варятся во фритюре. собственные соки. Он также обжаривал куриную кожу, а сковороды стоили почти в два раза дороже. Сковорода Tramontina имеет удобный вес и имеет закругленную ручку эргономичной формы, которую приятно держать в руке. Приготовленная пища легко отделялась в наших тестах, но, в отличие от сковороды All-Clad, на сковороде Tramontina произошло некоторое обесцвечивание поверхности и нижней стороны посуды, которое было практически невозможно очистить.

Все, что мы рекомендуем

Наш выбор

, занявший второе место

Исследование

Почему вы должны доверять США
, кто должен получить этот
Наш выбор: 12-дюймовая сковорода из нержавеющей стали All-Clad D3 с крышкой
Недостатки, но не преграды
Что нужно знать о расчете посуды All-Clad
Второе место: 12-дюймовая сковорода Tramontina Tri-Ply Clad
Как очистить кастрюлю из нержавеющей стали
Чего ожидать
Другие хорошие сковороды
Конкуренция
Источники

Почему вы должны доверять нам

Узнать больше мы поговорили с такими экспертами, как Шарлин Маттокс, директор по пищевым продуктам и ремеслам Country Living и автор книги « Cooking with Seeds»; Дж. Кенджи Лопес-Альт, управляющий кулинарный директор Serious Eats и автор Пищевая лаборатория ; Джери Портер, менеджер тестовой кухни в Martha Stewart Living; Келли Эванс, в то время помощник редактора отдела кулинарии в Saveur; и Расс Парсонс, писатель, член Фонда Джеймса Бирда «Кто есть кто» и бывший редактор отдела кулинарии Los Angeles Times.

Я (Майкл Салливан) потратил более 55 часов на исследование и тестирование сковородок для этого руководства. Как старший штатный писатель Wirecutter, я писал обзоры всех видов кухонного оборудования, включая наборы посуды и наборы ножей. Это руководство основано на работе бывшего редактора Wirecutter Майкла Чжао, написавшего первую версию этого руководства, и старшего штатного писателя Лесли Стоктон, профессионально занимающейся кулинарией почти 20 лет.

Мы не только полагались на собственные знания и опыт, но и обращались к надежным источникам, таким как Cook’s Illustrated (требуется подписка) и Good Housekeeping.

Кому подойдет

12-дюймовая сковорода идеально подходит для приготовления блюд на одной сковороде, обжаривания стейков или других крупных кусков мяса, жарки с перемешиванием и на сковороде. Его расклешенные стороны отлично подходят для приготовления соусов и соусов. Если какие-либо или все эти методы приготовления пищи являются частью вашего репертуара, вам следует подумать о том, чтобы инвестировать в хорошо сделанную сковороду. Возможно, вы используете старую подержанную сковороду с плохим распределением тепла (подумайте о горячих и холодных точках, из-за которых ваша еда подрумянивается неравномерно). Если это так, вы можете подумать об обновлении.

Фото: Майкл Хессион

Возможно, у вас уже есть 12-дюймовая чугунная сковорода. Если это так, вы можете рассмотреть возможность приобретения сковороды из трехслойной полностью плакированной нержавеющей стали. В отличие от чугуна, нержавеющая сталь не вступает в реакцию с кислыми продуктами, быстрее нагревается и достаточно легкая, чтобы обжаривать овощи.

Это руководство посвящено сковородам из нержавеющей стали, поэтому мы не включили в наш обзор сковороды с антипригарным покрытием (см. наше полное руководство, посвященное сковородам с антипригарным покрытием, здесь). Сковороды с антипригарным покрытием лучше всего подходят для приготовления таких вещей, как яйца или нежное рыбное филе. Но полностью облицованная трехслойная сковорода из нержавеющей стали позволяет больше обжаривать и тушить при высокой температуре. Сковороды с антипригарным покрытием не подходят для работы при высоких температурах, а на гладкой поверхности не может образоваться вкус (вкусные коричневые кусочки, которые образуются на дне сковороды), которые являются неотъемлемой частью соусов. Кроме того, сковороды из нержавеющей стали более универсальны, потому что их можно переносить прямо с плиты в духовку. (Советы о том, как предотвратить прилипание пищи к сковороде из нержавеющей стали, см. в нашем блоге на эту тему.)

Обычные материалы для посуды

Поскольку полностью плакированная трехслойная нержавеющая сталь обеспечивает наилучшее сочетание универсальности и долговечности по доступной цене, мы протестировали сковороды, изготовленные исключительно из этого материала. Тем не менее, мы по-прежнему считаем, что полезно знать разницу между наиболее распространенными типами материалов для посуды, чтобы знать, что вы покупаете:

