Батареи отопления биметаллические размеры и виды: Биметаллические радиаторы отопления: размеры и виды

Важно: при расчете биметаллических радиаторов учитывают факторы, влияющие на теплопотери внутри помещения. Полученный результат увеличивают на 10% в случаях расположения квартиры на первом или последнем этаже, в угловых помещениях, в комнатах с большими окнами, при малой толщине стен (не более 250 мм).

Более точный расчет получают путем определения количества секций не на площадь комнаты, а ее объем. Согласно требованиям СНиП для обогрева одного кубического метра помещения требуется тепловая мощность в 41 Вт. Учитывая данные нормы, получают:

где V — объем отапливаемого помещения, Q — тепловая мощность 1-ой секции, N — требуемое число секций.

Например, расчет для помещения все той же площадью 15 м² и высотой потолков 2,4 метра. Подставив значения в формулу, получаем:

N=36 м³*41/140 Вт=10,54.

Увеличение вновь осуществляется в большую сторону: необходим радиатор с 12 секциями.

Выбор ширины биметаллического радиатора для частного дома отличается от квартирного. При расчете учитывается коэффициенты теплопроводности каждого материала, используемого при строительстве кровли, стен и пола.

При выборе размеров следует учитывать требования СНиП по монтажу батарей:

• расстояние от верхнего края до подоконника должно быть не менее 10 см;
• расстояние от нижнего края до пола должно быть 8-12 см.

Для качественного обогрева помещения необходимо уделить внимание выбору размеров биметаллических радиаторов. Габариты батарей каждого производителя имеют незначительные различия, что учитывают при покупке. Правильный расчет позволит

Какими должны быть правильные размеры биметаллических радиаторов отопления узнайте из видео:

Размеры биметаллических радиаторов отопления: высота, глубина, межцентровое расстояние

Владельцы квартир в домах с централизованным типом обогрева долго ждали, когда производители создадут батареи, способные выдерживать все его недостатки: высокое давление, теплоноситель низкого качества и мощные гидроудары, способные уничтожить слабые алюминиевые или стальные радиаторы.

Объединение этих двух металлов позволило произвести совершенно уникальные по своим техническим характеристикам биметаллические радиаторы.

Особенность биметаллических устройств

Когда вовнутрь алюминиевого корпуса поместили стальной змеевик, закрепив всю конструкцию наглухо сваркой, было решено сразу несколько проблем:

• Противостояние высокому давлению. Напор, с которым вода подается в теплосеть в среднем равна 10, а гидроудары, которые он вызывает – 12-15 атмосферам, что не мог до сих выдержать ни один из видов радиаторов, кроме чугунных. Представленные на рынке размеры биметаллических радиаторов отопления благодаря их устройству легко переносят давление от 20 до 40 атмосфер, а некоторые панельные модели – до 100 атмосфер. Это делает их единственными надежными претендентами на то, чтобы занять место старых чугунных батарей.
• Плохое качество теплоносителя в централизованной системе отопления достаточно быстро выводило из строя отопительное оборудование, особенно сделанное из алюминия. То, что в новых видах обогревателей сердечник сделан из стали, которой кислотный уровень воды безразличен, а наружный кожух из алюминия с ней не соприкасается, увеличивает долговечность биметаллических радиаторов. Средний гарантийный срок, не зависимо от того, низкие или высокие биметаллические радиаторы, составляет 20 лет.
• Достаточно узкие стальные коллекторы делают конструкцию экономичной, так как чем меньше носителя в системе, тем быстрее она прогревается.
• Габариты биметаллических радиаторов отопления напрямую влияют на их тепловую мощность. Чем выше и шире секция устройства, тем большей теплоотдачей она обладает.

Потребители, уже испытавшие биметаллические конструкции у себя в квартирах, говорят, что единственный их недостаток – это высокая стоимость. Но, как правило, качество, безопасность, красота и экономичность – это как раз те свойства, за которые не жалко заплатить любые деньги.

Типы алюминиево-стальных радиаторов

Производители, идя на поводу у потребителей, стараются удешевить производство биметаллических конструкций, не меняя их устройства в целом. Теперь на рынке можно встретить несколько типов батарей этого вида:

• Устройство «классического» радиатора таково, что основой, по которой течет теплоноситель, является стальной коллектор, «упакованный» в алюминиевый кожух. Это сделано для того, чтобы всю нагрузку по соприкосновению с водой взяла на себя сталь, а алюминий, имеющий самый высокий уровень теплоотдачи, нагреваясь от нее, передавал тепло комнате. Появившиеся упрощенные модели, не зависимо от того, каков размер секции биметаллического радиатора, оснащены стальными вертикальными каналами, тогда как горизонтальные коллекторы остаются алюминиевыми. Это действительно значительно сократило их стоимость и увеличило степень теплоотдачи, но так же сделало уязвимыми перед качеством теплоносителя и уровнем напора в сети.
• Второй тип – это типичная дорогая «классика», которую можно устанавливать в отопительных системах с самым нестабильным давлением.

Если установка радиаторов предполагается в помещении с автономной системой обогрева, то нет смысла вкладывать большие деньги в дорогие модели. В этом случае достаточно сделать расчет мощности и определить оптимальные размеры биметаллических радиаторов отопления (10 секций — это стандартный тип, хотя можно выбрать и другой вид устройства).

Виды радиаторов

В отличие от советской эпохи, когда батареи имели одинаково стандартный вид «гармошки», сегодня встречаются разные типы радиаторов, и биметаллические в этом плане не исключение.

Монолитные модели представляют собой цельную секцию, состоящую из стальных патрубков, которые не подлежат разборке. Подобную конструкцию нельзя изменить в размерах, нарастить или уменьшить количество секций. Если необходимая для помещения мощность рассчитана правильно, то лучшего и более надежного «друга» для системы с сильными перепадами давления не найти. Литые биметаллические радиаторы способны выдерживать натиск до 100 атмосфер и являются самыми дорогими на рынке.

Разборные или, как их еще называют, секционные модели, позволяют самостоятельно определять, какой размер секций биметаллического радиатора отопления необходим для каждого конкретного помещения.

Чтобы в квартире было по-настоящему тепло, следует заранее определить, какой мощностью должен обладать радиатор с учетом всех теплопотерь. От размера устройства зависит его емкость, и чем она меньше, тем экономнее он работает.

Стандартные габариты батарей

Размеры биметаллических радиаторов точно такие же, как и других видов обогревателей. Они определены межосевым расстоянием между нижними и верхними горизонтальными коллекторами. Не стоит считать эти параметры размером всей конструкции. Чтобы вычислить, какова высота биметаллического радиатора, следует к межосевому показателю, указанному на изделии, прибавить 80. Существует три межосевых расстояния – 200, 350 и 500 мм, но это не единственные параметры этих устройств.

• длина стандартной секции составляет 80 мм;
• глубина – от 75 до 100 мм;
• высота – 550-580 мм.

Чтобы высчитать, какую высоту имеют, например, стандартные радиаторы биметаллические 500 мм, нужно к этому показателю прибавить 80, а полученные 580 мм – это и есть его истинный размер, который следует учитывать, определяя место, где он будет стоять.

Кроме стандартных моделей существуют так называемые дизайнерские варианты биметаллических радиаторов.

Высокие конструкции

Когда интерьер квартиры или офиса требует особого подхода к обустройству, то и обогреватели должны гармонично в него вписываться. Так, если в помещении панорамные окна, то можно установить биметаллические радиаторы, габариты которых по высоте равны 880 мм или более, при длине секций 80 мм и глубине 95 мм.

Как правило, это литые надежные устройства, которые можно закреплять на стенах. Они могут не только обогревать помещение, но и украшать его, так как выпускаются в достаточно богатой цветовой гамме. В крайнем случае, можно заказать производителю модель необходимого оттенка или с определенным рисунком.

Невысокие батареи

Еще одним дизайнерским решением являются низкие биметаллические радиаторы отопления. Их можно устанавливать под большими окнами, где стандартные модели не вписываются по высоте. Минимальные по межосевому расстоянию биметаллические радиаторы имеют 200 мм, при этом, их  характерной чертой являются те же прочность, надежность, способность противостоять высокому давлению и уровень теплоотдачи, что и у стандартных моделей.

Это связано с тем, что конструкция этих обогревателей не меняется в зависимости от размера. Правда, есть производители, которые «лукавят», говоря, что цена на их изделия ниже из-за их габаритов. При этом на самом деле, биметаллические радиаторы (300 мм, 400 мм или 200 мм не имеет значение) обладают другим строением. Стальной горизонтальный сердечник у них отсутствует, и лишь вертикальные коллекторы выполнены из этого металла. Определить подделку можно по техпаспорту, в котором указаны не привычный для «настоящих» биметаллических обогревателей уровень давления в 20-40 атмосфер, а всего 12-15, что этим устройствам несвойственно.

Покупать подобное изделие в квартиру с централизованным типом обогрева не стоит, но в автономной системе они будут к месту.

Соотношение мощности и размера радиаторов

Как показала многолетняя практика использования отопительных приборов, ширина секций биметаллического радиатора (как и любого другого), его длина и высота отражаются на мощности, и это понятно: чем больше площадь радиатора, тем выше его теплоотдача.

Если сравнить теплоотдачу, массу, емкость, размер и уровень давления биметаллической конструкции с алюминиевым аналогом, то будет видно, какая между ними разница.

• Биметаллические радиаторы 350 мм (межосевое расстояние):
• Теплоотдача 136 Вт (алюминиевый – 139)
• Уровень давления (рабочий) 20 Бар (15 Бар у алюминия)
• Показатель опрессовки 30 Бар (20-25 Бар соответственно).
• Емкость секции 0.18 л (0.19 л)
• Вес одной секции 1.36 кг (алюминиевый – 1.2 кг).
• Биметаллические радиаторы 500 (80 глубина):
• Теплоотдача от одной секции 204 Вт (180 Вт алюминиевых при аналогичных габаритах).
• Рабочее давление 30 Бар (20 соответственно).
• Опрессовочное давление 40-50 Бар (30 Бар).
• Емкость секции 0.2 л (0.27 л).
• Вес одного элемента 1.90 кг (1.45 кг).

Как видно из вышеперечисленных параметров, мощность меняется в зависимости от размера радиатора, как и уровень его давления, и вес, и объем.

Выбирая, какой тип батарей установить, нужно отталкиваться от реальных потребностей помещения в количестве тепла, а не от стиля и качества оформления интерьера. К счастью, современные производители производят модели любого уровня – низкие биметаллические радиаторы отопления стоят в магазинах рядом с высокими аналогами.

Зная, какой мощности должно быть устройство, достаточно посмотреть в таблицу, которую предоставляют либо продавцы, либо производители к каждому изделию и найти соответствующий показатель размера. Устанавливая секционную модель, ее всегда можно нарастить, чтобы увеличить мощность, но если радиатор не помещается под окном, тогда следует выбирать дизайнерские варианты обогревателей.

Технические характеристики биметаллических радиаторов отопления

Что надо знать, перед тем как принимать решение о замене радиаторов отопления в доме или городской квартире, расположенной в многоэтажном здании? Ответ лежит на поверхности. Нужно иметь представления об основных различиях между отопительными приборами, которые можно приобрести в строительном магазине.

Биметаллический радиатор

Как правило, в торгующей организации имеются следующие типы батарей:

• стальные;
• медные;
• чугунные;
• алюминиевые;
• биметаллические (алюминий+сталь).

Сразу можно сказать, что первые два вида — это экзотические модели и применяются достаточно редко. Чугунные радиаторы уже давно не ставят в современных домах. Да и те люди, которые проводят капитальный ремонт, стараются от них избавляться.

Чугунные батареи отпления

Промышленность уже давно освоила выпуск отопительных приборов из других материалов, которые при значительно меньших габаритах обеспечивают более эффективный теплообмен. К таким приборам относят алюминиевые и биметаллические радиаторы. О них и поговорим.

Алюминиевые радиаторы

Если проводить сравнение между системами отопления, произведенными из алюминия и биметаллическими, то первые проигрывают по некоторым позициям. Приборы, выполненные из алюминия и его сплавов, не отвечают требованиям, которые допускают их применение в жилье, расположенном в городе и функционирующем от централизованной системы отопления.

Биметаллические радиаторы совершенно спокойно справляются с большинством технических проблем, которые связаны с их монтажом в зданиях, подключенных к централизованным сетям подачи тепловой энергии. Это напрямую связано с их основными техническими параметрами:

• габаритами;
• предельным давлением;
• предельной температурой.

Устройство биметаллических приборов отопления

Биметаллический прибор отопления по внешнему виду неотличим от того, который выполнен из алюминия. Главное их отличие заключается в том, что внутри биметаллического прибора отопления расположен стальной корпус, сваренный из нержавейки, а сверху на него установлен алюминиевый корпус.

Устройство биметаллических приборов отопления

Такая конструкция гарантирует, что прибор не будет иметь контакта с теплоносителем. Кроме того, сталь куда более стойко воспринимает воздействие агрессивных различных веществ, присутствующих в больших объемах в централизованных системах подачи тепловой энергии. Кстати, в некоторых сетях промывку производят с добавлением 5% раствора ортофосфорной кислоты.

Применение стальных элементов повышает длительность работы отопительных приборов. По заявлению некоторых производителей, срок службы таких конструкций составляет до двадцати лет.

Срок службы радиаторов отопления.

Наличие стали внутри биметаллического отопительного радиатора обеспечивает значительную прочность конструкции. Прибор подобного типа может выдержать рабочее давление до 40 атм. Таким образом, биметаллическое изделие способно перенести серьезный гидравлический удар.

Зауженные каналы гарантируют максимально эффективное сочетание тепловой инертности радиатора и расхода количества теплоносителя, необходимого для обогрева заданного объема.

Если учесть все перечисленные выше свойства и добавить к ним высокую теплоэффективность, стильный внешний вид то можно смело утверждать что на сегодня биметаллические приборы отопления являются оптимальными для установки в современных многоквартирных домах.

Выбирая прибор отопления, потребитель должен учитывать его размеры. Для обеспечения эффективной защиты от холодного воздуха, поступающего от окон, отопительные радиаторы монтируются в нишах под ними. Другими словами, прибор должен свободно разместиться в ней и гарантировать обеспечение подачи достаточного количества тепла.

Размещение радиаторов отопления.

Все биметаллические нагреватели имеют стандартизированный высотный ряд размеров. Расстояние между вертикальными каналами может отличаться в зависимости от типа биметаллического отопительного прибора и составлять: 200, 350 и 500 мм соответственно. Но при этом надо помнить, что этот размер показывает межосевое расстояние между входным и выходным патрубком. Для определения полного высотного габарита необходимо добавить по 40 мм на сторону. То есть при межосевом расстоянии в 500 мм, полный габарит составляет 580 мм. Ширина радиатора определяется числом установленных секций.

Габариты радиатора

Количество секций, подлежащих установке в отопительные радиаторы рассчитывается по единому алгоритму. В нашей стране действует такой норматив: для отопления 10 квадратных метров площади необходима мощность в 1 кВт. Большая часть производителей в технических параметрах своих изделий показывают предельную мощность, которая обеспечивается одной секцией. Зная эту характеристику, можно рассчитать необходимое число узлов радиатора. Для этого применяют следующую формулу:

N = S*100/Q, где

• Q — паспортный показатель секции,
• S — площадь обогреваемого помещения
• N — потребное число секций.

Типовая ширина блока составляет 80 мм. Для создания достаточного уровня тепла в помещении площадью 20 квадратных метров, необходимо установить биметаллический радиатор шириной примерно в 1 метр.

Технические характеристики биметаллических

Кстати, конструкции из биметалла характеризуются и таким параметром, как емкость секции. Так, узел с межцентровым расстоянием в 500 миллиметров вмещает в себя до 0,3 литра теплоносителя.

Вставка, выполненная из стали и вмонтированная внутрь биметаллического прибора отопления обеспечивает длительное хранение тепла. Кроме того, эти закладные детали существенно снижают объем секции. Это явление имеет два варианта событий: с одной стороны, происходит снижение тепловой инертности, что, соответственно, приводит к снижению затрат на поддержание тепла, а с другой стороны, сужение каналов может привести к быстрому засорению тепловой сети.

Строение биметаллического радиатора.

Биметаллический радиатор отопления вмещает в свои секции несколько меньше теплоносителя, чем алюминиевый. Но вместе с этим типовой прибор одного из производителей при ширине 80 мм и высотой 350 мм несет в себе 1,6 литра теплоносителя. ОН в состоянии обогреть площадь до 14 квадратных метров.

Кстати, такие биметаллические приборы тяжелее алюминиевых в 1,5-2 раза.

При создании отопительной системы важное значение имеют такие параметры, как: температура рабочей среды и давление в системе.

Наличие вставки из нержавеющей стали не оказывает никакого влияния на вид и габариты отопительного прибора. Но их использование позволяет выдерживать значительное давление (до сорока атм.). Надо отметить, что испытания тепловой сети производят при давлении в полтора–два раза больше стандартных параметров.

Температурный график отопления

Кстати, максимально допустимая температура тепловой среды может достигать 100-110 градусов Цельсия. Это значение близко к параметрам носителя тепла, поступающего в здание из централизованной сети. Но часть энергии он теряет при прохождении пункта, в котором происходит подогрев рабочей среды, циркулирующей в домовой сети.

Важно! Перед приобретением новых отопительных приборов целесообразно обратиться в офис управляющей компании и запросить данные о рабочих и испытательных параметрах давления и температуры. Это поможет сделать правильный выбор.

Секционные биметаллические радиаторы отопления

Тонкости выбора модели радиатора — советы специалистов

Выбирая батарею, потребитель должен учитывать и еще несколько важных параметров. В некоторых недорогих моделях стальная вставка выполняется только в вертикально расположенных каналах. Поэтому радиаторы такого класса имеют меньшую защиту от коррозии, и соответственно, снижается срок их работы. Кроме того, подобная конструкция не обеспечит высокой прочности. Поэтому данные отопительные приборы называют пвсевдобиметаллическими.

Важно! Устанавливать радиаторы подобного типа в городских квартирах нецелесообразно. Это может привести к созданию аварийной ситуации!

Стальная вставка в биметаллических радиаторах отопления

На практике применяют два основных типа отопительных радиаторов: монолитные и разборные. Первые представляют собой неразборную конструкцию, в основании которой лежит система из нержавеющей стали. Эти радиаторы предназначены для работы в системах, в которых допустимы резкие броски давления, например, в высотных зданиях. Разборные приборы — это определенное количество секций, число которых можно увеличить или уменьшить, но они не приспособлены к резкому изменению давления (гидравлическому удару).

Добавление дополнительных секций к биметаллической батарее отопления

Кстати, многие специалисты рекомендуют устанавливать разборные конструкции в автономных системах отопления, которые можно найти в малоэтажных или загородных домах. Котельное оборудование, монтируемое в таких строениях, выдает постоянное рабочее давление и стабильную температуру. Эти параметры задает домовладелец при настройке системы.

Радиаторы отопления — размеры стандартных и нестандартных приборов

При проектировании и монтаже системы отопления или при замене старых отопительных приборов необходимо учитывать множество параметров и размеры батарей отопления играют тут немаловажное значение.

Габариты приборов отопления принимают не только из эстетических соображений, они должны отвечать следующим условиям:

• по длине отопительный радиатор должен перекрывать порядка 70-75% подоконного пространства;
• высота расположения от пола должна составлять 80-120 мм;
• расстояние от подоконной доски в пределах 60-120 мм.

Только при выдерживании данных параметров при монтаже процесс теплоотдачи от радиатора будет максимально эффективным и будут соблюдаться заявленные производителем характеристики. Для таких приборов, как радиаторы отопления размеры не являются единственным строгим условием. Чтобы рассчитать количество радиаторов отопления требуется также учитывать степень теплоотдачи одной секции и максимально допустимую величину рабочего давления системы отопления.

Термины, используемые при выборе радиатора

Перед рассмотрением типов и видов радиаторов необходимо разобраться с некоторыми техническими терминами и понятиями чтобы иметь возможность правильно подобрать и рассчитать радиаторы отопления.

Следует знать следующие термины:

• Теплоотдача радиатора, измеряется в ваттах (Вт). Данный показатель характеризует количество тепла, переданное отопительным прибором воздуху в помещении за единицу времени.
• Межосевое расстояние. В документации иногда встречаются также идентичные этому понятия «присоединительные размеры», «межцентровое» или «межниппельное расстояние». Данный параметр показывает расстояние между центрами входных отверстий в радиаторах или их секциях в миллиметрах. В названиях марок секций всегда присутствуют цифры, к примеру РАП 500 или Magica400. 500 и 400 и есть межосевое расстояние для данного типа отопительного прибора. Этот показатель является очень важным с технической точки зрения, так как от этого значения зависят расстояния между трубопроводами системы отопления при монтаже. При замене отопительного прибора присоединительные размеры выбирают исходя из реального расстояния между трубами существующей отопительной системы. В противном случае для подключения потребуются дополнительные работы, ведь если радиаторы отопления межосевое расстояние 450 мм купить, чтобы заменить радиаторы отопления 300 мм, необходимо будет подгонять с помощью газосварки присоединительные размеры.
• Монтажная высота, ширина и глубина секции, измеряемые в миллиметрах. Эти параметры описывают максимальные наружные габаритные размеры секции или отопительного прибора. Следует понимать, что высота радиатора отопления будет всегда больше межосевого расстояния. К примеру, у таких приборов как радиаторы отопления 250 мм высота составит не менее 300 мм.
• Рабочее давление системы отопления – это давление, поддерживаемое в системе на протяжении периода эксплуатации, обычно измеряется в атмосферах (атм.), реже – в мегапаскалях (МПа). 1 МПа равен 1 атмосфере.
• Опрессовка – испытание контуров и приборов отопительной системы повышенным давлением. Производится перед началом каждого отопительного сезона для выявления дефектов и неисправностей. Что такое опрессовка — более подробно можно прочитать здесь.

Размеры стандартных радиаторов

В зависимости от материала, из которого изготовлены радиаторы, различаются и их габариты. Наиболее часто встречающиеся типоразмеры отопительных приборов считаются как основные, относятся к межосевому расстоянию 500 мм и бывают:

1. Стандартные размеры чугунных радиаторов отопления по спецификации составляют для одной секции (ширина х глубина х высота) 93 х 140 х 588 мм. В различных модификациях глубина может так же составлять 85, 90 и 110 мм, а ширина – 108 мм. Для экзотических чугунных радиаторов в стиле «ретро» типоразмеры ещё разнообразнее. Определить размеры собранного из них прибора отопления несложно – к каждой секции прибавляют 10 мм толщины паронитовой прокладки. Также, в случае монтажа радиатора в нишу или в стеснённых условиях, следует учесть длину в обязательном порядке устанавливаемого промывочного крана. Теплоотдача одной секции составляет порядка 160 Вт. при разнице в температуре воздуха помещения и теплоносителя 70 С, максимально допустимое рабочее давление в системе – 9 атмосфер.
2. Принятые за стандарт размеры биметаллических радиаторов отопления (ширина х глубина х высота), ввиду широкого ассортимента и значительного количества производителей, таковы: 80-82 х 75-100 х 550-580 мм. Средняя величина теплового потока от секции такого прибора составляет порядка 160-200 Вт, благодаря наличию стального сердечника в конструкции рабочее давление в системе может достигать 25-30 атм., а при опрессовке возможно испытание давлением до 35-50 атмосфер.
3. Алюминиевые радиаторы отопления горизонтальные даже при одинаковых размерах могут значительно различаться в технических параметрах. Стандартные габариты их секций составляют (Ш х Г х В) 80 х 80-100 х 575-585 мм. Теплоотдача секции такого вида прибора отопления зависит от оребрения и глубины конструкции, находясь в пределах 180-200 ватт при предельном рабочем давлении системы 16 атмосфер. Опрессовывают такие радиаторы под давлением до 24 атм.

ВНИМАНИЕ! При монтаже системы отопления важным условием является использование труб равной с радиаторами прочности, иначе возможно создание аварийных ситуаций.

Нестандартные размеры радиаторов

Помимо стандартных приборов отопления на рынке широко представлены радиаторы и других типоразмеров. Они предназначены для использования в нетиповых зданиях или в целях придания помещению особенного стиля.

