Как вписать батарею в дизайн комнаты: 5 правил и ошибок

1 Установлена некачественная батарея от застройщика

Instagram: @kitsele

Instagram: @ludmila_volkova_v

Instagram: @remont_kvartir_zp_yura_litvin

Instagram: @w0rld_design

Как правило, застройщики в новых домах устанавливают наиболее бюджетные варианты радиаторов: ярко-белые, грубой формы, с блестящей поверхностью. Такие модели нельзя назвать удачным дополнением к какому-либо интерьерному стилю, они сразу удешевляют внешний вид комнаты. Зачастую батарею могут даже вывести из пола, и тогда в глаза будут бросаться некрасивые трубы и вентили с двух сторон. Такое решение также усложняет процесс уборки. 

Что можно сделать

Instagram: @teplodar_snk

Instagram: @idesing_spb

Даже если кажется, что батарея будет частично скрыта шторами и не станет бросаться в глаза, уделите внимание выбору модели. Лучше потратиться на подводы из стены и подобрать радиатор нужной формы и размера, подходящий к вашему интерьеру.

Радиатор секционный чугун Viadrus Kalor

2 Стандартная белая батарея не подходит

Instagram: @feya_batareya

Instagram: @feya_batareya

Самый распространенный цвет радиаторов — глянцевый белый. В некоторых интерьерах они могут гармонично существовать, например, в сканди или бохо, где вся цветовая схема базируется на белом. Но в большинстве других случаев, особенно на насыщенной акцентной стене, они смотрятся как большая белая заплатка.

Что можно сделать

Instagram: @feya_batareya

Instagram: @feya_batareya

Instagram: @feya_batareya

Можно сразу искать радиатор нужного оттенка, но это непросто и зачастую затратно. Другой вариант — подобрать нужный оттенок быстросохнущей эмали и покрасить самостоятельно. 

Радиатор трубчатый сталь КЗТО Гармония

3 Старая чугунная батарея выглядит некрасиво

Instagram: @antonumelec

Instagram: @pines.n.roses

Массивные чугунные батареи в старых домах выглядят некрасиво, в основном из-за множества слоев облупившейся краски. Даже если с ними нет технических проблем, их стремятся заменить на новые глянцевые радиаторы.

Что можно сделать

Instagram: @batareya.rostov

Instagram: @batareya.rostov

Если вам досталась квартира с такими батареями, попробуйте подумать — нельзя из них сделать интересный акцент для интерьера. Старую краску можно очистить, покрыть чугун защитным слоем и сверху нанести эмаль яркого насыщенного цвета.

Радиатор трубчатый сталь Zehnder Charleston

4 Батерея не подходит по размеру

Instagram: @feya_batareya

Instagram: @cosmo_baikonur

Красивая модель радиатора нужного оттенка может оказаться слишком большой или слишком маленькой для своего места. Тогда с расстояния она будет выглядеть или комично маленькой, или слишком массивной. В некоторых комнатах располагают несколько маленьких батарей под каждым окном, и это тоже не идет на пользу дизайну.

Что можно сделать

Instagram: @feya_batareya

Instagram: @feya_batareya

Instagram: @w0rld_design

Пригласите специалиста, который оценит всю систему отопления в доме и расскажет какая площадь нагревательных приборов нужна, и постарайтесь свести количество радиаторов до одного в каждой комнате. Возможно часть отопления можно переложить на теплые полы, если площади одного радиатора недостаточно.

Радиатор трубчатый сталь Arbonia 2180 с нижней подводкой

5 Батарея имеет неправильную форму

Instagram: @hvac_my_day

Instagram: @kitsele

Разные квартиры имеют свои особенности стен и иногда на них не удается установить батарею типовой формы и размера. Чаще всего в этой ситуации батарею переносят на другую стену и это создает громоздкую техническую конструкцию, которая утяжеляет интерьер.

Что можно сделать

Instagram: @loten.ru

Instagram: @genesis_design_kiev

Instagram: @feya_batareya

В продаже есть нестандартные радиаторы, например, узкие и вытянутые по вертикали или горизонтали, чтобы умещаться на стене с крупными окнами. Кроме того, что они сохраняют нужный размер нагреваемой поверхности, они отлично вписываются в интерьер и становятся стильным дополнением.

