물에 녹인 소금은 폭발을 일으킵니다. 주방 소금으로 하나의 단단한 조각을 만드는 방법, 이것이 가능합니까? 태양에너지 저장용 용융염

전력 산업은 생산된 “제품”을 대규모로 저장하지 않는 몇 안 되는 분야 중 하나입니다. 산업용 에너지 저장 및 다양한 유형의 저장 장치 생산은 대규모 전력 산업의 다음 단계입니다. 이제 이 과제는 재생 가능 에너지원의 급속한 발전과 함께 특히 심각합니다. 재생에너지원의 부인할 수 없는 장점에도 불구하고, 한 가지 문제가 남아 있습니다. 중요한 질문대체 에너지원이 널리 도입되고 사용되기 전에 이 문제가 해결되어야 합니다. 풍력 및 태양 에너지는 환경 친화적이지만 발전이 간헐적이며 나중에 사용하려면 에너지 저장이 필요합니다. 많은 국가에서 특히 시급한 과제는 에너지 소비의 큰 변동으로 인해 계절별 에너지 저장 기술을 확보하는 것입니다. Ars Technica는 최고의 에너지 저장 기술 목록을 준비했으며 그중 일부에 대해 이야기하겠습니다.

유압 어큐뮬레이터

대용량 에너지를 저장하기 위한 가장 오래되고 가장 성숙하며 널리 보급된 기술입니다. 유압 어큐뮬레이터의 작동 원리는 다음과 같습니다. 두 개의 물 탱크가 있으며 하나는 다른 하나 위에 있습니다. 전기 수요가 낮을 때, 그 에너지는 물을 상부 저수지로 펌핑하는 데 사용됩니다. 전력 소비가 가장 많은 시간대에는 그곳에 설치된 수소발생기로 물이 배수되고, 그 물은 터빈을 돌려 전기를 생산합니다.

앞으로 독일은 오래된 탄광을 사용하여 펌핑 저장 탱크를 만들 계획이며, 독일 연구원들은 해저에 배치된 거대한 콘크리트 수력 저장 구체를 만드는 작업을 진행하고 있습니다. 러시아에는 모스크바 지역 Sergiev Posad 지역의 Bogorodskoye 마을 근처 Kunya 강에 위치한 Zagorskaya PSPP가 있습니다. Zagorskaya PSPP는 센터 에너지 시스템의 중요한 인프라 요소로, 주파수 및 전력 흐름의 자동 조절에 참여하고 일일 최대 부하를 처리합니다.

"에너지 소비자 커뮤니티" 협회의 이고르 리아핀(Igor Ryapin) 협회장은 "신 에너지" 컨퍼런스에서 Skolkovo 경영대학원의 에너지 센터가 주최한 에너지 인터넷에서 다음과 같이 말했습니다. 세계 규모는 약 140GW이며, 이 기술의 장점으로는 많은 사이클과 긴 서비스 수명, 약 75-85%의 효율성이 있습니다. 그러나 유압식 어큐뮬레이터를 설치하려면 특별한 지리적 조건이 필요하고 비용이 많이 듭니다.

압축 공기 에너지 저장 장치

이 에너지 저장 방법은 원칙적으로 수소화와 유사합니다. 그러나 물 대신 공기가 저수지로 펌핑됩니다. 모터(전기 또는 기타)를 사용하여 공기가 저장 탱크로 펌핑됩니다. 에너지를 생성하기 위해 압축 공기가 방출되고 터빈이 회전합니다.

이러한 유형의 저장 장치의 단점은 가스 압축 중 에너지의 일부가 열 형태로 변환되기 때문에 효율성이 낮다는 것입니다. 효율성은 55%를 넘지 않으며, 합리적으로 사용하려면 드라이브에 값싼 전력이 많이 필요하므로 이 기술이 주로 실험 목적으로 사용되는 현재 전 세계 총 설치 용량은 400MW를 초과하지 않습니다.