Трехслойная нержавеющая сталь: В этой конструкции один слой алюминия или меди расположен между два слоя стали. Алюминий — очень легкий материал, который быстро нагревается и отлично распределяет тепло. Сталь долговечна и хорошо держит тепло, но при этом она тяжелая, медленно прогревается и плохо распределяет тепло. С трехслойной сковородой вы получаете равномерное распределение тепла алюминия наряду с долговечностью и сохранением тепла стали. Полностью облицованные трехслойные кастрюли содержат алюминиевый сердечник, который доходит до боковых сторон. С другой стороны, многие более дешевые кастрюли имеют алюминиевое основание или металлический диск, приваренный к дну кастрюли (также называемый инкапсулированным дном). Вы можете использовать большинство сковородок со стальной поверхностью на индукционных горелках, которые нагревают посуду с помощью электромагнитного поля.
Другая многослойная посуда: Высококачественные производители посуды также изготавливают пяти- и семислойные кастрюли из нержавеющей стали по премиальной цене. Аргумент состоит в том, что большее количество слоев металла, например алюминия или меди, зажатых между несколькими слоями нержавеющей стали, приводит к лучшему распределению тепла. Однако это не обязательно так, поскольку некоторые из протестированных нами пятислойных сковородок показали разницу в 100 градусов по Фаренгейту между самой горячей и самой холодной точками. По нашему опыту, пятислойные сковороды нагреваются почти в два раза дольше, чем обычные трехслойные, в некоторых случаях 5 минут и более. Мы также обнаружили, что эти сковороды дольше сохраняют тепло, поэтому они медленнее реагируют на изменения температуры — задержка, из-за которой сковороды с большей вероятностью пригорают или подгорают.

С трехслойной сковородой вы получаете равномерное распределение тепла алюминия наряду с долговечностью и сохранением тепла стали.

Алюминий: Хотя алюминий идеален благодаря своему легкому весу и теплопроводности, он не годится как самостоятельный материал для сковородок. Литой алюминий очень реакционноспособен, поэтому кислые блюда, в которых используются помидоры или уксус, приобретают металлический привкус. Сковороды, изготовленные из алюминия, также довольно податливы, и на них будут видны вмятины от падений и других кухонных происшествий.
Анодированный алюминий: Анодирование — это процесс погружения алюминия в ванну с электролитом и пропускания электрического тока через металл. В результате получается темно-серая поверхность, более твердая и не вызывающая коррозии. Тем не менее, мы считаем, что темный цвет является проблемой, когда мы пытаемся убедиться, что эти крошечные вкусные кусочки на сковороде, также известные как нежность, не подгорают.
Чугун: Чугунные сковороды особенно дешевы и отлично сохраняют тепло. Как и сталь, чугун совместим с индукцией. И при правильном уходе со временем на них образуется естественное антипригарное покрытие. Но у чугуна есть и недостатки: он очень тяжелый, дольше нагревается и может вступать в реакцию с кислой пищей. Но не поймите нас неправильно — мы любим чугунную посуду и рекомендуем иметь хотя бы одну сковороду в вашем кухонном арсенале (см. наш путеводитель по лучшей чугунной сковороде).
Медь: Из всех распространенных материалов для посуды медь является лучшим проводником тепла, но требует регулярной полировки и непомерно дорога для большинства людей. Вы также не можете использовать его на индукционных горелках.

Как мы выбирали

Обжаренный жареный стейк в сковороде Calphalon Signature из нержавеющей стали. Фото: Майкл Хессион

Грязные сковороды, ожидающие очистки. Спереди Cuisinart MultiClad Pro. Фото: Майкл Хессион

Кусочки курицы, обжаренные в сковороде Tramontina. Фото: Майкл Салливан

Обжаренный жареный стейк в сковороде Calphalon Signature из нержавеющей стали. Фото: Майкл Хессион

Что такое сковорода? Определить, что именно отличает сковороду от других сковородок, немного сложно, но определение из America’s Test Kitchen (требуется подписка) ничуть не хуже любого: «Сковороды — это просто сковороды с низкими расклешенными стенками. Их форма способствует испарению, поэтому сковороды отлично подходят для обжаривания, подрумянивания и выпаривания соуса». Вот список наиболее важных качеств, которые мы искали в поисках отличной сковороды:

Оптимальный размер и форма

Благодаря нашим исследованиям и испытаниям мы обнаружили, что 12-дюймовая сковорода является идеальным размером для большинства домашних кухонь. Типичная 12-дюймовая сковорода будет иметь варочную поверхность диаметром от 9 до 10 дюймов (у All-Clad основание диаметром 9¾ дюймов). Этого достаточно для того, чтобы поджарить большой стейк или приготовить целую разломанную курицу. Когда продукты переполнены на сковороде, у них недостаточно места для испарения влаги, поэтому они также не подрумянятся.

Мы предпочитаем сковороды с наклонными стенками сковородам с прямыми стенками. Некоторые сковороды имеют острые углы, как, например, эта 12-дюймовая сковорода Viking Contemporary, что затрудняет перемешивание овощей во время обжаривания. Сковородка с прямыми стенками лучше подходит для блюд, которые требуют длительного времени приготовления, например, для мелкого тушения. Наклонные стороны хорошо подходят к изогнутым проволокам венчика, что облегчает приготовление соусов на сковороде. Расклешенная кромка также позволяет влаге быстро испаряться, поэтому обжаренное мясо и овощи не варятся в собственном соку, а также облегчает выливание соусов из сковороды без беспорядка.

Удобный вес

Если сковорода тонкая и легкая, во время приготовления пищи на ней будут образовываться горячие точки, которые могут поджечь пищу. Если сковорода слишком тяжелая, она будет удерживать слишком много тепла и будет медленно реагировать, когда вы регулируете температуру. Тяжелые сковороды также труднее поднимать или перемещать одной рукой. Вам нужна сковорода, которая может достаточно хорошо удерживать тепло, чтобы обжаривать мясо, но также может достаточно быстро остывать, если ваша еда подрумянивается слишком быстро. Большинство наших тестировщиков предпочли сковороды весом от 2 до 3,5 фунтов, которые все еще были достаточно легкими, чтобы удобно бросать ингредиенты.