Радиатор секционный чугун RETROstyle

Материал подготовила

Мария Ревина

дизайн водяных и электрических батарей

Содержание:

Разновидности
Из чугуна
Стальные дизайнерские радиаторы водяного отопления
Электрические
Другие типы
Самостоятельное украшение батарей — дизайн на любой вкус

Традиционные радиаторы отопления не отличаются особенной эстетичностью, из-за чего их нередко закрывают специальными экранами. Для исправления такого положения вещей отдельные производители сантехнического оборудования выпускает т.н. дизайнерские радиаторы отопления.

Разновидности

Основным критерием для классификации дизайнерских радиаторов выступает материал изготовления.

Из чугуна

Чугунные батареи дизайнерского типа обычно оформляются с винтажным акцентом. Тем более, что настенные и напольные радиаторы из чугуна старой модификации до сих пор можно встретить во многих жилищах.

Основные специфические черты внешнего дизайна водяных радиаторов отопления этого типа:

• Подчеркнутая массивность приборов, где каждая секция оснащена двумя или тремя каналами. Установка может быть настенной или напольной, для чего чугунный радиатор оснащается специальными ножками. Настенный монтаж возможен только на прочные поверхности, для чего потребуются усиленные крепежи. Читайте также: «Напольные радиаторы отопления — оригинально и практично».
• Черненная поверхность, иногда с оттенком позолоты или старой бронзы. Встречаются и другие типы оформления, однако любая окраска проводится с целью подчеркнуть старинность батареи.
• Подводные трубы стараются максимально замаскировать. Самой популярно схемой подключения выступает односторонняя коммутация с верхней и нижней части обогревателя.
  Это позволяет подвесить трубы на металлические крепежи, спрятав их под штукатурку или гипсокартонную стену.

В последнее время можно встретить чугунные модели, имеющие нижнюю подводку: это делает маскировку труб еще более удобной. При этом следует учитывать дополнительную трудоемкость процедуры, так как подводка прокладывается внутри пола.

Стальные дизайнерские радиаторы водяного отопления

Для трубчатых стальных дизайнерских батарей возможен более широкий выбор стилистического оформления.

Существует две большие группы подобных изделий:

1. С подчеркнуто промышленным дизайном. Это делается с помощью различных вертикальных регистров, F-образных трубчатых конструкций и блоков. Классический радиатор этой линейки имеет утрированно грубоватую конфигурацию. Он окрашен, как правило, в темный глянцевый цвет. В этом случае дизайнерами преследуется задача изготовления такой конструкции, которая бы хорошо вписалась в тяжеловесный техногенный интерьер.
   
   
   
2. Тонкое изящное оформления. Стальные радиаторы этой группы являются полными антиподами предыдущих изделий. Для их изготовления используются тонкие трубки из стали, прочность которых позволяет создавать воистину ажурные конструкции. Тонировка в этом случае – металлическая или просто светлая. Этими радиаторами принято оснащать жилые комнаты с ярким освещением, что дает возможность максимально избежать загромождения жилого пространства. Ажурные батареи можно подвешивать на стенку или устанавливать на пол.

Электрические

Для дизайнерских обогревателей, комплектуемых электрическими нагревательными элементами, характерна полная свобода в плане декоративного оформления. Это объясняется тем, что подобные конструкции не нуждаются в замкнутом контуре нужного диаметра, по которому циркулирует теплоноситель.

В результате дизайн радиаторы отопления не встречает здесь никаких препятствий. С помощью пленочных и керамических панелей толщиной от 1 до 10 мм можно создавать обогрев мощностью в несколько киловатт. Выпускаются также очень тонкие ажурные конструкции, где отдельные крупные элементы связаны между собой благодаря тончайшим перемычкам.

Другие типы

Дизайнерский подход возможен также по отношению к тем нагревательным приборам, которые трудно причислит к какой-либо категории. Речь идет об абсолютно абстрактных конструкциях.

На передний план здесь выступает творческая мысль, а далее в работу вступают инженеры, воплощающие задуманное. Это порождает такие виды радиаторов, при взгляде на которые невозможно сразу определить назначение данных объектов. Стоимость этих шедевров достаточно высокая.