태양에너지 저장용 용융염

녹은 소금은 오랫동안 열을 유지하므로 수백 개의 헬리오 스타트(태양을 집중시키는 대형 거울)가 열을 모으는 태양열 발전소에 배치됩니다. 햇빛그리고 내부의 액체를 용융염 형태로 가열합니다. 그런 다음 탱크로 보내진 다음 증기 발생기를 통해 터빈을 회전시켜 전기를 생성합니다. 장점 중 하나는 용융염이 섭씨 500도 이상의 고온에서 작동한다는 것입니다. 효율적인 작업증기 터빈.

이 기술은 근무 시간이나 난방실을 연장하고 저녁에 전기를 공급하는 데 도움이 됩니다.

비슷한 기술이 두바이의 단일 공간에 통합된 세계 최대의 태양광 발전소 네트워크인 Mohammed bin Rashid Al Maktoum Solar Park에도 사용됩니다.

흐름 산화환원 시스템

플로우 배터리는 멤브레인을 통과하여 전하를 생성하는 전해질이 담긴 거대한 용기입니다. 전해질은 바나듐일 수도 있고 아연, 염소 또는 소금물 용액일 수도 있습니다. 신뢰할 수 있고 사용하기 쉬우며 수명이 깁니다.

아직 상업 프로젝트는 없으며 총 설치 용량은 주로 연구 프로젝트의 틀 내에서 320MW입니다. 가장 큰 장점은 4시간 이상의 장기간 에너지 출력을 제공하는 유일한 배터리 기술이라는 것입니다. 단점은 모든 배터리의 공통적인 문제인 부피가 크고 재활용 기술이 부족하다는 점입니다.

독일 발전소 EWE는 이전에 천연가스가 저장되어 있던 동굴에 세계 최대의 700MWh 흐름 배터리를 독일에 건설할 계획이라고 Clean Technica가 보도했습니다.

기존 배터리

이 배터리는 노트북이나 스마트폰에 전원을 공급하는 배터리와 유사하지만 산업용 크기입니다. Tesla는 풍력 및 태양광 발전소에 이러한 배터리를 공급하고 Daimler는 이를 위해 오래된 자동차 배터리를 사용합니다.

축열식

현대 주택은 특히 더운 기후에서는 냉각이 필요합니다. 축열 시설을 사용하면 탱크에 저장된 물을 밤새 얼릴 수 있으며, 낮에는 값비싼 에어컨이나 불필요한 에너지 비용 없이 얼음이 녹아 집을 식힐 수 있습니다.

캘리포니아 회사인 Ice Energy는 여러 유사한 프로젝트를 개발했습니다. 그들의 아이디어는 피크가 아닌 전력망 기간에만 얼음이 생산되고, 추가 전력을 낭비하는 대신 얼음을 사용하여 방을 식히는 것입니다.

Ice Energy는 얼음 배터리 기술을 시장에 출시하려는 호주 기업과 협력하고 있습니다. 호주에서는 태양이 활발하기 때문에 태양전지판을 활용하는 기술이 개발되고 있습니다. 태양과 얼음의 조합은 주택의 전반적인 에너지 효율성과 환경 친화성을 향상시킵니다.

플라이휠

슈퍼플라이휠은 관성 축전지입니다. 여기에 저장된 운동에너지는 발전기를 이용해 전기로 변환될 수 있다. 전기가 필요할 때 플라이휠의 속도를 줄여 전기 에너지를 생산하는 구조다.