Различают следующие виды и габариты радиаторов

Низкие или маленькие радиаторы отопления отличаются высокой теплоотдачей на единицу площади поверхности, их вполне возможно разместить под низко расположенными подоконниками или в зданиях с витражным остеклением. К ним относят все отопительные приборы с межосевым расстоянием менее 400 мм. По материалу исполнения они могут быть как чугунные, так и алюминиевые или биметаллические.

Чугунные радиаторы отопления низкие горизонтальные преимущественно имеют размеры секций (Ш х Г х В) 93 х 140 х 388 мм, их теплоотдача составляет 106 ВТ при рабочем давлении 9 атм. Зарубежные производители выпускают и более компактные модели с межосевым расстоянием 200 и 350 мм. Биметаллические компактные отопительные приборы выпускаются с широким спектром межосевых расстояний, ширина такой секции стартует с 40 мм, высота находится в пределах 150-450 мм. Глубина компенсирует компактность остальных габаритов и составляет 180 мм. Тепловая мощность варьируется от 80 до 140 ватт при рабочем давлении 25-35 атмосфер.

Алюминиевые радиаторы имеют схожие с биметаллическими размеры с подсоединительными расстояниями от 150 до 400 мм с шагом габарита 500 мм, тепловая мощность колеблется от 50 до 160 Вт.

Нормальное рабочее давление для них – 16 атмосфер, которое при опрессовке можно повышать до 24 атм. Следует отметить, что такие биметаллические и алюминиевые радиаторы отопления узкие горизонтальные не имеют протока воды по средним секциям, они прогреваются лишь за счёт теплопроводности от коллекторов, циркуляция при этом обеспечивается за счёт крайней проточной секции.

Встречаются радиаторы отопления высокие и узкие, которые используются в случаях потребности в большой теплоотдаче при невозможности в силу различных причин занять значительную длину стены. Чугунные высокие радиаторы отопления встречаются только среди продукции зарубежных производителей, ширина их секции 76 мм. при возможной высоте в границах 661-954 мм, глубина таких приборов достигает 203 мм. Рабочее давление составляет 10 атмосфер, а у наиболее крупногабаритных не может превышать 6 атм., теплоотдача же в зависимости от размеров составляет от 270 до 433 ватт.

Биметаллические радиаторы отопления узкие представляют собой в основном дизайнерские конструкции с нестандартными размерами и не предназначены для систем центрального отопления, их используют в частных домах с индивидуальным отоплением. Как правило, это не секционные, а монолитные конструкции. Если же брать секцию, то примером её размера может быть (Ш х Г хВ) 80 х 95 х 880 мм. при рабочем давлении 4 атмосферы. При опрессовке не рекомендуется превышать этот показатель более 6 атм.

Для желающих наиболее эффективно использовать площадь помещения на рынке представлены радиаторы отопления плоские, отличающиеся меньшей глубиной. Их выбор не так велик, как у вышеперечисленных отопительных приборов. Продаваемые тонкие радиаторы отопления могут быть только алюминиевыми. Их глубина начинается от 52 мм при тепловой мощности от 105 до 161 Вт. К плоским радиаторам можно отнести и панельные, глубина которых составляет 60 мм.

Расчёт радиаторов отопления

В заключение необходимо заострить внимание на вопросе как рассчитать количество радиаторов отопления на комнату или иное помещение.

Требуемое количество секций можно определить несколькими способами:

1. Исходя из площади помещения. Данный метод подходит для помещений с невысокими потолками (в пределах 3 м). Для этого необходимо количество квадратных метров площади комнаты умножить на необходимое количества тепла на метр, по СНиП это 100 ватт. К примеру, на 20 кв.м потребуется 20х100=2000 Вт. Затем требуемое количество тепла делят на теплоотдачу одной секции радиатора, указанную в техническом паспорте. Полученное количество секций отопительного прибора округляют в большую сторону до целого числа.
2. Отталкиваясь от объёма помещения. Этот метод актуален при расчете радиаторов для комнат с высокими потолками или лестничных клеток и вдобавок точнее вышеуказанного способа. Согласно нормативным документам для обогрева 1 куб. м. воздуха в помещении требуется 41 Вт тепловой мощности. Соответственно, умножив объём помещения на 41 получают необходимое количество тепла, которое затем так же делят на мощность теплоотдачи одной секции и округляют полученное значение до целого числа. Для зданий, оборудованных современными стеклопакетами, требуется меньшая мощность отопления – 34 Вт/куб.м. Следует учитывать, что зачастую производители лукавят и указывают показатели теплоотдачи при максимальной температуре теплоносителя, поэтому при расчёте необходимо отталкиваться от минимальных параметров отопительного прибора.
3. Более точный расчёт под силу только специалистам, так как при этом учитывается множество параметров, коэффициентов и табличных величин, указываемых в нормативной документации. К ним относятся: количество тепла для помещения в зависимости от его расположения и значения, площадь помещения, коэффициенты остекления и теплоизоляции ограждающих конструкций, коэффициенты, учитывающие количество наружных стен, высоту потолков, тип выше- и нижерасположенных помещений, температуру наружного воздуха в самую холодную неделю и пятидневку и многое другое. Поэтому для получения такого точного теплотехнического расчёта необходимо обратиться в специализирующуюся на данных услугах организацию.

Как видно из материалов этой статьи, выбор радиаторов необходимого размера и тепловой мощности является важным мероприятием для обеспечения комфортного проживания в доме. Если не уделить должного внимания этой процедуре, то впоследствии об уюте в помещении можно забыть.

Размеры биметаллических радиаторов отопления

Среди всех разновидностей радиаторов, самыми качественными и надежными можно назвать биметаллические радиаторы отопления. Они сделаны из биметалла, то есть не из одного металла (алюминия или стали), а из комбинации этих металлов. Биметаллические радиаторы очень популярны и по продажам превысили свои аналоги. Все потому, что они имеют прекрасные технические характеристики, а это основное, на что обращают внимание при покупке.

Давайте детальней рассмотрим особенности биметаллических радиаторов отопления, узнаем их технические характеристики и свойства, а также плюсы и минусы. Если вы не знакомы с этими изделиями, то благодаря статье сможете иметь о них представление и выбрать подходящий вариант для себя.

Особенности и виды радиаторов отопления

Биметаллические радиаторы отопления внешне очень напоминают обычные алюминиевые. Их прекрасный внешний вид дополняется плюсами как стали, так и алюминия. Ведь конструкция радиаторов довольно проста. Они состоят из стальных труб, по которым протекает теплоноситель, а также из алюминиевых панелей. Это позволяет эффективно обогревать помещение. Сталь довольно быстро нагревается потоками горячей воды, передавая свое тепло алюминию, а он, в свою очередь, нагревает воздух в комнате.

Оболочка из алюминия выполняет две роли: скрывает систему труб и делает биметаллический радиатор красивее, а также лучше распределяет тепло. И в отличие от стальных или чугунных батарей, биметаллические намного легче, поэтому монтаж выполнять куда проще.

Обратите внимание! Если вы хотите узнать рабочее давление и температуру, то это можно сделать в паспорте биметаллического радиатора. Модель может отличаться друг от друга, в зависимости от изготовителей и характеристик.

На полках магазинов можно найти две разновидности биметаллических радиаторов:

Отопительный радиатор каждого вида имеет свой параметр, поэтому специалисты не могут прийти к единому решению, какой из них лучше. Каждый хорош в чем-то своем. При этом важно учитывать, какой тип отопления используется – централизованный или индивидуальный. Например, технические характеристики биметаллических радиаторов делают изделия устойчивыми перед химией и некачественным централизованным теплоносителем. Если же говорить о повышенном давлении в системе, то лучше показывает себя алюминий, однако, он требует качественного теплоносителя. Одно ясно точно: если отопительная система состоит из старых труб, которым более 40 лет, преимущественно использовать прочные биметаллические батареи.

Цельные или секционные

Есть еще одно отличие биметаллических радиаторов, которое касается их конструктивных особенностей. В основном производятся изделия с определенным количеством секций. Чем их больше, тем больше будет тепла. Они могут быть разборными, то есть при потребности радиатор можно уменьшить или увеличить. На производстве изготовляют полностью каждую секцию, после чего соединяют их ниппелями. Количество секций парное.

Но, есть и второй вид радиаторных батарей – цельные. Их сердечник делается определенного размера, и его в будущем нельзя изменить. После чего стальные трубы обшиваются фигурной оболочкой из алюминия, покрытого эмалью. Подобный радиатор не лопнет даже в случае скачка давления до 100 атмосфер.

Обзор технических характеристик

Теперь детальней рассмотрим биметаллические радиаторы характеристики и свойства. Это нужно учитывать в первую очередь, прежде чем покупать тот или иной вид. Чем же особенны эти изделия и почему их называют одними из лучших? Давайте узнаем.

Отдача тепла

Пожалуй, именно для этого и покупаются радиаторы, чтобы обогревать помещение. Поэтому в первую очередь нужно обратить особое внимание на эти характеристики. Тепло, которое отдает радиатор, теплоноситель которого имеет температуру 70 градусов, измеряют в ваттах. Биметаллические батареи имеют превосходные показатели теплоотдачи, так как средний показатель находится в диапазоне 170-190 Ватт.

Сам процесс теплоотдачи довольно прост: он заключается в нагреве воздуха, а за счет особой конструкции батареи происходит конвенция.

Рабочее давление

Оно зависит от параметров и производителя. Все же, в среднем батарея может выдержать давление в 16-35 атмосфер. Этого вполне достаточно, ведь централизованная система способна выдавать не более 14 атмосфер, а автономная – около 10. А для того чтобы радиатор не лопнул при скачках давления, параметр делают с запасом.

Расстояние между осями

Размеры биметаллических радиаторов отопления могут быть самыми разными. А вот что касается межосевого расстояния, то вот стандартные значения:

• 200 мм;
• 300 мм;
• 350 мм;
• 500 мм;
• 800 мм;

Что это за расстояние? Это промежуток от верхнего коллектора к нижнему. Можно сказать, что это высота биметаллического радиатора. Благодаря этим самым разным размерам, можно выбрать изделие под любой интерьер и для разных потребностей.

Максимальная температура теплоносителя

Понятно, что температура теплоносителя внутри редко доходит до 100 градусов по Цельсию. Однако практически все изделия способны выдержать показатель в 90 градусов. Это просто отлично. И если вы увидели, что производитель заявляет до 100 градусов, можно понять, что он немного лукавит, так как больше 90 градусов пока подобные радиаторы не выдерживают.

Эксплуатационный срок и надежность

Если учесть технические характеристики, особенности и производителя, то можно быть уверенными в том, что гарантировано можно эксплуатировать батарею на протяжении 20 лет без всякого обслуживания. Но, это далеко не предел. При правильной эксплуатации, они способны прослужить очень долго.

Простота монтажа

В целом, биметаллические радиаторы отопления можно установить самостоятельно. Все же, простота и удобство зависит от габаритов, веса и наличия инструкции. Радует то, что секции батарей идентичные, а значит, их можно устанавливать как слева отопительной трубы, так и справа. Нужно только подсоединить патрубок к радиатору с нужной стороны, а с противоположенной вмонтировать заглушками и краном Маевского для контроля.

Обратите внимание! Кран Маевского – очень полезная вещь. Благодаря ему батарею при ненадобности можно отключить вовсе, или же при возникновении завоздушивания, позволяет удалить воздух из системы.

К тому же в продаже есть изделия с патрубками внизу. Все комплектующие, патрубки и кронштейны должны идти в комплекте с радиатором.

Преимущества и недостатки биметаллических радиаторов

В конце предлагаем вам ознакомиться с положительными и отрицательными моментами использования радиаторов. Начнем с плюсов:

Что касается недостатков, то они тоже есть:

• основной из них – это высокая стоимость. Но, учитывая технические характеристики и качество изделий, цена вполне оправдана;
• сердечник из стальных труб под воздействием теплоносителя и воздуха может ржаветь. Это происходит при ремонте или аварии в системе. В таком случае приходится сливать воду, и воздух начинает влиять на трубы. А еще они могут ржаветь от антифриза, который используется в частных домах. В таком случае лучше выбрать цельные батареи или чисто из алюминия;
• последний недостаток – небольшое проходное сечение патрубка.

Вот такие они радиаторы отопления биметаллические. Можно с уверенностью сказать, что пока на рынке им просто нет равных в характеристиках, работе, внешнем виде и параметрах. Многие пользователи, что приобрели изделия, вполне довольны своей покупкой.

Заключение

Биметаллические радиаторы – это прекрасный выбор как для автономного отопления, так и для централизованного. Они обладают прекрасными показателями, долговечны, красивы и надежны. Многие профессионалы рекомендуют выбирать именно эти батареи. Их опыт показывает, что лучше заплатить немного больше, но зато наслаждаться качественным теплом и прекрасной работой изделия. Учитывая эту информацию, можно выбрать подходящее изделие для себя. 

Биметаллические радиаторы отопления: виды, размеры. Биметаллические радиаторы

Правильно подобранные габариты алюминиевых радиаторов влияют на эффективность отопления, на необходимость проводить замену труб, по которым течет теплоноситель.

Какие должны быть размеры

Для максимального нагрева размеры должны быть такими:

1. Длина должна быть более 70-75% ширины оконного проема.
2. Высота должна быть такой, чтобы между полом и батареей было 8-12 см, и при этом между подоконником и ним было 6-12 см.

Если длина составляет менее 70% ширины оконного проема, аккумулятор не сможет создать тепловую завесу, способную блокировать движение холодного воздуха, поступающего через окно. В комнате появятся холодные и теплые зоны. Окна будут постоянно накрываться паром.

Если ширина окна 2 м, то длина батареи должна быть не менее 1,4 м.

Основные размеры

Под размерами понимают:

1. Внутреннее расстояние.
2. Высота.
3. Глубина.
4. Ширина сечения.

Расстояние до середины сцены (его также называют международным или межцентровым) не следует путать с высотой нагревательной батареи. Первый показатель указывает, сколько сантиметров находится между верхним и нижним коллекторами (отверстиями). Высота — это расстояние между самой низкой и самой высокой точкой секции.

Алюминиевые радиаторы отопления имеют такие размеры:

1. Межцентровое расстояние составляет от 150 до 2000 мм .Очень высокие батареи встречаются редко. Радиаторы с межцентровым расстоянием 500 мм пользуются наибольшей популярностью, поскольку активная система трубопроводов тепловой сети создавалась под чугунными батареями, имеющими такое же межцентровое расстояние. Этот показатель очень важен, поэтому производители указывают его в названии аккумулятора (RAP-500, ROCOCO 790, MAGICA 400 и др.).
2. Высота в пределах 245-2000 мм . По этому критерию аккумулятор можно разделить на низкий, средний и высокий.
3. Глубина профиля от 52 до 180 мм .
4. Ширина профиля 40-80 мм .

См. Также: Расчет количества секций алюминиевых радиаторов отопления

Низкие алюминиевые радиаторы

Такие устройства для обогрева помещения имеют высоту от 200 до 450-500 мм. Самые низкие представители имеют аварийное расстояние, равное 150 мм. Наименьшая ширина секции 40 мм. Глубина существенно отличается от вариантов со средней и большой высотой.Иногда может достигать 0,18 см. Это сделано для компенсации недостатка тепловой мощности из-за небольшой высоты.

Немногие производители выпускают радиаторы с межслойным расстоянием 150-250 мм. Основные из них — Сира, Глобал, Рифар. Самые маленькие изделия сначала имеют высоту 245 мм. Межстрочное расстояние 200 мм. Глубина зависит от модели. ALUX имеет глубину 8 см, а Rovall — 10 см. Самые маленькие конвекторы двух других производителей имеют практически одинаковые габариты.

Если рассматривать радиаторы отопления с межосевым расстоянием 300 мм и более, то их производят практически все компании.

Стандартные или средние батареи

Их характеристики:

1. Высота — 0,57-0,585 см.
2. Чаще всего ширина 80 мм.
3. Глубина 52-100 мм. Стандартные размеры в этом плане составляют 80-100 мм.
4. Межцентронное расстояние 500 мм.

Алюминиевые батареи средней высоты стандартизированы среди всех типов батарей. Чтобы сравнить колебания высоты и глубины чугунных нагревательных приборов, многое другое. Только глубина варьируется в пределах 90-140 мм .

Среди всех разновидностей радиаторов отопления самыми качественными и надежными можно назвать биметаллические радиаторы отопления. Они сделаны из биметалла, то есть не из одного металла (алюминия или стали), а из комбинации этих металлов. Биметаллические радиаторы очень популярны и по продажам превосходят аналоги. Все потому, что у них отличные технические характеристики, а это главное, на что обращать внимание при покупке.

Рассмотрим особенности биметаллических радиаторов отопления, узнаем их технические характеристики и свойства, а также плюсы и минусы.Если вы не знакомы с этими товарами, то благодаря статье можете провести презентацию о них и выбрать для себя подходящий вариант.

Особенности и виды радиаторов отопления

Биметаллические радиаторы отопления внешне напоминают обычные алюминиевые. Их чудесный внешний вид дополняют плюсы как из стали, так и из алюминия. Ведь конструкция радиаторов довольно проста. Они состоят из стальных труб, по которым происходит теплоноситель, а также из алюминиевых панелей.Это позволяет эффективно обогревать комнату. Сталь довольно быстро нагревается струями горячей воды, передавая свое тепло алюминию, а он, в свою очередь, нагревает воздух в помещении.

Алюминиевая оболочка выполняет две функции: скрывает систему труб и образует биметаллический радиатор, а также лучше распределяет тепло. И в отличие от стальных или чугунных батарей биметаллические намного проще, поэтому установка намного проще.

Примечание! Если вы хотите узнать рабочее давление и температуру, то это можно сделать в паспорте биметаллического радиатора.Модели могут отличаться друг от друга в зависимости от производителей и характеристик.

На полках магазинов можно найти два типа биметаллических радиаторов:

1. Биметаллические — батареи, имеющие стальной сердечник из труб, который окружен алюминиевой оболочкой. Их преимущество в том, что они очень прочные и исключают протечки. Такие модели производят компании из Италии (Global Style, Royal Thermo Biliner). Даже отечественные компании из России тоже производят этот продукт. Один из представителей: Сантехпром БМ.
2. Semichetallic — они считаются «полукровками», так как в этих радиаторах только стальные трубы, увеличивающие вертикальные каналы. В этом случае алюминий будет контактировать с водой. Такие радиаторы отопления будут эффективнее отдавать тепло, примерно на 10%. К тому же их стоимость на 20% дешевле. На рынке можно найти российского производителя Rifar, китайского Gordi, итальянского Sira.

Радиатор отопления каждой разновидности имеет свой параметр, поэтому специалисты не могут прийти к единому решению, какой из них лучше.Все в чем-то хороши. Важно учитывать, какой тип отопления используется — централизованное или индивидуальное. Например, биметаллические радиаторы по техническим характеристикам делают изделия устойчивыми к химии и некачественным централизованным теплоносителем. Если говорить о высоком давлении в системе, лучше себя показывает алюминий, однако для него требуется качественная охлаждающая жидкость. Ясно одно: если система отопления состоит из старых труб, которым более 40 лет, в основном используются прочные биметаллические батареи.

Целые или секционные

Есть еще одно отличие биметаллических радиаторов, которое касается их конструктивных особенностей. В основном продукция выпускается с определенным количеством секций. Чем их больше, тем больше будет тепла. Они могут быть разборными, то есть при необходимости радиатор можно уменьшить или увеличить. Производство производится полностью каждую секцию, после чего они соединяются ниппелями. Количество секций пара.

Но есть и второй тип радиаторных батарей — сплошные.Их сердцевина делается определенного размера, и в дальнейшем изменить ее невозможно. После этого стальные трубы зальют фигурной алюминиевой оболочкой, покрытой эмалью. Подобный радиатор не лопнет даже при скачке давления до 100 атмосфер.

Обзор технических характеристик

Теперь рассмотрим биметаллические радиаторы и их свойства подробнее. Это нужно учитывать в первую очередь перед покупкой того или иного образа. Что это за продукты особенно и почему их называют одними из лучших? Давайте выясним.

Революция тепла

Возможно, именно для этого покупаются радиаторы для обогрева помещения. Поэтому в первую очередь нужно обратить на эти характеристики особое внимание. Тепло, которое дает радиатор, охлаждающая жидкость которого имеет температуру 70 градусов, измеряется в ваттах. Биметаллические батареи обладают отличными показателями теплоотдачи, так как средний находится в пределах 170-190 Вт.

Сам процесс теплопередачи довольно прост: он заключается в нагреве воздуха, а из-за особой конструкции батареи существует условность.

Рабочее давление

Зависит от параметров и производителя. Тем не менее в среднем аккумулятор выдерживает давление 16-35 атмосфер. Этого вполне достаточно, ведь централизованная система способна выдавать не более 14 атмосфер, а автономная — около 10. А чтобы радиатор не лопнул при скачках давления, параметр сделан с запасом.

Расстояние между осями

Размеры биметаллических радиаторов отопления могут быть самыми разными.Что касается расстояния до середины сцены, то здесь стандартные значения:

• 200 мм;
• 300 мм;
• 350 мм;
• 500 мм;
• 800 мм;

Что это за расстояние? Это зазор от верхнего коллектора до низа. Можно сказать, что это высота биметаллического радиатора. Благодаря им в различных размерах вы можете выбрать изделие для любого интерьера и для разных нужд.

Максимальная температура охлаждающей жидкости

Понятно, что температура охлаждающей жидкости внутри редко доходит до 100 градусов Цельсия.Однако практически все изделия способны выдерживать показатель в 90 градусов. Это нормально. И если вы видели, что производитель заявляет до 100 градусов, то можно понять, что он слегка плавится, так как более 90 градусов не выдерживались как такие радиаторы.

Срок эксплуатации и надежность

Если принять во внимание технические характеристики, особенности и производителя, то можно быть уверенным, что вы сможете использовать аккумулятор в течение 20 лет без какого-либо обслуживания. Но это еще не предел.При правильной эксплуатации они способны служить очень долго.

Простой монтаж

Как правило, биметаллические радиаторы отопления можно устанавливать самостоятельно. Тем не менее простота и удобство зависят от габаритов, веса и наличия инструкции. Радует то, что аккумуляторные секции идентичны, а значит, их можно устанавливать как слева от нагревательной трубки, так и справа. Нужно только подключить патрубок к радиатору с правой стороны, а с противоположной подключить заглушки и кран Маевского для контроля.

Примечание! Журавль Маевского — штука очень полезная. Благодаря ему аккумулятор можно вообще отключить или в случае обрезки позволяет удалить воздух из системы.

Кроме того, есть изделия с насадками внизу. Все компоненты, патрубки и кронштейны должны идти в комплекте с радиатором.

Преимущества и недостатки биметаллических радиаторов

В завершение предлагаем вам ознакомиться с положительными и отрицательными моментами использования радиаторов.Начнем с преимуществ:

1. Обладают высокой прочностью.
2. Удерживать индикаторы высокого давления в системе.
3. Радиаторы отопления способны прослужить долгую службу.
4. Эффективно справляется с теплоотдачей.
5. Устойчив к механическим повреждениям.
6. Отлично смотрятся и не выпадают из интерьера.
7. Большой ассортимент товаров, позволяющий выбрать оптимальный вариант.
8. Являются одними из лучших среди аналогов.

Что касается недостатков, то они тоже есть:

• главный из них — дороговизна.Но, учитывая технические характеристики и качество продукции, цена вполне оправдана;
• стержень из стальных труб под воздействием хладагента и воздуха может ржаветь. Такое бывает при ремонте или аварии в системе. В этом случае вам придется слить воду, и воздух начнет влиять на трубы. А еще они могут заржаветь от антифриза, который используется в частных домах. В этом случае лучше выбрать твердые батареи или чистый алюминий;
• Последний недостаток — небольшой проход сопла.

Это радиаторы отопления биметаллические. Можно с уверенностью сказать, что пока им просто нет равных по характеристикам, работе, внешнему виду и параметрам на рынке. Многие пользователи, купившие товары, вполне довольны своей покупкой.

При выборе радиатора для дома люди чаще всего обращают внимание на марку или страну производства, на материал, из которого он изготовлен.

Также необходимо знать характеристики , такие как тепловая мощность, объем воды в секции и вес, при этом не менее важен размер радиатора.

Это зависит от того, будет ли комната хорошо отапливаемой И насколько эффективной будет его обслуживание.

Размер радиатора зависит от от трех характеристик:

• расстояние между осями;
• ширина секции;
• глубинный разрез.

