Батареи отопления металлические: Стальные панельные радиаторы отопления — купить по выгодной цене

Металлические батареи (радиаторы) отопления — какие лучше?

Роскошь отказа от установки традиционно наполняемых горячей водой металлических батарей для отопления дома могут позволить себе разве что жители жарких стран.

Системы отопления помещений, в которых в качестве циркулирующего теплоносителя используется подогреваемая электричеством, газом, твердым топливом, солнечной энергией вода, представляются наиболее надежным, эффективным, экономичным, безопасным и долговечным решением, рассчитанным на длительное использование в течение года или вовсе круглогодичное применение.

Центральными элементами подобной системы выступают металлические радиаторы отопления как лучший вариант, обладающий требуемыми теплотехническими и эксплуатационными характеристиками:

• прочностью;
• долговечностью;
• устойчивостью к высоким температурам и коррозионному разрушению;
• хорошей теплопроводностью для того, чтобы эффективно отдавать тепло от теплоносителя в помещение.

Использование металлических батарей для отопления помещений различных по площади и назначению возможно на любых объектах, подключенных к центральному отоплению или автономно обслуживающихся. Современный ассортимент вариантов по типу, габаритам и оформлению необычайно широк и позволяет превратить радиаторы если не в полноценное украшение интерьера, то гармонично вписать их в дизайн, не нарушив гармонию стиля помещения.

Классификация радиаторов из металла по форме

Постоянная отопительная система в домах и на объектах нежилого назначения может комплектоваться различными типами батарей по их форме. В настоящее время отечественные и зарубежные производители предлагают радиаторы следующих востребованных типов:

Секционные

Наиболее давний вариант, который к тому же считается одним из универсальных и бюджетных, хотя уровень цена на металлические радиаторы отопления подобного типа может колебаться в широком диапазоне — все зависит от материала, сложности монтажа конструкции, а также эстетичности внешнего вида.

Несомненными преимуществами данного типа радиаторов, как правило, выступают высокий КПД, возможность использования для сушки вещей, выдерживание скачков давления в системе и длительность срока службы.

Трубчатые

Представляют собой разновидность секционных батарей в современной интерпретации, однако выбор вариантов настолько широк, что трубчатые батареи вынесены в отдельную группу. Достоинствами данного типа являются стойкость к перепадам температуры, стабильность при высоком давлении в системе, нетребовательность в уходе, интересное оформление и доступная цена.

Панельные

Представители данной группы радиаторов имеют вид панели, как правило, с прорезями в верхней части для выхода нагретого воздуха. Среди плюсов конструкции можно отметить высокую теплоотдачу и эффективную конвекцию, возможность контроля и регулирования режима работы. Нейтральность и неброскость внешнего вида также можно отнести к преимуществам, так как такие обогреватели можно вписать в любой интерьер даже не закрывая их декоративными панелями.

Пластинчатые

Компактные отопители незатейливой конструкции, состоящей из центральной трубы с приваренными к ней металлическими пластинами для теплоотдачи и формирования направленных теплых воздушных потоков. Их также можно отнести к представителям доступной ценовой политики. Однако они отличаются непрезентабельным внешним видом и низкой практичностью.

Классификация металлических батарей по материалу изготовления и сфера применения

Технические характеристики металлических радиаторов отопления, а также обусловленными этим нюансы их использования зависят не только от формы исполнения, но и в значительной степени определяются свойствами конкретного материала.

Современный рынок предлагает варианты, как проверенные десятилетиями, так и представляющиеся относительными новинками, однако успешно зарекомендовавшие себя в конкретной сфере использования:

• чугун;
• сталь;
• медь;
• алюминий;
• биметалл (внутри сталь, снаружи алюминий).

Чугунные радиаторы

Металлические радиаторы отопления, отлитые из чугуна, являются классикой жанра. На протяжении долгих десятилетий именно такие батареи устанавливались в жилых домах и на объектах хозяйственно-бытового назначения. Однако они не утрачивают своих позиций и поныне. Отличающиеся колоссальной долговечностью, некоторые варианты, установленные 50 лет назад, до сих пор выполняют свою функцию.

Чугунные батареи — лучшее решение, когда необходимо подчеркнуть ретро-стиль интерьера. Кроме того, к заказу доступны варианты, украшенные фигурными элементами, или радиаторы современной лаконичной формы. Кроме того, помимо моделей, традиционно подвешиваемых стену, предлагаются варианты с ножками, позволяющими установить батарею на пол в случаях, когда конструкция стен не позволяет им выдерживать существенные нагрузки (не позволяет толщина и т.д.).

К положительным сторонам чугуна и батарей отопления из него относятся:

• стойкость к температурам теплоносителя до +140 °С и давлению в системе до 15 атмосфер, что делает их хорошим выбором для подключения к центральным системам отопления, не отличающимся высокой стабильностью;
• способность сохранять тепло — чугунные батареи медленно нагреваются и прогревают помещение, однако и долго остывают.

К недостаткам можно отнести инертность, затрудняющую регулирование температуры нагрева и теплоотдачи, громоздкость и большой вес, необходимость регулярной (раз в 1-3 года) промывки с целью удаления накапливающихся отложений и окислов, повышенные затраты энергии на нагрев достаточно большого объема теплоносителя для заполнения и прогрева чугунных батарей (это обязательно необходимо учитывать при выборе радиаторов для автономного отопления в квартире или частном доме).