Полностью облицованная трехслойная сковорода

Для универсальной сковороды мы рекомендуем полностью облицованную трехслойную посуду из нержавеющей стали. Как упоминалось выше, полностью облицованная посуда распределяет тепло равномерно, потому что алюминиевая сердцевина доходит до стенок кастрюли. У дешевых сковородок только с алюминиевым диском в основании (также называемым инкапсулированным дном), как правило, есть горячие точки, которые могут поджечь вашу еду. Тем не менее, некоторые высококачественные сковороды (например, сделанные Fissler) также имеют инкапсулированное дно, и в наших тестах мы обнаружили, что эти сковороды на самом деле нагреваются более равномерно на индукционных горелках по сравнению с обычными трехслойными кастрюлями из нержавеющей стали. Мы планируем протестировать больше кастрюль с инкапсулированным дном для нашего следующего обновления.

Сковороды для термокартирования с инфракрасным термометром. Фото: Michael Hession

Удобная ручка, которую можно использовать в духовке

Удобство ручки очень важно и может сильно различаться в зависимости от марки. Если угол ручки слишком большой, подбрасывание продуктов во время обжаривания может быть неудобным. Толщина рукоятки – еще один важный момент. «Мне не нравятся большие, толстые и круглые ручки», — сказала нам директор по продуктам питания и ремеслам Country Living и автор кулинарной книги Шарлин Маттокс. Тем не менее, некоторые из наших тестировщиков с большими руками предпочли широкие закругленные ручки. Поскольку предпочтения в отношении ручек у всех разные, мы рекомендуем пойти в кухонный магазин и взять несколько кастрюль, чтобы посмотреть, что вам нравится, прежде чем вкладывать деньги.

Ручки с заклепками также обязательны для использования в духовке, чтобы кастрюля могла перемещаться прямо с плиты в духовку или жаровню. Дж. Кенджи Лопес-Альт из Serious Eats сказал нам, что пластик — это нарушение условий сделки. «Если у него пластиковая ручка, он не работает. Мне нужно иметь возможность поставить сковороду в духовку».

Устойчивость к высоким температурам

Сковорода должна выдерживать высокие температуры не менее 500 °F, что исключает использование большинства дешевых сковородок. Он также должен быть достаточно прочным, чтобы не деформироваться при сильном нагреве на плите. К сожалению, любая деформация, которая происходит с вашей кастрюлей, необратима. После многих лет длительных испытаний наши медиаторы остаются неизменными после многократного воздействия высоких температур. Однако некоторые сковороды, такие как 12-дюймовая сковорода Cuisinart MultiClad Pro из нержавеющей стали с вспомогательной ручкой, деформировались после первого использования.

Легко моется

Мы искали сковороды, которые было бы легко мыть. Многие из протестированных нами сковород обесцвечивались через шесть минут на среднем огне, а некоторые приобретали темно-серый оттенок, который мы не могли оттереть. Хотя обесцвечивание не повлияет на работу сковороды, это эстетическая проблема, которую следует учитывать перед покупкой сковороды. (См. наши советы по очистке посуды в разделе «Уход и техническое обслуживание» ниже.)

Как мы тестировали

Во время тестирования мы учитывали угол наклона ручки, вес и общую форму посуды. После нагревания каждой кастрюли на среднем огне в течение шести минут (мы каждый раз использовали одну и ту же горелку на нашей тестовой кухне) мы измерили колебания температуры по внутреннему краю кастрюли с помощью инфракрасного термометра, поразив те же девять точек. Затем мы дали кастрюлям остыть в течение пяти минут и снова сняли показания температуры, чтобы определить, насколько хорошо они сохраняют тепло. Мы также посыпали каждую сковороду мукой и поставили их на средний огонь, чтобы увидеть, насколько равномерно мука подрумянится. Этот тест показал, хорошо ли сковороды распределяют тепло или они склонны к горячим точкам.

После исключения нескольких сковородок во время тестирования температуры и муки мы выбрали оставшиеся четыре наиболее эффективные сковороды для дальнейшей оценки. На каждой сковороде мы поджарили по целой нарезанной курице, а затем приготовили простой соус из белого вина. Мы сравнили, насколько равномерно куриная кожа подрумянивается на каждой сковороде. Для нашего последнего обновления мы также обжарили поперечные срезы жареного патрона толщиной 1 дюйм, чтобы дополнительно оценить возможности обжаривания сковородок. Однако, поскольку этот тест дал те же результаты, что и наш тест на обжаривание курицы, мы решили не включать его в наше последнее обновление.

Наш выбор: 12-дюймовая сковорода из нержавеющей стали All-Clad D3 с крышкой

Фото: Connie Park

Наш выбор

После пяти лет длительных испытаний сковорода из нержавеющей стали All-Clad D3 с крышкой 12 дюймов остается неизменной. наш выбор для лучшей сковороды. Эта полностью покрытая трехслойная сковорода имеет превосходное распределение тепла, вместительную поверхность для приготовления пищи и расширенные боковые стороны — особенности, которые продолжают выделять ее среди множества предложений кухонной посуды. Удобная ручка и удобный вес позволяют с легкостью перемешивать ингредиенты. Сковорода All-Clad также была одной из немногих протестированных нами сковородок с крышкой. Хотя это дорого, мы уверены, что эту сковороду можно купить на всю жизнь, которая прослужит вам долгие годы.