В зависимости от производителя эти характеристики могут отличаться от . Расстояние между осями может достигать 800 миллиметров, но чаще всего это 350 или 500 миллиметров.

Ограничений по длине ТЭНа практически нет, и от этого показателя во многом зависит мощность аккумулятора. Для увеличения мощности Если это действительно необходимо, всегда можно приобрести дополнительные нагревательные секции.

Производители предлагают алюминиевые радиаторы разных размеров Например, модели Global имеют аварийное расстояние от 350 до 800 мм, длину одной секции 80 мм, а глубину от 80 до 180 мм.

Алюминиевый радиатор SV — 500/12 компании Oasis, одна из самых раскрученных китайских компаний на российском рынке, имеет следующие габариты: 580 х 80 х 80.Эта модель с 12 секциями может опускать комнату до 24 м 2.

Модели алюминиевых радиаторов российской компании Априори. У них одинаковое расстояние до середины сцены — 500 мм, ширина и глубина различаются 70-80 мм и 70-96 мм соответственно.

Радиаторы ELSOTHERM Напротив, они одинаковые для всех алюминиевых моделей шириной 80 мм. Их межосевое расстояние составляет 200, 350 и 500 мм, что видно по названию (например, ELSOTHERM 200 — алюминиевый радиатор с расстоянием между осями 200 мм миллиметров).

Итальянские алюминиевые батареи Имеют одинаковую глубину (80 мм) и ширину (97 мм). Их отличает расстояние между осями, которые определяют высоту батареи. Эта компания производит 2 вида радиаторов высотой 425 мм и 565 мм.

Внимание! Расстояние между осями определяет высоту каменки, а также вес. Важно помнить, что чем жестче секции радиатора, тем сложнее их смонтировать.

Расчет количества секций радиатора

Количество секций Это необходимо для того или иного помещения, зависит от его площади и размеров радиаторных секций. Если их мало — аккумулятор не согревает помещение в зимние морозы.

Подсчет Подходит для помещений с низкими потолками до 2,6 м. Для того, чтобы рассчитать количество мощности на всю комнату, вам необходимо:

где S — площадь отапливаемого помещения, q — тепловая мощность 1-й секции и N — необходимое количество секций.

Результат деления округлить в большую сторону до увеличения , Возможно округление в меньшую сторону для таких помещений, как кухня.

Расчет количества секций для помещения С высоким потолком производится по его объему. По рекомендации СНиП на обогрев 1 м 3 жилого помещения требуется 41 Вт (34 Вт на м 2 для квартир с современным стеклопакетом и наружным утеплителем) тепловой мощности:

где V — объем отапливаемого помещения, q — тепловая мощность 1-й секции, N — желаемое количество секций.

Округление Выполняется по тому же принципу, что описан выше — в меньшую сторону для кухни и в большую для остальных комнат. Примеры расчета количества секций радиаторов можно найти в статье ».

В первую очередь при выборе радиатора стоит замерить расстояние от пола до подоконника, если батарея будет располагаться под окном. Это необходимо для того, чтобы рассчитать оптимальную высоту батареи. Согласно нормативным документам Расстояние от пола до радиатора должно быть не менее 10-15 см, а от его вершины до подоконника — столько же. Это важно, чтобы нагретый воздух беспрепятственно поступал в помещение.

Итак, выбирая алюминиевый радиатор отопления обязательно нужно обратить внимание На размер секций, так как от него зависит, сможет ли радиатор обогреть воздух в помещении даже на морозе.

Даже если изначально расчеты производились неверно, вы можете исправить ситуацию .К счастью, всегда есть возможность добавить одну или несколько секций с помощью ключа для радиатора. Их можно приобрести, но если нет возможности найти подходящие — это можно сделать самостоятельно.

Все равно намного проще Изначально правильно рассчитать количество секций, и в этом случае вам не придется исправлять или переделывать.

Расчет алюминиевых радиаторов по площади смотрите в видео ниже:

Из алюминия сегодня делают много полезных вещей.Вот и радиаторы из сплава этого металла уже пришли в наши дома — красивые, легкие, быстро греющиеся. Однако при выборе данных отопительных приборов необходимо знать и грамотно подбирать размер алюминиевых радиаторов отопления. Разберемся, какие бывают размеры и как их правильно выбрать.

Что нужно знать о размерах радиаторов и на что они влияют

Первый важный размер — это расстояние между осями. Чаще всего в продаже встречаются алюминиевые радиаторы, имеющие расстояние между верхним и нижним коллектором 35 или 50 см.

Есть модели, у которых этот показатель 80, 70, 60, 40 и 20 см.

По длине алюминиевые радиаторы имеют практически неограниченные размеры. Чем длиннее радиатор, тем выше его мощность. Для достижения желаемого уровня мощности потребуется определенное количество секций. Общая длина радиатора зависит от необходимой мощности, размера сечения алюминиевых радиаторов отопления и их мощности.

Для стыковки радиатора с трубами системы отопления используйте набор для крепления.

• 1. Кронштейны (2 или 4 шт.) Для подвешивания радиатора на стене.
• 2. Смеситель для переноски стрелы (кран Маевского).
• 3. Ключ для крана
• 4. Заглушки прохода радиатора диаметром 3/4 или 1/2. Они могут быть левыми или правыми.
• 5. Пробки радиатора (глухие пробки).
• 6. Иногда другой дюбель для крепления кронштейнов.

Монтажный комплект для алюминиевых радиаторов.

По типу изготовления радиатор из алюминиевого сплава может быть литым или штампованным.

1. Литье делает устройство более прочным и надежным. В этом случае секции сделаны целыми отдельными частями из себя, которые собраны в один радиатор. Нижняя часть батареи приварена в самом конце.

2. Использование экструзионного оборудования предполагает прессование нагретого сплава алюминия через металлическую пластину с отверстиями — фильеру. Это позволяет получить алюминиевый длинный профиль нужной формы. После остывания его необходимо нарезать на сегменты, соответствующие размерам радиатора.Затем привариваем верхнюю и нижнюю части. В этом случае радиатор невозможно отрегулировать радиатор, секции от него не забирают. Их редко можно найти в продаже, но они все же есть.

Размеры алюминиевых радиаторов различных производителей и их моделей

Ниже в таблицах указаны как размер секции алюминиевого радиатора, так и размер радиатора в сборе.

Алюминиевые радиаторы Rovall

Эта компания, входящая в концерн Sira Group, производит алюминиевые батареи с расстоянием между коллекторами 50, 20 и 35 см.В комплект для их установки (который приобретается отдельно) должны входить переходники, заглушки, ниппели с прокладками (для соединительных секций), кронштейны для настенного монтажа и кран Маевского.

• Предельное рабочее давление — 20 бар.
• Давление при проверке прибора — 37,5 бар.
• Предельная температура воды 110 ° С.

Характеристики Rovall Alux 200 — расстояние между осями 200 мм:

Размеры алюминиевых радиаторов отопления и их секций

Размеры биметаллических радиаторов отопления: методы расчета количества секций

Размеры биметаллических радиаторов являются важной характеристикой, влияющей на качество отопления помещения.

Какие габариты выпущены Аккумулятор для отопления?

Есть ли у них стандарты Или у каждого производителя разные?

Размеры биметаллических радиаторов отопления

Размеры биметаллических радиаторов описываются следующими основными параметрами : монтажная высота, глубина и ширина.

Высота и глубина зависят от размера секции , а ширина — от их количества.

Высота батареи Зависит от расстояния между вертикальными каналами. Имеет стандартные значения для радиаторов всех производителей — 200, 350 и 500 мм.

Расстояние между вертикальными каналами — Разрез между центрами впускного и выпускного отверстий. Конечная высота, а также глубина и ширина радиаторов различаются (см. Таблицу 1).

Дистанция брони В названии модели указано большинство производителей. Но высота установки отличается и указывается в спецификации к радиатору.

Ширина радиатора Зависит от количества секций. Так, для 8-ми секционного радиатора параметр составляет 640 мм, для 10-секционного — 800 мм и для 12-секционного — 960 мм (значения для батарей с шириной секции 80 мм).

Расчет количества секций радиатора

Тепловая мощность секции радиатора Зависит от ее габаритных размеров.При расстоянии между вертикальными осями в 350 мм параметр колеблется в пределах 0,12-0,14 кВт, при расстоянии 500 мм — в пределах 0,16-0,19 кВт. Согласно требованиям СНиП на среднюю полосу на 1 кВ. Метровому квадрату требуется тепловая мощность не менее 0,1 кВт.

С учетом этого требования используется формула. для расчета количества секций :

где S — площадь отапливаемого помещения, q — тепловая мощность 1-й секции и N — необходимое количество секций.

Например, в помещение площадью 15 м 2 планируется установить радиаторы с тепловыми секциями мощностью 140 Вт. Подставляя значения в формулу, получаем:

Н = 15 м 2 * 100/140 Вт = 10,71.

Округление Выполняется в большой забой. Учитывая стандартные формы, нужно установить биметаллический 12-секционный радиатор.

Более точный расчет Они получаются путем определения количества секций не по площади помещения, а по его объему.Согласно требованиям СНиП на обогрев одного кубометра помещения требуется тепловая мощность в 41 Вт. С учетом этих норм получаем:

где V — объем отапливаемого помещения, q — тепловая мощность 1-й секции, N — желаемое количество секций.

Например, расчет для комнаты все тот же кв 15 м 2 и высота потолков 2,4 метра. Подставляя значения в формулу, получаем:

Н = 36 м 3 * 41/140 Вт = 10.54.

Снова увеличено в одну сторону : Необходим радиатор с 12 секциями.

Выбор ширины биметаллического радиатора для частного дома отличается от квартирного. При расчете учитывается коэффициентов теплопроводности по каждого материала, используемого при строительстве кровли, стен и пола.

При выборе типоразмера необходимо учитывать требования по установке аккумуляторов:

• расстояние от верхнего края до подоконника должно быть не менее 10 см;
• расстояние от нижнего края до пола должно быть 8-12 см.

Для качественного обогрева помещения необходимо обратить внимание на подбор размера биметаллических радиаторов. Размеры аккумуляторов каждого производителя имеют незначительные отличия, которые учитывают при покупке. Правильный расчет позволит избежать ошибки .

Размеры биметаллических радиаторов отопления: как рассчитать?

Биметаллические радиаторы — характеристики, выбор, применение

Если вы читали нашу статью о характеристиках алюминиевых радиаторов отопления, то, наверное, помните, что при всех своих положительных качествах эти устройства имеют ряд существенных недостатков, не позволяющих полноценно использовать их в городских квартирах. Теперь поговорим об их биметаллических аналогах, которые помогут преодолеть все технические ограничения при установке в многоэтажных жилых домах, подключенных к инженерным сетям.

Устройство биметаллических радиаторов

Биметаллический радиатор выглядит не хуже алюминиевого. Это и понятно: его внешний корпус сделан из того же металла и окрашен под краску. Отличить его можно только по весу — тут уже сказывается внутреннее устройство устройства, внутри которого есть стальные вставки, защищающие алюминий от прямого контакта с теплоносителем. Именно благодаря им аккумуляторный отсек не подвергается разрушающему воздействию различных примесей, которые вместе с теплоносителем переносятся в инженерные сети.Кроме того, сталь гораздо более устойчива к воздействию кислот и щелочей, которыми также богаты системы городского отопления, и не взаимодействует с медными трубами и теплообменниками.

Устройство биметаллического радиатора на примере изделия Рифар

Использование стального сердечника для прохождения теплоносителя обеспечивает другие полезные характеристики биметаллических радиаторов:

• Прочность . Предельное давление, которое может выдержать корпус биметаллического радиатора, составляет 30-40 атмосфер.Этому устройству не страшны никакие гидроприводы;
• Экономика . Сужение каналов подачи теплоносителя позволяет добиться оптимального сочетания энергозатрат на обогрев и тепловой инертности радиатора;
• Прочность . Устойчивость стальных внутренних полостей к коррозии и разрушению позволяет производителям устанавливать долгий срок службы своей продукции — в среднем 20 лет.

Если добавить к этим преимуществам, перешедшим с алюминиевых моделей, таким как высокая теплоотдача, элегантный внешний вид и компактные размеры, то можно с уверенностью сказать, что биметаллические радиаторы на сегодняшний день являются лучшим выбором для отопления городской квартиры.

При выборе биметаллического радиатора большое значение имеют его габаритные размеры. Обычно отопительные приборы устанавливают под окном, чтобы создать тепловую завесу из холодного воздуха, проходящего через остекление. Радиатор должен помещаться в имеющуюся нишу и обеспечивать необходимые характеристики по теплоотдаче.

Размер высоты высота радиаторов имеет стандартные значения. Выпускаются устройства с межосевым расстоянием 200, 350 и 500 мм. Обычно эти числа содержатся в названии модели.

Размеры радиаторной секции

Однако следует иметь в виду, что расстояние до середины сцены — это не полная высота корпуса, а только длина сегмента между центрами входного и выходного коллекторов. Реальную высоту устройства можно получить, прибавив 80 мм к расстоянию до середины сцены.

Так, например, радиатор с маркировкой 350 займет около 430 мм, а 500-я модель — около 580 мм.

Следует учитывать, что техническими нормативами предусмотрено расстояние не менее 100 мм от устройства устройства до подоконника и не менее 60 мм от корпуса до пола.

Ширина батареи зависит от количества секций, которое определяется расчетом. Об этом мы поговорим в следующем разделе.

Расчет радиатора

Определение количества секций для всех типов радиаторов осуществляется одинаково.

Технические требования к ведению домашнего хозяйства в средней полосе России определяют мощность, необходимую для обогрева 1 м 2 площади, равную примерно 1 кВт.

Для каждой батареи производитель обычно указывает значение мощности одной и той же секции.Иногда этот параметр называют немного иначе — сечение теплоотдачи. Зная мощность, количество секций можно рассчитать по формуле:

где n — искомая величина, S — площадь помещения, Q — мощность одной секции.

Стандартная ширина детали у большинства моделей биметаллических радиаторов — 80 мм, теплоотдача обычного сечения 500 мм — около 180 Вт. Таким образом, если наша комната, например, имеет площадь 20 м 2, то на его обогрев уйдет 12 секций, а ширина такого радиатора будет около 1 м.

Конструктивные особенности

Как мы уже говорили, отличие биметаллического радиатора от алюминиевого заключается в том, что на его внутреннюю поверхность уложены стальные выступы, защищающие материал корпуса от коррозии.

Стальные вкладыши могут быть установлены в разные части радиатора:

В простых моделях стальной сердечник присутствует только в вертикальных каналах. Это так называемые полу- или псевдобиметаллические радиаторы, их характеристики хоть и превосходят алюминиевые аналоги, но по степени защиты корпуса и прочности у них все же недостаточны;

Вместимость секции и присоединительные размеры

Из-за наличия стальных вставок внутри биметаллического радиатора емкость секции даже меньше, чем у алюминиевой.С одной стороны, это хорошо, и мы уже отмечали, чем лучше небольшие размеры секции для снижения необходимого количества теплоносителя и тепловой инертности, а как следствие — комфорта в управлении и экономии энергии. Но не стоит забывать, что слишком узкие каналы могут забиваться мусором и шламом, которые неизбежно присутствуют в современных тепловых сетях.

Ширина швеллера зависит от толщины стенок стального язычка. Чем толще стена, тем лучше характеристики прочности и долговечности радиатора, но каналы для теплоносителя уже есть.

Хороший биметаллический радиатор имеет стальные вставки толщиной со стенку водопроводной трубы. В этом случае емкость выбора зависит от расстояния до середины сцены:

• Для АКБ с дистанцией 200 мм — 0,1-0,16 л;
• Для 350-мм батарей — 0,15-0,2 литра;
• Для 500 мм — 0,2-0,3 л.

Как видим, объем охлаждающей жидкости в таких радиаторах действительно невелик. Например, популярный 10-секционный обогреватель Rifar высотой 350 мм вмещает только 1.6 литров. При этом он способен отапливать площадь до 14 м 2, а его ширина составляет 80 см. Правда, он будет весить 14 кг. Это как раз показательно, что биметаллический радиатор обычно тяжелее алюминиевого в 1,5-2 раза.

Большинство биметаллических радиаторов продаются на одну секцию. Это удобно, так как можно купить ровно столько секций, сколько нужно для обеспечения необходимой мощности. Каждая секция имеет два входных и два выходных отверстия с внутренним диаметром ¾ или 1 дюйм в зависимости от модели. Для удобства сборки две из них имеют правую резьбу, а две — левую.

Установка биметаллического радиатора имеет смысл только в городскую квартиру. Если у вас есть частный дом и собственный котел отопления, лучше купить алюминиевую батарею.

При выборе биметаллического радиатора с необходимой теплоотдачей рекомендуется учитывать следующие характеристики:

1. Рабочее давление. Обычно он не превышает 15 атмосфер. Радиатор должен выдерживать такую ​​нагрузку;
2. Мощность. Необходимо рассчитать количество секций по вышеописанной методике;
3. Размеры.Ширина радиатора определяется количеством секций, а высота — межосевым расстоянием. Для стандартных подоконников высота 80 см — это высота 500 см, но если не подходит — нужно брать 350-ю модификацию;
4. Толщина стальных выступов. Убедитесь, что он не слишком маленький. Косвенным показателем толщины вкладки является вес устройства;
5. Цена. Обычно биметаллические радиаторы стоят как минимум на 15-20% дороже алюминия.

Если вы все сделаете правильно и выберете подходящий радиатор, тепло в вашем доме не укорачивается даже в сильные морозы.

Биметаллические радиаторы отопления — технические характеристики: размеры, мощность, теплоотдача

Все о радиаторах биметаллических

Среди различных типов батарей биметаллические радиаторы занимают особое место. Сочетание положительных характеристик двух металлов — алюминия и стали — позволяет добиться выдающихся показателей прочности и теплоотдачи. Рассмотрим устройство и особенности этих устройств и ознакомимся с правилами выбора и подключения биметаллических батарей.

Устройство и свойства биметаллического радиатора

Биметаллические радиаторы имеют комбинированную конструкцию — их внутренняя часть, контактирующая с теплоносителем, выполнена из стали; Внешняя часть, отвечающая за качество теплопередачи, сделана из алюминия. Такое распределение материалов позволяет по максимуму использовать положительные качества обоих металлов, нейтрализуя их недостатки.

Из алюминиевых биметаллических радиаторов отопления получено:

• высокая температура;
• отличная теплоотдача;
• быстрое реагирование на температурный контроль аккумулятора.

Сердечник из стали наделил батарею следующими характеристиками:

• устойчив к перепадам давления и гидротрансформаторам;
• устойчивость к электрохимическим воздействиям;
• нетрансифицирующий качество теплоносителя;
• долговечность.

В отличие от алюминиевых радиаторов, биметаллические батареи отлично переносятся в условия централизованных систем отопления.

Помимо этих преимуществ, можно отметить следующие положительные характеристики биметаллических батарей:

• порог предельного давления — 30-40 атмосфер;
• повышенной мощности при малых габаритах;
• эффективность за счет малого сечения каналов;
• удобство конструкции, позволяющее быстро снимать отдельные участки ремонтного устройства;
• легко рассчитывается количество секций, необходимое для качественного утепления помещения.
• длительный срок службы — до 25 лет;
• современный и привлекательный внешний вид.

Всеми этими преимуществами обладают биметаллические радиаторы марки Stout. Отопительные приборы производятся на крупнейшем российском заводе «РИФАР», адаптированы специально для условий эксплуатации в нашей стране. Каждое изделие проходит строжайший контроль на всех этапах технологического процесса производства. Радиатор дважды с высоким давлением — первый раз перед покраской, второй раз — после.Это гарантирует 100% надежность каждого устройства.

Доступное количество секций — от 4 до 14, эффективная работа теплоносителя до 135 ° С, выдерживает давление до 100 атмосфер. Продуманная система логистики, сотрудничество с надежными поставщиками и партнерами, а также гарантия и страхование напрямую от производителя делают бренд Stout лучшим выбором.

Совет: Поскольку внешне биметаллический секционный радиатор практически не отличить от алюминия, понять, какой радиатор перед вами, можно в первую очередь по весу.Биметаллическое устройство со стальным сердечником намного тяжелее алюминиевого аналога.

Возможные проблемы при эксплуатации

имеют большое количество преимуществ. Какие их особенности можно отнести к недостаткам?

1. Несмотря на возможность использования биметаллических батарей в системе с любым теплоносителем, низкое качество последнего отрицательно сказывается на продолжительности срока службы устройства.
2. Различный коэффициент расширения металлов, присутствующий в конструкции аккумулятора, может со временем привести к нестабильности теплопередачи, снижению прочности устройства.
3. Использование в системе некачественного теплоносителя может привести к засорению каналов, появлению коррозии, ухудшению теплоотдачи.

Конструктивные особенности

могут иметь две разновидности конструкции.

• Более дешевые модели отличаются наличием стального сердечника только в вертикальных каналах. Такие радиаторы иногда называют полухенталлическими. Несмотря на то, что по своим характеристикам они значительно превосходят устройства из алюминия, они все же не обладают достаточной прочностью, присущей полностью биметаллическим батареям.
• Настоящие биметаллические нагревательные устройства имеют цельный стальной каркас, в процессе производства заполняемый алюминиевым сплавом под давлением.

Отдельно можно упомянуть медно-алюминиевые радиаторы, которые по своим характеристикам превосходят все существующие типы батарей. Они обладают прекрасной устойчивостью к коррозии, обладают отличной теплоотдачей и длительным сроком службы, но высокая стоимость не позволила им получить широкое распространение.

Размеры батарей

Размеры устройства важны, потому что при нужных вам параметрах мощности он должен помещаться в нише под окном.Какие размеры могут иметь биметаллические батареи?

Биметаллические радиаторы отопления характеризуются стандартными высотными размерами. На устройстве имеется маркировка, указывающая межосевое расстояние устройства — 200, 350 или 500 мм.

Важно! При выборе радиатора необходимо учитывать, что расстояние посередине сцены — это зазор между входным и выходным отверстиями аккумуляторной батареи, который не соответствует всей высоте корпуса. Чтобы узнать реальную высоту устройства, нужно к значению средневидовой дистанции прибавить 80 мм.

Полная высота устройства с разной маркировкой:

• маркировка 200 — Высота реальная 280 мм;
• 350 — высота инструмента 430 мм;
• 500 — высота 580 мм.

Ширина отопительного прибора будет зависеть от количества секций, которое рассчитывается исходя из параметров помещения и мощности отдельной секции.

Внимание! Подбирая размер радиатора, не забывайте, что в соответствии с техническими нормами прибор необходимо установить на расстоянии не менее 10 см от подоконника и 6 см от пола.

Расчет количества секций биметаллических батарей

Сколько секций радиатора из биметалла могут полностью обогреть помещение? Расчет биметаллических радиаторов требует знания двух параметров:

• сколько квадратных метров занимает площадь комнаты;
• мощность одной секции устройства.

Согласно строительным нормам для обогрева 1 квадратного метра жилого помещения требуется мощность около 100 Вт.Чтобы узнать общую мощность, необходимую для обогрева помещения, площадь умножается на 100. Результат делится на мощность выбранной секции радиатора.

Узнаем, сколько секций устройства понадобится для комнаты площадью 25 кв. м. При использовании биметаллического устройства, мощность одной секции которого составляет 170 Вт.

1. 25 х 100 = 2500 Вт — необходимая мощность.
2. 2500: 170 = 14,7 — округляем до 15 — получаем необходимое количество секций.

Учитывая то, что параметры системы могут меняться из-за износа оборудования или засоров, можно добавить 20% от запаса. Большие секции могут понадобиться для обогрева угловой квартиры, комнат с большим количеством окон, высоких потолков. Для регионов с суровым климатом необходимое количество секций будет более 1,5-2 раза.

Важно! Поскольку батареи с числом секций более 10 недостаточно эффективны, желательно установить несколько радиаторов с меньшим числом секций.

На что обращать внимание при выборе

Итак, какие характеристики биметаллического радиатора необходимо изучить при покупке.