개별 염은 용융염의 전기분해에 의한 금속 생산에서 전해질 역할을 할 수 있지만 일반적으로 상대적으로 가용성인 전해질을 갖고자 하는 요구에 기초하여 상당히 낮은 점도와 높은 전기 전도도를 특징으로 하는 유리한 밀도를 갖습니다. 상대적으로 높은 표면 장력, 낮은 휘발성 및 금속 용해 능력을 갖춘 현대 야금에서는 여러 가지(2~4개) 구성 요소로 구성된 시스템인 조성이 더 복잡한 용융 전해질이 사용됩니다.
이러한 관점에서 개별 용융염, 특히 용융염의 시스템(혼합물)의 물리화학적 특성은 매우 중요합니다.
이 지역에 축적된 상당히 많은 양의 실험 자료는 용융염의 물리화학적 특성이 서로 일정한 연관성을 가지며 고체 및 용융 상태 모두에서 이러한 염의 구조에 의존한다는 것을 보여줍니다. 후자는 염의 결정 격자에 있는 양이온과 음이온의 크기와 상대적인 양, 이들 사이의 연결 특성, 분극 및 해당 이온이 용융물에서 복합체를 형성하는 경향과 같은 요인에 의해 결정됩니다.
테이블에 1은 D.I.에 의한 원소 주기율표의 그룹에 따라 정렬된 일부 용융 염화물의 녹는점, 끓는점, 몰 부피(녹는점에서) 및 등가 전기 전도도를 비교합니다. 멘델레예프.