Стальные радиаторы

Радиаторы из стали — еще один универсальный вариант отопителей для дома, административного, хозяйственно-бытового, торгового и любого другого объекта. Так же, как чугунные, стальные модели отличаются высокими эксплуатационными характеристиками и доступной ценой.

Широкое разнообразие позволяет выбрать модель с оптимальными видом и свойствами под конкретные нужды. Радиаторы из стали могут быть панельного типа, секционными, трубчатыми и пластинчатыми, также их отличает нейтральность или привлекательность внешнего вида, что позволяет им вписываться в любые интерьеры, не привлекая к себе внимания или выступая одновременно практичным и декоративным элементом в дизайне.

Высокая теплопроводность стали обеспечивает высокий КПД стальным батареям (особенно трубчатого и панельного типа) за счет увеличенной поверхности теплоотдачи. Также к достоинствам можно отнести простоту регулирования температуры нагрева, сохранение стабильности свойств и параметров при температуре теплоносителя в системе до +110 °С и давлении до 13 атмосфер. Этого вполне достаточно для эффективной и безопасной работы как в автономных системах, так и в системах централизованного теплоснабжения. Однако для автономного отопления стальные батареи подходят лучше:

• они подвержены коррозии, а потому полный слив из системы теплоносителя и длительное завоздушивание будут сказываться разрушительным образом, сокращая срок эксплуатации;
• вода в системе должна быть высокого качества — без мусора, без солей. Иначе необходимы дополнительные фильтры или ежегодный демонтаж и промывка батарей.

Медные радиаторы

Ответом на вопрос, какие лучше купить металлические радиаторы отопления, чтобы они отличались необычным видом, высокой надежностью и эффективностью, могут стать радиаторы, изготовленные из меди.

Теплопроводность меди в 6 раз превышает аналогичный показатель у стали и в 2 раза у алюминия. Это позволяет сделать батареи более компактными без потери эффективности, а также способствует экономичности работы системы отопления, что особенно важно для автономных вариантов.

Однако несмотря на отличные теплотехнические и эксплуатационные свойства меди (не корродирует, не чувствительна к химическим примесям, рабочие параметры среды составляют до + 150 °С и 50 атмосфер), у медных радиаторов есть и недостатки: высокая стоимость, которая не всем по карману, а также капризность в плане выбора сопутствующих элементов системы отопления (в идеале все должно быть медным или латунным, или хотя бы не содержать алюминия). Также медные батареи представлены только гладкими змеевиками и моделями пластинчатого типа.

Алюминиевые радиаторы

Алюминий — легкий металл с высокой теплопроводностью, что и обуславливает высокие теплотехнические характеристики и популярность отопительных батарей из алюминия:

• разнообразие форм, размеров и даже вариантов декора;
• небольшая масса способствует простоте монтажных работ;
• быстрый нагрев и прогрев помещения;
• простота регулировки и контроля;
• доступность — возможность купить алюминиевые батареи отопления по выгодной цене.

Однако наряду с плюсами, имеются и минусы в виде быстрого остывания, низкой прочности и устойчивости к гидроударам, засоряемости с необходимостью регулярной промывки, несовместимости с медными элементами. Из-за этого их использование в системах центрального теплоснабжения затруднено, зато для автономного отопления алюминиевые радиаторы подходят, особенно для обогрева загородных домов, не предназначенных для постоянного проживания.

Биметаллические радиаторы

Тандем стали (внутренние емкости) и алюминия (наружный корпус) обеспечивает этим современным батареям высокую надежность и эффективность, что сказывается и на стоимости биметаллических радиаторов отопления в сторону увеличения. Однако это самый прогрессивный и универсальный вариант, который отличают:

• экономичность — сравнительно небольшие объемы теплоносителя;
• высокий КПД;
• стойкость к высоким давлениям до 50 атмосфер;
• привлекательность внешнего вида, широкий выбор дизайнов и вариантов конструкции;
• невысокий вес;
• удобство регулировки;
• долговечность (до 20 лет без проблем).

Если необходимы качественные металлические батареи отопления, покупка биметаллического варианта станет выгодной инвестицией в комфорт и безопасность как в случае автономного теплоснабжения, так и для работы в централизованных системах.

Однако если это алюминий или биметалл от компании Lammin, то в радиаторах премиального (Lammin Premiun) и даже экономичного (Lammin Eco) класса гарантировано воплощены последние финские технологии теплоэнергоэффективности и высокой надежности, доступные вам на самых выгодных условиях.

вариации типов батарей и их характеристика

Отопительные приборы постоянно совершенствуются. Разрабатываются новые модели и типы, которые более эффективно обогревают помещение и могут использоваться в современном интерьере. Стандартные чугунные радиаторы для отопления встречаются сегодня все реже. Им на смену пришли другие металлические обогреватели. Технические характеристики и внешний вид этих приборов выгодно выделяют их среди стандартных батарей.

Сегодня на рынке отопительного оборудования ассортимент металлических батарей очень разнообразный. Благодаря этому можно легко подобрать вариант, идеально подходящий по всем параметрам и пожеланиям. Но чтобы знать, какой именно радиатор выбрать, надо уметь разбираться в типах данных устройств, знать их достоинства и недостатки. Стоит отметить, что прежде чем радиаторы отопления металлические купить, следует определиться с типом и техническими характеристиками устройства.

