Космос аккумуляторы их характеристики

Аккумуляторы Ni-MH

Аккумуляторы Ni-MH заменяют обычные батарейки АА, ААА и 9V.

Аккумуляторы низкой ёмкости предназначены для таких приборов как радио-телефоны, беспроводная компьютерная периферия. Высокая ёмкость идеальна для игрушек и других приборов с высоким потреблением тока.

Ассортимент Космос удобен широчайшим выбором ёмкостей. Каждый покупатель сможет подобрать по цене нужный ему аккумулятор.

Данная модель относится к классу батарей стандартной ёмкости. Как правило, срок службы таких батарей выходит дольше батарей повышенной ёмкости, поэтому это хороший выбор для бытовых приборов ежедневного использования: компьютерной периферии, пультов, радиотелефонов.

Ёькость батареи: 1500 мА·ч

Ёькость батареи: 1900 мА·ч

Модель относится к классу батарей повышенной ёмкости — лучший выбор для игрушек, фотовспышек и устройств с моторами.

Ёькость батареи: 2300 мА·ч

Ёькость батареи: 2500 мА·ч

Ёькость батареи: 2700 мА·ч

Источник

АККУМУЛЯТОРЫ И СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ

На первых спутниках Земли аппаратура потребляла относительно небольшие мощности тока и время работы ее было очень непродолжительным. Поэтому в качестве первых космических источников энергии успешно применялись обыкновенные аккумуляторы.

Как известно, на самолете или автомобиле аккумулятор является вспомогательным источником тока и работает совместно с электромашинным генератором, от которого периодически подзаряжается.

Основными достоинствами аккумуляторов являются их высокая надежность и отличные эксплуатационные качества. Существенный недостаток аккумуляторных батарей заключается в большом весе при малой энергоемкости. Например, серебряно-цинковая батарея при емкости 300 а-ч весит около 100 кг [31]. Это означает, что при мощности тока 260 вт (нормальное потребление на обитаемом спутнике «Меркурий») такая батарея будет работать менее двух суток. Удельный вес батареи, характеризующий весовое совершенство источника тока, составит около 450 кг/квт.

Поэтому аккумулятор как автономный источник тока применялся в космосе до сих пор лишь при небольших потребляемых мощностях (до 100 вт) при сроке службы несколько десятков часов.

Для больших автоматических спутников Земли, насыщенных разнообразным оборудованием, потребовались более мощные и легкие источники тока с весьма продолжительным сроком действия — до нескольких недель и даже месяцев.

Такими источниками тока явились чисто космические генераторы — полупроводниковые фотоэлектрические элементы, работающие на принципе преобразования световой энергии солнечного излучения непосредственно в электричество. Эти генераторы называют солнечными батареями.

Рис. 30. Схема работы кремниевой солнечной батареи:

1 — чистый монокристаллический кремний; 2 — «загрязненный» кремний; 3 — аккумулятор

Мы уже говорили о мощности теплового излучения Солнца. Напомним, что за пределами земной атмосферы интенсивность солнечной радиации довольно значительна: поток энергии, падающей на поверхность перпендикулярную солнечным лучам, составляет 1340 вт на 1 м г . Эту энергию, а вернее, способность солнечной радиации создавать фотоэлектрические эффекты и используют в солнечных батареях. Принцип действия кремниевой солнечной батареи показан на рис. 30.

Тонкая пластина состоит из двух слоев кремния с различными физическими свойствами. Внутренний слой представляет собой чистый монокристаллический кремний. Снаружи он покрыт очень тонким слоем «загрязненного» кремния, например с примесью фосфора. После облучения такой «вафли» солнечными лучами между слоями возникает поток электронов и образуется разность потенциалов, а во внешней цепи, соединяющей слои, появляется электрический ток.

Толщина кремниевого слоя требуется незначительная, но из-за несовершенства технологии она обычно бывает от 0,5 до 1 мм, хотя в создании тока принимает участие лишь около 2 % толщины этого слоя. Поверхность одного элемента солнечной батареи по технологическим причинам получается очень небольшой, что требует последовательного соединения в цепь большого числа элементов.

