A indústria de energia elétrica é uma das poucas áreas em que não há armazenamento em grande escala dos “produtos” produzidos. O armazenamento industrial de energia e a produção de vários tipos de dispositivos de armazenamento são o próximo passo na grande indústria de energia elétrica. Agora esta tarefa é especialmente urgente - juntamente com o rápido desenvolvimento de fontes de energia renováveis. Apesar das vantagens inegáveis ​​das fontes de energia renováveis, permanece uma pergunta importante, que deve ser resolvido antes da introdução e utilização generalizada de fontes alternativas de energia. Embora a energia eólica e solar sejam ecologicamente corretas, sua geração é intermitente e requer armazenamento de energia para uso posterior. Para muitos países, uma tarefa particularmente urgente seria a obtenção de tecnologias sazonais de armazenamento de energia – devido às grandes flutuações no consumo de energia. A Ars Technica preparou uma lista com as melhores tecnologias de armazenamento de energia, e falaremos sobre algumas delas.

Acumuladores hidráulicos

A tecnologia mais antiga, madura e difundida para armazenamento de energia em grandes volumes. O princípio de funcionamento do acumulador hidráulico é o seguinte: existem dois tanques de água - um localizado acima do outro. Quando a demanda por eletricidade é baixa, a energia é utilizada para bombear água para o reservatório superior. Nos horários de pico de consumo de energia elétrica, a água é escoada para um hidrogerador ali instalado, a água gira uma turbina e gera eletricidade.

No futuro, a Alemanha planeia utilizar antigas minas de carvão para criar tanques de armazenamento bombeados, e investigadores alemães estão a trabalhar na criação de esferas gigantes de betão para armazenamento hidráulico colocadas no fundo do oceano. Na Rússia existe o PSPP Zagorskaya, localizado às margens do rio Kunya, perto da vila de Bogorodskoye, no distrito de Sergiev Posad, na região de Moscou. Zagorskaya PSPP é um importante elemento infraestrutural do sistema energético do centro, participando na regulação automática da frequência e dos fluxos de potência, bem como cobrindo os picos de carga diários.

Como disse Igor Ryapin, chefe do departamento da Associação “Comunidade de Consumidores de Energia” na conferência “Nova Energia”: Internet da Energia, organizada pelo Centro de Energia da Skolkovo Business School, a capacidade instalada de todos os acumuladores hidráulicos no mundo é de cerca de 140 GW, as vantagens desta tecnologia incluem grande número ciclos e longa vida operacional, a eficiência é de cerca de 75-85%. Contudo, a instalação de acumuladores hidráulicos requer condições geográficas especiais e é dispendiosa.

Dispositivos de armazenamento de energia de ar comprimido

Esse método de armazenamento de energia é semelhante em princípio à hidrogeração - porém, em vez de água, o ar é bombeado para os reservatórios. Através de um motor (elétrico ou outro), o ar é bombeado para o tanque de armazenamento. Para gerar energia, o ar comprimido é liberado e gira a turbina.

A desvantagem desse tipo de dispositivo de armazenamento é a baixa eficiência devido ao fato de parte da energia durante a compressão do gás ser convertida em forma térmica. A eficiência não passa de 55%; para uso racional, o acionamento requer muita energia elétrica barata, portanto no momento a tecnologia é utilizada principalmente para fins experimentais, a capacidade total instalada no mundo não ultrapassa 400 MW.

Sal fundido para armazenamento de energia solar

O sal fundido retém o calor por muito tempo, por isso é colocado em usinas solares térmicas onde centenas de helióstatos (grandes espelhos concentrados no sol) coletam o calor. luz solar e aqueça o líquido em seu interior - na forma de sal derretido. Em seguida, é enviado para o tanque e, por meio de um gerador de vapor, gira a turbina, que gera eletricidade. Uma das vantagens é que o sal fundido opera em alta temperatura - mais de 500 graus Celsius, o que contribui para trabalho eficiente turbina a vapor.

Esta tecnologia ajuda a prolongar o horário de trabalho ou a aquecer salas e fornecer eletricidade à noite.

Tecnologias semelhantes são usadas no Parque Solar Mohammed bin Rashid Al Maktoum - a maior rede mundial de usinas de energia solar, unidas em um único espaço em Dubai.

Sistemas redox de fluxo

As baterias de fluxo são um enorme recipiente de eletrólito que passa através de uma membrana e cria uma carga elétrica. O eletrólito pode ser vanádio, bem como soluções de zinco, cloro ou água salgada. Eles são confiáveis, fáceis de usar e têm uma longa vida útil.