1. Рабочее давление. Биметаллический секционный радиатор должен выдерживать постоянную нагрузку в 15 атмосфер, для централизованной системы отопления лучше выбирать прибор с максимальным значением рабочего давления.
2. Номинальная мощность секции нужна для расчета их количества.
3. Размеры.Для стандартного подоконника высотой 80 см — это модель с межосевым расстоянием 500 мм.
4. Толщина стального язычка. Чем толще стена, тем прочнее устройство и дольше прослужит.
5. Цена. Биметаллические радиаторы стоят как минимум на 20% дороже алюминиевых. Если цена ниже, скорее всего, это некачественная «полуоболочка».

Установка радиаторов

Какие трубы лучше всего подходят для биметаллических батарей? Опытные мастера советуют сочетать биметаллические радиаторы отопления с армированными полипропиленовыми трубками.Допускается использование на цанговых соединениях стальных и металлопластиковых труб, но в этом случае нужно быть готовым к протечкам и облачности. В силу надежности оптимальным способом соединения при соединении является точечная сварка.

Традиционно под окном принято ставить радиатор отопления строго по центру. Это позволяет устройству создавать тепловую завесу, препятствующую проникновению потока холодного воздуха через окно.

Какие могут быть варианты подключения биметаллического радиатора?

• Боковое или одностороннее подключение имеет максимальную эффективность, но только при небольшом количестве секций (до 12 штук).При большем количестве секций участок, удаленный от подающей трубы, будет тепло нагреваться.

• Нижнее соединение менее эффективно с точки зрения рекуперации тепла, применяется только в случае конкретной конфигурации системы.

• Диагональное подключение применяется для радиаторов с 12 и более секциями и позволяет добиться равномерного прогрева прибора.

Перед подключением к каждой биметаллической батарее необходимо установить вентиль для воздушного или крана Маевского, а также переходники для подключения труб.

Порядок подключения радиатора:

1. После демонтажа старого оборудования забиваются отверстия для кронштейнов путем установки кронштейнов для установки нового прибора.
2. Кронштейны крепятся к стене с помощью дюбелей и цементного раствора.
3. Аккумулятор подключается к подводящим коммуникациям, на месте подключения ставится кран или термостат.

Важно! Поскольку радиатор биметаллического сечения имеет узкие внутренние каналы, которые очень легко забиваются мусором из системы отопления, перед подключением перед каждой батареей необходимо установить фильтр грубой очистки.

Биметаллические радиаторы

Чтобы расчет системы отопления был произведен максимально точным, необходимо будет опираться на общую площадь дома. Правильный расчет системы отопления предполагает выбор желаемых размеров отопительных приборов, мощности приборов, количества и так далее.После этого уже можно посчитать, насколько эффективна система отопления. Чтобы отопление было более эффективным, необходимо будет покрыть поверхность радиаторов, которая отдает тепло. Это можно сделать с помощью решетки или опалубки. Обычно радиаторы отопления монтируют возле специально отведенного под них окна. Поэтому радиатор должен иметь такие размеры, чтобы высота не доходила до подоконника, а по ширине не превышала ширину окна.

Расчет количества радиаторов отопления

При расчете необходимо обращать внимание на следующие факторы:

• Площадь комнаты, которую нужно утеплить.Чтобы этот расчет был более точным, необходимо определить размер помещения в кубометрах.
• Площадь поверхности радиаторов отопления, дающая тепло в помещение.
• Температурный режим радиатора отопления 200 мм.

Если определить точный расчет не так принципиально, можно воспользоваться более старым методом. Изначально определите площадь дома или квартиры. Если радиаторы отопления 200 мм относятся к такому типу, как секционные, то размеров секции одного будет достаточно для отопления 2 кВ.Метров кв. Считаем количество и прибавляем к полученному результату около 10%. Эта цифра позволяет компенсировать то тепло, которое будет выделяться через окна или двери.

Выбор размера радиаторов отопления

Размеры такого нагревательного элемента устанавливают исходя из выделяемой им тепловой мощности. Если в проем под окном монтируются радиаторы отопления, необходимо будет рассчитать такие размеры как:

• Расстояние от подоконника до верха радиатора не должно быть более 100 см.
• Расстояние от пола до нижнего края радиатора отопления должно быть не менее 60 см.
• Ширину радиаторов нужно выбирать так, чтобы они перекрывали ширину окна примерно на 60-70%.

Есть несколько правил:

• Если под окном установить более узкие батарейки отопления, то они могут не создавать тепловую завесу. Это повлияет на то, что небольшие радиаторы отопления не смогут препятствовать потоку холодного воздуха, проникающего через радиаторные блоки.
• Если известны такие цифры, как тепловая мощность радиатора отопления и его высота, можно выбрать конкретную модель нагревательного элемента с определенным количеством секций.
• Если желаемой модели нет в продаже, можно выбрать радиаторы отопления 200мм, которые будут мощнее. Главное — не опускать этот показатель.
• Если в доме или квартире нет места, где можно смонтировать радиаторы отопления высотой 250 мм, или необходимо нагреть достаточно большое количество воздуха, то вам необходимо обзавестись высокими радиаторами отопления.Чаще всего такие радиаторы отопления монтируют в помещениях или в больших спортзалах.

Батареи высокого нагрева бывают двух типов:

• Тип RD характеризуется нижними присоединениями;
• Тип R — характеризуется боковыми подключениями.

Радиаторы, которые имеют большую высоту радиатора отопления, характеризуются высокой конвекцией и высокой теплоотдачей. Этот тип радиаторов может достигать высоты 760, 940 и 1120 мм, а в ширину — от 400 до 1400 мм.По глубине все высокие радиаторы имеют типоразмер батарей отопления — 90 мм.

Батареи Low — это радиаторы отопления 300-450 мм. Как правило, низкие модели ставят под окна, когда окно занимает почти все стены стены. Такие невысокие радиаторы отопления, конечно, будут больше давать в моделях по КПД, поэтому при использовании таких радиаторов придется увеличивать их количество. Стоит отметить, что разряженные батареи отопления более равномерно прогревают помещения. Ведь в этом случае длинные радиаторы отопления будут создавать более эффективную тепловую завесу, и в результате теплый воздух будет распределяться по комнате, не покидая холодных мест.

Но все же стоит отметить, что радиаторы отопления чаще встречаются высокие и узкие. Такие радиаторы отопления высотой 2000 мм можно устанавливать везде, где позволяют размеры помещения. Однако такие радиаторы, в отличие от длинных отопительных батарей, не так эффективно распределяют тепло.

Именно поэтому, если разместить радиаторы отопления 350 высокого типа незамысловато, будет такая ситуация, когда в батарее будет невероятно жарко, а в других местах в помещении будет холодно.

Оптимальные схемы монтажа нагревательных элементов

Если необходимо снизить затраты на такие операции, как установка радиаторов отопления 350 мм и их дальнейшее подключение, то можно остановить свой выбор на однотрубной компоновке системы. Однако такая система предполагает наличие обходной линии в обязательном порядке.

В верхних точках будут установлены клапаны, через которые будет производиться выпуск воздуха. Такой клапан будет работать в автоматическом режиме, они будут выпускать воздух, а вход воздуха будет перекрываться давлением воды.

Запорный клапан создает барьер на пути охлаждающей жидкости, а также увеличивает теплопередачу.

Такой клапан также понадобится при различных демонтажных работах. В случае однотрубной компоновки такой вентиль лучше всего подключать по диагонали. В этом случае охлаждающая жидкость будет течь в верхнем левом углу, а выходить — в правом нижнем.

Можно использовать обратный вариант. Самый главный нюанс, который необходимо соблюдать, — не подключать радиаторы отопления высотой 150 мм с одной стороны.В этом случае можно потерять до 10% тепловой отдачи. Если установлены маленькие или мини-радиаторы отопления, лучше всего выполнять нижнее подключение.

Лучшие биметаллические батареи отопления: описание, виды и отзывы

В условиях сурового климата люди почти полгода живут в отапливаемом помещении. Для многих система отопления в квартире или доме — это тяжелый радиатор, в основе которого лежит чугун. Такие батареи не выделяют достаточно тепла и могут испортить дизайн любого интерьера.Все потребители, решившие поменять радиатор, более осторожны при выборе. Этому способствует то, что в современных магазинах ассортимент таких систем достаточно разнообразен. Стоит отметить, что биметаллические нагревательные батареи в последнее время становятся все более популярными, однако важно определиться, какие из них лучше.

Почему выбирают биметаллический радиатор

Лучшие модели биметаллических батарей имеют более высокую прочность, они способны выдерживать давление до 35 атмосфер.Если учесть плюсы, то стоит выделить достаточно длительный срок эксплуатации, высокий уровень прочности, эстетичный внешний вид и современный дизайн, а также высокое тепловыделение. Биметаллические нагревательные батареи также обладают высокой устойчивостью к коррозии. Это связано с тем, что одним из материалов является сталь, контактирующая с теплоносителем. Второй материал — алюминий.

Отличия биметаллических радиаторов по способу изготовления

Биметаллические батареи отличаются друг от друга и технологией производства.Первый метод предполагает нанесение алюминиевой защиты на стальной каркас, тогда как второй вариант предполагает усиление каналов специальными стальными трубами. Первый способ исключает контакт алюминия с охлаждающей жидкостью, что делает невозможным процесс окисления. Для второго метода важным параметром является надежное крепление стальных язычков, способных блокировать нижний коллектор от сдвига. Это возможно при разной степени расширения материалов из-за влияния температуры.

Разновидности биметаллических батарей по габаритам

Биметаллические батареи отопления могут иметь разную высоту. В невысоких продуктах, у которых межосевое расстояние кормов составляет от 200 до 250 миллиметров, отсутствуют вертикальные внутриклеточные каналы. А вот батареи, которые называются вертикальными или высокими, могут иметь размер 2,6 метра. Наибольшей популярностью пользуются те конструкции, межосевое расстояние которых составляет 500 миллиметров. Причина такой распространенности проста — нет необходимости адаптировать гильзу после замены чугунных радиаторов.Помимо прочего, если исключить вертикальные радиаторы, не соответствующие ни одной конструкции, то секции такого размера обладают максимальным тепловыделением.

Различия по способу подключения

Биметаллические батареи отопления различаются между собой и по способу подключения. Чаще всего используются вставные заглушки и контргайки, которые позволяют подключать нагреватель к трубопроводу. Но, если вы выберете аккумулятор с нижним подключением, вставка будет практически незаметна, так как две резьбы ориентированы вертикально и расположены внизу, под самой батареей.

Описание биметаллических радиаторов с различной теплопроизводительностью

В последнее время современные потребители все чаще стали выбирать биметаллические радиаторы. Отопительные батареи этого типа могут различаться между собой еще и по теплопроизводительности. Вы можете найти эту информацию в сопроводительной документации, но есть средние значения.

Если межосевое расстояние составляет 500 миллиметров, то мощность составляет 200 Вт на секцию. При уменьшении первого значения до 350 миллиметров мощность становится 150 Вт.Если у вас есть радиаторы с межосевым расстоянием 250 миллиметров, на каждую секцию выделяется 120 Вт.

Отзывы о качестве биметаллических радиаторов разных производителей

Если вы хотите выбрать лучшие биметаллические радиаторы, то вам стоит обратить внимание на производителя Royal Thermo. Как отмечают пользователи, выпускаются изделия, которые отличаются нестандартным дизайном, а также высокими техническими характеристиками. В основе этих аккумуляторов лежит высоколегированная сталь, обеспечивающая длительный срок службы.Одними из лучших можно назвать аккумуляторы, которые производит Thermo Biliner. Их отличает коллектор из нержавеющей стали, что позволило производителю получить практически вечные батареи.

Все вышеперечисленные производители находятся в Италии, но если вас привлекают немецкие фабрики, то в продаже можно найти радиаторы «Оазис». Однако не стоит спешить с их покупкой, поскольку, по мнению покупателей, они имеют невысокую стоимость, а также не имеют представительства в Интернете, что для Германии выглядит очень странно.Однако, как показывает практика, эти изделия в процессе эксплуатации способны выдерживать давление до 30 атмосфер.

Если вас интересует вопрос, какая биметаллическая батарея отопления лучше, стоит поискать у российского производителя. Компания «Билюкс» производит качественные устройства, на которые дается заводская гарантия 10 лет. Стандартная теплоотдача секции 182 Вт. Стоимость такого оборудования будет меньше, чем у зарубежного, поэтому современный потребитель нередко отдает предпочтение именно этому продукту.

Украинская компания Elegance также предоставляет на свою продукцию десятилетнюю гарантию, рабочее давление остается таким же, как и в вышеописанном случае, что очень приятно сочетается с доступной стоимостью. Как подчеркивают покупатели, он варьируется в пределах 320 рублей. за один раздел.

Описание альтернативных российских предложений

Если вы тоже решили выбрать биметаллический радиатор отопления, какие батареи лучше, вы должны определиться перед покупкой. Здесь вы столкнетесь с непростым выбором.Например, Konner предлагает продукцию китайского производства. Характеристики неплохие, давление по-прежнему остается на уровне 30 атмосфер, при тестировании продукт выдерживает 45 атмосфер. Температура может достигать 130 градусов. Все это дополняется демократичной стоимостью, равной 380 руб. за один раздел.

Для сравнения можно рассмотреть продукцию торговой марки «Рифар», которая является полностью российской продукцией. Для них заявлена ​​рабочая температура в пределах 135 градусов, а испытательное давление равно 100 атмосфер.Более скромные характеристики характерны для радиаторов «Бриз», которые производятся в Подмосковье. Их рабочее давление 25 атмосфер.

Стоимость

Исходя из описанных выше факторов, можно отметить очень распространенные в последнее время биметаллические отопительные батареи. «Леруа Мерлен» предлагает их в широком ассортименте. Например, 4-элементный аккумулятор марки Rifar Forza можно купить за 2500 руб., Его вес составляет 5,44 килограмма. Что касается 6-элементного аккумулятора от производителя Celcia, то его можно приобрести за 2700 рублей.Стоит учесть, что такое изделие будет весить 9,19 килограмма. Для сравнения, 4-элементный аккумулятор «Экстрим», вес которого составляет 7,64 килограмма, будет стоить 2700 рублей.

Отзывы об особенностях установки

На каждую батарею мастер должен установить клапан, который может быть автоматическим или ручным. Он предназначен для вывода скопившегося воздуха из радиатора. Отрегулируйте его положение, используя многонитку. Во избежание загрязнения зоны клапана на стойках стойки системы необходимо установить специальные фильтры.

Правильно установленный сервисный клапан должен быть закрыт после выпуска воздуха, а полость аккумулятора должна быть заполнена охлаждающей жидкостью. Перед установкой радиатора следует сделать разметку, укрепить кронштейны, что делается дюбелями или раствором, после чего можно приступать к установке устройства. С помощью термостатического клапана или крана аккумулятор следует подключить к подходящим коммуникациям. В верхней части изделия установлен нагнетательный клапан.

Заключение

Биметаллические батареи отопления, цены на которые должны вас заинтересовать, сегодня представлены в широком ассортименте.Чтобы понять, какой радиатор выбрать, следует больше узнать о качественных характеристиках продукции, материалах в основе и репутации производителя.

Battery Safety 101: Анатомия — PTC против PCB против CID — 18650 Battery

Различные виды защиты внутри и снаружи аккумуляторов 18650.

Рис. 1. Подробный обзор анатомии 18650. Обратите внимание на различные защитные устройства. НАСА.

Внутренние защитные устройства:

Переключатель PTC (давление, температура, ток).

• Встроен почти во все модели 18650
• Запрещает сильные скачки тока
• Защищает от высокого давления и перегрева
• Сбрасывает и не отключает навсегда аккумулятор при срабатывании. Однако лучше не отключать их часто, поскольку это необратимо увеличивает их электрическое сопротивление в два раза и повышает вероятность их катастрофического отказа.
• Может не работать, если модуль включен в последовательную и / или параллельную конфигурацию с несколькими ячейками

CID (устройство прерывания тока)

• Встроен почти во все модели 18650
• Не видно, просто глядя на батарею
• Совместно (размещены рядом) с PTC
• Это клапан давления, который отключит ячейку навсегда из-за слишком высокого давления в ячейке. (Например, если аккумулятор перезаряжается и достигает более 145 фунтов на кв. Дюйм.)
• Работает, отсоединяя положительную клемму, делая положительный полюс бесполезным.
• Не всегда сбрасывается, не всегда открывается полностью при необходимости
• Может не работать, если модуль включен в последовательную и / или параллельную конфигурацию с несколькими ячейками

Расплав язычка / свинца (плавкая вставка)

Предохранители и перемычки, соединяющие батареи, соединенные вместе, предназначены для размыкания цепи под высоким напряжением.

Рисунок 2.Внешнее короткое замыкание в условиях вакуума. НАСА.

Биметаллические разъединители

Рис. 3. Как биметаллический разъединитель на батареях 18650 работает от HVAC.

Внешние защитные устройства:

Диоды

Вы, наверное, слышали о светодиодах (светодиодах), но что такое диод? Это как клапан, только пусть ток течет в одну сторону. Для лучшего понимания посмотрите это видео:

Вентс

• Обычно маленькие отверстия в верхней части аккумулятора
• Вместо взрыва будет извергать токсичные химические вещества, такие как эфир.

Тепловые предохранители (жесткие или сбрасываемые)

• Иногда называют резисторами PTC
• Часто скрывается под положительным колпачком

PCB — Платы со специализированными проводниками

• Настоятельно рекомендуется для старых литий-ионных батарей.
• Не требуется в новых, более безопасных химикатах, таких как
индийских рупий
• В основном используется в фонариках, НЕ используется в испарителях или других устройствах с высокими стоками
• Ограничивает разряд тока до 6 А или ниже
• Защищает от перезарядки, переразряда, короткого замыкания и, возможно, других факторов.

Давайте посмотрим на популярную схему платы защиты, используемую на аккумуляторах 18650, плату Tenergy 23002 с отсечкой 6А

Рисунок 4.Крупный план платы защиты 18650 PCB

Эта плата имеет следующие характеристики:

1. Защита от перезарядки
2. Защита от заряда
3. Защита от перегрузки
4. Защита от перегрузки по току
5. Защита от короткого замыкания

Вот так выглядит аккумулятор 18650 при подключении к плате:

Есть ли у вашей батареи схема защиты?

18650, продаваемые в США, должны иметь защиту CID и PTC.Однако большинство ячеек для испарителей продаются без печатных плат. Это связано с тем, что печатная плата ограничивает разряд аккумулятора до 6 А, когда испарителям требуется 10–30 А.

Чтобы узнать, есть ли у вашего аккумулятора защита печатной платы, есть несколько знаков:

• Ваша батарея длиннее, чем у незащищенной версии (используйте Best 18650 Battery, чтобы узнать размер).
• Нижняя часть вашей батареи не из стали (цвет — медь или другой цвет, отличный от вашей верхней крышки).
• Вы можете почувствовать провод, идущий от отрицательного полюса к положительному полюсу на боковой стороне аккумулятора.

Какую батарею использует TESLA?

Tesla использует батареи 18650, но модифицировала их. Они убрали схемы защиты PTC и CID и сделали их по-настоящему простыми. Вместо того, чтобы полагаться на эти защитные устройства, TESLA сделала их собственными из пенопласта, который затопляет аккумуляторный модуль и предотвращает возгорание.

Патент США на систему терморегулирования аккумуляторной батареи, включая Патент на биметаллический элемент (Патент №10,622,686, выдан 14 апреля 2020 г.)

Это продолжение U.Заявка на патент S. Сер. № 14 / 220,170, теперь патент США. № 9853337, которая была подана 20 марта 2014 г.

Это раскрытие относится к электрифицированному транспортному средству и, в частности, но не исключительно, к системе управления температурным режимом аккумуляторной батареи, в которой используется биметаллический элемент. Биметаллический элемент приспособлен для изменения сопротивления потоку хладагента через аккумуляторную батарею в зависимости от температуры элемента.

Электрифицированные транспортные средства, такие как гибридные электромобили (HEV), подключаемые гибридные электромобили (PHEV), аккумуляторные электромобили (BEV) или автомобили на топливных элементах, отличаются от автомобилей с обычным двигателем тем, что они питаются от одного или более электрических машин (т.е. электродвигатели и / или генераторы) вместо или в дополнение к двигателю внутреннего сгорания. Ток высокого напряжения для питания электрических машин обычно подается от высоковольтного блока тяговых батарей.

Аккумуляторные батареи для электромобилей состоят из нескольких аккумуляторных модулей. Батарейные элементы каждого батарейного модуля, возможно, потребуется термически обработать для отвода избыточного тепла из батарейного блока. Некоторые аккумуляторные блоки имеют воздушное охлаждение и обычно проталкивают или вытягивают сжатый воздух через вход и выход аккумуляторного блока.По мере того, как воздух течет через аккумуляторную батарею к выпускному отверстию, может создаваться градиент температуры и давления. Это может вызвать старение элементов батареи с разной скоростью.

Система управления температурным режимом аккумуляторной батареи в соответствии с примерным аспектом настоящего раскрытия включает, среди прочего, биметаллический элемент, перемещаемый между первым положением и вторым положением в ответ на изменение температуры, чтобы выборочно ограничивать поток охлаждающей жидкости. через воздуховод.

В другом неограничивающем варианте осуществления вышеупомянутой системы биметаллический элемент изготовлен по меньшей мере из двух разнородных материалов.

В дополнительном неограничивающем варианте любой из вышеупомянутых систем биметаллический элемент представляет собой биметаллическую катушку.

В дополнительном неограничивающем варианте осуществления любой из вышеупомянутых систем биметаллический элемент представляет собой биметаллическую полосу, которая включает в себя первую полосу материала и вторую полосу материала, прикрепленную к первой полосе материала.

В дополнительном неограничивающем варианте осуществления любой из вышеупомянутых систем поверхность соединена с биметаллическим элементом.

В дополнительном неограничивающем варианте осуществления любой из вышеупомянутых систем поверхность представляет собой пластину или лопатку.

В дополнительном неограничивающем варианте осуществления любой из вышеупомянутых систем управляющий рычаг проходит между биметаллическим элементом и поверхностью.

В дополнительном неограничивающем варианте осуществления любой из вышеупомянутых систем первая сторона рычага управления соединена с биметаллическим элементом, а вторая сторона рычага управления соединена с поверхностью.

В дополнительном неограничивающем варианте осуществления любой из вышеупомянутых систем перемещение биметаллического элемента между первым положением и вторым положением перемещает поверхность, чтобы изменить размер канала.

В дополнительном неограничивающем варианте осуществления любой из вышеупомянутых систем биметаллический элемент состоит из первого материала, а рычаг управления и поверхность состоят из второго материала, который отличается от первого материала.

Батарейный источник питания согласно другому иллюстративному аспекту настоящего раскрытия включает, среди прочего, первый аккумуляторный элемент, второй аккумуляторный элемент и канал, который проходит между первым аккумуляторным элементом и вторым аккумуляторным элементом.Поверхность расположена относительно канала и может перемещаться между первым положением и вторым положением для управления потоком хладагента через канал.

В дополнительном неограничивающем варианте вышеупомянутого аккумуляторного блока поверхность является частью биметаллического элемента.

В дополнительном неограничивающем варианте осуществления любого из вышеупомянутых аккумуляторных блоков поверхность соединена с биметаллическим элементом.

В дополнительном неограничивающем варианте осуществления любого из вышеупомянутых аккумуляторных блоков поверхность соединена с рычагом управления, который соединен с биметаллическим элементом.

В дополнительном неограничивающем варианте осуществления любого из вышеупомянутых аккумуляторных блоков биметаллический элемент находится в контакте с первым аккумуляторным элементом, а поверхность находится в контакте со вторым аккумуляторным элементом.

Способ согласно другому иллюстративному аспекту настоящего раскрытия включает, среди прочего, управление потоком хладагента через аккумуляторную батарею с использованием биметаллического элемента.

В дополнительном неограничивающем варианте осуществления вышеизложенного способа этап управления включает в себя перемещение биметаллического элемента между первым положением и вторым положением для изменения размера канала, который проходит между соседними элементами аккумуляторной батареи.

В дополнительном неограничивающем варианте осуществления любого из вышеупомянутых способов этап перемещения включает в себя позиционирование поверхности относительно соседних аккумуляторных элементов в ответ на перемещение биметаллического элемента.

В дополнительном неограничивающем варианте осуществления любого из вышеупомянутых способов этап управления включает в себя перемещение биметаллического элемента в ответ на поглощение тепла от аккумуляторного элемента, размещенного внутри аккумуляторного источника питания.