테이블에 도 1에서 그룹 I에 속하는 알칼리 금속 염화물과 알칼리 토금속 염화물(그룹 II)이 다음과 같은 특징을 가지고 있음을 알 수 있습니다. 고온용융 및 비등, 높은 전기 전도도 및 후속 그룹에 속하는 염화물에 비해 극성 부피가 더 작습니다.
이는 고체 상태에서 이러한 염이 이온 결정 격자를 가지며 이온 사이의 상호 작용력이 매우 중요하다는 사실 때문입니다. 이러한 이유로 이러한 격자를 파괴하는 것은 매우 어렵습니다. 이것이 알칼리 및 알칼리 토금속의 염화물이 높은 녹는점과 끓는점을 갖는 이유입니다. 알칼리 및 알칼리 토금속 염화물의 더 작은 몰 부피는 또한 이들 염의 결정에 강한 이온 결합이 큰 비율로 존재하기 때문에 발생합니다. 고려 중인 염 용융물의 이온 구조도 높은 전기 전도도를 결정합니다.
A.Ya의 견해에 따르면. Frenkel에 의하면, 용융염의 전기 전도도는 주로 작은 크기의 이동 양이온에 의한 전류 전달에 의해 결정되며, 점성 특성은 부피가 큰 음이온에 기인합니다. 따라서 양이온의 반경이 증가함에 따라(Li+의 경우 0.78A에서 Cs+의 경우 1.65A로) LiCl에서 CsCl로의 전기 전도도가 감소하고 이에 따라 이동도가 감소합니다.
그룹 II 및 III의 일부 염화물(예: MgCl2, ScCl2, УСl3 및 LaCl3)은 용융 상태에서 전기 전도성이 감소하지만 동시에 녹는점과 끓는점이 상당히 높은 것이 특징입니다. 후자는 이들 염의 결정 격자에서 상당한 비율의 이온 결합을 나타냅니다. Ho in 용융물은 단순 이온과 눈에 띄게 상호 작용하여 더 크고 덜 이동성인 착이온을 형성하며, 이는 전기 전도도를 감소시키고 이러한 염 용융물의 점도를 증가시킵니다.
작은 Be2+ 및 Al3+ 양이온에 의한 염소 음이온의 강한 분극화는 이들 염의 이온 결합 비율을 급격히 감소시키고 분자 결합 비율을 증가시킵니다. 이는 BeCl2 및 AlCl3의 결정 격자 강도를 감소시키며, 이로 인해 이러한 염화물은 낮은 녹는점과 끓는점, 큰 몰 부피 및 매우 낮은 전기 전도도 값을 특징으로 합니다. 후자는 분명히 (Be2+와 Al3+의 강한 분극 효과의 영향으로) 용융된 베릴륨과 염화알루미늄에서 강한 착물화가 발생하여 그 안에 부피가 큰 착이온이 형성된다는 사실에 기인합니다.
IV족 원소의 염화물 염과 III족의 첫 번째 원소인 붕소는 분자 간 잔류 결합이 약한 순수 분자 격자를 가지며 매우 낮은 용융 온도를 특징으로 합니다(그 값은 종종 아래에 있음). 제로) 그리고 끓는다. 그러한 염의 용융물에는 이온이 없으며 결정과 마찬가지로 중성 분자로 구성됩니다(후자 내에 이온 결합이 있을 수 있음). 따라서 녹는점에서 이러한 염의 몰 부피가 크고 해당 용융물의 전기 전도성이 부족합니다.
그룹 I, II 및 III의 금속 불화물은 일반적으로 다음과 같은 특징이 있습니다. 상승된 온도상응하는 염화물과 비교하여 녹고 끓는다. 이는 Cl+ 음이온의 반경(1.81A)에 비해 F+ 음이온의 반경(1.33A)이 더 작기 때문에 불소 이온의 분극 경향이 더 낮고 결과적으로 강한 이온 결정 격자가 형성되기 때문입니다. 이 불화물에 의해.
염 시스템의 가용성 다이어그램(상 다이어그램)은 유리한 전기분해 조건을 선택하는 데 매우 중요합니다. 따라서, 금속의 전해 생산에서 전해질로서 용융염을 사용하는 경우, 일반적으로 무엇보다도 충분한 양을 제공하는 비교적 저융점 염 합금을 갖는 것이 필요합니다. 낮은 온도전해질을 용융 상태로 유지하기 위해 전기 분해 및 전기 에너지 소비가 적습니다.
그러나 소금 시스템의 특정 비율의 구성 요소에서 화학적 화합물은 융점이 높아지면서 다른 유리한 특성(예: 개별 용융 염보다 용융 상태에서 산화물을 더 쉽게 용해시키는 능력 등)을 가질 수 있습니다.
연구에 따르면 두 개 이상의 염(또는 염과 산화물)으로 구성된 시스템을 다룰 때 이러한 시스템의 구성 요소 사이에 상호 작용이 발생하여 (상호 작용의 강도에 따라) 공융 물질이 형성될 수 있습니다. 가용성 다이어그램, 고용체 영역, 부적합(분해 있음) 또는 합동(분해 없음)으로 녹는 화학 화합물. 이러한 상호 작용으로 인해 시스템 구성의 해당 지점에서 물질 구조의 더 큰 질서가 용융물, 즉 액상선 위에서 어느 정도 보존됩니다.
따라서 용융염의 시스템(혼합물)은 종종 개별 용융염보다 구조가 더 복잡하며, 일반적으로 용융염 혼합물의 구조 구성 요소는 특히 다음과 같은 경우 단순 이온, 착이온 및 심지어 중성 분자일 수 있습니다. 해당 염의 결정 격자에는 일정량의 분자 결합이 있습니다.
예를 들어, 해당 상태도에서 액상 선으로 특징지어지는 MeCl-MgCl2 시스템(여기서 Me는 알칼리 금속임, 그림 1)의 가용성에 대한 알칼리 금속 양이온의 영향을 고려해 보겠습니다. 알칼리 금속 염화물 양이온의 반경이 Li+에서 Cs+로(각각 0.78A에서 1.65A로) 증가함에 따라 가용성 다이어그램이 점점 더 복잡해지는 것을 그림에서 볼 수 있습니다. LiC-MgCl2 시스템에서 구성 요소는 다음과 같이 형성됩니다. 고용체; NaCl-MgCl2 시스템에는 공융 최소값이 있습니다. 고체상의 KCl-MgCl2 시스템에서는 하나의 일치하게 녹는 화합물 KCl*MgCl2와 가능하다면 하나의 부적절하게 녹는 화합물 2КCl*MgCl2가 형성됩니다. RbCl-MgCl2 시스템에서 가용성 다이어그램에는 이미 두 개의 합동 용융 화합물의 형성에 해당하는 두 개의 최대값이 있습니다. RbCl*MgCl2 및 2RbCl*MgCla; 마지막으로 CsCl-MgClg 시스템에서는 3개의 합동 용융 화합물이 형성됩니다. CsCl*MgCl2, 2CsCl*MgCl2 및 SCsCl*MgCl2뿐만 아니라 부적절하게 녹는 화합물 CsCl*SMgCl2도 포함됩니다. LiCl-MgCb 시스템에서 Li 및 Mg 이온은 염소 이온과 거의 동일한 정도로 상호 작용하므로 해당 용융물은 구조가 가장 단순한 솔루션에 가깝습니다. 이로 인해 이 시스템의 가용성 다이어그램은 다음과 같은 특징이 있습니다. 그 안에 확실한 솔루션이 있습니다. NaCi-MgCl2 시스템에서는 나트륨 양이온의 반경 증가로 인해 나트륨 이온과 염소 이온 사이의 결합이 약간 약화되고 이에 따라 Mg2+와 Cl- 이온 사이의 상호 작용이 증가하며, 그러나 이것이 용융물에 착이온의 출현으로 이어지지는 않습니다. 결과적으로 용융물의 정렬이 다소 커지면 NaCl-MgCl2 시스템의 가용성 다이어그램에서 공융이 나타나는 원인이 됩니다. 칼륨 양이온의 더 큰 반경으로 인해 K+와 Cl- 이온 사이의 결합이 점점 약해지면 이온과 Cl- 사이의 상호 작용이 증가하여 KCl-MgCl2 가용성 도표에서 알 수 있듯이 안정적인 화합물 KMgCl3의 형성 및 용융물에서 해당 복합 음이온 (MgCl3-)의 출현까지. Rb+(1.49A)와 Cs+(1.65A)의 반경이 더 증가하면 한편으로는 Rb와 Cl- 이온, 그리고 Cs+와 Cl- 이온 사이의 결합은 훨씬 더 약화됩니다. 다른 한편으로는 KCl-MgCb 시스템의 가용성 다이어그램과 비교하여 RbCl-MgCb 시스템의 가용성 다이어그램이 더욱 복잡해지고 CsCl-의 가용성 다이어그램이 훨씬 더 복잡해집니다. MgCl2 시스템.