Самостоятельное украшение батарей — дизайн на любой вкус

Наиболее эффективным и простым в реализации способом оформить старые чугунные радиаторы является использование различных экранов, кожухов и коробов. Они дают возможность полностью закрыть лишенный внешней эстетичности нагреватель от визуально осмотра. Место его установки в таком случае как бы сливается с общим интерьером помещения.

При этом следует учитывать некоторые пожелания, которые предотвратят сложности в последующей эксплуатации системы отопления:

• Конструкция экрана обязательно должна разбираться, т.к. радиатор время от времени нужно промывать.
• Если применяется глухой короб, то во время замены участка трубопровода или простой перепаковки контргайки такое ограждение придется ломать.
• Каким бы не был легким экран, все равно он будет создавать определенные препятствия на пути конвекции воздуха или инфракрасного излучения. Как результат, эффективность отопления несколько уменьшиться.

Существуют методы дополнительного дизайна батарей, позволяющих уберечься от снижения их КПД:

1. Для украшения обычной алюминиевой или биметаллической батареи можно воспользоваться черной или бронзовой глянцевой автоэмалью. Это позволит существенно преобразить обстановку в комнате. При покраске радиатор удобнее снять с подводящих труб и положить его горизонтально. Чтобы хорошо покрасить его ребра, прибор придется переворачивать, однако верхняя сторона перед этим должна хорошо высохнуть. Такая технология позволит избежать наличия на поверхности батареи некрасивых потеков. Удобнее всего проводить подобные работы в летнее время, когда внутри системы нет теплоносителя, а на улице устанавливается благоприятная для высыхания краски погода.
2. Более сложным подходом к дизайну батарей отопления является создание эффекта контрастности, который достигается использованием двух цветов. К примеру, черный и бронзовый оттенок отлично дополняют друг друга даже на изношенной чугунной поверхности. При подборе краски следует учитывать материал изготовления прибора. Чтобы эмаль хорошо держалась, поверхность перед ее нанесением необходимо тщательно почистить и обезжирить.
3. Полупрозрачные экраны. Для это используется специальное декоративное стекло, при вертикальной установке которого оставляется зазор в 100 мм от пола и от подоконника. Такой подход позволит избежать уменьшения интенсивности конвекционных потоков. Кроме того, стеклянные экраны вовсе не будут задерживать инфракрасное излучение. В случае ремонта батареи декоративный кожух снимается за 5 минут.

Разработка лучших аккумуляторов для электромобилей | Новости Массачусетского технологического института

Настоятельная необходимость сократить выбросы углерода побуждает к быстрому переходу к электрифицированной мобильности и расширенному использованию солнечной и ветровой энергии в электрической сети. Если эти тенденции будут усиливаться, как ожидается, потребность в более совершенных методах хранения электроэнергии возрастет.

«Нам нужны все стратегии, которые мы можем получить, чтобы противостоять угрозе изменения климата», — говорит Эльза Оливетти, доктор философии 2007 года, адъюнкт-профессор Эстер и Гарольда Э. Эдгертон в области материаловедения и инженерии. «Очевидно, что разработка технологий для хранения на основе сетки в больших масштабах имеет решающее значение. Но для мобильных приложений — в частности, для транспорта — многие исследования сосредоточены на адаптации сегодняшней литий-ионной батареи, чтобы сделать ее более безопасной, компактной и способной хранить больше энергии для своего размера и веса».

Традиционные литий-ионные аккумуляторы продолжают совершенствоваться, но у них есть ограничения, которые сохраняются, отчасти из-за их структуры. Литий-ионный аккумулятор состоит из двух электродов — положительного и отрицательного — зажатых вокруг органической (углеродсодержащей) жидкости. Когда батарея заряжается и разряжается, электрически заряженные частицы (или ионы) лития проходят от одного электрода к другому через жидкий электролит.

Одна из проблем этой конструкции заключается в том, что при определенных напряжениях и температурах жидкий электролит может стать летучим и загореться. «Батарейки, как правило, безопасны при нормальном использовании, но риск все же существует», — говорит Кевин Хуанг, доктор философии 15 года, научный сотрудник группы Оливетти.