Кремниевая солнечная батарея дает ток лишь тогда, когда на ее поверхность падают лучи Солнца, причем максимальный съем тока будет при перпендикулярном расположении плоскости батареи по отношению к солнечным лучам. Это означает, что при движении космического корабля или ОКС по орбите необходима постоянная ориентация батарей на Солнце. Батареи не будут давать тока в тени, поэтому их необходимо применять в сочетании с другим источником тока, например с аккумулятором. Последний будет служить не только накопителем, но и демпфером возможных колебаний в величине потребной энергии.

К.п.д. солнечных батарей невелик, он не превышает пока 11–13 %. Это значит, что с 1 м 2 современных солнечных батарей снимается, мощность около 100–130 вт. Правда, есть возможности увеличения к.п.д. солнечных батарей (теоретически до 25 %) за счет совершенствования их конструкции и улучшения качества полупроводникового слоя. Предлагается, например, накладывать две или несколько батарей одну на другую так, чтобы нижняя поверхность использовала ту часть спектра солнечной энергии, которую пропускает, не поглощая, верхний слой.

К.п.д. батареи зависит от температуры поверхности полупроводникового слоя. Максимальный к. п. д. достигается при 25 °C, а при увеличении температуры до 30 °C к.п.д. уменьшается почти вдвое. Солнечные батареи выгодно применять, так же как аккумуляторы, для небольших потребляемых мощностей тока из-за большой площади их поверхности и высокого удельного веса. Для получения, например, мощности 3 квт требуется батарея, состоящая из 100 000 элементов с общим весом около 300 кг, т. е. при удельном весе 100 кг/квт. Такие батареи займут площадь более 30 м 2 .

Тем не менее солнечные батареи прекрасно зарекомендовали себя в космосе как достаточно надежный и стабильный источник энергии, способный работать очень длительное время.

Главную опасность для солнечных батарей в космосе представляют космическая радиация и метеорная пыль, вызывающие эрозию поверхности кремниевых элементов и ограничивающие срок службы батарей.

Для небольших обитаемых станций этот источник тока, видимо, будет оставаться единственно приемлемым и достаточно эффективным, но крупные ОКС потребуют иных источников энергии, более мощных и с меньшим удельным весом. При этом необходимо учесть трудности получения с помощью солнечных батарей переменного тока, который потребуется для больших научных космических лабораторий.

Литий-серные аккумуляторы для будущих космических программ

На сегодняшний день, аккумуляторы в космических программах используются в основном как резервные источники питания, когда аппараты находятся в тени и не могут получать энергию от солнечных батарей, или в скафандрах для выхода в открытый космос. Но используемые сегодня типы аккумуляторов (Li-ion, Ni-H₂) имеют ряд ограничений. Во-первых, они слишком громоздкие, так как предпочтение отдаётся не энергоёмкости, а безопасности, в результате множественные защитные механизмы уменьшению объёма совсем не способствуют. И во-вторых, современные аккумуляторы имеют температурные ограничения, а в будущих программах, в зависимости от местоположения, температуры могут варьироваться в диапазоне от -150 °C до +450 °C.

Источник

К тому же, не стоит забывать и повышенный радиационный фон. В общем, будущие аккумуляторы для космической отрасли должны быть не только компактными, долговечными, безопасными и энергоёмкими, но и работать при высоких или низких температурах, а также в условиях повышенного радиационного фона. Естественно, на сегодняшний день такой волшебной технологии не существует. Но тем не менее, существуют перспективные научные разработки, которые пытаются приблизится к требованиям для будущих программ. В частности, хотелось бы рассказать про одно направление в исследованиях, которое поддерживается NASA в рамкам программы Game Changing Development (GCD).

Так как совместить все вышеперечисленные технические характеристики в одной батарейке-задача трудновыполнимая, главная цель NASA на сегодняшний день-получить более компактные, энергоёмкие, и безопасные аккумуляторы. Как же достигнуть этой цели?