Содержание

• 1 Типы металлических устройств для отопления
  • 1.1 Стальные батареи
  • 1.2 Медные радиаторы
  • 1.3 Алюминиевые батареи
  • 1.4 Биметаллические батареи
• 2 Какой металлический радиатор выбрать?

Типы металлических устройств для отопления

В зависимости от материала выделяют стальные, чугунные, алюминиевые и биметаллические радиаторы. Остановимся на каждом из этих видов более подробно.

Стальные батареи

Конструкционно оборудование состоит из двух металлических листов, спаянных между собой. Для производства используются марки стали высокой прочности. Такие батареи отопления металлические отличаются эффективностью и подходят для разных режимов эксплуатации. Широко применяются как в городских квартирах с централизованным теплоснабжением, так и в частном секторе в автономных системах отопления. Многие известные торговые марки изготавливаются из стали холодного проката с толщиной от 1,25 до 1,75 мм. Это позволяет достичь высокой прочности готового изделия.

Такие металлические радиаторы могут быть секционными, панельными и трубчатыми. Секционные характеризуются высокой прочностью. Идеально подходят для систем с высоким рабочим давлением теплоносителя. Ведь такой радиатор может выдерживать давление от 10 до 16 атмосфер. Внешне стальная батарея отопления чем-то напоминает советские чугунные обогреватели. Правда отличается более высокой надежностью, практичностью и долговечностью.

Конструкция секционного прибора представляет собой несколько секций, сваренных между собой. Используется точечная сварка. Надо отметить, что технологически это достаточно сложный процесс. Поэтому на такие металлические радиаторы отопления цена гораздо выше, чем на другие разновидности стальных батарей.

Панельные изделия сочетают в себе характеристики конвекторов и радиаторов. Изготавливают данные батареи в форме панелей.

Радиаторы отопления металлические плоские отличаются простотой конструкции.

Панель представляет собой две пластины из металла с рельефными выступами, которые получают путем штамповки. Теплоноситель циркулирует по вертикально расположенным каналам.

В зависимости от количества панелей радиаторы могут быть таких типов: 33, 22 и 11. Панельные стальные радиаторы тип 22 – идеальный вариант для небольших жилых помещений. Различаются данные типы количеством панелей. Но надо отметить, что на радиаторы отопления стальные тип 22 цены выше, нежели на тип 11. Поскольку стоимость батареи зависит от количества панелей.

Трубчатые приборы стоят очень дорого. И в связи с этим используются намного реже. Состоят из горизонтальных и вертикальных рядов труб, которые соединяются коллекторами. Отличаются высокой теплоотдачей. Оборудование нагревается очень быстро. Дизайн может быть самым разным.

Все модели стальных отопительных приборов имеют такие преимущества:

1. высокая производительность;
2. простота в эксплуатации и уходе;
3. широкий выбор;
4. современный дизайн;
5. долговечность.

На стальные батареи отопления отзывы в основном положительные. Но некоторые пользователи выделяют и ряд минусов. К ним можно отнести склонность к коррозии, чувствительность сварочных швов к гидроударам. Качество лакокрасочного покрытия зависит от производителя. Есть модели, которые могут прослужить десятилетия. А есть приборы, покрытие которых достаточно быстро разрушается.

Покупая такие батареи надо учитывать, что мощность стальных радиаторов отопления выбирать следует исходя из площади помещения, количества окон, наружных стен, наличия стеклопакетов и проведенного утепления. Чтобы рассчитать количество тепла, необходимое для определенной комнаты, надо мощность радиатора умножить на площадь отапливаемого помещения.

Так как бывает разная мощность стальных радиаторов отопления таблица тепловой мощности поможет сделать потребителю правильный выбор. Такая таблица у каждого производителя своя. Конечно, данные в ней не сильно различаются, но все же имеют некоторые расхождения.

Из разных стран, которые производят стальные радиаторы Турция занимает одно из ведущих мест по изготовлению приборов с оптимальным соотношением цены и качества. Тут стоит выделить фирму Radiatori. Изделия этой компании соответствуют европейским стандартам. Продукция проходит жесткий тест на герметичность. Поэтому высокое качество и надежность гарантированы. На турецкие радиаторы отопления стальные отзывы пользователей сводятся к следующим: высокое качество, замечательный дизайн и доступная цена.

Медные радиаторы

Что касается степени теплопроводности и передачи тепла, радиаторы медные отопления являются лидерами. Помимо этого к достоинствам обогревателей данного типа можно отнести:

• рабочее давление составляет 16 атмосфер;
• теплоноситель максимально может нагреваться до +150 градусов;
• высокая устойчивость к разным химически активным веществам, которые входят в состав теплоносителя;
• широкий выбор: купить радиаторы отопления медные можно разных размеров, расцветок и дизайна;
• медь обладает способностью препятствовать размножению вредных микроорганизмов. Поэтому такие батареи являются экологичными;
• высокая прочность;
• гибкость материала;
• простой монтаж;
• срок службы очень большой – более 50 лет.

Недостаток у таких батарей один – на медные радиаторы отопления цена достаточно высокая. Что немного ограничивает широкое применение оборудования данного типа. Но те домовладельцы, которые уже установили такие батареи, ничуть не жалеют о своем выборе.