В дополнительном неограничивающем варианте осуществления любого из вышеупомянутых способов этап управления включает в себя перенаправление охлаждающей жидкости от относительно холодных частей аккумуляторной батареи к относительно теплым частям аккумуляторной батареи с биметаллическим элементом.

Варианты осуществления, примеры и альтернативы из предыдущих абзацев, формулы изобретения или следующего описания и чертежей, включая любой из их различных аспектов или соответствующих индивидуальных особенностей, могут быть взяты независимо или в любой комбинации. Функции, описанные в связи с одним вариантом осуществления, применимы ко всем вариантам осуществления, если только такие функции не являются несовместимыми.

Различные особенности и преимущества этого раскрытия станут очевидными для специалистов в данной области техники из следующего подробного описания.Чертежи, сопровождающие подробное описание, можно кратко описать следующим образом.

Фиг. 1 схематично показана трансмиссия электрифицированного транспортного средства.

РИС. 2 иллюстрирует батарейный источник питания согласно первому варианту осуществления этого раскрытия.

РИС. 3 иллюстрирует батарейный источник питания согласно второму варианту осуществления этого раскрытия.

РИС. 4 иллюстрирует батарейный источник питания согласно другому варианту осуществления этого раскрытия.

РИС. 5 иллюстрирует биметаллическую полосу, которая может использоваться в системе управления температурным режимом аккумуляторной батареи.

РИС. 6A и 6B иллюстрируют систему управления тепловым режимом батареи согласно одному варианту осуществления этого раскрытия.

РИС. 7 иллюстрирует биметаллическую катушку, которая может использоваться в системе управления температурным режимом аккумуляторной батареи.

РИС. 8A и 8B иллюстрируют систему управления тепловым режимом батареи согласно другому варианту осуществления этого раскрытия.

Это раскрытие относится к системе управления тепловым режимом аккумуляторной батареи для теплового управления одним или несколькими элементами аккумуляторной батареи.В системе управления температурой батареи используется биметаллический элемент, который может перемещаться для изменения количества охлаждающей жидкости, которая может быть направлена ​​через каналы, проходящие между соседними элементами батареи. Движение биметаллического элемента обусловлено свойствами материала и может быть вызвано изменением температуры одного или нескольких аккумуляторных элементов. Эти и другие особенности обсуждаются более подробно ниже в этом подробном описании.

РИС. 1 схематично показана трансмиссия 10 электрифицированного транспортного средства 12 .Электрифицированное транспортное средство , 12, может быть HEV, PHEV, BEV или любым другим транспортным средством. Другими словами, это раскрытие не ограничивается каким-либо конкретным типом электрифицированного транспортного средства и может также распространяться на неавтомобильные электрифицированные транспортные средства (например, локомотивы, самолеты, корабли, подводные лодки и т. Д.).

Трансмиссия 10 включает в себя систему привода, имеющую, по меньшей мере, двигатель 36 (т.е. электрическую машину) и аккумуляторную батарею 50 . Батарейный источник питания , 50, может включать в себя высоковольтную батарею, которая способна выдавать электрическую мощность для работы двигателя 36 .Хотя это не показано на фиг. 1, аккумуляторный блок , 50, может включать в себя несколько аккумуляторных модулей, которые электрически соединены друг с другом.

В одном варианте осуществления система привода генерирует крутящий момент для приведения в движение одного или нескольких наборов ведущих колес 30 транспортного средства электрифицированного транспортного средства 12 . Например, двигатель 36 может питаться от аккумуляторной батареи 50 для электрического привода ведущих колес 30 транспортного средства путем передачи крутящего момента на вал 46 .

Конечно, это очень схематично. Следует понимать, что трансмиссия 10 электрифицированного транспортного средства 12 может использовать дополнительные компоненты, включая, помимо прочего, двигатель внутреннего сгорания, генератор, блок передачи мощности и одну или несколько систем управления в пределах объем этого раскрытия.

РИС. 2 иллюстрирует аккумуляторный блок 50 для электрифицированного транспортного средства, такого как электрифицированное транспортное средство 12 на фиг.1 или любой другой электрифицированный автомобиль. Батарейный источник питания 50 включает в себя корпус 60 , который обычно окружает один или несколько аккумуляторных модулей 62 A, 62 B и т.д. Два аккумуляторных модуля 62 A, 62 B показаны на фиг. 2; однако следует понимать, что аккумуляторный блок 50 может включать в себя любое количество аккумуляторных модулей.

Каждый аккумуляторный модуль 62 включает в себя множество аккумуляторных элементов 64 (т.е.е., две и более ячеек). В одном варианте осуществления аккумуляторные элементы , 64, могут быть литий-ионными элементами. В другом варианте осуществления аккумуляторные элементы , 64, представляют собой никель-металлгидридные элементы. Дополнительно рассматриваются другие типы клеток.

Аккумуляторные элементы , 64, каждого аккумуляторного модуля 62 могут быть разнесены друг от друга для образования каналов 74 между соседними аккумуляторными элементами 64 . Хотя это не показано, прокладки могут быть расположены внутри каналов 74 для удержания и позиционирования аккумуляторных элементов 64 относительно друг друга.Каналы , 74, определяют каналы для передачи хладагента C, такого как воздушный поток, через аккумуляторный блок 50 .

Тепло может генерироваться каждым элементом батареи 64 во время операций зарядки и разрядки. Тепло также может передаваться в аккумуляторные элементы 62 во время выключения электрифицированного транспортного средства 12 в результате относительно экстремальных (то есть горячих) условий окружающей среды. Батарейный источник питания , 50, , таким образом, может включать в себя систему 66 управления тепловым режимом аккумулятора для теплового управления теплом, выделяемым элементами 64 аккумулятора.

Система управления температурой батареи 66 может включать в себя вход 70 и выход 72 . Охлаждающая жидкость C может поступать в аккумуляторный блок 50 через впускное отверстие 70 и циркулировать внутри корпуса 60 до выхода через выпускное отверстие 72 . Например, хладагент C может подаваться через каналы , 74, , а также вокруг аккумуляторных элементов , 64 и вокруг них, чтобы отводить тепло от аккумуляторных элементов , 64, .Следовательно, хладагент C, который выходит из выпускного отверстия 72 , будет теплее, чем хладагент C, который входит во впускное отверстие 70 .

В одном варианте осуществления система 66 управления тепловым режимом батареи включает в себя одну или несколько поверхностей 68 , которые расположены относительно каналов 74 . Поверхности , 68, могут перемещаться для управления потоком охлаждающей жидкости C через аккумуляторный блок 50 , в том числе через каналы 74 . В первом неограничивающем варианте осуществления поверхности , 68, расположены так, чтобы проходить, по меньшей мере, частично в каналы 74 (т.е.е., между соседними аккумуляторными элементами 64 ) первого аккумуляторного модуля 62 A для управления потоком хладагента C между аккумуляторными элементами 64 . В другом варианте осуществления поверхности , 68, могут быть установлены на корпусе , 60, и перемещаться для управления потоком хладагента C в каналы 74 (см. Фиг. 3). В еще одном варианте осуществления поверхности 68 расположены между аккумуляторными элементами 64 как аккумуляторного модуля 62 A, так и аккумуляторного модуля 62 B (см. ФИГ.4). Ниже подробно описаны многочисленные варианты перемещения поверхностей , 68, для управления потоком охлаждающей жидкости C через аккумуляторный блок 50 .

В первом неограничивающем варианте осуществления, лучше всего показанном на фиг. 2, поверхности , 68, сами выполнены из биметаллических элементов 76 , которые могут перемещаться для изменения размера D каналов 74 . Например, биметаллические элементы , 76, могут поглощать тепло от аккумуляторных элементов , 64, .По мере поглощения тепла биметаллические элементы , 76, могут перемещаться или выпрямляться, чтобы позволить большему количеству охлаждающей жидкости C проходить через каналы 74 . В одном варианте осуществления биметаллические элементы , 76, расположены или иным образом смещены для перекрытия каналов 74 (см. Верхнюю левую часть фиг. 2). Следовательно, в более холодных секциях аккумуляторной батареи 50 (например, возле аккумуляторных элементов 64 , которые находятся ближе к входу 70 ) биметаллические элементы 76 не перемещаются, не изгибаются или не изменяют свою форму иным образом, так что Поверхности 68 блокируют сообщение охлаждающей жидкости C через каналы 74 .Таким образом, охлаждающая жидкость C может быть направлена ​​в относительно более теплые области аккумуляторной батареи 50 (например, около аккумуляторных элементов 64 , которые находятся ближе к выходу 72 ) без предварительного перегрева до достижения этих локации.

РИС. 5 показан первый примерный биметаллический элемент , 76, , который можно использовать для преобразования изменения температуры в механическое смещение. В этом варианте осуществления биметаллический элемент 76 выполнен в виде биметаллической полосы, которая включает в себя первую полосу материала 80 и вторую полосу материала 82 , прикрепленную к первой полосе материала 80 .Первая полоса материала 80 может быть прикреплена ко второй полосе материала 82 любым известным способом. Первая полоса материала 80 и вторая полоса материала 82 выполнены из разных материалов. В одном варианте осуществления первая полоса материала 80 является сталью, а вторая полоса материала 82 — медью. В другом варианте осуществления первая полоса материала 80 представляет собой сталь, а вторая полоса материала 82 — латунь.Другие материалы также могут быть подходящими для изготовления биметаллического элемента 76 .

Поскольку первая полоса материала 80 и вторая полоса материала 82 являются разными материалами, они имеют тенденцию расширяться с разной скоростью при нагревании. Соответственно, различное расширение этих материалов заставляет биметаллический элемент , 76, изгибаться в направлении положения X ‘(показано пунктирными линиями) при нагревании и изгибаться в направлении положения X при охлаждении (или наоборот).Смещением биметаллического элемента , 76, можно управлять, располагая полосу материала, имеющего наивысший коэффициент теплового расширения, в желаемом положении относительно источника тепла.

РИС. Фиг.6A и 6B иллюстрируют другую примерную систему управления температурой батареи , 166, . В этом раскрытии одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы, где это уместно, а ссылочные номера с добавлением 100 или кратного им числа обозначают модифицированные элементы, которые, как предполагается, включают те же особенности и преимущества соответствующих исходных элементов.

В этом варианте осуществления система 166 управления тепловым режимом батареи включает в себя биметаллический элемент 176 и поверхность 168 , соединенную с биметаллическим элементом 176 . Другими словами, в отличие от варианта осуществления по фиг. 2 поверхность 168 является отдельным компонентом от биметаллического элемента 176 . Поверхность , 168, может быть пластиной, лопаткой или любой другой поверхностью. В одном варианте осуществления биметаллический элемент , 176, прикреплен или, по меньшей мере, находится в контакте с аккумуляторным элементом 64 A на первой стороне канала 174 , а поверхность 168 прикреплена или, по меньшей мере, в контакте с аккумуляторный элемент 64 B, расположенный на второй стороне канала 174 .

Биметаллический элемент 176 приспособлен для перемещения поверхности 168 для изменения размера, связанного с каналом 174 , который проходит между соседними аккумуляторными элементами 64 A, 64 B. первое положение X, в котором аккумуляторные элементы 64 A, 64 B относительно холодны (см. фиг. 6A), биметаллический элемент 176 находится во втянутом состоянии, так что часть поверхности 168 перемещается от аккумуляторного элемента 64 B, чтобы ограничить канал 174 размером D- 1 .Во втором положении X ‘, в котором аккумуляторные элементы 64 A, 64 B относительно теплые (см. Фиг. 6B), биметаллический элемент 176 поглощает тепло от аккумуляторного элемента 64 A и расширяется для перемещения поверхность , 168, обратно к аккумуляторному элементу 64 B, тем самым открывая канал 174 до размера D- 2 . В одном варианте осуществления размер D- 2 больше размера D- 1 , так что дополнительная охлаждающая жидкость C подается через канал 174 для охлаждения аккумуляторных элементов 64 A, 64 B.

РИС. 7 иллюстрирует примерный биметаллический элемент , 176, , который может использоваться с системой управления температурой , 166, по фиг. 6А и 6Б. В этом варианте осуществления биметаллический элемент , 176, представляет собой биметаллическую катушку. Биметаллический змеевик может разматываться при нагревании (см. Фиг. 6B) и возвращаться в исходное положение, когда он не нагревается (см. Фиг. 6A). Конечно, также рассматривается противоположная конфигурация, в которой биметаллический элемент , 176, закручивается в спираль при нагревании и разматывается при охлаждении.

РИС. 8A и 8B проиллюстрирована другая примерная система 266 управления температурой аккумуляторной батареи. Система , 266, управления температурой аккумулятора аналогична системе 166 управления температурой аккумулятора по фиг. 6A и 6B, но включает в себя рычаг 278 . Например, в одном неограничивающем варианте осуществления система 266 управления тепловым режимом аккумуляторной батареи включает в себя биметаллический элемент 276 , поверхность 268 и рычаг 278 управления.Рычаг 278 управления проходит между биметаллическим элементом 276 и поверхностью 268 . В одном варианте осуществления первая сторона рычага 278 управления соединена с биметаллическим элементом 276 , а вторая сторона рычага 278 управления соединена с поверхностью 268 . Соответственно, движение биметаллического элемента 276 передается на поверхность 268 через управляющий рычаг 278 для расширения или ограничения канала 274 .

В одном варианте осуществления поверхность 268 и рычаг 278 управления выполнены из одного и того же материала. Подходящие материалы включают полимеры и металлы, включая, помимо прочего, полипропилен, полибутилен, терефталат, алюминий, сталь и другие материалы.

Хотя различные неограничивающие варианты осуществления показаны как имеющие определенные компоненты или этапы, варианты осуществления этого раскрытия не ограничиваются этими конкретными комбинациями. Можно использовать некоторые из компонентов или функций из любого из неограничивающих вариантов осуществления в сочетании с функциями или компонентами из любого из других неограничивающих вариантов осуществления.

Следует понимать, что одинаковые ссылочные позиции обозначают соответствующие или аналогичные элементы на нескольких чертежах. Следует понимать, что хотя конкретная компоновка компонентов раскрыта и проиллюстрирована в этих примерных вариантах осуществления, другие компоновки также могут извлечь выгоду из идей этого раскрытия.

Вышеприведенное описание следует интерпретировать как иллюстративное, а не в каком-либо ограничивающем смысле. Специалист в данной области техники поймет, что определенные модификации могут входить в объем этого раскрытия.По этим причинам нижеследующая формула изобретения должна быть изучена, чтобы определить истинный объем и содержание этого раскрытия.

Типы датчиков температуры для измерения температуры

Эти типы датчиков температуры варьируются от простых термостатических устройств ВКЛ / ВЫКЛ, которые управляют системой нагрева воды для бытового потребления, до высокочувствительных типов полупроводников, которые могут управлять сложными установками управления технологическим процессом.

Мы помним из школьных уроков естествознания, что движение молекул и атомов производит тепло (кинетическую энергию), и чем сильнее движение, тем больше тепла выделяется.Датчики температуры измеряют количество тепловой энергии или даже холода, которое генерируется объектом или системой, позволяя нам «ощущать» или обнаруживать любое физическое изменение этой температуры, производя либо аналоговый, либо цифровой выходной сигнал.

Существует много различных типов датчиков температуры , и все они имеют разные характеристики в зависимости от их фактического применения. Датчик температуры состоит из двух основных физических типов:

• Типы контактных датчиков температуры — Эти типы датчиков температуры должны находиться в физическом контакте с обнаруживаемым объектом и использовать теплопроводность для отслеживания изменений температуры.Их можно использовать для обнаружения твердых тел, жидкостей или газов в широком диапазоне температур.
Типы бесконтактных датчиков температуры
• — эти типы датчиков температуры используют конвекцию и излучение для отслеживания изменений температуры. Их можно использовать для обнаружения жидкостей и газов, которые излучают лучистую энергию, когда тепло поднимается, а холод оседает на дно в конвекционных потоках, или для обнаружения лучистой энергии, передаваемой от объекта в виде инфракрасного излучения (солнца).

Два основных типа контактных или даже бесконтактных датчиков температуры также можно подразделить на следующие три группы датчиков: электромеханический , резистивный и электронный , и все три типа обсуждаются ниже.

Термостат

Термостат представляет собой электромеханический датчик или переключатель температуры контактного типа, который в основном состоит из двух разных металлов, таких как никель, медь, вольфрам или алюминий и т. Д., Которые соединены вместе, образуя биметаллическую полосу . Различная скорость линейного расширения двух разнородных металлов вызывает механическое изгибающее движение, когда полоса подвергается нагреву.

Биметаллическая полоса может использоваться сама по себе в качестве электрического переключателя или как механический способ управления электрическим переключателем в термостатических регуляторах и широко используется для управления нагревательными элементами горячей воды в котлах, печах, резервуарах для хранения горячей воды, а также в системы охлаждения радиаторов автомобилей.

Биметаллический термостат

Термостат состоит из двух термически различных металлов, склеенных спиной друг к другу. Когда холодно, контакты замкнуты и ток проходит через термостат. Когда он нагревается, один металл расширяется больше, чем другой, и связанная биметаллическая полоса изгибается вверх (или вниз), открывая контакты, предотвращая протекание тока.

Термостат включения / выключения

Существует два основных типа биметаллических лент, основанных главным образом на их движении при изменении температуры.Существуют типы «мгновенного действия», которые производят мгновенное действие типа «ВКЛ / ВЫКЛ» или «ВЫКЛ / ВКЛ» на электрические контакты при заданной температуре, и более медленные типы «медленного действия», которые постепенно изменяют свое положение. при изменении температуры.

Термостаты мгновенного действия обычно используются в наших домах для управления заданной температурой духовок, утюгов, погружных баков с горячей водой, а также их можно найти на стенах для управления системой отопления дома.

обычно состоят из биметаллической катушки или спирали, которая медленно разматывается или сворачивается при изменении температуры.Как правило, биметаллические ленты ползучего типа более чувствительны к изменениям температуры, чем стандартные защелкивающиеся типы ВКЛ / ВЫКЛ, поскольку полоса длиннее и тоньше, что делает их идеальными для использования в датчиках температуры, циферблатах и ​​т. Д.

Несмотря на то, что они очень дешевы и доступны в широком рабочем диапазоне, одним из основных недостатков стандартных термостатов мгновенного действия при использовании в качестве датчика температуры является то, что они имеют большой диапазон гистерезиса от момента размыкания электрических контактов до момента их повторного замыкания. .Например, он может быть установлен на 20 ^o ° C, но может не открываться до 22 ^o ° C или снова закрываться до 18 ^o ° C

Значит, диапазон колебаний температуры может быть довольно большим. Имеющиеся в продаже биметаллические термостаты для домашнего использования действительно имеют винты регулировки температуры, которые позволяют более точно задавать желаемую заданную температуру и уровень гистерезиса.

Термистор

Термистор — это еще один тип датчика температуры, название которого представляет собой комбинацию слов THERM-allly sensitive res-ISTOR.Термистор — это особый тип резистора, который меняет свое физическое сопротивление при изменении температуры.

Термистор

обычно изготавливаются из керамических материалов, таких как оксиды никеля, марганца или кобальта, покрытые стеклом, что делает их легко повреждаемыми. Их главное преимущество перед типами мгновенного действия — это скорость реакции на любые изменения температуры, точность и повторяемость.

Большинство типов термисторов имеют отрицательный температурный коэффициент , сопротивления или (NTC) , то есть их значение сопротивления УМЕНЬШАЕТСЯ с повышением температуры, и, конечно, есть некоторые, которые имеют положительный температурный коэффициент , ( PTC) , в том смысле, что их сопротивление повышается с повышением температуры.

изготовлены из полупроводникового материала керамического типа с использованием технологии оксидов металлов, таких как марганец, кобальт, никель и т. Д. Полупроводниковый материал обычно формируется в виде небольших прессованных дисков или шариков, которые герметично закрываются для относительно быстрой реакции на любые изменения в температура.

имеют номинальное сопротивление при комнатной температуре (обычно 25 ^o ° C), постоянную времени (время реакции на изменение температуры) и номинальную мощность по отношению к току, протекающему через них.Как и резисторы, термисторы доступны со значениями сопротивления при комнатной температуре от 10 МОм до нескольких Ом, но для целей измерения обычно используются такие типы со значениями в килоомах.

— это пассивные резистивные устройства, что означает, что нам нужно пропустить через них ток, чтобы получить измеримое выходное напряжение. Затем термисторы обычно подключаются последовательно с подходящим резистором смещения, чтобы сформировать сеть делителя потенциала, и выбор резистора дает выходное напряжение в некоторой заранее определенной точке или значении температуры, например:

Датчики температуры Пример №1

Следующий термистор имеет значение сопротивления 10 кОм при 25 ^o C и значение сопротивления 100 Ом при 100 ^o C.Рассчитайте падение напряжения на термисторе и, следовательно, его выходное напряжение (Vout) для обеих температур при последовательном подключении с резистором 1 кОм к источнику питания 12 В.

При 25 ^o C

При 100 ^o C

Путем изменения значения постоянного резистора R2 (в нашем примере 1 кОм) на потенциометр или предустановку, выходное напряжение может быть получено при заранее определенной заданной температуре, например, выходное напряжение 5 В при 60 ^o C и путем изменения потенциометра a конкретный уровень выходного напряжения может быть получен в более широком диапазоне температур.

Следует отметить, однако, что термисторы являются нелинейными устройствами, и их стандартные значения сопротивления при комнатной температуре различаются между разными термисторами, что в основном связано с полупроводниковыми материалами, из которых они изготовлены. Термистор имеет экспоненциальное изменение температуры и, следовательно, имеет бета-температурную постоянную (β), которую можно использовать для расчета его сопротивления для любой заданной температурной точки.

Однако при использовании с последовательным резистором, например, в сети делителя напряжения или в схеме типа моста Уитстона, ток, получаемый в ответ на напряжение, приложенное к сети делителя / моста, линейно зависит от температуры.Затем выходное напряжение на резисторе становится линейным с температурой.

резистивные датчики температуры (RTD).

Другой тип электрического датчика температуры сопротивления — это датчик температуры сопротивления или RTD . RTD — это прецизионные датчики температуры, изготовленные из проводящих металлов высокой чистоты, таких как платина, медь или никель, намотанных в катушку, электрическое сопротивление которых изменяется в зависимости от температуры, подобно сопротивлению термистора.Также доступны тонкопленочные RTD. В этих устройствах тонкая пленка платиновой пасты нанесена на белую керамическую подложку.

А резистивный резистивный датчик температуры

Резистивные датчики температуры имеют положительный температурный коэффициент (PTC), но, в отличие от термистора, их выход чрезвычайно линейный, что позволяет очень точно измерять температуру.

Однако они имеют очень низкую тепловую чувствительность, то есть изменение температуры приводит только к очень небольшому изменению выходной мощности, например, 1Ω / ^o C.

Наиболее распространенные типы RTD изготавливаются из платины и называются платиновым термометром сопротивления или PRT , причем наиболее распространенным из них является датчик Pt100, который имеет стандартное значение сопротивления 100 Ом при 0 ^o C. Обратной стороной является то, что Platinum стоит дорого, и одним из основных недостатков этого типа устройств является его стоимость.

Подобно термистору, RTD являются пассивными резистивными устройствами, и, пропуская постоянный ток через датчик температуры, можно получить выходное напряжение, которое линейно увеличивается с температурой.Типичный RTD имеет базовое сопротивление около 100 Ом при 0 ^o C, увеличиваясь до 140 Ом при 100 ^o C с диапазоном рабочих температур от -200 до +600 ^o C.

Поскольку RTD является резистивным устройством, нам нужно пропустить через них ток и контролировать результирующее напряжение. Однако любое изменение сопротивления из-за собственного нагрева резистивных проводов при протекании через них тока I ² R (закон Ома) вызывает ошибку в показаниях. Чтобы избежать этого, RTD обычно подключается к сети моста Уитстона, которая имеет дополнительные соединительные провода для компенсации выводов и / или подключения к источнику постоянного тока.

Термопара

Термопара на сегодняшний день является наиболее часто используемым типом датчиков температуры всех типов. Термопары популярны благодаря своей простоте, простоте использования и скорости реакции на изменения температуры, в основном из-за своего небольшого размера. Термопары также имеют самый широкий температурный диапазон среди всех датчиков температуры от -200 ^o C до более 2000 ^o C.