Сковорода All-Clad продемонстрировала наиболее стабильную тепловую карту в наших тестах, с разницей всего около 30 °F между самыми горячими и самыми холодными точками (у некоторых сковород, которые мы тестировали, разница температур составляла более 80 °F, измеренная с помощью инфракрасный термометр). Эти измерения отражали результаты, которые мы видели в наших кулинарных тестах: стейки обжаривались равномерно, кусочки курицы подрумяниваются глубоко и постоянно без пригорания, а белое вино выпаривалось без пригорания за наименьшее количество времени.

Вы можете легко увидеть, как степень подрумянивания варьируется от сковороды к сковороде. Сковорода All-Clad (слева) дала наиболее стабильные результаты. Сковорода Tramontina (в центре) — более старая, снятая с производства версия сковороды, которую мы теперь рекомендуем — подрумянивала курицу хорошо, но не так равномерно, как сковорода All-Clad. А у курицы из сковороды Cuisinart MultiClad Pro (справа) были небольшие проблемы с прилипанием. Фото: Майкл Хессион

Удобство обращения со сковородой отчасти объясняется ее литой ручкой из нержавеющей стали, которая является длинной, вогнутой и прямой, как металлический стебель сельдерея, установленный изгибом вверх. (Если вы предпочитаете закругленные ручки, мы предлагаем взглянуть на наш выбор, занявший второе место, сковороду Tramontina.) Как и у большинства протестированных нами сковород, ручка All-Clad остается холодной на плите, даже когда вы жарите ( но не тогда, когда кастрюля выходит из духовки, очевидно). Наши испытатели оценили угол наклона ручки, который давал больше контроля над подбрасыванием и переворачиванием пищи, в отличие от ручки под большим углом на сковороде Viking Contemporary.

Помните, что сковорода должна иметь некоторый вес, чтобы производить постоянное тепло, но если она слишком тяжелая, вам никогда не захочется ее использовать. Сковорода All-Clad весом чуть менее 3 фунтов была одной из самых легких сковородок в нашей тестовой группе. Этот легкий вес помогает в обращении и очистке, а также позволяет лучше контролировать температуру. И наоборот, 12,5-дюймовая сковорода Breville Thermal Pro Clad из нержавеющей стали, которую мы тестировали, весит почти 5 фунтов и сохраняет слишком много тепла из-за своего толстого основания, что затрудняет контроль температуры.

Сковорода All-Clad была одной из немногих сковородок, которые в наших тестах оставались полностью чистыми после мытья и не обесцвечивались от высокой температуры. Почти все другие протестированные нами сковороды после использования приобрели темно-серую и переливающуюся патину внутри и снаружи. Расс Парсонс, автор кулинарных книг и бывший кулинарный редактор Los Angeles Times, рассказал нам, что он использует свою сковороду All-Clad три или четыре раза в неделю на протяжении более 25 лет, и она до сих пор выглядит как новая.

Несмотря на то, что она дорогая, мы уверены, что эту сковороду можно купить на всю жизнь, которая прослужит вам долгие годы.

Профессионалы пищевой промышленности, с которыми мы говорили, хвалили All-Clad. Келли Эванс, в то время заместитель редактора отдела продуктов питания в Saveur, сказала в интервью по электронной почте: «[Я] люблю All-Clad! Хорошо сделанный и крепкий». Директор Country Living по продуктам питания и ремеслам и автор кулинарной книги Шарлин Маттокс сказала: «Я до сих пор хожу туда все время», добавив, что «он готовит равномерно, и его легко чистить». Сковороде All-Clad также нравится издание Cook’s Illustrated (требуется подписка), которое поставило ее на первое место среди шести протестированных.

Используя запатентованный процесс сэндвичирования еще в 1971 году, All-Clad стала первой компанией, производящей полностью облицованные сковороды. Он и по сей день считается одним из лучших производителей кухонной посуды. (Чтобы узнать больше о том, как производится посуда All-Clad, прочтите запись в блоге Дэвида Лебовица о его поездке по фабрике в Питтсбурге, штат Пенсильвания. )

Трехслойные сковороды All-Clad поставляются с ограниченной пожизненной гарантией, то есть компания неисправная кастрюля, а не та, которую владелец подвергал неправильному использованию. Если у вас возникнут какие-либо проблемы с этой сковородой, свяжитесь с All-Clad для ремонта или замены.

Как показала себя сковорода All-Clad

«Я использую 12-дюймовую сковороду All-Clad (она идентична нашему выбору, но предшествует линейке D3) уже более десяти лет, и она до сих пор работает так же хорошо, как и при первой покупке. Моя любимая сковорода для тушения мяса и овощей. Я никогда не кладу его в посудомоечную машину и всегда мою вручную. Пару раз в год я чищу его с помощью Bar Keepers Friend, благодаря чему он выглядит как новый». —Майкл Салливан, старший штатный писатель (и автор этого руководства), тестировалось с 2010 г. по настоящее время Фото: Майкл Салливан

«Я использую 12-дюймовую сковороду All-Clad (она идентична нашему выбору, но предшествует линейке D3) более десяти лет, и она по-прежнему работает так же хорошо, как и при первой покупке. Моя любимая сковорода для тушения мяса и овощей. Я никогда не кладу его в посудомоечную машину и всегда мою вручную. Пару раз в год я чищу его с помощью Bar Keepers Friend, благодаря чему он выглядит как новый». —Майкл Салливан, старший штатный писатель (и автор этого руководства), тестировалось с 2010 г. по настоящее время Фото: Майкл Салливан

Мы также регулярно используем сковороду All-Clad на нашей тестовой кухне в течение последних пяти лет, и она продолжает работать хорошо. Многие наши сотрудники владеют этой сковородой, а также другой посудой All-Clad, и они подтвердили, что она нагревается равномерно и хорошо очищается даже после более десяти лет регулярного использования.