상황은 MeF-AlF3 시스템에서도 유사하며, LiF-AlF3 시스템의 경우 가용성 다이어그램은 하나의 합동 용융 화합물 SLiF-AlF를 나타내고 NaF-AIF3 시스템의 가용성 다이어그램은 하나와 일치하는 하나를 나타냅니다. 부적절하게 녹는 화합물; 각각 3NaF*AlFa 및 5NaF*AlF3입니다. 하나 또는 다른 화합물의 결정화 중 염상의 형성이 이 용융물의 구조에 반영된다는 사실(착이온의 출현과 관련된 더 큰 순서)로 인해 가용성 외에도 해당 변화가 발생합니다. 가용성 다이어그램에 따른 화합물의 형성에 해당하는 용융염 혼합물의 조성에 대해 급격하게 변화하는(가산성 규칙의 적용을 받지 않음) 기타 물리화학적 특성.
따라서 염 시스템의 조성-물성 다이어그램 사이에는 일치성이 있으며, 이는 시스템의 가용성 다이어그램에 화학 화합물이 기록된 경우 조성에서 이에 해당하는 용융물이 최대 결정화를 특징으로 한다는 사실로 표현됩니다. 온도, 최대 밀도, 최대 점도, 최소 전기 전도도 및 최소 탄성 쌍.
그러나 가용성 다이어그램에 기록된 화합물의 형성에 해당하는 장소에서 용융염 혼합물의 물리화학적 특성 변화의 이러한 일치는 용융물에서 이러한 화합물의 중성 분자의 출현과 관련이 없습니다. 이전에는 믿었지만 해당 용융물의 구조가 더 순서화되고 패킹 밀도가 더 높기 때문입니다. 따라서 그러한 용융물의 결정화 온도와 밀도가 급격히 증가합니다. 그런 녹아내리는 존재감 가장 큰 수큰 착이온(고체상의 특정 화합물의 형성에 해당)은 또한 부피가 큰 복합 음이온의 출현으로 인해 용융물의 점도가 급격히 증가하고 용융물의 전기 전도도가 감소합니다. 전류 캐리어 수의 감소로 인해 (단순 이온이 복잡한 이온으로 결합됨으로 인해)
그림에서. 예를 들어 그림 2에서는 NaF-AlF3 및 Na3AlF6-Al2O3 시스템 용융물의 조성-특성 다이어그램을 비교합니다. 첫 번째 경우 가용성 다이어그램은 화합물의 존재를 특징으로 하며, 두 번째 - 공융. 이에 따라 조성에 따른 용융물의 물리 화학적 특성 변화 곡선에는 첫 번째 경우 극값 (최대값 및 최소값)이 있고 두 번째 경우 해당 곡선이 단조롭게 변경됩니다.