На отечественном рынке наиболее популярны такие чугунные радиаторы: Roca, Konner, Eхеmet и Нова. Также очень востребованы чешские батареи Viadrus styl. Продукция отличается достаточно демократичной ценой и высоким качеством.

Алюминиевые батареи

По уровню теплоотдачи, весу и дизайну алюминиевые батареи превосходят стальные и чугунные изделия. Правда оборудование из такого материала имеет ряд отрицательных характеристик:

1. низкая механическая прочность. Конечно, относится это не ко всем моделям. Но большинство марок не подходят для установки в системах централизованного теплоснабжения;
2. алюминий несовместим с медью. А для теплообменников часто используется именно медь. Поэтому это нужно учитывать при покупке радиатора.

В России есть несколько предприятий, которые выпускают алюминиевые радиаторы. Стоит выделить завод Анкор и компанию Рифар. Помимо отечественных моделей, на рынке есть и импортные изделия. Самыми качественными считаются обогреватели из Италии и Венгрии.

На вопрос, какой фирмы выбрать алюминиевые радиаторы отопления, однозначного ответа нет. Все зависит от предпочтений потребителя и размера бюджета. Отечественные модели стоят дешевле импортных, но по качественным характеристикам могут немного уступать известным зарубежным брендам.

Биметаллические батареи

Наиболее практичным вариантом для обогрева квартир многоэтажного дома являются именно биметаллические батареи. Изготавливают их из алюминия и стали. Алюминиевые ребра обеспечивают высокую теплоотдачу. А стальной сердечник – хорошую прочность конструкции.

Биметаллическая батарея имеет высокую устойчивость к гидроударам и агрессивной среде.

Может выдержать давление до 37 атмосфер. Монтаж простой, особо не отличается от установки чугунного либо алюминиевого аналога. Внешне биметаллические обогреватели очень похожи на алюминиевые, но весят на 60% больше.

Если бюджет ограничен, лучше остановить выбор на полностью металлическом изделии. Поскольку на батареи отопления металлические цена гораздо демократичнее. Самые недорогие радиаторы из биметалла представлены производителями из России и Китая. Китайские изделия самые дешевые, но отличаются низким качеством. Среди производителей высококачественных биметаллических приборов можно назвать итальянские компании Sira и Global.

Биметаллические радиаторы отлично вписываются в любой интерьер. Очень компактны. Обогреватели подходят для всех отопительных систем. Многие модели оснащаются термостатом. Что позволяет регулировать температуру нагрева. Срок службы таких батарей большой, но при эксплуатации с низкокачественным теплоносителем, существенно снижается.

Какой металлический радиатор выбрать?

Выбор отопительного прибора зависит в первую очередь от того, что планируется отапливать. Если это городская квартира в многоэтажке с централизованным отоплением, то лучше отдать предпочтение биметаллическим радиаторам. С точки зрения эстетики, безопасности эксплуатации и теплоотдачи это будет наиболее оптимальным решением. Но если бюджет ограничен, то можно приобрести и радиаторы стальные для отопления помещения. Прочность у такого прибора такая же, как и у биметаллического.

Для частного сектора, где теплоснабжение осуществляется через автономную систему, больше подойдут алюминиевые радиаторы. Теплоотдача у них отличная. И цена невысокая. Температуру и давление можно регулировать.

Технология: Амбри

Ваш браузер не поддерживает видео тег. Ваш браузер не поддерживает видео тег. Продукт

Ambri представляет собой готовую к установке контейнерную систему постоянного тока с полками для ячеек, управлением температурным режимом, защищенным от атмосферных воздействий внешним корпусом и системой управления батареями (BMS) для приложений, требующих высокой энергоемкости, частых циклов, длительного срока службы и высокая эффективность.

Ячейки собираются на лотках и соединяются внутри теплового кожуха для формирования системы масштаба МВтч, которая затем отдельно подключается к сети с помощью стандартных промышленных двунаправленных инверторов постоянного и переменного тока. Система изолирована и «самонагревается» при работе, не требуя внешнего нагрева/охлаждения для поддержания рабочей температуры батарей. Несколько систем, размещенных вместе на площадке, подключаются параллельно, что обеспечивает неограниченную масштабируемость вверх для крупномасштабных проектов.

Мощность: 1000 кВтч, 250 кВт
КПД по постоянному току: более 80% в широком диапазоне вариантов использования
Время отклика: <500 миллисекунд
Напряжение: 550—1150 В
Занимаемая площадь: 10-футовый транспортный контейнер

Первоначальная коммерческая ячейка Ambri обладает преимуществами производительности и безопасности, уникальными для технологии Ambri.

Каждая ячейка Ambri состоит из прочного корпуса из нержавеющей стали, положительно поляризованного корпуса и отрицательной клеммы, выступающей из центра крышки.

При транспортировке клетки доставляются при температуре окружающей среды и неактивны; они имеют нулевое напряжение на ячейке и не могут пропускать ток, что обеспечивает значительные преимущества в плане безопасности при сборке и транспортировке.

После доставки на место нагреватели в системе доводят ячейки до их рабочей температуры, что активирует их и позволяет им начать накапливать или возвращать электроэнергию.

