Процессы накопления электрической энергии в глиноводных композитных средах

• Автор: Брянский, Николай Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 107 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Современное состояние и развитие экологически чистых накопителей электрической энергии
§1.1 Химические источники тока, импульсная энергетика и топливные элементы. Проблемы катализа водорода и кислорода, применение углерода и щелочи
§1.2 Электролит. Природные мембраны. Роль ДЭС в источниках тока, исследования природных материалов и их применение. Гидратация ионов в системе минерал-вода. Взаимодействие воды с глинистыми частицами

§1.3 Выбор наполнителей. Морфология глин

§1.4 Природное распространение алюмосиликатов, упаковка соединений, их характеристики

§1.5 Методы оценки ёмкости композита

Выводы по главе 1

Глава 2. Методика проведения эксперимента и образцы

§2.1. Образцы и методика их обработки

§2.2. Установка для расчета дисперсности частиц
§2.3. Методика измерения электрического тока и расчета электрического заряда
ячейки с композитом
§2.4. Реакции у графитовых электродов, протекающие в процессе накопления и отдачи электрического заряда
§2.5. Приготовление композитов
§2.6. Описание схемы и установки
§2.7. Методы вычисления заряда
§2.8. Погрешности измерений
Глава 3. Накопители электрической энергии на основе природных минералов
§3.1 Определение процессов, протекающих в минеральном композите при разрядке
§3.2 Влияние кристаллической решётки на двойные электрические слои и электронакопительные характеристики композита

Основные результаты и выводы
Заключение
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение А. Общие эксплуатационные характеристики для композитов на основе смеси оксида алюминия с 13% содержанием а-глинозема
Приложение Б. Разработка модели для моделирования электронакопительных свойств композитов с объемными частицами
Список сокращений

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Получение электрической энергии с её последующим хранением является важной научно-технической задачей. Получать электрическую энергию можно различными способами - от химических элементов, солнечных батарей, ветровых и приливных станций и т. п. Однако её хранение осуществляется двумя способами: либо в химических элементах -аккумуляторах и топливных элементах, либо в диэлектрических -конденсаторах. Существующие аккумуляторы являются достаточно дорогими и экологически не безопасными, конденсаторы же не обладают большой электрической ёмкостью и не позволяют хранить электроэнергию длительное время. Несмотря на всё более расширяющееся применение аккумуляторов, их исследование и производство сконцентрированы на разработке и применении искусственных составляющих. Данная тенденция широко распространилась в настоящее время и на технологию изготовления конденсаторов. В то же время изучению широко распространённых природных материалов, например слюды, глины и других не уделялось достаточного внимания. Эти материалы являются экологически чистыми и, возможно, экономически более выгодными по сравнению с существующими.
Наши предварительные исследования показали потенциальную пригодность аккумуляторов на основе природных слюд и каолинитовых глин для применения их в качестве накопителей электрического заряда. Это обстоятельство обусловлено уникальными особенностями природной глины -сложной гетерогенной системы, состоящей преимущественно ИЗ АЬОз, 8Ю2, Н20.
В литературе отсутствуют какие-либо материалы по исследованию электронакопительных свойств ряда наиболее распространенных минералов,

составляющей многих вулканических пород. Также первичное происхождение имеют химические соединения оксида алюминия с оксидами других металлов (шпинели) и корунд. Прозрачные разновидности корунда, окрашенные оксидами других металлов или бесцветные, являются драгоценными камнями (рубин, сапфир, лейкосапфир).
Под воздействием изменений температуры, кислых и щелочных растворов, углекислоты, происходит разрушение горных пород первичного происхождения. В результате такого разрушения образовались многочисленные вторичные породы, которые характеризуются более высоким содержанием оксида алюминия. В составе этих вторичных пород алюминий находится в виде гидроксидов (бокситы), каолинита (глины, каолины, глинистые сланцы), алунита (алунитовые породы). Из алюминиевой руды получают оксид алюминия (глинозем).
В настоящее время в качестве алюминиевых руд используют бокситы, нефелиновые и алунитовые породы, каолины, кианитовые породы, в которых только бокситы и алунитовые породы содержат малое количество двуокиси кремния.
Бокситы являются сложной горной породой, алюминий в которых находится в виде гидроксидов — диаспора и бемита (одноводные оксиды), гиббсита или гидраргиллита (трехводный оксид). Наряду с гидроксидами часть алюминия может находиться в бокситах в виде корунда, каолинита и других минералов. Кроме того, в состав боксита в виде различных химических соединений входят железо, кремний, титан и другие элементы. Кремний присутствует в бокситах в виде кварца, опала, халцедона (различные модификации БЮ2), каолинита, шамозита и некоторых других минералов. Всего в составе бокситов в виде различных соединений обнаружено 42 химических элемента.