Другая проблема заключается в том, что литий-ионные аккумуляторы не подходят для использования в транспортных средствах. Большие и тяжелые аккумуляторные батареи занимают место и увеличивают общий вес автомобиля, снижая эффективность использования топлива. Но оказалось трудно сделать современные литий-ионные батареи меньше и легче, сохранив при этом их плотность энергии, то есть количество энергии, которое они хранят на грамм веса.

Чтобы решить эти проблемы, исследователи меняют ключевые характеристики литий-ионной батареи, чтобы сделать ее полностью твердотельной или «твердотельной» версией. Они заменяют жидкий электролит в середине тонким твердым электролитом, который стабилен в широком диапазоне напряжений и температур. С этим твердым электролитом они используют положительный электрод большой емкости и отрицательный электрод большой емкости из металлического лития, который намного тоньше, чем обычный слой пористого углерода. Эти изменения позволяют значительно уменьшить общую емкость батареи, сохранив при этом ее емкость хранения энергии, тем самым достигнув более высокой плотности энергии.

«Эти функции — повышенная безопасность и большая плотность энергии — вероятно, являются двумя наиболее часто рекламируемыми преимуществами потенциальной твердотельной батареи», — говорит Хуанг. Затем он быстро поясняет, что «все эти вещи являются перспективными, ожидаемыми и не обязательно реализованными». Тем не менее, многие исследователи изо всех сил пытаются найти материалы и конструкции, которые могут выполнить это обещание.

Мышление за пределами лаборатории

Исследователи придумали много интригующих вариантов, которые выглядят многообещающе — в лаборатории. Но Оливетти и Хуанг считают, что дополнительные практические соображения могут быть важны, учитывая безотлагательность проблемы изменения климата. «Всегда есть показатели, которые мы, исследователи, используем в лаборатории для оценки возможных материалов и процессов», — говорит Оливетти. Примеры могут включать емкость накопителя энергии и скорость зарядки/разрядки. При проведении фундаментальных исследований, которые она считает необходимыми и важными, эти показатели уместны. «Но если целью является внедрение, мы предлагаем добавить несколько показателей, специально учитывающих возможности быстрого масштабирования», — говорит она.

Основываясь на отраслевом опыте работы с современными литий-ионными батареями, исследователи из Массачусетского технологического института и их коллега Гербранд Седер, заслуженный профессор инженерии Дэниела М. Теллепа Калифорнийского университета в Беркли, предлагают три общих вопроса, которые могут помочь определить потенциальные ограничения на будущее масштабирование в результате выбора материалов. Во-первых, с такой конструкцией батареи могут ли доступность материалов, цепочки поставок или волатильность цен стать проблемой при расширении производства? (Обратите внимание, что экологические и другие проблемы, связанные с расширением добычи, выходят за рамки этого исследования. ) Во-вторых, будет ли изготовление батарей из этих материалов включать в себя сложные производственные этапы, во время которых детали могут выйти из строя? И, в-третьих, производственные меры, необходимые для обеспечения высокопроизводительного продукта на основе этих материалов, в конечном итоге снижают или повышают стоимость производимых аккумуляторов?

Чтобы продемонстрировать свой подход, Olivetti, Ceder и Huang изучили некоторые химические составы электролитов и структуры батарей, которые в настоящее время изучаются исследователями. Чтобы выбрать свои примеры, они обратились к предыдущей работе, в которой они и их сотрудники использовали методы анализа текста и данных для сбора информации о материалах и деталях обработки, описанных в литературе. Из этой базы данных они выбрали несколько часто упоминаемых вариантов, которые представляют собой ряд возможностей.

Материалы и наличие

В мире твердых неорганических электролитов существует два основных класса материалов — оксиды, содержащие кислород, и сульфиды, содержащие серу. Olivetti, Ceder и Huang сосредоточились на одном многообещающем варианте электролита в каждом классе и рассмотрели ключевые элементы, вызывающие озабоченность для каждого из них.

Сульфидом, который они рассматривали, был LGPS, который объединяет литий, германий, фосфор и серу. Исходя из соображений доступности, они сосредоточились на германии, элементе, который вызывает опасения отчасти потому, что он обычно не добывается сам по себе. Вместо этого это побочный продукт, получаемый при добыче угля и цинка.