Несмотря на то, что ожидается, что система будет постоянно поддерживать рабочую температуру в течение всего срока службы системы, элементы рассчитаны на десятки тепловых циклов от комнатной температуры до 500 °C без влияния на производительность элемента.

Элементы также очень устойчивы к перезарядке или чрезмерному разряду и не подвержены тепловому выходу из строя, разложению электролита или выделению электролита, каждый из которых может привести к значительным нарушениям безопасности при использовании других химических элементов элементов,

Аккумуляторная платформа Ambri

Технология, изменившая правила игры

Батарея из жидкого металла состоит из анода из жидкого кальциевого сплава, расплавленного солевого электролита и катода из твердых частиц сурьмы, что позволяет использовать недорогие материалы и малое количество стадий в процесс сборки клеток.

Активные материалы в ячейках Амбри обратимо сплавляются и разлагаются при зарядке и разрядке. Электролит термодинамически стабилен по отношению к электродам, что позволяет избежать нежелательных побочных реакций, таких как пленкообразование, которое может ухудшить характеристики других химических элементов. Кроме того, отрицательный электрод полностью расходуется при разрядке, а затем восстанавливается в каждом цикле, что обеспечивает повторяемость процесса без эффекта памяти.

Благодаря этим уникальным рабочим характеристикам технология жидкометаллических аккумуляторов Ambri позволяет избежать общих механизмов деградации, которые вызывают снижение емкости в других химических веществах.

Высокотемпературная химия

При комнатной температуре ячейка Амбри является непроводящей, а ее активными материалами являются твердые металлы и твердый электролит. При нагреве до температуры 500˚C аккумуляторные системы на основе Амбри работают с максимальным уровнем производительности независимо от внешней температуры и не требуют энергоемкого кондиционирования воздуха.

Системы на основе амбри генерируют собственное тепло во время работы, что устраняет необходимость в дополнительном питании для контроля температуры. Эти системы любят эксплуатироваться — полный цикл зарядки/разрядки не реже одного раза в два дня будет поддерживать рабочую температуру системы, а более высокие рабочие циклы не увеличат деградацию.

Нулевое обслуживание

Коммерческие системы Ambri будут упакованы в контейнеры на 550–1150 В постоянного тока с мощностью до 1 МВтч. Эти контейнеры будут собраны на заводе и доставлены на площадку полностью заполненными и опечатанными. Каждый из этих контейнеров не будет содержать заменяемых или обслуживаемых компонентов. Это исключает обслуживание на месте и означает, что контейнер становится модульным и заменяемым компонентом системы. Для проектов с 10 или более контейнерами, подключенными параллельно на стороне ЦОД АСУ ТП, надежность системы повышается за счет резервирования N+1 на уровне контейнера.

Самая дешевая система накопления энергии

В элементах Ambri используются общедоступные электродные материалы, стоимость которых составляет 1/3 стоимости литий-ионных элементов NMC. Производство элементов Ambri намного проще и требует от 1/3 до 1/2 капитальных затрат на МВтч производства, чем литий-ионных. Кроме того, системы на базе Ambri не имеют систем охлаждения, пожаротушения или модульного и стоечного BMS-оборудования, как того требуют ионно-литиевые системы. По этим причинам аккумуляторные системы на основе Ambri с длительным сроком службы составляют лишь небольшую часть стоимости литий-ионных по сравнению с 20-летними восьмичасовыми системами.

Прогнозируется, что литий-ионные батареи упадут в цене с текущего уровня до менее чем 100 долларов США за кВтч в середине или конце 2020-х годов. Даже по сравнению с этой низкой будущей ценой на литий-ионные аккумуляторы в $100/кВтч, эти системы накопления энергии будут значительно дороже, чем аккумуляторные системы на основе Ambri.

Не литий-ионный

Недавние события

Пожар на 20-мегаваттном аккумуляторном заводе в Великобритании в Ливерпуле

Актуальная проблема: индустрия хранения энергии борется с возгоранием аккумуляторов

Взрыв батареи в Аризоне меняет общепринятые представления о безопасности

Южная Корея определяет 4 основных причины пожаров ESS

Отсутствие риска возгорания

Системы хранения энергии Ambri удовлетворят глобальную потребность в хранении энергии в сети с помощью эффективного и безопасного система. По мере того, как литий-ионные аккумуляторы заполонили рынок сетевых накопителей, появились возможности для более безопасных аккумуляторов с более длительным сроком службы для длительных применений.

На сегодняшний день более 20 литий-ионных систем хранения энергии привели к взрывам или пожарам. Аккумуляторы Ambri не взрывоопасны, не воспламеняются и не чувствительны к температуре. Никакой уровень перезарядки, чрезмерной разрядки, короткого замыкания или температуры не вызывал никаких проблем с безопасностью этих элементов.

Ambri сотрудничает с Underwriters Laboratories для разработки соответствующего набора тестов безопасности для сертификации элементов Ambri. Клетки Амбри продемонстрировали легкое прохождение этих тестов.