Недостатки, но не недостатки

Самая распространенная жалоба на сковороду All-Clad — это ее цена. И это справедливое недовольство: аналогичные предложения от Calphalon и Tramontina стоят в разы меньше, чем сковорода All-Clad. Но сковорода All-Clad прослужит вам всю жизнь и прекрасно очищается даже при интенсивном использовании. Сковорода All-Clad также поставляется с крышкой, что является одной из причин, по которой она стоит дороже.

Хотя большинству наших тестеров понравился угол и форма ручки палочки All-Clad, некоторые предпочли широкую круглую ручку сковороды Tramontina. Как упоминалось ранее, мы рекомендуем лично пощупать ручку сковороды, прежде чем решить, что подходит именно вам.

Что нужно знать о мировом соглашении по поводу посуды All-Clad

Компания All-Clad недавно урегулировала коллективный иск — истцы утверждали, что их посуда была повреждена после мытья в посудомоечной машине, несмотря на то, что веб-сайт All-Clad утверждала, что ее продукты можно мыть в посудомоечной машине. All-Clad больше не рекомендует мыть посуду в посудомоечной машине. К сведению, мы всегда рекомендовали мыть любую посуду из нержавеющей стали вручную, независимо от заявлений производителя. Агрессивные химические вещества в некоторых моющих средствах плюс длительное воздействие этих чистящих средств в ходе цикла мытья посуды могут привести к повреждению кастрюль (особенно алюминия в приклеенной посуде).

Если вы приобрели какие-либо наши кухонные ножи All-Clad D3 в период с 1 января 2015 г. по 29 июля 2022 г. , вы можете иметь право на это урегулирование (это также относится к линейкам продуктов D5 и LTD, но мы не порекомендуйте любые продукты из этих линеек). Это урегулирование также распространяется на другую посуду All-Clad, которую мы рекомендуем, включая трехслойный набор из 10 предметов из нержавеющей стали All-Clad D3 и 3-квартовое блюдце из нержавеющей стали All-Clad d3 Curated 2 ½ с крышкой. (Другие продукты, которые мы рекомендуем, такие как All-Clad Flared Roaster и All-Clad B1 Hard Anodized Antistick Fry Set 8″ и 10″, не подходят, поскольку они не являются частью соответствующих продуктовых линеек.)

Чтобы получить льготы (в том числе замену или скидку на будущую покупку), вы должны подать заявку до 27 марта 2023 года. вышеупомянутые даты. Чтобы было ясно, мы не беспокоимся о качестве или долговечности наших медиаторов All-Clad, если за ними правильно ухаживают. Поэтому мы продолжаем поддерживать наши рекомендации.

Второе место: Tramontina Tri-Ply Clad 12-дюймовая сковорода

Фото: Connie Park

Второе место

Недорогая трехслойная 12-дюймовая сковорода Tramontina остается нашим вторым выбором. Это надежный исполнитель, который нагревается почти так же равномерно, как и наш основной выбор, но стоит значительно меньше. В наших тестах сковорода Tramontina обжарила стейк и обжарила курицу лучше, чем большинство других сковородок, которые мы использовали. Некоторые из наших тестеров даже предпочли более широкую закругленную ручку этой сковороды более тонкой ручке нашего основного медиатора. Тем не менее, как и большинство протестированных нами сковородок, сковорода Tramontina не имеет крышки.

Tramontina — прочная сковорода, которую удобно держать в руке.

При картировании тепла с помощью инфракрасного термометра мы измерили разницу в 30 градусов между самыми горячими и самыми холодными точками на сковороде, что было примерно на одном уровне с сковородой All-Clad. Наш тест с мукой показал, что сковорода Tramontina нагревается в основном равномерно по всей поверхности сковороды, с немного более темной областью возле одной стороны сковороды по сравнению с другой. №

Сковорода Tramontina прочная и удобная. При весе чуть более 3 фунтов он немного тяжелее, чем наш основной выбор, но все же достаточно легкий, чтобы подбрасывать овощи во время обжаривания. И хотя его закругленная ручка крупнее, чем у сковороды All-Clad, она может вам понравиться, если у вас большие руки. Когда мы взялись за ручку свернутым кухонным полотенцем, мы все еще могли контролировать сковороду, не соскальзывая.

В 2022 году компания Tramontina изменила конструкцию своей сковороды, сделав ее больше и с более крутыми стенками, что мы и предпочитаем. Новая сковорода имеет примерно на дюйм больше поверхности для приготовления пищи, чем в предыдущей конструкции. Его большая варочная поверхность теперь примерно такая же, как у нашей основной сковороды All-Clad (размер которой составляет примерно 9 ¾ дюймов в поперечнике). При весе 3 фунта 0,7 унции новая сковорода Tramontina на 2,7 унции тяжелее, чем старая сковорода, которую она заменила (но мы не заметили разницы в наших тестах). Хотя, если вы неравнодушны к более легкой посуде, мы рекомендуем приобрести сковороду All-Clad, которая весит 2 фунта 12,6 унции.

В сковороде Tramontina есть место для целой разделанной курицы. Фото: Майкл Салливан

В наших тестах целая нарезанная курица хорошо подрумянилась на сковороде Tramontina, но не так равномерно, как на сковороде All-Clad. Но за свои деньги сковорода Tramontina — отличный производитель. Мы также приготовили целую нарезанную курицу как в новой, так и в старой версии сковородок Tramontina, чтобы посмотреть, как они будут сравниваться, и результаты были идентичными.