Ainda não existem projetos comerciais, a capacidade total instalada é de 320 MW, principalmente no âmbito de projetos de investigação. A principal vantagem é que até agora é a única tecnologia de bateria com produção de energia de longo prazo - mais de 4 horas. As desvantagens incluem volume e falta de tecnologia de reciclagem, que é um problema comum com todas as baterias.

A usina alemã EWE planeja construir a maior bateria de fluxo de 700 MWh do mundo na Alemanha, em cavernas onde o gás natural foi armazenado anteriormente, relata a Clean Technica.

Baterias tradicionais

São baterias semelhantes às que alimentam laptops e smartphones, mas em tamanho industrial. A Tesla fornece essas baterias para usinas de energia eólica e solar, e a Daimler usa baterias de carros antigos para isso.

Armazenamento térmico

Uma casa moderna precisa de ser refrigerada – especialmente em climas quentes. As instalações de armazenamento térmico permitem que a água armazenada em tanques seja congelada durante a noite, o gelo derrete e resfria a casa, sem o habitual ar condicionado caro e custos desnecessários de energia;

A empresa californiana Ice Energy desenvolveu vários projetos semelhantes. A ideia deles é que o gelo seja produzido apenas fora dos horários de pico da rede elétrica e, então, em vez de desperdiçar eletricidade adicional, o gelo seja usado para resfriar ambientes.

A Ice Energy está colaborando com empresas australianas que buscam trazer tecnologia de baterias de gelo para o mercado. Na Austrália, devido ao sol ativo, desenvolve-se o uso de painéis solares. A combinação de sol e gelo aumentará a eficiência energética geral e o respeito ao meio ambiente das residências.

Volante

O superflywheel é um acumulador inercial. A energia cinética do movimento armazenada nele pode ser convertida em eletricidade usando um dínamo. Quando surge a necessidade de eletricidade, a estrutura gera energia elétrica desacelerando o volante.

Os sais individuais podem servir como eletrólitos na produção de metais por eletrólise de sais fundidos, mas geralmente, com base no desejo de ter um eletrólito que seja relativamente fusível, tenha uma densidade favorável, caracterizado por uma viscosidade bastante baixa e alta condutividade elétrica, um tensão superficial relativamente alta, bem como baixa volatilidade e capacidade de dissolução de metais, na prática da metalurgia moderna, são utilizados eletrólitos fundidos de composição mais complexa, que são sistemas de vários (dois a quatro) componentes.
Deste ponto de vista, as propriedades físico-químicas dos sais fundidos individuais, especialmente dos sistemas (misturas) de sais fundidos, são muito importantes.
Uma grande quantidade de material experimental acumulado nesta área mostra que as propriedades físico-químicas dos sais fundidos estão em certa relação entre si e dependem da estrutura desses sais tanto no estado sólido quanto no estado fundido. Este último é determinado por fatores como o tamanho e a quantidade relativa de cátions e ânions na rede cristalina do sal, a natureza da ligação entre eles, a polarização e a tendência dos íons correspondentes de formar complexos em fundidos.
Na mesa 1 compara os pontos de fusão, pontos de ebulição, volumes molares (no ponto de fusão) e condutividade elétrica equivalente de alguns cloretos fundidos, dispostos de acordo com os grupos da tabela da lei periódica dos elementos de D.I. Mendeleev.