Чтобы выяснить его доступность, исследователи изучили, сколько германия производилось ежегодно за последние шесть десятилетий при добыче угля и цинка, а затем сколько можно было произвести. Результат показал, что даже в последние годы можно было произвести в 100 раз больше германия. Учитывая этот потенциал предложения, доступность германия вряд ли будет ограничивать масштабирование твердотельной батареи на основе электролита LGPS.

Ситуация выглядела менее многообещающе с выбранным исследователями оксидом LLZO, который состоит из лития, лантана, циркония и кислорода. Добыча и переработка лантана в основном сосредоточены в Китае, и доступные данные ограничены, поэтому исследователи не пытались анализировать его доступность. Остальные три элемента доступны в изобилии. Однако на практике необходимо добавить небольшое количество другого элемента, называемого легирующей добавкой, чтобы облегчить обработку LLZO. Поэтому команда сосредоточилась на тантале, наиболее часто используемой легирующей примеси, как на главном элементе, вызывающем озабоченность в LLZO.

Тантал производится как побочный продукт добычи олова и ниобия. Исторические данные показывают, что количество тантала, полученного при добыче олова и ниобия, было гораздо ближе к потенциальному максимуму, чем в случае с германием. Таким образом, доступность тантала больше беспокоит возможное масштабирование батареи на основе LLZO.

Но знание о наличии элемента в земле не относится к шагам, необходимым для доставки его производителю. Поэтому исследователи исследовали дополнительный вопрос, касающийся цепочек поставок критически важных элементов — добычи, переработки, переработки, доставки и так далее. Предполагая, что имеются обильные запасы, могут ли цепочки поставок, которые доставляют эти материалы, расширяться достаточно быстро, чтобы удовлетворить растущий спрос на батареи?

В ходе выборочного анализа они рассмотрели, насколько цепочки поставок германия и тантала должны будут расти из года в год, чтобы обеспечивать батареями планируемый парк электромобилей в 2030 году. Например, парк электромобилей часто называют целью к 2030 году потребуется произвести достаточное количество батарей, чтобы вырабатывать в общей сложности 100 гигаватт-часов энергии. Чтобы достичь этой цели, используя только батареи LGPS, цепочка поставок германия должна будет расти на 50 процентов из года в год — натяжка, поскольку максимальный темп роста в прошлом составлял около 7 процентов. Используя только батареи LLZO, цепочка поставок тантала должна вырасти примерно на 30 процентов — темпы роста намного превышают исторический максимум примерно в 10 процентов.

Эти примеры демонстрируют важность учета доступности материалов и цепочек поставок при оценке различных твердых электролитов с точки зрения их потенциала масштабирования. «Даже когда количество доступного материала не вызывает беспокойства, как в случае с германием, масштабирование всех шагов в цепочке поставок для соответствия будущему производству электромобилей может потребовать буквально беспрецедентных темпов роста», — говорит Хуанг. .

Материалы и обработка

При оценке потенциала масштабирования конструкции батареи следует учитывать еще один фактор — сложность производственного процесса и то, как он может повлиять на стоимость. Изготовление твердотельной батареи неизбежно включает в себя множество этапов, и сбой на любом этапе увеличивает стоимость каждой успешно произведенной батареи. Как объясняет Хуанг: «Вы не отправляете неисправные аккумуляторы; ты их выбрасываешь. Но вы все равно потратили деньги на материалы, время и обработку».

В качестве показателя сложности производства Olivetti, Ceder и Huang изучили влияние частоты отказов на общую стоимость выбранных конструкций твердотельных батарей в своей базе данных. В одном примере они сосредоточились на оксиде LLZO. LLZO чрезвычайно хрупок, и при высоких температурах, связанных с производством, большой лист, достаточно тонкий для использования в высокопроизводительной твердотельной батарее, может треснуть или деформироваться.