Сковорода Tramontina (слева) слегка обесцвечивается при использовании, а сковорода All-Clad (справа) — нет. Фото: Майкл Салливан

В отличие от сковороды All-Clad, сковорода Tramontina обесцвечивается после обжаривания на сильном огне или помещения в духовку. Это просто эстетическая проблема, и она не повлияет на производительность сковороды, но об этом следует помнить перед покупкой. Когда дело доходит до посуды, обычно вы получаете то, за что платите, но эта сковорода, вероятно, прослужит вам не менее 10 лет, если не больше.

Мы думаем, что эта сковорода — отличный выбор, особенно для начальной кухни, но она не может сравниться с производительностью и похвалами сковороды All-Clad. Как и наш основной выбор, на него распространяется пожизненная гарантия. Свяжитесь с Tramontina для ремонта или замены.

Как очистить сковороду из нержавеющей стали

Мы рекомендуем мыть сковороду из нержавеющей стали вручную. Хотя большинство производителей посуды утверждают, что трехслойную сковороду из нержавеющей стали можно мыть в посудомоечной машине, это не позволяет ей выглядеть как новая. Ваша посудомоечная машина не удаляет прилипшую пищу с поверхности, а некоторые моющие средства содержат агрессивные ингредиенты, которые со временем могут повредить посуду. Фактически, All-Clad вообще не рекомендует мыть кастрюлю в посудомоечной машине.

Мы отправились на тестовые кухни в Martha Stewart Living, чтобы получить пошаговое руководство от Джери Портер, управляющей кухней на протяжении почти двух десятилетий. Она профессионал, когда дело доходит до поддержания посуды в чистоте, и некоторые предметы, о которых она заботится, находятся в постоянном обороте уже более 15 лет.

Как чистить трехслойную сковороду из нержавеющей стали:

Тепло — ваш лучший друг при очистке трехслойной посуды. Пока сковорода еще горячая, осторожно вытрите лишний жир бумажным полотенцем.
Деглазируйте сковороду небольшим количеством горячей водопроводной воды и разрыхлите основу щеткой для посуды с длинной ручкой.
Добавьте средство для мытья посуды и потрите противень внутри и снаружи зеленой губкой Scotch-Brite. Непрерывное круговое движение — вот название игры. Если сковорода достаточно горячая, вам не нужно будет использовать много мышц. Мойте сковороду до тех пор, пока она не очистится от всей пригоревшей пищи. (Примечание: губка Scotch-Brite слегка поцарапает полированную поверхность вашей сковороды. Если вы неравнодушны к тому, чтобы внешняя поверхность вашей сковороды выглядела ярко и блестяще, мы рекомендуем чистить ее более мягкой губкой Scotch-Brite Dobie. Однако при использовании губки Dobie требуется больше усилий, чем при использовании обычной губки.)
Промойте и высушите чистым впитывающим полотенцем. Это так просто!

Очистка кастрюль описанным выше методом с первого дня сохранит их (в основном) безупречными на десятилетия. Для сильно пригоревших сковородок выполните описанные выше действия и удалите как можно больше почерневших участков, прежде чем выполнять следующие дополнительные действия.

Как очистить сильно пригоревшую сковороду:

Верните сковороду на плиту с ¼ стакана пищевой соды, насыпанной в середину, и ¼ дюйма воды, и готовьте на среднем огне.
По мере испарения воды пищевая сода образует пленку на стенках кастрюли.
Когда внутренняя поверхность сковороды покроется белой пленкой, перенесите ее в раковину и потрите зеленой губкой Scotch-Brite. Новые колодки лучше подходят для таких сложных работ. Скраб, используя последовательные круговые движения.
Вымойте горячей водой с моющим средством и вытрите насухо.

Этот процесс потребует больших усилий, и, в зависимости от степени пригорания на сковороде, вам может потребоваться повторить шаги еще раз.

Чего ожидать

Другие хорошие сковороды

Если вам нужна недорогая сковорода, а наш выбор, занявший второе место, распродан: 12-дюймовая сковорода Goldilocks включена в наш рекомендуемый бюджетный набор посуды. . Она продается отдельно от набора, но стоит больше, чем наш выбор, занявший второе место, 12-дюймовая сковорода Tramontina Tri-Ply Clad (на момент публикации). Мы думаем, что это отличная сковорода, но сковорода Tramontina в целом работает немного лучше и стоит дешевле.

Курица, которую мы приготовили в 12-дюймовой сковороде «Златовласка», подрумянилась не так равномерно, как курица, которую мы приготовили в 12-дюймовой сковороде All-Clad, но у нее все равно была хрустящая корочка. Фото: Майкл Салливан

Сковородка «Златовласка» нагревается очень равномерно. На фото выше: 12-дюймовая сковорода Goldilocks. Фото: Майкл Салливан

Цыпленок, который мы приготовили в 12-дюймовой сковороде «Златовласка», подрумянился не так равномерно, как цыпленок, который мы приготовили в 12-дюймовой сковороде All-Clad, но все же получил хрустящую корочку. Фото: Майкл Салливан

Если вам нужна высококачественная сковорода, а наш основной выбор распродан: 12,5-дюймовая сковорода Thomas Keller Insignia (производство Hestan) нагревается равномерно и работает наравне с нашим выбором, All-Clad D3 из нержавеющей стали Сковорода с крышкой 12 дюймов. Однако это примерно на 70 долларов больше, чем сковорода All-Clad (на момент публикации), и у нее нет крышки. Сковорода Томаса Келлера также примерно на 9 унций тяжелее, чем сковорода All-Clad, поэтому она создает большую нагрузку на запястье.