Аккумулятор из расплавленных металлов | MIT News

Новая перезаряжаемая батарея, разработанная в Массачусетском технологическом институте, однажды может сыграть решающую роль в массовом расширении производства солнечной энергии, необходимом для смягчения последствий изменения климата к середине века. Разработанная для хранения энергии в электрической сети, батарея большой емкости состоит из расплавленных металлов, которые естественным образом разделяются, образуя два слоя электродов по обе стороны от расплавленного солевого электролита между ними. Испытания элементов, изготовленных из недорогих материалов, широко распространенных на Земле, подтверждают, что жидкостная батарея работает эффективно без существенной потери емкости или механического износа — типичных проблем современных батарей с твердыми электродами. Исследователи Массачусетского технологического института уже продемонстрировали простой и недорогой процесс изготовления прототипов своей батареи, а в планах на будущее — проведение полевых испытаний на небольших энергосистемах, включающих в себя прерывистые источники генерации, такие как солнечная энергия и ветер.

Способность хранить большое количество электроэнергии и доставлять ее позже, когда это необходимо, будет иметь решающее значение, если прерывистые возобновляемые источники энергии, такие как солнечная и ветровая, будут развернуты в масштабах, которые помогут сдержать изменение климата в ближайшие десятилетия. Такое крупномасштабное хранение также сделало бы сегодняшнюю энергосистему более отказоустойчивой и эффективной, позволяя операторам быстро поставлять электроэнергию во время отключений и удовлетворять временные пики спроса без поддержания дополнительных генерирующих мощностей, которые дороги и редко используются.

Десять лет назад комитет, планирующий новую энергетическую инициативу Массачусетского технологического института, обратился к Дональду Садоуэю, профессору химии материалов Массачусетского технологического института имени Джона Ф. Эллиотта, с просьбой взяться за решение проблемы накопления энергии в масштабе сети. В то время исследования Массачусетского технологического института были сосредоточены на литий-ионных батареях — на тот момент относительно новой технологии. Разрабатываемые литий-ионные батареи были небольшими, легкими и недолговечными — это не проблема для мобильных устройств, которые обычно обновляются каждые несколько лет, а проблема для использования в сети.

Батарея для энергосистемы должна надежно работать годами. Он мог быть большим и стационарным, но — самое главное — должен был быть недорогим. «Классический академический подход, заключающийся в том, чтобы изобретать самую крутую химию, а затем пытаться снизить затраты на этапе производства, не сработает, — говорит Садоуэй. «В энергетическом секторе вы конкурируете с углеводородами, а они глубоко укоренились, сильно субсидируются и живучи». Кардинальный сдвиг в производстве энергии потребует другого подхода к хранению.

Поэтому Садоуэй обратился к хорошо известному ему процессу: плавке алюминия. Плавка алюминия — крупномасштабный недорогой процесс, проводимый внутри электрохимических элементов, которые надежно работают в течение длительного времени и производят металл с очень низкими затратами при потреблении большого количества электроэнергии. Садоуэй подумал: «Можем ли мы запустить плавильный завод в обратном направлении, чтобы он возвращал свое электричество?»

Последующее расследование привело к жидкометаллической батарее. Как и у обычной батареи, у этой есть верхний и нижний электроды, между которыми находится электролит (см. рис. 1 на слайд-шоу выше). Во время разрядки и перезарядки положительно заряженные ионы металлов перемещаются от одного электрода к другому через электролит, а электроны совершают такой же путь через внешнюю цепь. В большинстве аккумуляторов электроды — а иногда и электролит — твердые. Но в аккумуляторе Садовея все три жидкости. Отрицательный электрод — верхний слой батареи — представляет собой жидкий металл с низкой плотностью, который легко отдает электроны. Положительный электрод — нижний слой — представляет собой жидкий металл высокой плотности, который с удовольствием принимает эти электроны. А электролит — средний слой — это расплавленная соль, которая переносит заряженные частицы, но не смешивается с материалами сверху или снизу. Из-за различий в плотности и несмешиваемости трех материалов они естественным образом образуют три отдельных слоя и остаются отдельными во время работы батареи.

Преимущества растворения

Этот новый подход обеспечивает ряд преимуществ. Поскольку компоненты являются жидкими, перенос электрических зарядов и химических компонентов внутри каждого компонента и от одного к другому происходит сверхбыстро, что позволяет быстро пропускать большие токи в батарею и из нее. Когда батарея разряжается, верхний слой расплавленного металла истончается, а нижний — толще. Когда он заряжается, толщина меняется на противоположную. Здесь нет никаких стрессов, отмечает Садоуэй. «Вся система очень гибкая и просто принимает форму контейнера». В то время как твердые электроды со временем склонны к растрескиванию и другим видам механических повреждений, жидкие электроды не изнашиваются при использовании.

Действительно, каждый раз, когда батарея заряжается, ионы из верхнего металла, которые были осаждены в нижний слой, возвращаются в верхний слой, очищая электролит в процессе. Все три компонента восстановлены. Кроме того, поскольку компоненты естественным образом саморазделяются, нет необходимости в мембранах или сепараторах, которые подвержены износу. Жидкостная батарея должна выполнять много циклов заряда и разряда без потери емкости и необходимости технического обслуживания. А саморазделяющаяся природа жидких компонентов может способствовать более простому и менее дорогому производству по сравнению с обычными батареями.