Чтобы определить влияние таких отказов на стоимость, они смоделировали четыре ключевых этапа сборки аккумуляторов на основе LLZO. На каждом этапе они рассчитывали стоимость на основе предполагаемого выхода — то есть доли от общего числа единиц, которые были успешно обработаны без сбоев. У LLZO выход был намного ниже, чем у других исследованных ими конструкций; и по мере того, как доходность снижалась, стоимость каждого киловатт-часа (кВтч) энергии батареи значительно росла. Например, когда на последнем этапе нагрева катода вышли из строя еще 5 процентов блоков, стоимость увеличилась примерно на 30 долларов за кВтч — нетривиальное изменение, учитывая, что общепринятая целевая стоимость таких батарей составляет 100 долларов за кВтч. Ясно, что производственные трудности могут оказать сильное влияние на жизнеспособность конструкции для широкомасштабного внедрения.

Материалы и характеристики

Одна из основных проблем при проектировании полностью твердотельной батареи связана с «интерфейсами», то есть где один компонент встречается с другим. Во время производства или эксплуатации материалы на этих границах раздела могут стать нестабильными. «Атомы начинают перемещаться туда, куда не должны, и производительность батареи снижается», — говорит Хуанг.

В результате большое количество исследований посвящено поиску методов стабилизации интерфейсов в батареях различных конструкций. Многие из предложенных методов действительно повышают производительность; и в результате стоимость батареи в долларах за кВтч снижается. Но реализация таких решений, как правило, требует дополнительных материалов и времени, что увеличивает стоимость кВтч при крупномасштабном производстве.

Чтобы проиллюстрировать этот компромисс, исследователи сначала исследовали свой оксид LLZO. Здесь цель состоит в том, чтобы стабилизировать поверхность раздела между электролитом LLZO и отрицательным электродом, вставив между ними тонкий слой олова. Они проанализировали влияние — как положительное, так и отрицательное — на стоимость внедрения этого решения. Они обнаружили, что добавление сепаратора олова увеличивает емкость накопления энергии и улучшает производительность, что снижает удельную стоимость в долларах/кВтч. Но стоимость включения слоя олова превышает экономию, так что окончательная стоимость выше первоначальной стоимости.

В другом анализе они рассмотрели сульфидный электролит под названием LPSCl, который состоит из лития, фосфора и серы с небольшим добавлением хлора. В этом случае положительный электрод включает в себя частицы материала электролита — метод обеспечения того, чтобы ионы лития могли найти путь через электролит к другому электроду. Однако добавленные частицы электролита несовместимы с другими частицами в положительном электроде — еще одна проблема интерфейса. В этом случае стандартным решением является добавление «связующего», другого материала, который заставляет частицы склеиваться.

Их анализ подтвердил, что без связующего вещества производительность низкая, а стоимость батареи на основе LPSCl превышает 500 долларов США за кВтч. Добавление связующего значительно повышает производительность, а стоимость снижается почти на 300 долларов за кВтч. В этом случае стоимость добавления связующего во время изготовления настолько низка, что по существу реализуется все снижение стоимости от добавления связующего. Здесь метод, реализованный для решения проблемы интерфейса, окупается меньшими затратами.

Исследователи провели аналогичные исследования других многообещающих твердотельных батарей, о которых сообщалось в литературе, и их результаты были последовательными: выбор материалов батареи и процессов может повлиять не только на краткосрочные результаты в лаборатории, но также на осуществимость и стоимость производство предлагаемой твердотельной батареи в масштабе, необходимом для удовлетворения будущего спроса. Результаты также показали, что рассмотрение всех трех факторов вместе — доступности, потребностей в обработке и производительности батареи — важно, поскольку могут иметь место коллективные эффекты и компромиссы.

Оливетти гордится широким кругом проблем, которые может исследовать подход команды. Но она подчеркивает, что это не предназначено для замены традиционных показателей, используемых для выбора материалов и обработки в лаборатории. «Вместо этого он призван дополнить эти показатели, также широко рассматривая вещи, которые могут помешать масштабированию» — важное соображение, учитывая то, что Хуан называет «срочным тиканьем часов» чистой энергии и изменения климата.

Это исследование было поддержано Программой начального фонда Энергетической инициативы Массачусетского технологического института (MITEI) Центр низкоуглеродной энергетики для хранения энергии; компанией Shell, одним из основателей MITEI; и Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики США, Управлением транспортных технологий в рамках Программы перспективных исследований аккумуляторных материалов. Работа по анализу текста поддерживалась Национальным научным фондом, Управлением военно-морских исследований и MITEI.