Na mesa 1 pode-se observar que os cloretos de metais alcalinos pertencentes ao grupo I e os cloretos de metais alcalino-terrosos (grupo II) são caracterizados por altas temperaturas fusão e ebulição, alta condutividade elétrica e volumes polares menores em comparação com cloretos pertencentes a grupos subsequentes.
Isso se deve ao fato de que no estado sólido esses sais possuem redes cristalinas iônicas, cujas forças de interação entre os íons são muito significativas. Por esta razão, é muito difícil destruir tais redes, razão pela qual os cloretos de metais alcalinos e alcalino-terrosos têm altos pontos de fusão e ebulição. O menor volume molar dos cloretos de metais alcalinos e alcalino-terrosos também resulta da presença de grande proporção de ligações iônicas fortes nos cristais desses sais. A estrutura iônica dos fundidos dos sais considerados também determina sua alta condutividade elétrica.
De acordo com as opiniões de A.Ya. Frenkel, a condutividade elétrica dos sais fundidos é determinada pela transferência de corrente, principalmente por cátions móveis de pequeno porte, e as propriedades viscosas são devidas a ânions mais volumosos. Daí a diminuição da condutividade elétrica de LiCl para CsCl à medida que o raio do cátion aumenta (de 0,78 A para Li+ para 1,65 A para Cs+) e, consequentemente, sua mobilidade diminui.
Alguns cloretos dos grupos II e III (como MgCl2, ScCl2, УСl3 e LaCl3) são caracterizados por condutividade elétrica reduzida no estado fundido, mas ao mesmo tempo pontos de fusão e ebulição bastante elevados. Este último indica uma proporção significativa de ligações iônicas nas redes cristalinas desses sais. Ho in fundidos interagem visivelmente com íons simples para formar íons complexos maiores e menos móveis, o que reduz a condutividade elétrica e aumenta a viscosidade dos fundidos desses sais.
A forte polarização do ânion cloro por pequenos cátions Be2+ e Al3+ leva a uma redução acentuada na fração de ligações iônicas nesses sais e a um aumento na fração de ligações moleculares. Isto reduz a resistência das redes cristalinas de BeCl2 e AlCl3, devido às quais estes cloretos são caracterizados por baixos pontos de fusão e ebulição, grandes volumes molares e valores de condutividade elétrica muito baixos. Este último é aparentemente devido ao fato de que (sob a influência do forte efeito polarizador de Be2+ e Al3+) ocorre uma forte complexação em berílio fundido e cloretos de alumínio com a formação de íons complexos volumosos neles.
Os sais de cloreto dos elementos do grupo IV, assim como o primeiro elemento do grupo III, o boro, que possuem redes puramente moleculares com ligações residuais fracas entre as moléculas, são caracterizados por temperaturas de fusão muito baixas (cujos valores são frequentemente abaixo zero) e fervura. Não há íons na fusão de tais sais e eles, como os cristais, são construídos a partir de moléculas neutras (embora possa haver ligações iônicas dentro destas últimas). Daí os grandes volumes molares destes sais no ponto de fusão e a falta de condutividade elétrica dos fundidos correspondentes.
Os fluoretos de metais dos grupos I, II e III são caracterizados, via de regra, temperaturas elevadas fusão e ebulição em comparação com os cloretos correspondentes. Isso se deve ao menor raio do ânion F+ (1,33 A) em comparação ao raio do ânion Cl+ (1,81 A) e, consequentemente, à menor tendência dos íons flúor de se polarizarem e, conseqüentemente, à formação de redes cristalinas iônicas fortes. por esses fluoretos.
Os diagramas de fusibilidade (diagramas de fases) de sistemas salinos são de grande importância para a escolha de condições de eletrólise favoráveis. Assim, no caso do uso de sais fundidos como eletrólitos na produção eletrolítica de metais, geralmente é necessário, em primeiro lugar, ter ligas de sal de ponto de fusão relativamente baixo que forneçam quantidade suficiente baixa temperatura eletrólise e menor consumo de energia elétrica para manter o eletrólito em estado fundido.
No entanto, em certas proporções de componentes em sistemas salinos, compostos químicos podem surgir com pontos de fusão elevados, mas possuindo outras propriedades favoráveis ​​​​(por exemplo, a capacidade de dissolver óxidos no estado fundido mais facilmente do que sais fundidos individuais, etc.).
Pesquisas mostram que quando se trata de sistemas de dois ou mais sais (ou sais e óxidos), podem ocorrer interações entre os componentes desses sistemas, levando (dependendo da força dessa interação) à formação de eutéticos, registrados no diagramas de fusibilidade, ou regiões de soluções sólidas, ou compostos químicos de fusão incongruente (com decomposição), ou congruente (sem decomposição). A maior ordem da estrutura da matéria nos pontos correspondentes da composição do sistema, devido a essas interações, é preservada em um grau ou outro no fundido, ou seja, acima da linha liquidus.
Portanto, os sistemas (misturas) de sais fundidos são frequentemente mais complexos em sua estrutura do que os sais fundidos individuais e, no caso geral, os componentes estruturais das misturas de sais fundidos podem ser simultaneamente íons simples, íons complexos e até moléculas neutras, especialmente quando nas redes cristalinas dos sais correspondentes existe uma certa quantidade de ligações moleculares.
Como exemplo, consideremos o efeito dos cátions de metais alcalinos na fusibilidade do sistema MeCl-MgCl2 (onde Me é um metal alcalino, Fig. 1), caracterizado por linhas liquidus nos diagramas de fase correspondentes. Pode-se observar na figura que à medida que o raio do cátion cloreto de metal alcalino aumenta de Li+ para Cs+ (respectivamente de 0,78 A para 1,65 A), o diagrama de fusibilidade se torna cada vez mais complexo: no sistema LiC-MgCl2, os componentes formam soluções sólidas; no sistema NaCl-MgCl2 existe um mínimo eutético; no sistema KCl-MgCl2 na fase sólida, um composto de fusão congruente KCl*MgCl2 e, possivelmente, um composto de fusão incongruente 2KCl*MgCl2 são formados; no sistema RbCl-MgCl2, o diagrama de fusibilidade já possui dois máximos, correspondendo à formação de dois compostos de fusão congruente; RbCl*MgCl2 e 2RbCl*MgCla; finalmente, no sistema CsCl-MgClg, são formados três compostos químicos de fusão congruente; CsCl*MgCl2, 2CsCl*MgCl2 e SCsCl*MgCl2, bem como um composto de fusão incongruente CsCl*SMgCl2. No sistema LiCl-MgCb, os íons Li e Mg interagem com os íons cloro aproximadamente na mesma extensão e, portanto, os fundidos correspondentes têm estrutura próxima das soluções mais simples, devido ao qual o diagrama de fusibilidade deste sistema é caracterizado pela presença de soluções sólidas nele. No sistema NaCi-MgCl2, devido ao aumento do raio do cátion sódio, ocorre um ligeiro enfraquecimento da ligação entre os íons sódio e cloro e, consequentemente, um aumento na interação entre os íons Mg2+ e Cl-, mas isto não conduz, no entanto, ao aparecimento de iões complexos na massa fundida. A ordenação um pouco maior do fundido resultante causa o aparecimento de um eutético no diagrama de fusibilidade do sistema NaCl-MgCl2. O crescente enfraquecimento da ligação entre os íons K+ e Cl- devido ao raio ainda maior do cátion potássio causa um tal aumento na interação entre os íons e Cl-, o que leva, como mostra o diagrama de fusibilidade KCl-MgCl2, a a formação de um composto químico estável KMgCl3, e no fundido - ao aparecimento dos ânions complexos correspondentes (MgCl3-). Um novo aumento nos raios de Rb+ (1,49 A) ​​​​e Cs+ (1,65 A) causa um enfraquecimento ainda maior da ligação entre os íons Rb e Cl-, por um lado, e os íons Cs+ e Cl-, por por outro lado, levando a uma maior complicação do diagrama de fusibilidade do sistema RbCl-MgCb em comparação com o diagrama de fusibilidade do sistema KCl - MgCb e, em maior medida, à complicação do diagrama de fusibilidade do sistema CsCl-MgCl2 sistema.