Выбор материалов

Перед Садоуэем и тогдашним аспирантом Дэвидом Брэдвеллом MEng ’06, PhD ’11, стояла задача выбрать лучшие материалы для новой батареи, особенно для ее электродов. Существуют методы прогнозирования поведения твердых металлов в определенных условиях. Но эти методы «не представляли для нас никакой ценности, потому что мы хотели моделировать жидкое состояние», — говорит Садоуэй, — и больше никто в этой области не работал. Поэтому ему пришлось опираться на то, что он называет «осведомленной интуицией», основанной на его опыте работы в области электрометаллургии и преподавания химии в большом классе первокурсников.

Чтобы снизить затраты, Садоуэй и Бредвелл должны были использовать материалы для электродов, которые были бы дешевыми и долговечными. Чтобы достичь высокого напряжения, им пришлось соединить сильный донор электронов с сильным акцептором электронов. Верхний электрод (донор электронов) должен был иметь низкую плотность, а нижний электрод (акцептор электронов) — высокую плотность. «К счастью, — говорит Садоуэй, — в периодической таблице сильные электроположительные [донорные] металлы имеют низкую плотность, а сильные электроотрицательные [акцепторные] металлы — высокую плотность» (см. рис. 2 на слайд-шоу выше). И, наконец, все материалы должны были быть жидкими при практических температурах.

В качестве первой комбинации Садоуэй и Брэдвелл выбрали магний для верхнего электрода, сурьму для нижнего электрода и смесь солей, содержащую хлорид магния, для электролита. Затем они построили прототипы своей ячейки — и они заработали. Три жидких компонента самоотделились, и батарея работала так, как они и предсказывали. Вдохновленные своим успехом, в 2010 году они вместе с Луисом Ортисом SB ’96, PhD ’00, также бывшим членом исследовательской группы Садовея, основали компанию, первоначально называвшуюся Liquid Metal Battery Corporation, а затем Ambri, для продолжения разработки и масштабирования. до новой технологии.

Пока нет

Но возникла проблема. Чтобы компоненты оставались расплавленными, батарея должна была работать при температуре 700 градусов по Цельсию (1292 градуса по Фаренгейту). Работа в таком горячем состоянии потребляла часть электрической мощности батареи и увеличивала скорость коррозии и разрушения вторичных компонентов, таких как стенка ячейки. Поэтому Садоуэй, Брэдвелл и их коллеги из Массачусетского технологического института продолжили поиск активных материалов.

Первые результаты химии элементов из магния и сурьмы ясно продемонстрировали жизнеспособность концепции батареи из жидкого металла; в результате исследования на территории кампуса получили более 11 миллионов долларов от спонсоров, включая Total и программу ARPA-E Министерства энергетики США. Приток долларов на исследования позволил Садовею увеличить исследовательскую группу в Массачусетском технологическом институте почти до 20 аспирантов и студентов бакалавриата, а также докторантов, готовых принять вызов.

Через несколько месяцев команда начала штамповать новые варианты химии на основе различных материалов с более низкой температурой плавления. Например, вместо сурьмы использовали свинец, олово, висмут и сплавы подобных металлов; а вместо магния использовали натрий, литий и сплавы магния с такими металлами, как кальций. Вскоре исследователи поняли, что они не просто искали новую химию батареи. Вместо этого они открыли новую аккумуляторную «платформу», из которой могло появиться множество потенциально коммерчески жизнеспособных клеточных технологий с целым рядом атрибутов.

Новые химические элементы элементов стали демонстрировать значительное снижение рабочей температуры. Ячейки натрия и висмута работали при 560 градусах Цельсия. Литиевые и висмутовые элементы работали при 550 С. А батарея с отрицательным электродом из лития и положительным электродом из сурьмяно-свинцового сплава работала при 450 С.

Работая с последней комбинацией, исследователи наткнулись на неожиданное электрохимическое явление. : они обнаружили, что могут поддерживать высокое напряжение ячейки исходного электрода из чистой сурьмы с помощью новой версии сурьмяно-свинцового электрода — даже когда они сделали состав на целых 80 процентов свинцом, чтобы снизить температуру плавления на сотни градусов.

«К нашему приятному удивлению, добавление большего количества свинца к сурьме не уменьшило напряжение, и теперь мы понимаем, почему», — говорит Садоуэй. «Когда литий входит в сплав сурьмы и свинца, литий предпочтительно реагирует с сурьмой, потому что это более прочная связь. Поэтому, когда литий [с верхнего электрода] попадает на нижний электрод, он игнорирует свинец и связывается с сурьмой».

Это неожиданное открытие напомнило им, как мало известно в этой новой области исследований, а также предложило изучить новые химические процессы в клетках. Например, недавно они собрали пробную ячейку с использованием положительного электрода из сплава свинца и висмута, отрицательного электрода из металлического натрия и нового электролита из смешанного гидроксида-галогенида. Ячейка работала при температуре всего 270°С, что более чем на 400°С ниже, чем у первоначальной магниево-сурьмяной батареи, при сохранении той же новой конструкции ячейки с тремя естественными разделяющими слоями жидкости.

Роль новой технологии

Платформа жидкометаллических батарей предлагает необычное сочетание функций. В общем, батареи характеризуются тем, сколько энергии и какую мощность они могут обеспечить. (Энергия — это общий объем работы, которую можно выполнить, а мощность — это скорость выполнения работы.) В общем, технологии работают лучше по одному показателю, чем по другому. Например, в случае с конденсаторами быстрая доставка обходится дешево, а хранение в изобилии обходится дорого. С насосной гидроэнергетикой все наоборот.