Эта статья опубликована в весеннем выпуске 2021 года Energy Futures , журнала MIT Energy Initiative.

Понимание, проектирование и оптимизация аккумуляторных систем

Литий-ионные аккумуляторы

В модуле проектирования аккумуляторов представлены самые современные модели литий-ионных аккумуляторов. Вы найдете различные механизмы старения и высокоточные модели, такие как модель Ньюмана, доступные в 1D, 2D и полном 3D. Помимо самостоятельного моделирования электрохимических реакций, вы можете комбинировать их с теплообменом и учитывать структурные напряжения и деформации, вызванные расширением и сжатием из-за интеркаляции лития. Модуль также предоставляет функциональные возможности для настройки гетерогенных моделей, описывающих фактические формы пористого электролита и электродных частиц. Изучение микроструктуры батареи помогает глубже понять ее характеристики.

Свинцово-кислотные батареи

Для моделирования свинцово-кислотных батарей программа включает зависимые переменные для ионного потенциала и состава электролита, а также электрического потенциала и пористости твердых электродов. Модель учитывает растворение и отложение твердых веществ. Встроенные функции позволяют также изучить, как различные конструктивные параметры влияют на производительность батареи, такие как толщина и геометрия электродов и сепараторов, геометрия токосъемников и фидеров и многое другое.

Generic Batteries

Рабочая лошадка модуля проектирования аккумуляторов — это подробная модель отдельных элементов аккумулятора с положительным электродом, отрицательным электродом и сепаратором. С помощью общего описания пористых электродов вы можете определить любое количество конкурирующих реакций в электроде, а также связать их с электролитом произвольного состава. Модуль позволяет описать пористый электролит и электролит в сепараторе любого состава с помощью теории концентрированных, разбавленных (уравнения Нернста-Планка) и фоновых электролитов в сочетании с теорией пористого электрода.

Что можно моделировать с помощью модуля проектирования аккумуляторов

Выполнение различных электрохимических анализов аккумуляторов с помощью программного обеспечения COMSOL ^® .

Гетерогенные и гомогенные модели

Моделирование подробной структуры пористых электродов и пористого электролита для типового элемента батареи.

Рост границы твердого электролита (SEI)

Моделирование старения отрицательного графитового электрода литий-ионной батареи.

Напряжения, вызванные диффузией

Расчет интеркаляционных напряжений и деформаций, вызванных расширением и сжатием.

Короткое замыкание

Исследование внутреннего короткого замыкания батареи.

Pseudo-Dimension

Моделирование интеркаляции лития в частицы электрода.

Двухслойная емкость

Модели электрохимических конденсаторов и наноэлектродов.

NiMH и NiCd аккумуляторы

Модельные батареи с бинарными щелочными (1:1) электролитами.

Flow Batteries

Моделирование проточных свинцово-кислотных и ванадиевых аккумуляторов во время приложенного цикла зарядки-разрядки.

Металлическое покрытие

Укажите емкость узла электрода, чтобы избежать металлического литиевого покрытия во время высокоскоростной зарядки.

Эффекты пористости

Моделирование химических реакций под влиянием переноса частиц в пористой среде.

Спектроскопия импеданса

Изучение гармонического отклика батареи с использованием моделей высокой точности, основанных на физике.

Сосредоточенные модели с оценкой параметров

Определите упрощенную модель батареи на основе небольшого набора сосредоточенных параметров, которые соответствуют результатам высокоточных моделей экспериментальным результатам. ¹

Тепловой разгон

Моделирование распространения теплового разгона в аккумуляторной батарее с использованием источников тепла на основе событий.

1. Для некоторых функций оценки параметров может потребоваться модуль оптимизации.

Особенности и функциональные возможности модуля проектирования аккумуляторов

Модуль проектирования аккумуляторов предлагает набор специализированных инструментов для имитации работы аккумуляторов в различных условиях эксплуатации.