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소금 결정을 키우려면 다음이 필요합니다.

1) - 소금.

최대한 깨끗해야 합니다. 일반 식탁용 소금에는 눈에 보이지 않는 잔해물이 많이 포함되어 있기 때문에 바다 소금이 가장 적합합니다.

2) - 물.

이상적인 선택은 증류수 또는 적어도 끓인 물을 사용하여 필터링을 통해 불순물을 최대한 정화하는 것입니다.

3) - 유리 제품, 결정이 성장할 것입니다.

주요 요구 사항: 완벽하게 깨끗해야 하며, 다른 결정의 성장을 유발하여 주 결정에 해를 끼칠 수 있으므로 전체 과정에서 이물질, 심지어 작은 얼룩이라도 내부에 존재해서는 안 됩니다.

4) - 소금 결정.

소금 한 팩이나 빈 소금 통에서 "얻을" 수 있습니다. 바닥에는 소금 통의 구멍을 통과할 수 없는 적합한 것이 거의 확실하게 있을 것입니다. 평행육면체에 가까운 모양의 투명한 결정을 선택해야 합니다.

5) - 지팡이: 플라스틱이나 나무로 만든 도자기, 또는 같은 재료로 만든 숟가락.

솔루션을 혼합하려면 이러한 항목 중 하나가 필요합니다. 매번 사용 후에는 세탁하고 건조해야 한다는 사실을 상기시키는 것은 아마도 불필요할 것입니다.

6) - 광택.

완성된 크리스탈을 보호하려면 바니시가 필요합니다. 보호하지 않으면 건조한 공기에서 부서지고 습한 공기에서는 형태 없는 덩어리로 퍼지기 때문입니다.

7) - 망사또는 여과지.

크리스탈을 성장시키는 과정.

준비된 물이 담긴 용기를 따뜻한 물(약 50-60도) 계속 저으면서 소금을 점차적으로 붓습니다. 소금이 더 이상 녹을 수 없으면 첫 번째 용기의 침전물이 들어 가지 않도록 용액을 다른 깨끗한 용기에 붓습니다. 더 나은 순도를 보장하기 위해 필터를 사용하여 깔때기를 통해 부을 수 있습니다.

이제 끈에 있는 이전에 "채굴된" 결정을 이 용액에 담가서 용기의 바닥과 벽에 닿지 않도록 합니다.

그런 다음 접시를 뚜껑이나 다른 것으로 덮어 이물질과 먼지가 들어 가지 않도록하십시오.

용기를 어둡고 서늘한 곳에 놓고 인내심을 가지십시오. 눈에 보이는 과정은 며칠 안에 시작되지만 큰 결정이 자라는 데는 몇 주가 걸립니다.

결정이 성장함에 따라 액체는 자연적으로 감소하므로 약 10일에 한 번씩 위의 조건에 따라 준비된 새로운 용액을 첨가해야 합니다.

모든 추가 작업 중에 잦은 움직임, 강한 기계적 스트레스 및 상당한 온도 변동이 허용되어서는 안됩니다.

결정이 원하는 크기에 도달하면 용액에서 제거됩니다. 이 단계에서는 여전히 매우 취약하기 때문에 이 작업은 매우 신중하게 수행되어야 합니다. 제거된 결정은 냅킨을 사용하여 물에서 건조됩니다. 강도를 더하기 위해 건조된 크리스탈을 무색 바니시로 코팅하여 가정용 및 매니큐어 용도로 모두 사용할 수 있습니다.