Но для сетевого хранилища важны обе возможности — и жидкометаллическая батарея потенциально может выполнять обе функции. Он может хранить много энергии (скажем, достаточно, чтобы продержаться во время отключения электроэнергии) и быстро доставлять эту энергию (например, чтобы мгновенно удовлетворить спрос, когда облако проходит перед солнцем). В отличие от литий-ионного аккумулятора, он должен иметь длительный срок службы; и в отличие от свинцово-кислотного аккумулятора, он не будет деградировать при полной разрядке. И хотя сейчас это кажется более дорогим, чем гидроэлектроэнергия, батарея не имеет ограничений на то, где ее можно использовать. В гидронасосах вода закачивается вверх в резервуар, а затем выпускается через турбину для выработки электроэнергии, когда это необходимо. Поэтому для установки требуется как склон холма, так и источник воды. Жидкометаллическая батарея может быть установлена ​​практически в любом месте. Нет необходимости в холме или воде.

Вывод на рынок

Компания Ambri спроектировала и построила завод по производству жидкометаллических аккумуляторов в Мальборо, штат Массачусетс. Как и ожидалось, производство несложно: просто добавьте электродные металлы и соль электролита в стальной контейнер и нагрейте его до заданной рабочей температуры. Материалы плавятся в аккуратные жидкие слои, образуя электроды и электролит. Процесс производства ячеек разработан и внедрен и будет постоянно совершенствоваться. Следующим шагом будет автоматизация процессов объединения множества элементов в крупноформатную батарею, включая силовую электронику.

Компания Ambri не сообщала о том, какую химию жидкометаллических аккумуляторов она коммерциализирует, но сообщает, что работает над одной и той же химией последние четыре года. По словам Брэдуэлла, ученые и инженеры Ambri построили более 2500 аккумуляторных элементов из жидкого металла и добились тысяч циклов заряда-разряда с незначительным снижением количества хранимой энергии. Эти демонстрации подтверждают первоначальный тезис Садоуэя и Брэдвелла о том, что полностью жидкостная батарея будет способна обеспечить более высокую производительность, чем твердотельные альтернативы, и сможет работать десятилетиями.

В настоящее время исследователи из Амбри решают последнюю инженерную задачу: разработать недорогое практичное уплотнение, которое предотвратит утечку воздуха в каждую отдельную ячейку, что позволит годами работать при высоких температурах. Как только необходимые уплотнения будут разработаны и испытаны, начнется производство аккумуляторов. Исследователи планируют доставить прототипы для полевых испытаний в нескольких местах, в том числе на Гавайях, где много солнечного света, но производство электроэнергии по-прежнему зависит от сжигания дорогого дизельного топлива. Одним из объектов является военно-морская база Перл-Харбор на острове Оаху. «Вызывает тревогу то, что наши военные базы зависят от гражданской электросети, — говорит Садоуэй. «Если эта сеть выйдет из строя, база должна включить дизельные генераторы, чтобы заполнить брешь. Таким образом, база может оставаться без электричества около 15 минут, что, вероятно, является достаточным временем для нанесения серьезного ущерба». Новая батарея может сыграть ключевую роль в предотвращении такого исхода.

Тем временем в лаборатории исследователи Массачусетского технологического института продолжают изучать другие химические вещества для ядра жидкостной батареи. Действительно, Садоуэй говорит, что его команда уже разработала альтернативную конструкцию, которая предлагает еще более низкие рабочие температуры, больший запас энергии, меньшую стоимость и более длительный срок службы. Учитывая общий недостаток знаний о свойствах и потенциальном использовании жидких металлов, Садоуэй считает, что в этой области еще могут быть сделаны крупные открытия. Результаты их экспериментов «открыли двери для целого ряда других вариантов, которые мы сделали», — говорит Садоуэй. «Это было действительно круто».

Это исследование было проведено при поддержке Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США (ARPA-E) и французской энергетической компании Total, поддерживающего члена MIT Energy Initiative. Первыми сторонниками были Центр Дешпанде, Фонд семьи Чесонис, Total и ARPA-E.

Эта статья опубликована в осеннем номере 2015 года Energy Futures , журнала MIT Energy Initiative.

Поделиться этой новостной статьей:

Упоминания в прессе

Forbes

Сотрудник Forbes Дэвид Блэкмон рассказывает об Ambri, стартапе Массачусетского технологического института, занимающемся разработкой жидкометаллических аккумуляторов. Блэкмон пишет, что Ambri разрабатывает новую аккумуляторную технологию, которая может «помочь возобновляемым источникам энергии, таким как ветер и солнечная энергия, расти быстрее в ближайшие годы и помочь им занять большую долю производства электроэнергии во всем мире».

Полная история через Forbes →

CBC News

Профессор Дональд Садоуэй беседует с репортером CBC News Полом Хантером о своей работе по разработке перезаряжаемой батареи, которая достаточно велика для питания всего района и использует жидкие металлы и расплавленную соль. Хантер пишет, что «изобретение Садовея радикально отличается от всего, что есть на рынке».

Полная история через CBC News →

Ссылки по теме

• Дональд Садоуэй
• Статья: «Магниево-сурьмяная жидкометаллическая батарея для стационарного хранения энергии».
• Доклад: «Жидкометаллические аккумуляторы: прошлое, настоящее и будущее».