На 12,5-дюймовой сковороде Hestan’s Thomas Keller Insignia курица подрумянилась почти так же хорошо, как мы, но одно куриное крылышко было немного бледнее. Фото: Майкл Салливан

Сковорода Thomas Keller Insignia нагревается равномерно, но больше концентрирует тепло в центре сковороды. Фото: Michael Sullivan

Hestan’s Thomas Keller Insignia 12,5-дюймовый сотейник обжарил курицу почти так же хорошо, как мы выбрали, но одно куриное крылышко было немного бледнее. Фото: Майкл Салливан

Конкуренты

Менее 60 долларов

Сковорода Cuisinart MultiClad Pro заметно деформировалась при сильном нагревании. Видео: Майкл Хессион

Сковорода Cuisinart MultiClad Pro из нержавеющей стали 12 ″ с вспомогательной ручкой была нашим предыдущим выбором, занявшим второе место в этом руководстве. Однако при дальнейшей оценке мы обнаружили, что сковорода сильно деформировалась из-за сильного нагрева. Дно кастрюли так прогнулось, что качалось на плоской поверхности. Мы проверили несколько сковородок, чтобы убедиться, что не получили лимон, но всех их постигла одна и та же участь. Хотя кастрюли все еще можно было использовать после деформации, их повреждение аннулирует гарантию. В руководстве Cuisinart говорится, что никогда не используйте посуду на сильном огне, вместо этого рекомендуется «от низкого до среднего уровня для большинства приготовлений». У многих производителей посуды есть такая же рекомендация, но наши ножи не деформировались, как сковороды Cuisinart, даже после многих лет приготовления на сильном огне.

13-дюймовая сковорода IKEA Sensuell весит колоссальные 5 фунтов, что было слишком тяжело, чтобы поднимать ее во время обжаривания. Сковорода долго нагревается, а силиконовая рукоятка на нижней стороне ручки имеет выступы, которые задерживают песок.

Пятислойный Calphalon Signature из нержавеющей стали 12 дюймов. У сковороды для омлета была резкая разница температур в 90 градусов между самой горячей и самой холодной частями сковороды, и налет, который образовался после двух использований, было невозможно оттереть.

От 60 до 100 долларов

12-дюймовая сковорода Made In показала хорошие результаты в наших тестах. Тем не менее, мы обнаружили, что ручка на сковороде находится немного ниже, предпочитая более высокий угол наклона ручек на наших медиаторах.

Great Jones производит гибрид глубокой сковороды и сотейника под названием Deep Cut. Однако после того, как мы протестировали их кастрюлю Great Jones Saucy в качестве нашего руководства по выбору лучшей маленькой кастрюли, мы обнаружили, что ручка в форме петли неудобна для удержания, поэтому мы отказались от нее.

Мы не тестировали сковороду Brigade Kitchen из нержавеющей стали и алюминия из-за ее 5-слойной конструкции, которая, как мы узнали из предыдущих тестов, обычно нагревается на несколько минут дольше.

Нам понравилась трехслойная 12-дюймовая сковорода из нержавеющей стали Kitchenaid, но она нагревалась не так равномерно, как наши медиаторы. Некоторые из наших тестеров обнаружили, что ручка слишком низкая. Тем не менее, мы думаем, что это будет доступная альтернатива Demeyere 5-Plus без заклепок, которая стоит значительно дороже.

Поскольку доступная по цене 12-дюймовая сковорода Viking Contemporary сильно обесцвечивалась при первом нагревании, нам пришлось дисквалифицировать ее на раннем этапе. Рукоятка с острым углом также затрудняла управление и управление.

От 100 до 200 долларов США

Трехслойная сковорода All-Clad из нержавеющей стали D3 для повседневного использования имеет слегка изогнутую ручку, которая может оказаться более удобной для некоторых, чем ручка-палочка на сковороде All-Clad, которую мы рекомендуем . У него также есть вспомогательная ручка, которая должна позволить вам поднимать кастрюлю обеими руками, и он примерно на ½ дюйма в диаметре больше, чем наш медиатор, предлагая чуть больше места. Он показал себя так же хорошо, как наш лучший выбор, но мы заметили, что в ручке одного из других протестированных нами предметов из этой линейки был незакрепленный кусок металла, из-за чего он гремел во время обжаривания овощей (представители, с которыми мы говорили на All -Клад сказал, что они никогда раньше не слышали об этой проблеме). Мы, возможно, получили лимон, но мы продолжим следить за отзывами клиентов, чтобы увидеть, есть ли у других людей аналогичная проблема с ручкой.

Кроме того, некоторые кастрюли из линейки Everyday были отполированы по краю, а другие — нет, что говорит о возможной проблеме с контролем качества. Представители All-Clad, с которыми мы говорили, сказали, что могут быть небольшие различия в отделке в зависимости от типа машин, используемых для производства посуды. Это означает, что вы можете столкнуться с подобными несоответствиями с ободами на линии D3 из нержавеющей стали, в которую входит наш выбор, поскольку он сделан из той же трехслойной посуды, что и линия Everyday. Различная отделка ободов заметна, когда они расположены рядом друг с другом, но, чтобы было ясно, это в основном эстетическая проблема, которая не должна влиять на работу кастрюль. Мы будем следить за отзывами клиентов, чтобы увидеть, есть ли поток жалоб на бортики любой линии посуды. На данный момент, если вы предпочитаете сковороды с закругленными ручками, мы рекомендуем приобрести сковороду Tramontina.