Термопары — это термоэлектрические датчики, которые в основном состоят из двух соединений разнородных металлов, таких как медь и константан, которые сварены или обжаты вместе.Один спай поддерживается при постоянной температуре, называемой эталонным (холодным) спаем, а другой — измерительным (горячим) спаем. Когда два перехода находятся при разных температурах, на переходе возникает напряжение, которое используется для измерения датчика температуры, как показано ниже.

Конструкция термопары

Принцип работы термопары очень прост и прост. При соединении вместе соединение двух разнородных металлов, таких как медь и константан, создает «термоэлектрический» эффект, который дает постоянную разность потенциалов всего в несколько милливольт (мВ) между ними.Разность напряжений между двумя переходами называется «эффектом Зеебека», поскольку вдоль проводящих проводов создается градиент температуры, создающий ЭДС. Тогда выходное напряжение термопары зависит от изменений температуры.

Если оба перехода имеют одинаковую температуру, разность потенциалов на двух переходах равна нулю, другими словами, выходное напряжение отсутствует, так как V ₁ = V ₂ . Однако, когда переходы соединены в цепи и оба имеют разные температуры, выходное напряжение будет определяться по разнице температур между двумя переходами, V ₁ — V ₂ .Эта разница в напряжении будет увеличиваться с повышением температуры до тех пор, пока не будет достигнут уровень пикового напряжения на переходах, что определяется характеристиками двух используемых разнородных металлов.

могут быть изготовлены из различных материалов, что позволяет измерять экстремальные температуры от -200 ^o C до +2000 ^o C. Благодаря такому большому выбору материалов и температурного диапазона были разработаны международно признанные стандарты с цветовыми кодами термопар, которые позволяют пользователю выбрать правильный датчик термопары для конкретного применения.Британский цветовой код для стандартных термопар приведен ниже.

Цветовые коды термопар

Три наиболее распространенных материала термопар, используемых выше для общего измерения температуры: железо-константан (тип J), медь-константан (тип T) и никель-хром (тип K). Выходное напряжение термопары очень мало, всего несколько милливольт (мВ) для изменения разности температур 10 ^o ° C, и из-за этого небольшого выходного напряжения обычно требуется некоторая форма усиления.

Усилитель термопары

Тип усилителя, дискретный или в форме операционного усилителя, должен быть тщательно выбран, поскольку требуется хорошая стабильность дрейфа для предотвращения повторной калибровки термопары через частые промежутки времени. Это делает усилитель с прерывателем и измерительной аппаратурой предпочтительным для большинства приложений измерения температуры.

Прочие датчики температуры Типы , не упомянутые здесь, включают датчики полупроводникового перехода, датчики инфракрасного и теплового излучения, медицинские термометры, индикаторы и чернила или красители, меняющие цвет.

В этом руководстве о типах датчиков температуры мы рассмотрели несколько примеров датчиков, которые можно использовать для измерения изменений температуры. В следующем уроке мы рассмотрим датчики, которые используются для измерения количества света, такие как фотодиоды, фототранзисторы, фотоэлектрические элементы и светозависимый резистор.

Наноструктура селенидов на основе никеля в качестве катодных материалов для гибридных батарей-суперконденсаторов

Front Chem.2020; 8: 611032.

Институт электрооптики Хуачжун, Уханьская национальная лаборатория оптоэлектроники, Ухань, Китай,

Сюй Чен, Институт исследования твердого тела им. Макса Планка, Германия

Эта статья была отправлена ​​в раздел «Электрохимия» журнала Frontiers in Chemistry

Поступила в редакцию 28 сентября 2020 г .; Принято 17 декабря 2020 г.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License (CC BY).Использование, распространение или воспроизведение на других форумах разрешено при условии указания автора (авторов) и правообладателя (ов) и ссылки на оригинальную публикацию в этом журнале в соответствии с принятой академической практикой. Запрещается использование, распространение или воспроизведение без соблюдения этих условий.

Abstract

Суперконденсаторы (SC) привлекли много внимания и уже стали частью некоторых мощных устройств, таких как электромобили Tesla, из-за их более высокой плотности мощности.Среди всех типов устройств накопления электроэнергии аккумуляторные суперконденсаторы являются наиболее многообещающими благодаря превосходным эксплуатационным характеристикам, включая короткое время зарядки, высокую плотность мощности, безопасность, простоту изготовления и длительный срок службы. СЭ обычно состоит из двух основных компонентов: электродных материалов и электролита. Выбор подходящих электродных материалов с рациональной наноструктурной конструкцией привел к улучшенным электрохимическим свойствам для достижения высоких характеристик и снизил стоимость SC.В этом обзоре в основном рассматриваются наноструктурированные селениды на основе никеля, которые применяются в качестве высокоэффективных катодных материалов для СЭ. Различные материалы на основе селенидов на основе никеля выделены в различные категории, такие как биметаллические халькогениды на основе никеля и кобальта и селениды на основе никеля-M. Также мы упомянули модификацию материала для этого типа материала. Наконец, также обсуждаются стратегия проектирования и будущие улучшения селенидов на основе никеля для применения в SC.

Ключевые слова: модификация материала , катодные материалы, батареи-суперконденсаторы, селениды на основе никеля, углеродная подложка

Введение

Быстрый рост мировой экономики приводит к чрезмерной эксплуатации и чрезмерному потреблению первичной энергии, что указывает на все более серьезное загрязнение окружающей среды. Следовательно, разработка возобновляемых источников чистой энергии чрезвычайно актуальна, и разработка эффективных и безопасных устройств хранения энергии очень важна.Суперконденсатор (SC) имеет больше преимуществ по сравнению с вторичными батареями и традиционными конденсаторами, включая высокую плотность мощности, быстрый процесс зарядки и разрядки, превосходную стабильность цикла, быструю динамическую реакцию, более длительный срок службы, чем у обычных батарей, а также низкую стоимость, экологичность и безопасность. Следовательно, учитывая все преимущества SC, он вызвал широкое беспокойство среди исследователей. Основными частями SC являются материал положительного электрода, материал отрицательного электрода, электролит и сепаратор.SC имеет высокую удельную мощность, но его плотность энергии имеет определенный разрыв по сравнению с вторичными батареями (такими как литий-ионные батареи, ионно-натриевые батареи и т. Д.). Поскольку батареи обладают высокой плотностью энергии, если объединить преимущества батарей и SC — электродные материалы аккумуляторного типа и материалы емкостных электродов асимметрично упакованы в гибридный SC — неотъемлемые преимущества различных типов материалов будут полностью реализованы, что может дополнительно улучшить емкость и плотность энергии гибридного устройства.

Hybrid SC, также известный как Battery-SC Hybrid Devices (BSHs) (Winter and Brodd, 2004), (Zuo et al., 2017), используют материалы емкостных электродов в качестве «источника питания» устройства и учитывают аккумуляторы: тип электродных материалов в качестве «источника энергии» устройства (). Синергетическое сотрудничество этих двух материалов обеспечивает возможность быстрой передачи заряда двухслойного электрического материала и превосходную емкостную способность материала аккумуляторного типа (SIMON and GOGOTSI, 2008). В качестве материала псевдоконденсатора Фарадея или электрода батареи соединения металлов обладают превосходными электрохимическими свойствами.Еще в 1971 году С. Тразатти и Баззанк провели исследование электрохимических свойств RuO ₂ и обнаружили, что RuO ₂ обладает преимуществами высокой плотности энергии и удельной мощности. Тем не менее, это оксид благородного металла с такими недостатками, как токсичность, что ограничивает его коммерческое использование. В последние годы исследования показали, что соединения на основе никеля обладают превосходными свойствами (например, оксид никеля, гидроксид никеля, селенид никеля и т. Д.), Что может заменить RuO ₂ и заслуживает более глубокого исследования.

Базовая структура гибридных батарей-суперконденсаторов.

Суперконденсаторы накапливают электрическую энергию за счет окислительно-восстановительной реакции между электролитом и активным материалом. Они намного больше, чем емкость двойного слоя углеродных материалов, поэтому они стали горячей темой для исследований. Из-за высокой стоимости драгоценных металлов и нехватки ресурсов в центре внимания исследований оказались оксиды переходных металлов с хорошей экономической эффективностью, такие как диоксид марганца, оксид железа, оксид кобальта, оксид никеля, оксид олова и т. Д.Помимо низкой стоимости, эти материалы не загрязняют окружающую среду и обладают отличной удельной емкостью по нейтральным и щелочным электролитам. Однако их циклическая стабильность не так хороша, как у оксидов благородных металлов и углеродных материалов. Следовательно, оксиды переходных металлов постепенно смешиваются с углеродными материалами или различными оксидами переходных металлов. Результаты исследований показывают, что эти методы могут эффективно улучшить электрохимические характеристики оксидов металлов.

Kolathodi et al.(2015) выбрали метод гель-растворителя для получения нановолокон NiO. Затем нановолокна использовались в качестве электродов аккумуляторного типа и были собраны с электродами из активированного угля для изготовления гибридных SC, которые превосходны по производительности и имеют высокую плотность энергии, достигающую 43,75 Вт / кг. Ge et al. (2012) приготовили композитные электроды графен / NiO с трехмерной структурой гидротермальным методом, и полученный материал имел значение емкости 346 Ф / г. Лу и др. (2011) нанесли ультратонкие нанолисты Ni (OH) ₂ на пеноникель гидротермальным методом.Композитный материал показал емкость 2675 Ф / г. Кроме того, после 500 циклов при 30 мА / см ² степень ослабления составляла менее 4%. Ян и др. (2008) использовали электроосаждение для получения Ni (OH) ₂ с H-размерной пористой структурой на вспененном никеле. Его пропускная способность достигала 3152 Ф / г при 4 А / г. Используя метод химического осаждения из ванны, Yan et al. (2013) синтезировали полую сферу из пористого оксида никеля толщиной 10 нм, емкость которой все еще составляла 346 Ф / г после 2000 циклов при 1 А / г.Все вышеприведенные отчеты показывают, что оксид никеля / гидроксид никеля в качестве электродного материала для СЭ имеет высокую теоретическую удельную емкость и превосходные емкостные характеристики. Однако в качестве материала полупроводникового электрода p-типа оксид никеля / гидроксид никеля также имеет недостаток в виде плохой электропроводности. Например, явление поляризации материала является серьезным, производительность по скорости низкая, а срок службы короток в условиях заряда и разряда с высокой плотностью тока.

Поскольку селен, сера и кислород принадлежат к одной и той же основной группе элементов, селенид имеет химические свойства, аналогичные сульфидам и оксидам, и имеет более сильные металлические свойства. Подобно оксидам, селениды переходных металлов привлекают все большее внимание из-за их высокой теоретической удельной емкости, низкой стоимости, богатого содержания корки и простоты производства (). Например, Ван (Tian et al., 2017) использовал гидротермальный метод с одним резервуаром для синтеза массивов наностержней NiSe на пене никеля, которая имеет сверхвысокую удельную емкость 6.81 Ф / см ² и отличная стабильность цикла при плотности тока 5 мА / см ² . Meng et al. (2019) разработали разумный одноступенчатый гидротермальный метод для получения наноструктурированного NiSe ₂ пирамидальной формы. Kirubasankar et al. (2018) получили материалы наночастиц NiSe с превосходной консистенцией на графеновых нанолистах с помощью гидротермального метода in-situ . Следовательно, селенид на основе никеля можно рассматривать как перспективный электродный материал в СК.

Иллюстрация ключевых показателей производительности, влияющих факторов при оценке SC, где показано, что селениды на основе никеля играют важную роль в разработке высокопроизводительных суперконденсаторов.

Синтез селенидных наноструктур на основе никеля — это обширная область, в которой сочетаются традиционные физические и химические методы и множество новых методов. Хотя этапы синтеза охватывают широкий диапазон, в целом основные направления управления можно разделить на следующие две категории.

1. (1) Контроль размера, состава и морфологии нанокластеров, включая аэрозоли, порошки, полупроводниковые квантовые точки и другие нанокомпоненты.

2. (2) Управляйте границей раздела и распределением каждого нанокомпонента в композитном материале. Эти два аспекта неразделимы. Однако очень важно понимать, как контролировать процессы зарождения и роста элементов наноструктуры в течение всего процесса синтеза и сборки.

Существуют проблемы, такие как сложные методы синтеза и сложные этапы подготовки, в процессе исследования селенида никеля в качестве материала SC-электродов.В последние годы после непрерывных исследований научными исследователями был достигнут значительный прогресс в исследованиях селенида никеля в качестве электродного материала для СК (). Тан и др. (2015) использовали одностадийный гидротермальный метод для выращивания нанопроволок NiSe в качестве электродных материалов на поверхности вспененной никелевой подложки. Результаты показали, что при плотности тока 5 А / г максимальная удельная емкость электрода NiSe могла достигать 1790 Ф / г, а удельная емкость составляла 5.01 Ф / см ² . Арул (Arul and Han, 2016) использовал гидротермальный метод для приготовления электродного материала Nize ₂ с двумерной гексагональной структурой. При плотности тока 1 мА / см ² значение емкости составляет 75 Ф / г. А после 5000 циклов емкость уменьшается только на 6% по сравнению с начальным значением, что означает, что электродный материал NiSe ₂ является своего рода электродным материалом с высокой емкостью и стабильным циклом. Wang et al. (2017) получили короткую кубическую структуру монокристалла NiSe ₂ гидротермальным методом и провели углубленное исследование его электрохимических характеристик.С постоянным углублением исследований направление изменилось на изучение простого метода получения и превосходных электрохимических характеристик селенида никеля в качестве электродного материала СК, что проливает некоторый свет на разработку высокоэффективных гибридных СК.

Селениды на основе никеля в качестве катодных материалов для СК.

Из-за множества структур и типов селенидов на основе никеля, в последние годы методы оптимизации для увеличения плотности энергии SC привлекли большое внимание.Однако в настоящее время нет полного обзора селенидов на основе никеля. Следовательно, в этой статье будут обобщены методы получения селенида на основе никеля, катодных материалов на основе селенида никеля (селенид никеля, биметаллический селенид на основе никеля) и пути оптимизации рабочих характеристик селенида на основе никеля.

Методы

В настоящее время существует два основных метода изготовления SC-электродов на основе никеля: гидротермальный метод / метод термического растворителя и метод термического разложения / метод термической обработки (двухступенчатый метод).

Гидротермальный метод

С 1960 года гидротермальный метод широко используется для синтеза различных наноматериалов определенного размера и морфологии. Конкретный метод выглядит следующим образом (). Затем в гидротермальной реакционной системе вода в качестве реакционной среды растворяет неорганические соли и герметично закрывается в реакторе с подложкой из политетрафторэтилена для участия в реакции. Температура реакции обычно выше 100 ° C, что способствует возникновению аутогенного давления, создаваемого замкнутой системой, для достижения состояния высокого давления.Повышение температуры реакции вызывает соответствующие изменения свойств воды: 1) давление пара увеличивается; 2) поверхностное натяжение уменьшается; 3) плотность падает; 4) снижается вязкость; 5) ионный продукт увеличивается (Gao et al., 2013). Кроме того, константа диссоциации воды увеличивается с повышением температуры, что увеличивает скорость гидротермальной реакции.

принципиальная схема типичного механизма гидротермального метода.

В настоящее время этим методом было получено множество селенидов на основе никеля различных размеров и морфологии.Например, Du et al. (2017) вырастили сотовую ультратонкую структуру нанолиста NiSe на поверхности вспененной никелевой подложки с помощью типичного одностадийного гидротермального метода в качестве электродного материала. Листовая структура служит электродным материалом. Картикеян и др. (2014) смешанный Ni (NO ₃ ) ₂ · 6H ₂ O, CH ₄ NS и EDTA в различных пропорциях для получения иерархических сферических NiS, NiS ₂ , Ni ₁₇ S ₁₈ , Ni ₃ S ₄ и другие соединения.При образовании соединений Nise ₂ протекают основные реакции:

SeO2 + HOCh3Ch3OCh3Ch3OH → Se + OHCCh3OCh3CHO + 2h3O

(1)

3Se + 6OH- → 2Se2- + SeO432 9- + 3h )

Анализ экспериментальных явлений и результатов показывает, что конечная морфология соединения NiSe ₂ обычно дендритная или октаэдрическая при условии более длительного времени реакции или более высокой температуры реакции. Таким образом, механизм роста соединения NiSe ₂ можно описать в.Во время образования соединения NiSe ₂ , SeO ₂ восстанавливается с образованием Se ^2-, Se ^2- и Se дает Se ₂ ^2-, и, наконец, получается NiSe ₂ . Добавить к раствору деионизированный водный раствор NaOH. Когда NaOH полностью смешан с NiCl ₂ • 6H ₂ O и SeO ₂ , NaOH может ускорить скорость восстановления DEG SeO ₂ , тем самым ускоряя синтез соединений NiSe ₂ .В ходе этого процесса создаются образцы более правильной формы и меньшего размера.

Meng et al. (2019) разработали разумный одноступенчатый гидротермальный метод для получения наноструктурированного NiSe ₂ пирамидальной формы. Кроме того, Kirubasankar et al. (2018) использовали одностадийный гидротермальный метод для выращивания нанокомпозитного электрода NiSe in situ на графене. Ye et al. (2018) синтезировали самонесущую структуру массива нанолистов Ni _0,85 Se на ткани из углеродного волокна с помощью прямого и щадящего гидротермального метода.

Что касается метода горячего растворителя, Gu et al. (2019) использовали гидротермальный метод для получения прекурсора Ni (OH) ₂ , а затем выбрали метод горячего растворителя для проведения реакции спленизации, чтобы приготовить наночастицу NiSe ₂ , украшенную легированным азотом восстановленным оксидом графена.

Согласно приведенной выше литературе, гидротермальный метод занимает значительную долю в получении и синтезе материалов на основе соединений на основе никеля. В целом, гидротермальный метод / метод горячего растворителя имеет следующие характеристики:

1. (1) В условиях гидротермального и термического синтеза растворителей эффективность реакции и эффективность активации реагентов улучшаются, и продукты, которые трудно получить с помощью могут быть синтезированы твердофазные реакции.Кроме того, выведен ряд новых методов синтеза;

2. (2) Гидротермальный метод и метод горячего растворителя имеют низкую температуру реакции, равномерное распределение давления и состояние потока жидкости, что способствует росту кристаллов с меньшим количеством дефектов, хорошей ориентацией, чистой фазой, регулярной морфологией, высокая кристалличность и узкий гранулометрический состав;

3. (3) Гидротермальные и термические методы растворителей могут способствовать синтезу промежуточных, метастабильных и специальных фазовых продуктов, что способствует применению гидротермальных и термических методов растворителя для синтеза и использования некоторых специальных метастабильных структур и конденсированных продуктов. в;

4. (4) Условия синтеза гидротермального метода и метода горячего растворителя легко регулируются, что очень полезно для синтеза низковалентных, промежуточных валентных и некоторых соединений особой валентности, а легирование является однородным. .

Термическое разложение

Метод синтеза термическим разложением, также известный как метод спекания, является популярным методом безинъекционного синтеза, который возник на основе метода окислительной обработки для получения наноматериалов оксида никеля в ранних исследованиях. Поскольку селенид легко окисляется на воздухе, сначала готовят подходящую наноструктуру на основе никеля, а затем нагревают и прокаливают в трубчатой ​​печи под защитой инертного газа или восстановительной атмосферы.Позиция делится на восходящую и нисходящую. Порошок селена помещают вверх по потоку, а предшественник реакции помещают ниже по потоку. Газифицированный порошок селена используется в качестве носителя для предшественника, находящегося ниже по потоку, для реакции, завершающей спленизацию электродного материала. Когда приемлемая наноструктура может быть получена, метод термического разложения / метод термической обработки чрезвычайно эффективен для получения нанокристаллических материалов селенидов металлов. Причина в том, что селенидный нанокристаллический материал может быть непосредственно разложен при определенной температуре, а затем селенизирован с образованием селенида переходного металла при сохранении некоторых структурных характеристик предшественника.Следовательно, это средство может регулировать размер и морфологию нанокристаллических материалов селенидов металлов путем изменения соотношения исходных реагентов (включая предшественники, лиганды и растворители), температуры реакции и времени реакции. К настоящему времени этим методом были синтезированы селениды металлов (содержащие биметаллические селениды на основе никеля) различной морфологии и размеров.

Hu et al. (2020) предложили экологически безопасный метод спленизации при термообработке: слоистый электродный материал в виде наночастиц / нанолиста селенида никель-кобальта был приготовлен путем контроля рекристаллизации образца во время процесса спленизации ().Материал электрода имеет удельную емкость 447 Кл / г при 1 А / г, и он все еще сохраняет 97% от исходного значения после 2000 циклов. Хуанг и др. (2020) впервые приготовили предшественник Ni-Co в форме цветка пиона с помощью специального метода восходящей реакции с горячим растворителем. После этого с помощью обычного метода термического разложения прекурсор и порошок селена помещали на оба конца кварцевой лодочки, а затем кварцевую лодочку переносили в трубчатую печь. Метод термического разложения использовали для проведения спленизации при 350 ° C в атмосфере азота для получения материала селенида Ni-Co со сферическими лепестками ().

принципиальная схема типичного метода синтеза термическим разложением.

Схематическое изображение образования НФ Co-Ni-Se.

Wang et al. (2016) первые селенизированные нанолисты Ni (OH) ₂ , покрытые материалами из углеродного волокна с помощью термического спленизации в атмосфере аргона в кварцевой трубке, и получили наноструктурированные электроды с электрическими свойствами, намного превосходящими обычные материалы из углеродного волокна. Впоследствии была изучена взаимосвязь между температурой реакции и размером наночастиц, полученных в результате реакции, и был сделан вывод, что в этом методе термообработки с увеличением температуры размер наночастиц, полученных в результате реакции, постепенно уменьшался.Wu et al. (2017) впервые синтезировали предшественник углеродного волокна, покрытого наноструктурами Ni-Co, традиционным гидротермальным методом при 120 ° C в течение 12 часов (). Затем соединение и порошок селена помещали в два конца тигля и помещали в вакуумную кварцевую трубку для термообработки при 550 ° C.

Схематическое изображение получения биметаллических селенидов с покрытием С, закрепленных на УНВ.

Nguyen et al. (2019) последовательно синтезировали предшественники слоистых двойных гидроксидов Ni _x V _{3 − x} и Ni _x Fe _{3 − x} традиционным гидротермальным методом ().Затем используется термообработка для выполнения спленизации при 120 ° C для получения электродных материалов Ni _x V _{3 − x} Se ₄ и Ni _x Fe _{3 − x} Se ₄ . Гибкий SC, собранный из этих двух материалов, имеет плотность энергии 73,5 Втч / кг при плотности мощности 0,733 кВт / кг, и он все еще сохраняет 96,6% начальной емкости после 10 000 циклов.

Схематическое изображение для проектирования и изготовления иерархических наноструктур Ni _x V _{3 − x} Se ₄ и Ni _x Fe _{3 − x} Se ₄ для твердотельных ASC.

Катодные материалы на основе селенидов на основе никеля

С момента открытия эффекта накопления энергии псевдоемкости различные оксиды металлов, проводящие полимеры и композитные электродные материалы с углеродными материалами всегда были в центре внимания исследователей SC. В последние годы селенид на основе никеля постепенно привлекает внимание исследователей в качестве электродного материала СК. Селен, элемент переходного металла той же основной группы, что и сера и кислород, имеет химические свойства, аналогичные свойствам серы и кислорода.Более того, он обладает более сильными металлическими свойствами, чем сера и кислород. В результате селенид на основе никеля имеет более высокую теоретическую удельную емкость. Кроме того, он также отличается низкой стоимостью, богатым содержанием корки и удобством производства, поэтому в последние годы он привлекает к себе постоянное внимание. В течение последних 2 лет ему уделялось постоянное внимание. Кроме того, небольшая разница в электроотрицательности между ними, никель и селен могут образовывать большое количество соединений селенида никеля.Следовательно, состав и морфология являются ключами к разработке новых селенидных наноматериалов на основе никеля.

Наноструктуры могут обеспечить прямой путь и высокую удельную поверхность для переноса электронов, что будет способствовать проникновению электролита и максимальному использованию активных материалов. Как всем известно, химические свойства электродных материалов определяются электронами во внешнем слое атомов. По сравнению с кислородом или серой селен имеет более высокую металличность, больший радиус иона и меньшую энергию ионизации.Следовательно, селенид переходного металла имеет лучшую проводимость. Следовательно, искусственно созданный наноструктурированный селенид на основе никеля становится лучшим выбором для материалов SC-электродов.