A situação é semelhante nos sistemas MeF-AlF3, onde no caso do sistema LiF - AlF3, o diagrama de fusibilidade indica um composto químico de fusão congruente SLiF-AlFs, e o diagrama de fusibilidade do sistema NaF-AIF3 indica um composto químico congruente e um composto químico de fusão incongruente; respectivamente 3NaF*AlFa e 5NaF*AlF3. Pelo fato de a formação na fase salina durante a cristalização de um ou outro composto químico se refletir na estrutura desse fundido (ordem maior associada ao aparecimento de íons complexos), isso provoca uma alteração correspondente, além da fusibilidade, e outras propriedades físico-químicas que mudam bruscamente (não sujeitas à regra de aditividade) para as composições de misturas de sais fundidos correspondentes à formação de compostos químicos conforme diagrama de fusibilidade.
Portanto, há uma correspondência entre os diagramas de composição-propriedades em sistemas salinos, que se expressa no fato de que quando um composto químico é anotado no diagrama de fusibilidade do sistema, o fundido correspondente em composição é caracterizado por uma cristalização máxima temperatura, uma densidade máxima, uma viscosidade máxima, uma condutividade elétrica mínima e um par de elasticidade mínimo.
Tal correspondência na mudança nas propriedades físico-químicas de misturas de sais fundidos em locais correspondentes à formação de compostos químicos registrados nos diagramas de fusibilidade não está, entretanto, associada ao aparecimento de moléculas neutras desses compostos no fundido, como foi anteriormente acreditado, mas é devido ao maior ordenamento da estrutura do fundido correspondente, maior densidade de empacotamento. Daí o aumento acentuado na temperatura de cristalização e na densidade de tal fusão. A presença em tal fusão o maior númeroíons complexos grandes (correspondentes à formação de certos compostos químicos na fase sólida) também levam a um aumento acentuado na viscosidade do fundido devido ao aparecimento de ânions complexos volumosos nele e a uma diminuição na condutividade elétrica do fundido devido à redução no número de portadores atuais (devido à combinação de íons simples em íons complexos).
Na Fig. 2, a título de exemplo, é feita uma comparação do diagrama de composição-propriedades de fundidos dos sistemas NaF-AlF3 e Na3AlF6-Al2O3, onde no primeiro caso o diagrama de fusibilidade é caracterizado pela presença de um composto químico, e no primeiro caso o diagrama de fusibilidade é caracterizado pela presença de um composto químico, e no segundo - eutético. Dessa forma, nas curvas de variação das propriedades físico-químicas dos fundidos em função da composição, no primeiro caso existem extremos (máximos e mínimos) e, no segundo, as curvas correspondentes mudam monotonicamente.