Моделирование аккумуляторных батарей

Для более быстрого теплового анализа трехмерных аккумуляторных батарей можно использовать проверенные сосредоточенные (упрощенные) модели для каждой батареи в упаковке. После проверки сосредоточенные модели могут давать превосходную точность в определенном диапазоне операций. Модуль проектирования батарей содержит сосредоточенные модели, основанные на физике и решающие электрохимические уравнения в нескольких пространственных измерениях.

Интерфейс Single Particle Battery моделирует распределение заряда в аккумуляторе с использованием отдельной одночастичной модели для положительного и отрицательного электродов аккумулятора. Интерфейс Lumped Battery использует небольшой набор параметров с сосредоточенными параметрами для добавления вкладов в сумму всех потерь напряжения в батарее, обусловленных омическими сопротивлениями и, опционально, процессами переноса заряда и диффузии. Для настройки нескольких моделей аккумуляторов с сосредоточенными параметрами и соединения их в трехмерной геометрии используется 9Интерфейс 0077 Battery Pack доступен для моделирования управления тепловым блоком. Этот интерфейс обычно используется вместе с интерфейсом Heat Transfer и включает тепловые события, которые можно использовать для изучения проблем распространения теплового разгона. Кроме того, вы можете определить модель батареи на основе произвольного количества элементов электрической цепи с помощью интерфейса Battery Equivalent Circuit .

Пористые электроды с произвольным количеством электрохимических реакций

Аккумуляторные системы и химические вещества часто подвержены нежелательным побочным реакциям на электродах, и вы можете исследовать их влияние на циклы заряда и разряда, а также на саморазряд.

Типичные побочные реакции, которые вы можете смоделировать, включают выделение водорода, выделение кислорода, рост границы раздела твердого электролита, нанесение металлического покрытия, коррозию металла и окисление графита.

Исследования полностью нестационарной и импедансной спектроскопии

Аккумуляторные системы часто представляют собой закрытые системы, которые трудно изучать во время работы. Переходные методы, такие как скачок потенциала, прерывание тока и спектроскопия импеданса, могут использоваться для характеристики батареи во время работы.

Выполняя исследования переходных процессов, вы можете выполнить оценку параметров в различных временных масштабах и на разных частотах, чтобы отделить омические, кинетические, транспортные и другие потери, которые могут быть причиной старения батареи. Используя переходные методы, моделирование и оценку параметров, вы можете очень точно оценить состояние аккумуляторной системы.

Высокоточное моделирование аккумуляторов

Интерфейс Lithium-Ion Battery используется для расчета распределения потенциала и тока в литий-ионном аккумуляторе. Можно использовать несколько промежуточных электродных материалов, а также учитывать потери напряжения из-за слоев SEI.

Интерфейс Battery with Binary Electrolyte используется для расчета распределения потенциала и тока в стандартной батарее. Можно использовать несколько интеркалирующих электродных материалов, а также можно учитывать потери напряжения из-за образования пленки на пористых электродах.

Интеркалирующие частицы и транспорт в пористых структурах

Частицы в пористых аккумуляторных электродах могут быть твердыми (литий-ионный электрод) или пористыми (свинцово-кислотный, NiCd). В случае твердых частиц пористость в электроде находится между упакованными частицами. Однако перенос и реакции могут происходить в твердых частицах для небольших атомов, таких как атомы водорода и лития. Эти интеркалирующие частицы моделируются с помощью отдельного уравнения диффузии-реакции, определяемого по радиусу твердых частиц. Поток интеркалирующих частиц соединяется на поверхности частиц с частицами, которые транспортируются в пористом электролите между частицами. Виды интеркаляции и реакции предопределены для литий-ионных аккумуляторов, но вы можете использовать те же функции для моделирования интеркаляции водорода, например, в NiMH батареях.

В случае пористых частиц получается бимодальная структура пор: макропористая структура между упакованными частицами и микропористая структура внутри частиц. Уравнения реакции-диффузии в пористых частицах определяются так же, как и для интеркаляции частиц в твердых частицах.

Встроенная термодинамика и свойства материалов

База данных материалов аккумуляторов, включенная в модуль, содержит записи для ряда распространенных электродов и электролитов, что существенно сокращает объем работы, необходимой для создания новых моделей аккумуляторов.