Селенид никеля

Одним из актуальных направлений исследований для получения высокоэффективных электродных материалов с псевдоемкостной емкостью является изучение возможности применения селенида переходного металла в СК. Хотя селен, сера и кислород относятся к одной и той же основной группе, проводимость селенида переходного металла превышает проводимость оксида и сульфида переходного металла.Электропроводность сульфида и сульфида. Следовательно, СЭ на основе селенида переходного металла обладает высокой удельной емкостью и выдающимися электрохимическими характеристиками. Как член селенида переходного металла, селенид никеля может использоваться во многих областях, таких как электрохимический катализ, солнечные элементы и т. Д. Селенид никеля обладает хорошей проводимостью, множеством степеней окисления и высокой теоретической удельной емкостью, что делает его многообещающим. кандидат в электродные материалы псевдоемкости.В процессе изучения селенида никеля в качестве материалов SC-электродов возникают такие проблемы, как сложные синтетические методы и сложные этапы подготовки. В последние годы благодаря постоянным исследованиям, проводимым научными исследователями, в решении этих проблем были сделаны крупные прорывы.

Du et al. (2017) использовали простой одностадийный гидротермальный метод для выращивания сотовой ультратонкой структуры нанолиста NiSe в качестве электродного материала () на поверхности вспененной никелевой подложки с максимальной удельной емкостью при плотности тока 1 А. / г Достигнута 3105 Ф / г, в то время как удельная емкость по-прежнему составляет 1460 Ф / г при 10 А / г ^-1 .

Сотовидные массивы нанолистов из металлического селенида никеля в качестве электродов без связующего для высокопроизводительных гибридных асимметричных суперконденсаторов.

Kirubasankar et al. (2018) получили материал наночастиц NiSe с превосходной консистенцией на графеновых нанолистах с помощью гидротермального метода in-situ (). Электрод имеет максимальную удельную емкость 1280 Ф / г при плотности тока 1 А / г. После 2500 циклов затухание составляет всего 2% по сравнению с начальным значением.

Материал наночастиц NiSe с превосходной консистенцией.

Mei et al. (2020) разработали саморазлагающийся металлоорганический каркасный слой на основе никеля и приготовили нанокомпозит селенида никеля, модифицированный углеродом. При 2 А / г удельная емкость этого материала достигла 730 Кл / г. Туласи-Варма (Thulasi-Varma et al., 2020) сообщил об использовании химического осаждения из ванны для вертикального выращивания халькогенидных соединений никеля (кислорода, серы, селена) над слоем вспененного каркаса никеля ().После сравнения электрических свойств соединений можно было определить, что наноматериалы селенида никеля имеют гораздо лучшие электрохимические свойства, чем сульфид никеля и оксид никеля, и имеют емкость 2234,84 Ф / г при плотности тока 10 мА / см ² .

Схемы (A) метод самотемплейтинга и (B) метод анионообменной реакции.

Благодаря непрерывным экспериментальным исследованиям исследователи разработали множество катодных материалов из селенида никеля с превосходными характеристиками.Среди катодных материалов, о которых сообщалось, селенидные нанокомпозиты обладают преимуществами подходящего окна напряжения, более высокой теоретической емкости и стабильной работы цикла, что привлекает внимание исследователей. Тем не менее, в материале есть и дефекты. Например, поскольку цикл повторяется несколько раз, проводимость материала селенида никеля будет постепенно ухудшаться, и большое изменение объема может привести к агломерации исходной наноструктуры.В ответ на эту ситуацию, горячая точка исследования обратилась к тому, как разумно добавить другие компоненты, чтобы уменьшить увеличение объема; как дальше оптимизировать наноструктуру; как повысить скорость передачи электронов и обеспечить хорошие электрохимические характеристики материала в виде нанокомпозитных материалов.

Биметаллические халькогениды на основе никеля и кобальта

Биметаллические халькогениды на основе никеля и кобальта, являющиеся новым типом энергоаккумулятора, были тщательно изучены из-за их более низкой электроотрицательности, более высокой электропроводности и электрохимической активности.В настоящее время многие ученые использовали халькогениды на основе никеля и кобальта в качестве электродных материалов в СЭ, литий-ионных батареях, сенсибилизированных красителями солнечных элементах и ​​других областях. Как элемент той же основной группы, что и O и S, Se не только имеет такие же химические свойства, как O и S, но также имеет относительно более высокую металличность. Лучшие электронные характеристики помогут его применению в области накопления энергии. Следовательно, в последние годы применение селенида металла в материалах SC-электродов постепенно привлекает все больше внимания.Обладая богатой степенью окисления, селен, элемент переходного металла, имеет лучшую проводимость, чем S и O (Wang et al., 2013). Кроме того, поскольку увеличение количества компонентов электродного материала может в определенной степени снизить циклическую усталость селенида никеля, селениду никеля и кобальта в последние годы также уделялось значительное внимание в качестве электродных материалов.

Ян и др. (2019) приготовили слоистый наноструктурированный материал никель-кобальт-селен-углерод с высокой псевдоемкостью, построив бинарный металл-органический каркас, и применили его к литий-ионной батарее.После 30 циклов он все еще имеет емкость 2061 мА ч / г.

Song et al. (2018) синтезировали материал нанопроволоки () с трехмерной структурой, подобной морскому ежу, с помощью метода низкотемпературной спленизации, в котором соотношение в составе никеля, кобальта и селена составляет Ni _0,5 Co _0,5 Se ₂ . Электрод, приготовленный таким образом, имеет емкость 524 Кл / г при 1 А / г и все еще сохраняет 91% начальной емкости после 3500 циклов. СЭ, собранный с этим электродным материалом и восстановленным оксидом графена, имеет максимальную плотность энергии 37.5 Втч / кг, максимальная удельная мощность 22,2 кВт / кг и стабильность цикла более 10 000 раз.

Иерархическая полая, похожая на морского ежа и пористая Ni _0,5 Co _0,5 Se ₂ в качестве усовершенствованной батареи.

Лу и др. (2020) разработали слоистую структуру с монокристаллическими наностержнями NiSe в качестве сердцевины, а внешний слой использует пену никеля в качестве основы для выращивания сверхтонких нанолистов NiCo толщиной 2 нм для обертывания сердцевины (). После испытаний удельная емкость этого электродного материала достигла 1,131 мкАч / см ² при 5 мА / см ² .Максимальная плотность энергии КА, собранного с активированным углем, достигла 0,454 мВт / см ² , с максимальной плотностью мощности 80 мВт / см ² .

Монокристаллические наностержни NiCo LDH @ Nize толщиной 2 нм, выращенные на пене Ni в качестве интегрированного электрода.

Qu et al. (2020) использовали металлоорганический каркасный состав ZIF-7 в качестве каркасного слоя для получения биметаллического селенида NiSe ₂ / CoSe ₂ со структурой полого многогранника. Этот электродный материал имеет емкость 1668 Ф / г при 1 А / г; Собранный цельнотвердый КА имеет плотность энергии 38.5 Втч / кг при условии плотности мощности 802,1 Вт / кг ().

Металлоорганический каркасный компаунд ЗИФ-7 в качестве каркаса.

Селенид на основе никеля-М

Селенид на основе никеля может быть синтезирован со многими другими элементами в дополнение к бинарному селениду металла, синтезированному с кобальтовым компонентом в качестве электродного материала. В последние годы этому приложению также уделяется большое внимание.

Chen et al. (2017) использовали щадящий одностадийный гидротермальный метод для получения материалов на основе нанопроволок (Ni, Cu) Se ₂ с чрезвычайно высокой удельной поверхностью и отличной подвижностью ионов за счет рационального проектирования структуры и контроля времени роста материала.Асимметричный SC, который собран с этим материалом в качестве положительного электрода и материалом из восстановленного оксида графена в качестве отрицательного электрода, показал сверхвысокую плотность энергии 44,46 Вт / кг при условии плотности мощности 797,9 Вт / кг. После 4000 циклов SC все еще имеет 97,56% от начального значения.

DeepaLakshmi et al. (2019) Национального университета Чонбук синтезировал селенид никеля и олова (Sn _x Ni _1-x Se ₂ ; 0 < x <1) на ткани из углеродного волокна с помощью простого и экономичного двухэтапного гидротермальный метод.Материал имеет емкость 346 мАч / г при плотности тока 1,0 мА / см ² . Собранный цельнотвердый асимметричный гибкий СК имеет как чрезвычайно высокую удельную энергию, так и удельную мощность ().

Селенид никеля и олова (Sn _x Ni _1-x Se ₂ ; 0 < x <1) на углеродном волокне.

Ye et al. (2020a) выращивали материалы биметаллических селенидных наночастиц NiFe ₂ Se ₄ с превосходными электрическими свойствами на пене никеля путем электрохимического осаждения ().Этот электродный материал не только обладает характеристиками хорошей проводимости, низкой стоимости и экологичности, но также имеет высокую шероховатость и большую удельную поверхность. Этот материал также имеет высокую скорость миграции электронов. СК, собранный с активированным углем, достиг удельной энергии 45,6 Вт / кг при плотности мощности 800 Вт / кг. Более того, плотность энергии увеличилась до 101,4% от начального значения после 1000 циклов.

Электроосажденный NiFe ₂ Se ₄ на пеноникеле в качестве электрода без связующего для высокоэффективных асимметричных суперконденсаторов.

Модификация материала

В материаловедении хороший путь синтеза заключается в объединении других функциональных наноматериалов с целевыми материалами для получения композитных материалов с универсальностью или улучшенными характеристиками. В последние годы исследователи достигли некоторого прогресса в модификации металлических халькогенидных наноматериалов с помощью различных функциональных материалов (таких как углеродные материалы, благородные металлы, оксиды металлов и другие наноматериалы из металлических соединений селена и т. Д.). Основываясь на синергии этих материалов, композитные материалы, как правило, могут значительно улучшить характеристики самих наноматериалов на основе соединений металл-селен, что имеет практическое значение.

Халькогениды металлов обычно имеют схожие структуры и свойства. Модификация селенида серы металла в основном существует в виде гетероструктуры селенид серы металла-халькогенид металла. Для материалов положительных электродов СЭ существующие методы модификации в основном включают два типа: модификацию гетероструктуры и модификацию углеродной подложки.

Модификация гетероструктуры

Для применения СЭ разница электроотрицательностей селена и никеля мала.Следовательно, селен и никель могут образовывать комплексы с разной стехиометрией и иметь разную степень окисления, что позволяет применять эти материалы в системах хранения энергии. Тем не менее селенид никеля имеет короткий срок службы при использовании в качестве электрода. Следовательно, в последние годы некоторые ученые сосредоточили свое внимание на использовании селенида никеля и других веществ для формирования композитных материалов с целью получения производных свойств и использования их в качестве электродов в СЭ.

Ши и др. (2019) выращивали слой пористого чешуйчатого гидроксида никеля in situ на поверхности массива нанопроволок селенида никеля.Электрод, изготовленный из этого материала, имеет превосходную проводимость Ni ₃ Se ₂ и чрезвычайно высокую удельную емкость Ni (OH) ₂ , а электрод имеет электрическую емкость 281,5 мАч / г при 3 мА / см ² .

Ye et al. (2019) использовали двухэтапный метод спленизации и электрохимического осаждения для выращивания хлопкового слоя материала сульфида никеля () на наностержнях селенида никеля и получили более высокие характеристики удельной емкости, чем обычные электродные материалы из селенида никеля.SC, полученный путем сборки этого электродного материала и активированного угля, достигает плотности энергии 38,7 Вт / кг при плотности мощности 192 Вт / кг и все еще сохраняет 85,9% от исходного значения после 10 000 циклов.

Массивы NiSe с покрытием Ni3S2 в качестве положительного электрода.

Das et al. (2019) подготовили катодный материал из селенида никеля в виде цветка, выполнив реакцию спленизации на пористых оксидных материалах никеля. Кроме того, соединение WO ₃ @PPy было получено в качестве материала отрицательного электрода с помощью реакции окисления in-situ наностержней WO ₃ в присутствии пиррола.Оба электродных материала обладают лучшими электрохимическими свойствами. Цельнотвердый СК, собранный на основе этих двух материалов, имеет плотность энергии 37,3 Вт · кг ⁻¹ при условии плотности мощности 1249 Вт · кг ⁻¹ , и затухает только на 9% после 5000 циклов.

Юань и др. (2019) сначала использовали метод термоклея для выращивания вертикальных нанопроволок селенида никеля in situ на пене никеля, а затем применили гидротермальный метод для выращивания перекрещивающегося Co ₂ (CO ₃ ) (OH) ₂ вблизи нанопроволок селенида никеля ().Стремительный рост нанопроволок Co ₂ (CO ₃ ) (OH) ₂ не только предотвращает агломерацию нанопроволок селенида никеля, но также значительно улучшает электрические свойства всего материала. Материал конечного электрода NiSe @ Co ₂ (CO ₃ ) (OH) ₂ / NF имеет отличные емкостные характеристики. Он имеет удельную емкость 9,56 Фем ^-2 при плотности тока 4 мА / см ² , сохраняя при этом 68.1% от начального значения при увеличении плотности тока до 80 мА / см ² .

иерархические массивы гетерогенных нанопроволок NiSe @ Co2 (CO3) (OH) 2 на пене Ni.

Peng et al. (2017) синтезировали нанолистовой материал Ni _0,85 Se @ MoSe ₂ () на поверхности пены никеля мягким одностадийным гидротермальным методом без добавления каких-либо поверхностно-активных веществ. Этот вид гетерогенного интерфейсного материала не только эффективно предотвращает агломерацию нанолистов 2D MoSe ₂ , но также действует как ионный буферный слой для защиты электродов во время заряда и разряда.

Ni _0,85 Se @ MoSe ₂ массивов нанолистов в качестве электрода для высокопроизводительных суперконденсаторов.

Ye et al. (2020b) приготовили гибридные наноструктурированные материалы NiSe / ZnS на поверхности пены никеля путем совместного электроосаждения. Впоследствии было изучено влияние соотношения Zn и Ni на морфологию и электрические свойства материала в процессе приготовления. После определения оптимального соотношения приготовленный слоистый электродный материал NiSe / ZnSe имеет емкость 651.5 мАч ⁻¹ при плотности тока 1 Ag ⁻¹ . Исследователи считают, что эти превосходные электрические характеристики в основном обусловлены более богатыми окислительно-восстановительными возможностями электродов NiSe / ZnSe, более короткими расстояниями миграции ионов и более эффективными возможностями переноса заряда, чем у обычных электродных материалов из селенида никеля.

Углеродная подложка

В последние годы углеродные материалы привлекли большое внимание исследователей материалов SC-электродов из-за их различных преимуществ, таких как разнообразные структуры и формы (сам углерод является аллотропным материалом, пригодным для электрохимического накопления энергии), контролируемые размеры (его размеры могут быть увеличены от 0 до 3D), низкая стоимость и стабильные химические свойства (он стабилен в кислых и щелочных растворах), широкий температурный диапазон использования, большая удельная поверхность, контролируемая структура пор и размер пор, а также экологичность .Углеродные материалы разных размеров, разных форм или аллотропов широко используются в СЭ, а графеновые материалы находятся в центре внимания общественности. Графен — это усовершенствованный двумерный углеродный наноматериал, состоящий из атомов углерода, расположенных в гексагональной сетке. Он имеет множество преимуществ, таких как высокая теплопроводность, высокая подвижность электронов и большая удельная поверхность. Тем не менее, в процессе изготовления графена удельная поверхность легко уменьшается за счет укладки.Графен необходимо дополнительно активировать, чтобы они были разделены, а удельная поверхность активного материала была максимальной. Отжиг при высоких температурах может привести к отделению оксидов графена друг от друга. Синтез композиционных материалов восстановленный оксид графена / активированный уголь был осуществлен в один этап в последние годы. Удельная поверхность этого композитного материала после отжига почти в восемь раз больше, чем у исходного оксида графена. И его электрохимические характеристики были значительно улучшены.

Wang et al. (2019) уникально использовали химическое осаждение из паровой фазы (CVD) для выращивания слоя графена с трехмерной структурой с использованием метана в качестве источника углерода. Затем был использован двухступенчатый гидротермальный метод для выращивания биметаллического предшественника Ni-Co и завершения реакции спленизации (). Соотношение элементов Ni-Co в процессе было оптимизировано после сравнительного испытания. Конечный материал NiCo _2,1 Se _3,3 нанолистов / 3D-графен / вспененный никель показал отличную емкость 742.4 Ф / г при плотности тока 1 мА · см ⁻² . Между тем, когда плотность тока увеличивается в 10 раз, у него все еще есть емкость 471,78 Ф / г, а после 10 000 циклов она все еще имеет 83,8% от начальной емкости.

Схематическое изображение процесса приготовления электрода без связующего NiCo2.1Se3.3 NSs / 3D G / NF.

Gu et al. (2019) объединили гидротермальный метод и термоклей. Сначала гидротермальным методом был приготовлен прекурсор Ni (OH) ₂ , а затем смесь легированного азотом восстановленного оксида графена и селенида никеля была приготовлена ​​методом горячего плавления.Во время процесса приготовления обсуждалась взаимосвязь между дозировкой восстановленного оксида графена и характеристиками подготовленного электродного материала. Оптимизированный электродный материал имеет емкость 2451,4 Ф / г при плотности тока 1 А / г. SC, собранный из активированного угля и этого электродного материала, имеет емкость хранения энергии 40,5 Вт / кг при условии плотности энергии 841,5 Вт / кг.

Chen et al. (2020) приготовили плотно намотанный электродный материал NiSe на слое каркаса углеродных нанотрубок, похожий на джунгли, путем электроосаждения.Максимальный запас энергии КА, собранного из этого материала и графена, достигает 32 Втч / г, а максимальная удельная мощность составляет 823 Вт / г. В то же время данный электродный материал имеет определенные перспективы применения при электролизе воды.

Sitaaraman et al. (2020) приготовили серию нанокомпозитов селенида никеля гидротермальным методом, включая обычные гибридные материалы селенида никеля графена, гибридные материалы селенида никеля графена, легированные азотом, и смешанный материал селенида никеля графена, легированного бором.Впоследствии три материала были охарактеризованы морфологическими характеристиками, вольтамперометрией и другими испытаниями на электрические характеристики. Установлено, что легированный азотом материал селенида никеля графена обладает наилучшими электрическими свойствами. После обсуждения исследователи полагают, что легированный азотом графен имеет устойчивый синергетический эффект.

Помимо участия в синтезе SC-электродов в виде графена, двумерные карбонитриды переходных металлов (MXene) также являются методом применения углеродных материалов в SC-электродах.MXene обладает такими преимуществами, как хорошая гидрофильность, высокая химическая стабильность, регулируемое расстояние между слоями и высокая электронная проводимость, что обеспечивает более широкие перспективы его применения в области СЭ. В недавней работе исследовательская группа Цзяна (Jiang et al., 2019) новаторски представила наноматериалы MXene. Путем наматывания ультратонких нанолистов Ti ₃ C ₂ T _x MXene на внешний слой селенида никеля с октаэдрической кристаллической структурой получается электродный материал с выдающимися электрическими свойствами и сверхвысокой циклической стабильностью, который может могут использоваться не только в СК, но и в реакциях выделения водорода ().

Схематическое изображение образования октаэдрического гибрида NiSe2 / Ti3C2Tx с помощью гидротермального метода с одним резервуаром.

Легирование

В области электродных материалов покрытие поверхности обычно является одной из эффективных стратегий улучшения электрохимических характеристик слоистых катодных материалов (Chen et al., 2018; Li et al., 2018; Zhao et al. , 2019; Li et al., 2020; Liang et al., 2020). Тем не менее, одно покрытие поверхности трудно в корне стабилизировать кристаллическую структуру материала.Эксперименты и теоретические расчеты показывают, что легирование гетероатомом может значительно улучшить стабильность кристаллической структуры материала (Kong et al., 2019; Wu et al., 2019; Yu et al., 2019; Zhu et al., 2020). Следовательно, легирование также является важной модификацией и методом улучшения характеристик катодного материала СЭ.

Zong et al. (2020) разработали электродный материал с особой структурой. Сначала исследователи использовали перманганат калия, чтобы активировать ткань из активированного углеродного волокна.После этого нежный одностадийный гидротермальный метод был использован для выращивания наномассивов прекурсоров NiCo (наномассивов, НК, включая нанолисты и нано-хлопья) на поверхности ткани из углеродного волокна. Впоследствии наночастицы производных берлинской синей были выращены на поверхности прекурсора жидкофазным методом, и его основная функция заключалась в обеспечении якорных точек для последующей реакции фосфидной спленизации. Наконец, реакция фосфидной спленизации предшественника была завершена методом термического разложения в кварцевой трубке с получением электродного материала P- (Ni, Co) Se ₂ NAs ().Исследователи охарактеризовали и проанализировали полученные материалы, что привело их к выводу о следующих преимуществах:

1. (1) Равномерное распределение полых наночастиц производных берлинской синей и аккуратная структура наномассивов в материале не только значительно. увеличивает площадь поверхности материала, но в то же время делает материал более устойчивым к наноструктуре.

2. (2) Нет необходимости в адгезии во время процесса синтеза материала, что значительно снижает сопротивление заряда самого материала и улучшает проводимость.

3. (3) Добавление P-элемента в селенид никель-кобальт делает материал более электрически активными центрами и повышает эффективность переноса электронов.

Схематическое изображение процедуры изготовления P- (Ni, Co) Se ₂ НА на ткани из активированного угля.

(Co, Mn) _{2 Нанолисты} -диэтилентриамина (dien) и нанопроволоки NiSe2, легированные (Co, Mn, Sn), для высокопроизводительных суперконденсаторов.

Подготовленный электродный материал P- (Ni, Co) Se ₂ NA имеет емкость 755 Кл / г при условии 2 мА · см ^-2 .Гибридный СК, собранный из электродного материала P- (Ni, Co) Se ₂ NAs и углеродного материала, производного от ZIF-8, имеет емкость 45 Втч / кг при условии плотности мощности 446,3 Вт / кг.

Dan et al. (2019) выращивали серию предшественников пены никеля, легированных Co-Mn, с различными соотношениями составов с помощью одностадийного гидротермального метода. После этого для проведения реакции спленизации применяют метод горячего плавления. В отличие от других, определенное количество диэтилентриамина (диена) добавляется во время реакции в этом эксперименте.Обсуждая влияние легирования Co и Mn на морфологию наноматериалов, исследователи разработали серию контрольных экспериментов с различными соотношениями легирования Co-Mn в зависимости от соотношения составов. Судя по экспериментальным результатам, степень легирования Co-Mn оказывает огромное влияние на получаемые наноструктуры. Кроме того, когда атомы Mn легируются индивидуально, структура полых нанотрубок формируется из множества переплетенных между собой нанопроволок, а после добавления атомов Co в качестве легирующих компонентов постепенно образуется пластинчатая наноструктура.Следовательно, морфологию полученных наноматериалов можно контролировать, регулируя степень легирования Co-Mn. Исследователи склонны полагать, что элемент Co способствует росту наноматериалов селенида металла по направлению к плоскости кристалла 011 (направление толщины), тем самым способствуя образованию листовых наноструктур. Среди различных соотношений легирования контрольной группы наилучшие электрические свойства имеет (Co, Mn) -NiSe ₂ -диен / NF, полученный после легирования Co-Mn в соотношении состава 2: 1.Этот материал имеет удельную емкость 288,6 мАч / г при условии 1 А / г. Впоследствии, после размышлений, исследователи пришли к выводу, что материал, легированный этим компонентом, не только имеет сверхчеловеческую наноструктуру, но и содержит добавку Co-Mn. и dien заставляет перераспределить положение центра плотности тока вокруг материала Ni и Se.