Трехслойная сковорода из нержавеющей стали All-Clad D3 для ежедневного использования по своим характеристикам не уступает нашей лучшей сковороде из нержавеющей стали All-Clad D3 с крышкой 12 дюймов. Фото: Майкл Салливан

Трехслойная сковорода All-Clad D3 из нержавеющей стали для повседневного использования, равномерно нагретая по всей поверхности сковороды. Фото: Майкл Салливан

Сковорода Williams-Sonoma Signature из нержавеющей стали с термопокрытием имеет маленькую поверхность для приготовления пищи и очень длинную ручку, что нам показалось неудобным, особенно в переполненном помещении. Сковорода Signature Thermo-Clad весом 3 фунта 14,8 унции была немного тяжела для некоторых из наших тестеров.

Сковорода Breville Thermal Pro Clad из нержавеющей стали 12,5″ — это гигант, который весит почти 5 фунтов. Он полностью облицован и имеет дополнительный стальной диск, приваренный к днищу. В наших тестах на сохранение тепла мы обнаружили, что он слишком хорошо удерживает тепло, предлагая плохой контроль температуры. Чарлин Маттокс, автор кулинарных книг и директор по продуктам питания и ремеслам Country Living, в своем интервью с нами особо упомянула сковороду Breville, сказав, что она стала слишком горячей для нее.

Мы решили не тестировать сковороду Material Kitchen с медным сердечником, поскольку мы исключили 5-слойные сковороды после того, как наши предыдущие тесты показали, насколько медленно они нагреваются.

Мы смогли исключить 12-дюймовую сковороду Misen после тестирования Misen 3QT Saucier в нашем путеводителе по лучшей маленькой кастрюле. Благодаря пятислойной конструкции сковорода нагревалась медленнее, а трубчатую ручку было трудно держать. Мы также наблюдали, как эта сковорода появлялась и исчезала со склада.

Мы не тестировали сковороды All-Clad G5 с графитовым сердечником, поскольку самый большой доступный размер составляет всего 10,5 дюймов. Это также дороже, чем наш текущий All-Clad, и у него нет крышки.

От 200 долларов

Непомерно дорогая сковорода Hestan NanoBond 12,5″ Open Skillet (во время нашего тестирования она стоила колоссальные 360 долларов) концентрировала тепло в центре сковороды. Наши выборы показали лучшие результаты за небольшую часть цены.

Сковорода из кованой нержавеющей стали Hestan Probond диаметром 12,5 дюйма нагревалась почти так же равномерно, как и сковорода All-Clad, и хорошо сохраняла тепло, но при первом использовании она обесцвечивалась и деформировалась. Мы ожидаем большего от кастрюли за 230 долларов. Мы также обнаружили, что немного более высокий угол ручки менее удобен для удержания, чем ручка сковороды All-Clad. Кроме того, сковорода Hestan Probond более чем на фунт тяжелее, чем сковорода All-Clad, что делает ее более громоздкой для подъема.

Эту статью отредактировали Мэрилин Онг и Маргерит Престон.

Источники

Традиционные сковороды (требуется подписка), Америка. Тестная кухня
Майкл Чу, Общие материалы посуды, приготовление инженеров, 15 июля 2005
8182, Donistinming Donsistining до Donsisting. Find the Best, Food & Wine, 1 ноября 2008 г.
Полностью облицованная 12-дюймовая сковорода из нержавеющей стали, Good Housekeeping, 25 октября 2012 г.
Best Skillets, Good Housekeeping, 24 октября 2012 г.
Шарлин Маттокс, директор отдела продуктов питания и ремесел Country Living, телефонное интервью, 9 марта 2016 г.
Джери Стюарт Ливинг, менеджер тестовой кухни в , личное интервью, 3 марта 2016 г.
Расс Парсонс, кулинарный обозреватель, интервью по электронной почте, 25 апреля 2013 г.
Келли Эванс, затем директор тестовой кухни в Saveur, интервью по электронной почте, 1 апреля 2013 г.
Дж. Кенджи Лопес-Альт, управляющий кулинарный директор Serious Eats, интервью по электронной почте, 22 апреля 2013 г. интервью, 29 марта 2022 г.

О ваших гидах

Майкл Чжао

Лесли Стоктон

Лесли Стоктон — старший штатный писатель, который пишет для Wirecutter обо всем, что касается кулинарии и развлечений. Ее опыт основан на карьере в кулинарном мире на протяжении всей жизни — от повара ресторана и поставщика провизии до редактора продуктов питания в Martha Stewart. Она совершенно счастлива оставить все это позади, чтобы полностью посвятить себя кухонной утвари.

Майкл Салливан

Майкл Салливан работает штатным автором в команде поваров Wirecutter с 2016 года. Ранее он был редактором Международного кулинарного центра в Нью-Йорке. Он работал в различных сферах пищевой и ресторанной индустрии более десяти лет.

Дополнительная литература

Лучшая чугунная сковорода
Лесли Стоктон, Шэрон Франке и Майкл Салливан
После тестирования 16 чугунных сковород мы рекомендуем 12-дюймовую сковороду Lodge Chef Collection.