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Para cultivar um cristal de sal você precisará de:

1) - sal.

Deve estar o mais limpo possível. O sal marinho é o mais adequado, pois o sal de cozinha comum contém muitos detritos invisíveis a olho nu.

2) - água.

O ideal seria utilizar água destilada, ou pelo menos água fervida, purificando-a ao máximo das impurezas por meio de filtração.

3) - artigos de vidro, em que o cristal será cultivado.

Os principais requisitos para isso: também deve estar perfeitamente limpo; durante todo o processo, não devem estar presentes objetos estranhos, mesmo pequenas partículas, pois podem provocar o crescimento de outros cristais em detrimento do principal.

4) - cristal de sal.

Pode ser “obtido” em um pacote de sal ou em um saleiro vazio. Lá no fundo quase certamente haverá um adequado que não caberia no buraco do saleiro. Você precisa escolher um cristal transparente com formato mais próximo de um paralelepípedo.

5) - varinha: cerâmica de plástico ou madeira, ou uma colher dos mesmos materiais.

Um desses itens será necessário para misturar a solução. Provavelmente seria desnecessário lembrar que após cada uso devem ser lavados e secos.

6) - verniz.

Será necessário verniz para proteger o cristal acabado, pois sem proteção ele se desintegrará no ar seco e no ar úmido se espalhará até formar uma massa disforme.

7) - gaze ou papel filtro.

O processo de crescimento de um cristal.

O recipiente com água preparada é colocado em água morna(aproximadamente 50-60 graus), o sal é gradualmente derramado nele, com agitação constante. Quando o sal não consegue mais se dissolver, a solução é despejada em outro recipiente limpo para que nenhum sedimento do primeiro recipiente entre nele. Para garantir melhor pureza, você pode despejar através de um funil com filtro.

Agora, o cristal previamente “extraído” em um barbante é mergulhado nesta solução para que não toque no fundo e nas paredes do vaso.

Em seguida, cubra a louça com uma tampa ou outra coisa, mas para que não entrem objetos estranhos e poeira.

Coloque o recipiente em um local escuro e fresco e seja paciente - o processo visível começará em alguns dias, mas o crescimento de um cristal grande levará várias semanas.

À medida que o cristal cresce, o líquido diminuirá naturalmente e, portanto, aproximadamente uma vez a cada dez dias, será necessário adicionar uma nova solução preparada de acordo com as condições acima.

Durante todas as operações adicionais, movimentos frequentes, fortes tensões mecânicas e flutuações significativas de temperatura não devem ser permitidos.

Quando o cristal atinge o tamanho desejado, ele é retirado da solução. Isso deve ser feito com muito cuidado, pois nesta fase ainda está muito frágil. O cristal removido é seco da água com guardanapos. Para dar resistência, o cristal seco é revestido com verniz incolor, que pode ser usado tanto para uso doméstico quanto para manicure.

E finalmente, uma mosca na sopa.

Um cristal cultivado desta forma não pode ser usado para fazer uma lamparina de sal completa, pois utiliza um mineral natural especial - a halita, que contém muitos minerais naturais.

Mas pelo que você conseguiu, é bem possível fazer algum tipo de artesanato, por exemplo, um modelo em miniatura da mesma lâmpada de sal, inserindo um pequeno LED no cristal, alimentando-o com uma bateria.