Начнём с того, что для значительного увеличения энергоёмкости на единицу объёма необходимы батарейки с принципиально новыми материалами для электродов, так как возможности литий-ионных аккумуляторов (Li-ion) ограничены ёмкостями материалов для катода (около 250 мАч/г для оксидов) и анода (около 370 мАч/г для графита), а также пределами напряжений, в которых электролит стабилен. И одна из технологий, позволяющая увеличить ёмкость, используя принципиально новые реакции взамен интеркаляции на электродах- это литий-серные аккумуляторы (Li-S), анод которых содержит металлический литий, а в виде активного материала для катода используется сера. Работа литий-серного аккумулятора в чём-то похожа на работу литий-ионного: и там, и там в переносе заряда участвуют ионы лития. Но в отличии от Li-ion, ионы в Li-S не встраиваются в слоистую структуру катода, а вступают с ним в следующую реакцию:

Основное преимущество такого аккумулятора — высокая ёмкость, превышающая ёмкость литий-ионных аккумуляторов в 2-3 раза. Но на практике не всё так радужно. При повторных зарядках, ионы лития оседают на аноде как попало, образуя металлические цепочки (дендриты), которые в конце концов приводят к короткому замыканию. К тому же, реакции между литием и серой на катоде приводят к большим изменениям объёма материала (до 80%), так что электрод быстро разрушается, да и сами соединения с серой-плохие проводники, поэтому в катод приходится добавлять много углеродного материала. И последнее, самое главное- промежуточные продукты реакции (полисульфиды) постепенно растворяются в органическом электролите и «путешествуют» между анодом и катодом, что приводит к очень сильному саморазряду.

Но все вышеперечисленные проблемы пытается решить группа учёных из университета Мэриленда (UMD), которая и выиграла грант от NASA. Так как же учёные подошли к решению всех этих проблем? Во-первых, они решили «атаковать» одну из главных проблем литий-серных аккумуляторов, а именно, саморазряд. И вместо жидкого органического электролита, который, как было сказано выше, постепенно растворяет активные материалы, они использовали твёрдый керамический электролит, а точнее, Li₆PS₅Cl, который достаточно хорошо проводит ионы лития через свою кристаллическую решётку.

Но если твёрдые электролиты решают одну проблему, они также создают и дополнительные трудности. К примеру, большие изменения объёма катода во время реакции могут привести к быстрой потере контакта между твёрдыми электродом и электролитом, и резкому падению ёмкости аккумулятора. Поэтому учёные предложили элегантное решение: они создали нанокомпозит, состоящий из наночастиц активного материала катода (LI₂S) и электролита (Li₆PS₅Cl), заключённых в углеродную матрицу.

Данный нанокомпозит имеет следующие преимущества: во-первых, распределение наночастиц материала, который меняется в объёме при реакции с литием, в углероде, объём которого практически не меняется, улучшает механические свойства нанокомпозита (пластичность и прочность) и уменьшает риск растрескивания. К тому же, углерод не только улучшает проводимость, но и не препятствует движению ионов лития, так как имеет также хорошую ионную проводимость. A за счёт того, что активные материалы наноструктурированы, литию не надо продвигаться на большие расстояния чтобы вступить в реакцию, и весь объём материала используется более эффективно. И последнее: использование такого композита улучшает контакт между электролитом, активным материалом, и проводящим углеродом.

В результате учёные получили полностью твёрдый аккумулятор с ёмкостью около 830 мАч/г. Конечно, говорить о запуске такого аккумулятора в космос пока рано, так как работает такая батарейка в течении всего 60 циклов зарядки/разрядки. Но в тоже время, несмотря на такую быструю потерю ёмкости, 60 циклов- это уже значительное улучшение по сравнению с предыдущими результатами, так как до этого твёрдые литий-серные аккумуляторы не работали больше 20 циклов. Также следует отметить, что подобные твёрдые электролиты могут работать в большом диапазоне температур (к слову, лучше всего они работают при температурах выше 100 °С), так что температурные ограничения такого аккумуляторы будут скорее обусловлены активными материалами, нежели электролитом, что выгодно отличает такие системы от аккумуляторов, использующих в виде электролита органические растворы.

Источник

Космос аккумуляторы их характеристики

Аккумуляторы Ni-MH

АККУМУЛЯТОРЫ И СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ

Читайте также

Солнечные паруса и парусолеты

Никель-металлгидридные аккумуляторы

Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы

Литий-полимерные аккумуляторы

Li-Fe аккумуляторы

Литий-полимерные аккумуляторы (Li-Po)

Батареи

Сверхъемкие аккумуляторы

8. БАКИ-АККУМУЛЯТОРЫ

Глава 5 Тепловые аккумуляторы

8. БАКИ-АККУМУЛЯТОРЫ

3.4. Солнечные установки

8. БАКИ-АККУМУЛЯТОРЫ

Литий-серные аккумуляторы для будущих космических программ