Заключение и перспективы

Энергетическая проблема — это проблема, которой национальное общество придает большое значение. Быстрое потребление невозобновляемой энергии сделало разработку нового и эффективного оборудования для хранения энергии в центре внимания.По мере того, как противоречие между экономическим развитием и экологическими проблемами становится все более серьезным, электрохимические накопители энергии все больше концентрируются. Ученые посвятили себя экспериментам и исследованию преимуществ SC, таких как высокая удельная емкость, высокая плотность мощности, быстрая скорость зарядки, хорошие сверхнизкие температурные характеристики, длительный срок службы и экологичность. Однако все еще существуют препятствия для более широкого использования SC, такие как большой ток утечки, низкая удельная энергия мономера, низкое напряжение мономера, низкая степень индустриализации и высокие цены на некоторые электродные материалы.Более того, по сравнению с коммерческими батареями, плотность энергии существующего углеродного материала SC все еще относительно невысока. Чтобы решить эту проблему с низкой плотностью энергии, была тщательно изучена батарея-SC, которая сочетает в себе электроды Фарадея (как источник энергии) и конденсаторные электроды (как источник энергии) для увеличения рабочего напряжения. Возможность разработки подходящего материала для обеспечения баланса быстрого движения заряда между двумя электродами является ключом к достижению высокой энергии и плотности мощности.Материалы электродов оказывают большое влияние на электрохимические характеристики СЭ. Следовательно, многие исследователи выбрали подготовку новых электродных материалов и улучшение электрохимических характеристик электродных материалов как направление своих исследований (Tan et al., 2020a; Wang et al., 2020a; Tan et al., 2020b; Wang et al. , 2020b; Gan et al., 2020; Zhang et al., 2020). Селенид на основе никеля имеет уникальную электронную структуру и высокую удельную емкость и считается наиболее многообещающим электродным материалом для следующего поколения СЭ среди многих электродных материалов с псевдоемкостной емкостью.

В последние годы многие исследователи провели углубленные исследования наноматериалов селенида никеля в качестве электродов для СК, а также добились большого прогресса. В будущем СК будет уделять все больше внимания хранению энергии. Чтобы исследовать и развивать характеристики и практическое применение электродных материалов во многих отношениях, требуются дополнительные научные знания и усилия. По мнению автора, исследование селенида на основе никеля в качестве катодного материала СК имеет хорошие перспективы в следующих направлениях в будущем:

1. (1) Характеристика селенида на основе никеля и его композита. материалы могут отражать его структуру, морфологию и электрохимические характеристики после электрохимической реакции.Посредством сравнительного анализа необходимо провести углубленное исследование, чтобы изучить изменения в структуре и характеристиках селенидных материалов на основе никеля в электрохимическом процессе. На основании анализа следует попытаться дополнительно оптимизировать относительные характеристики и микроструктуру электродного материала.

2. (2) Основываясь на исследованиях материалов электродов на основе селенида никеля на основе углерода, исследователи должны попытаться дополнительно соединить материалы двухслойных конденсаторов (графен, углеродные нанотрубки и т. Д.).). Скоростные характеристики и характеристики стабильности цикла электрода из селенида никеля могут быть дополнительно улучшены за счет использования превосходных характеристик цикла материала конденсатора с двойным электрическим слоем и синергии между материалом конденсатора с двойным электрическим слоем и селенидом на основе никеля.

3. (3) В последние годы применение носимых и складных электронных устройств привлекло большое внимание к гибким устройствам накопления энергии. Следовательно, создание наномассивов селенидов на основе никеля на гибких подложках (таких как углеродная ткань) будет иметь отличные рыночные перспективы.Кроме того, гибкая подложка может дополнительно улучшить электрические свойства электродного материала, поскольку структурные характеристики, присущие гибкой подложке, могут эффективно предотвращать агломерацию наночастиц.

4. (4) Механизм взаимодействия между электродным материалом на основе селенида на основе никеля и системой электролита должен быть дополнительно изучен, чтобы изучить лучшую систему между электродом и электролитом для получения гибридного СК с лучшими характеристиками.

Вклад авторов

Все перечисленные авторы внесли существенный, прямой и интеллектуальный вклад в работу и одобрили ее для публикации.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Ссылки

• Арул Н. С., Хан Дж. И. (2016). Простой гидротермальный синтез гексаподоподобного двумерного дихалькогенида NiSe2 для суперконденсатора.Матер. Lett. 181, 345–349. 10.1016 / j.matlet.2016.06.065 [CrossRef] [Google Scholar]
• Чен Б., Тиан Ю., Ян З., Жуань Ю., Цзян Дж., Ван С. Дж. С. (2017). Конструкция (Ni, Cu) Se2 // восстановленного оксида графена для асимметричного суперконденсатора с высокой плотностью энергии. Chem. Электро. Chem. 4 (11), 3004–3010. 10.1002 / celc.201700742 [CrossRef] [Google Scholar]
• Chen T.-Y., Vedhanarayanan B., Lin S.-Y., Shao L.-D., Sofer Z., Lin J.-Y. и др. (2020). Электроосаждение NiSe на лес углеродных нанотрубок в качестве автономного электрода для гибридных суперконденсаторов и общего расщепления воды.J Colloid. Интерфейс. Sci. 574, 300–311. 10.1016 / j.jcis.2020.04.034 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Chen Z., Kim G.-T., Guang Y., Bresser D., Diemant T., Huang Y. и др. (2018). Li [Ni0. 6Co0. 2Mn0. 2] Катодный материал O2: обеспечивает превосходную стабильность при циклических нагрузках при повышенной температуре и высоком напряжении. 402, 263–271. 10.1016 / j.jpowsour.2018.09.049 [CrossRef] [Google Scholar]
• Дэн Х., Тао К., Хай Й., Лю Л., Гонг Ю. Дж. Н. (2019). ((Co, Mn) -легированный NiSe.Наномасштаб 11 (36), 16810–16827. 10.1039 / c9nr04478g [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Дас А. К., Париа С., Майтра А., Гальдер Л., Бера А., Бера Р. и др. (2019). Наноцветковые композитные электродные материалы NiSe и WO3 @ PPy с высокой производительностью превращаются в гибкий твердотельный асимметричный суперконденсатор с высокой плотностью энергии. ACS Appl. Электрон. Матер. 1 (6), 977–990. 10.1021 / acsaelm.9b00164 [CrossRef] [Google Scholar]
• Дипалакшми Т., Нгуен Т. Т., Ким Н. Х., Чонг К.Т., Ли Дж. Х. (2019). Рациональная конструкция ультратонких 2D нанолистов из селенида олова и никеля для высокопроизводительных гибких суперконденсаторов. J. Mater. Chem. А. 7 (42), 24462–24476. [Google Scholar]
• Du L., Du W., Ren H., Wang N., Yao Z., Shi X., et al. (2017). Сотовидные массивы нанолистов из металлического селенида никеля в качестве электродов без связующего для высокопроизводительных гибридных асимметричных суперконденсаторов. J. Mater. Chem. 5 (43), 22527–22535. 10.1039 / C7TA06921A [CrossRef] [Google Scholar]
• Ган Ю., Ван К., Чен Х., Лян П., Ван Х., Лю Х. и др. (2020). Нанопроволоки Ni12P5 с высокой проводимостью как высокопроизводительный электродный материал для гибридных устройств батарея-суперконденсатор. Фронт. Chem. 392, 123661 10.3389 / fchem.2020.00663 [CrossRef] [Google Scholar]
• Гао М. Р., Сюй Ю. Ф., Цзян Дж., Ю С. Х. (2013). Наноструктурированные халькогениды металлов: синтез, модификация и применение в устройствах преобразования и хранения энергии. Chem. Soc. Ред. 42 (7), 2986–3017. 10.1039 / C2CS35310E [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Ge C., Hou Z., He B., Zeng F., Cao J., Liu Y. и др. (2012). Трехмерный цветок из оксида никеля, нанесенный на листы графена в качестве электродного материала для суперконденсаторов. J. Sol. Gel Sci. Technol. 63 (1), 146–152. 10.1007 / s10971-012-2778-7 [CrossRef] [Google Scholar]
• Гу Й., Фан Л.-К., Хуанг Дж .-Л., Гэн Ч.-Л., Лин Ж.-М., Хуанг М.-Л. и др. (2019). Восстановленный оксид графена, легированный азотом, украшает наночастицы NiSe2 для высокоэффективных асимметричных суперконденсаторов. J. Источники энергии. 425, 60–68.10.1016 / j.jpowsour.2019.03.123 [CrossRef] [Google Scholar]
• Ху Ю., Хуан С., Цзян С., Цинь Ю., Чен Х. С. (2020). Иерархические наночастицы / нанолисты селенида никель-кобальта как современные электроактивные аккумуляторные материалы для гибридных суперконденсаторов. J. Colloid Interface Sci. 558, 291–300. 10.1016 / j.jcis.2019.09.115 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Хуан С., Хе К., Лю М., Ан Х., Хоу Л. (2020). Контролируемый синтез собранных пористых нанолистов пионоподобных селенидов кобальта-никеля для восстановления трийодидов в сенсибилизированных красителями солнечных элементах.J. Alloys Compd. 818, 152817 10.1016 / j.jallcom.2019.152817 [CrossRef] [Google Scholar]
• Jiang H., Wang Z., Yang Q., Tan L., Dong L., Dong M. J. N.-M. Л. (2019). Ультратонкий октаэдрический кристалл NiSe 2, обернутый нанолистом Ti 3 C 2 T x (MXene), для улучшенных характеристик суперконденсатора и синергетического электрокаталитического расщепления воды. Nano-Micro Lett. 11 (1), 1–14. 10.1007 / s40820-019-0261-5 [CrossRef] [Google Scholar]
• Картикеян Р., Наванитан М., Арчана Дж., Тангараджу Д., Ариванандхан М., Хаякава Ю. (2014). Синтез иерархического сульфида никеля с контролируемой формой гидротермальным методом. Dalton Trans. 43 (46), 17445–17452. 10.1039 / C4DT02059F [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Кирубасанкар Б., Муругадосс В., Лин Дж., Дин Т., Донг М., Лю Х. и др. (2018). Выращенный in situ селенид никеля на графеновых наногибридных электродах для асимметричных суперконденсаторов с высокой плотностью энергии. Наномасштаб 10 (43), 20414–20425. 10.1039 / C8NR06345A [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Колатоди М.С., Палей М., Натараджан Т. С. (2015). Электросрядные нановолокна NiO в качестве катодных материалов для высокоэффективных асимметричных суперконденсаторов. J. Mater. Chem. 3 (14), 7513–7522. 10.1039 / C4TA07075E [CrossRef] [Google Scholar]
• Kong D., Hu J., Chen Z., Song K., Li C., Weng M. и др. (2019). Легирование Ti-Gradient для стабилизации слоистой структуры поверхности высокопроизводительного оксидного катода с высоким содержанием Ni литий-ионной батареи. Adv. Energy Mater. 9 (41), 1

  6 10.1002 / aenm.201

  6 [CrossRef] [Google Scholar]

• Ли X., Jin L., Song D., Zhang H., Shi X., Wang Z. и др. (2020). LiNbO3 с покрытием LiNi0. 8Co0. 1Mn0. Катод 1O2 с высокой разрядной емкостью и быстродействием для полностью твердотельной литиевой батареи. 40, 39–45. 10.1016 / j.jechem.2019.02.006 [CrossRef] [Google Scholar]
• Ли Ю., Ю Х., Ху Й., Цзян Х., Ли С. Дж. Дж. (2018). Поверхностная инженерия слоистого LiNi0. 815Co0. 15Al0. Катодный материал 035O2 для высокоэнергетических и стабильных литий-ионных аккумуляторов J. Energy Chem. 27 (2), 559–564. 10.1016 / j.jechem.2017.11.004 [CrossRef] [Google Scholar]
• Лян Дж., Лу Ю., Ван Дж., Лю X., Чен К., Цзи В. и др. (2020). Хорошо упорядоченный слоистый LiNi0. 8Co0. 1Mn0. Субмикронная сфера 1O2 с быстрой электрохимической кинетикой для катодного хранения лития. J. Energy Chem. 47 , 188–195. 10.1016 / j.jechem.2019.12.009 [CrossRef] [Google Scholar]
• Лу К., Янь Ю., Чжай Т., Фань Ю., Чжоу В. Дж. Б., Supercaps (2020). Монокристаллические наностержни NiCo LDH @ NiSe толщиной 2 нм, выращенные на пене Ni в качестве интегрированного электрода с повышенной емкостью для суперконденсаторов.Брюссель, Бельгия: Европейское химическое общество; 10.1002 / batt.2015 [CrossRef] [Google Scholar]
• Лу З., Чанг З., Чжу В., Сунь X. (2011). Бета-фазированная наностенная пленка Ni (OH) 2 с обратимой емкостью выше теоретической фарадеевской емкости. Chem Commun (Camb). 47 (34), 9651–9653. 10.1039 / C1CC13796D [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Мэй Х., Чжан Л., Чжан К., Гао Дж., Чжан Х., Хуанг З. и др. (2020). Превращение MOF в микросферы из желточной оболочки NiSe2 с углеродным покрытием в качестве усовершенствованных электродов аккумуляторного типа.Электрохим. Acta. 357, 136866 10.1016 / j.electacta.2020.136866 [CrossRef] [Google Scholar]
• Мэн Л., Ву Ю., Чжан Т., Тан Х., Тянь Ю., Юань Ю. и др. (2019). Наноструктуры NiSe2 с высокой проводимостью для гибридных устройств типа полностью твердотельная батарея – суперконденсатор. J. Mater. Sci. 54 (1), 571–581. 10.1007 / s10853-018-2812-4 [CrossRef] [Google Scholar]
• Нгуен Т. Т., Баламуруган Дж., Аравиндан В., Ким Н. Х., Ли Дж. Х. (2019). Повышение плотности энергии гибких твердотельных суперконденсаторов с помощью тройных массивов нанолистов NiV2Se4 и NiFe2Se4.Chem. Матер. 31 (12), 4490–4504. 10.1021 / acs.chemmater.9b01101 [CrossRef] [Google Scholar]
• Пэн Х., Вэй К., Ван К., Мэн Т., Ма Г., Лей З. и др. (2017). МАССИВ (0x4b38998). ACS Appl. Матер. Интерфейсы. 9 (20), 17067–17075. 10.1021 / acsami.7b02776 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Цюй Г., Чжан X., Сян Г., Вэй Ю., Инь Дж., Ван З. и др. (2020). Полые ni-co-se нанополиэдры на основе ZIF-67 для гибких гибридных суперконденсаторов с замечательными электрохимическими характеристиками.Подбородок. Chem. Lett. 31, 2007–2012 гг. 10.1016 / j.cclet.2020.01.040 [CrossRef] [Google Scholar]
• Ши X., Кей Дж., Джи С., Линьков В., Лю Ф., Ван Х. и др. (2019). Нановолокна Ni (OH) 2, нанесенные на массив нанопроволок 3D Ni3Se2, в качестве высокоэффективных электродов для асимметричного суперконденсатора и Ni / MH батареи. Nano-Micro Lett. 15 (29), 1802861 10.1002 / smll.201802861 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Саймон П., Гогоци Ю. (2008). Материалы для электрохимических конденсаторов. Nat Mater.7 320–329. 10.1038 / nmat2297 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Ситаараман С., Сантош Р., Коллу П., Чон С. К., Селлаппан Р., Рагхаван В. и др. (2020). Роль графена в композитах NiSe2 / графен. Синтез и тестирование электрохимических суперконденсаторов. Диам. Relat. Матер. 108, 107983 10.1016 / j.diamond.2020.107983 [CrossRef] [Google Scholar]
• Сун X., Хуан К., Цинь Ю., Ли Х., Чен Х. (2018). Иерархические полые, похожие на морских ежей и пористые Ni 0,5 Co 0,5 Se 2 в качестве передового материала батарей для гибридных суперконденсаторов.6 (33), 16205–16212. 10.1039 / C8TA05037F [CrossRef] [Google Scholar]
• Тан К., Чен Х., Ван Х., Чжан Б., Лю Х., Ли Л. и др. (2020a). Металлоорганический каркас с высокой проводимостью Fe3C с пористым углеродом на графене в качестве современных анодных материалов для гибридных устройств водная батарея-суперконденсатор. J. Mater. Chem. А. 448, 227403 10.1016 / j.jpowsour.2019.227403 [CrossRef] [Google Scholar]
• Тан К., Ли Х., Чжан Б., Чен Х., Тиан Й., Ван Х. и др. (2020b). Разработка валентности посредством восстановления углерода на месте на участках октаэдра Mn3O4 для водной Zn-ионной батареи со сверхдлительным сроком службы.10 (38), 2001050 10.1002 / aenm.202001050 [CrossRef] [Google Scholar]
• Тан К., Пу З., Лю К., Асири А. М., Сунь X., Луо Ю. и др. (2015). Рост на месте пленки нанопроволоки NiSe на пеноникеле в качестве электрода для высокоэффективных суперконденсаторов Chem Electro. Chem. 2, 1903–1907. 10.1002 / celc.201500285 [CrossRef] [Google Scholar]
• Туласи-Варма К. В., Балакришнан Б., Ким Х., Химия Э. (2020). Исследование Ni-X (O, S, Se) для высокоэффективного суперконденсатора с долговременной стабильностью посредством синтеза в растворе.J Ind Eng Chem. 81, 294–302. 10.1016 / j.jiec.2019.09.017 [CrossRef] [Google Scholar]
• Тянь Ю., Жуань Ю., Чжан Дж., Ян З., Цзян Дж., Ван К. (2017). Контролируемый рост массивов наностержней NiSe с помощью гидротермального метода в одном резервуаре для суперконденсаторов с высокой площадной емкостью. Электрохим. Acta. 250, 327–334. 10.1016 / j.electacta.2017.08.084 [CrossRef] [Google Scholar]
• Ван К., Сонг З., Ван Х., Чен Х., Тан К., Ган Ю. и др. (2020a). Нанопроволоки селенида Ni-Co на проводящей пригодной для носки ткани в качестве катода для гибких гибридных устройств аккумулятор-суперконденсатор.Chem. Англ. Technol. 400, 125955 10.1016 / j.cej.2020.125955 [CrossRef] [Google Scholar]
• Ван Ф., Ли Ю., Шифа Т. А., Лю К., Ван Ф., Ван З. и др. (2016). Нанолисты селенида никеля, обогащенные селеном, как надежный электрокатализатор для производства водорода. Angew Chem. Int. Эд. Англ. 55 (24), 6919–6924. 10.1002 / anie.2016028022 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Ван Н., Ян Г., Гань Ю., Ван Х., Чен Х., Ван С. и др. (2020b). Вклад присоединения катионов к нанолистам MnO2 на стабильных нанопроволоках Co3O4 для водных цинк-ионных аккумуляторов.Фронт. Chem. 8, 793 10.3389 / fchem.2020.00793 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Ван С., Ли В., Синь Л., Ву М., Лонг Й., Хуанг Х. и др. (2017). Простой синтез усеченных кубических монокристаллов NiSe2 для высокоэффективных асимметричных суперконденсаторов. Chem. Англ. Дж. 330, 1334–1341. 10.1016 / j.cej.2017.08.078 [CrossRef] [Google Scholar]
• Ван X., Лю Б., Ван К., Сун В., Хоу X., Чен Д. и др. (2013). Трехмерные иерархические наноструктуры GeSe2 для высокопроизводительных гибких полностью твердотельных суперконденсаторов.Adv Mater Weinheim 25 (10), 1479–1486. 10.1002 / adma.201204063 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Ван Ю., Чжан В., Го X., Цзинь К., Чен З., Лю Ю. и др. (2019). Селенид Ni-Co нанолист / 3D графен / никелевый пенопластовый электрод без связующего для высокопроизводительного суперконденсатора. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 11 (8), 7946–7953. 10.1021 / acsami.8b19386 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Винтер М., Бродд Р. Дж. (2004). Что такое батареи, топливные элементы и суперконденсаторы ?. Chem.Ред. 104 (10), 4245–4269. 10.1021 / cr020730k [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Wu C., Wei Y., Lian Q., Cui C., Wei W., Chen L., et al. (2017). Оптимизация внутренней проводимости биметаллических селенидов никель-кобальта в направлении накопления ионов натрия с более высокой скоростью. Матер. Chem. Фронт. 1 (12), 2656–2663. 10.1039 / D0QM00961J [CrossRef] [Google Scholar]
• Wu F., Li Q., ​​Chen L., Lu Y., Su Y., Bao L. и др. (2019). Использование Ce для усиления границы раздела Ni-богатых LiNi0. 8Co0. 1Mn0.Катодные материалы 1O2 для литий-ионных аккумуляторов при высоком рабочем напряжении ChemSusChem 12 (4), 935–943. 10.1002 / cssc.201802304 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Янь X., Тонг X., Ван Дж., Гун К., Чжан М., Лян Л. (2013). Рациональный синтез иерархически пористых полых сфер NiO и их применение в суперконденсаторах. Матер. Lett. 95, 1–4. 10.1016 / j.matlet.2012.12.073 [CrossRef] [Google Scholar]
• Ян Г. В., Сюй С. Л., Ли Х. Л. (2008). Электроосаждение гидроксида никеля на пеноникеле со сверхвысокой емкостью.Chem. Commun. (Камб). 48, 6537–6539. 10.1039 / B815647F [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Ян Т., Лю Ю., Ян Д., Дэн Б., Хуан З., Лин К. Д. и др. (2019). Биметаллические металлоорганические каркасы являются производными Ni-Co-Se @ C иерархических пучковидных наноструктур с высокоскоростным псевдоемкостным накоплением ионов лития. 17, 374–384. 10.1016 / j.ensm.2018.05.024 [CrossRef] [Google Scholar]
• Е А., Суй Й., Ци Дж., Вэй Ф., Хе Й., Мэн К. и др. (2018). Самоподдерживающийся массив нанолистов Ni0,85Se на ткани из углеродного волокна для высокоэффективного асимметричного суперконденсатора.J. Electron. Матер. 47 (12), 7002–7010. 10.1007 / s11664-018-6627-5 [CrossRef] [Google Scholar]
• Е Б., Цао Х., Чжао К., Ван Дж. Дж. И., Исследования Е. С. (2020a). Электроосаждение NiFe2Se4 на пеноникеле в качестве электрода без связующего для высокоэффективных асимметричных суперконденсаторов. Ind. Eng. Chem. Res. 59 (31), 14163–14171. 10.1021 / acs.iecr.0c02451 [CrossRef] [Google Scholar]
• Е Б., Цао Х., Чжао К., Ван Дж. Дж. (2020b). Соэлектроосаждение гибридных наноструктур NiSe / ZnSe в качестве электрода аккумуляторного типа для асимметричного суперконденсатора.124 (39), 21242–21249. 10.1021 / acs.jpcc.0c05125 [CrossRef] [Google Scholar]
• Е Б., Гонг К., Хуанг М., Ге Дж., Фан Л., Лин Дж. И др. (2019). Высокоэффективный асимметричный суперконденсатор на основе массивов NiSe, покрытых Ni 3 S 2, в качестве положительного электрода. New J Chem. 43 (5), 2389–2399. 10.1039 / C8NJ05399E [CrossRef] [Google Scholar]
• Ю Х., Ли Й., Ху Й., Цзян Х., Ли К. Дж. И., Исследовательская Е. С. (2019). 110-летие: одновременное нанесение покрытия и легирование высокомолекулярного ванадия в богатые никелем литиированные оксиды для высокопроизводительных и стабильных литий-ионных аккумуляторов.Ind. Eng. Chem. Res. 58 (10), 4108–4115. 10.1021 / acs.iecr.8b06162 [CrossRef] [Google Scholar]
• Юань Ю., Чен Р., Чжан Х., Лю К., Лю Дж., Ю. Дж. И др. (2019). Иерархические массивы гетерогенных нанопроволок NiSe @ Co2 (CO3) (OH) 2 на пене никеля в качестве электрода с высокой площадной емкостью для гибридных суперконденсаторов. Электрохим. Acta. 294 , 325–336. 10.1016 / j.electacta.2018.10.058 [CrossRef] [Google Scholar]
• Чжан Л., Мяо Л., Чжан Б., Ван Дж., Лю Дж., Тан К., и другие. (2020). Долговечная батарея VO 2 (M) / Zn со сверхвысокой скоростью передачи, обеспечиваемая введением псевдоемкостных протонов. J. Mater. Chem. А. 8 (4), 1731–1740. 10.1039 / c9ta11031c [CrossRef] [Google Scholar]
• Чжао З., Чен С., Му Д., Ма Р., Ли К., Ву Б. и др. (2019). Понимание отделки поверхности на первичных частицах многослойного никелевого сплава LiNi0. 6Co0. 2Mn0. Материал катода 2O2 с фосфатом лития. J. Источники энергии 431, 84–92. 10.1016 / j.jpowsour.2019.05.046 [CrossRef] [Google Scholar]
• Чжу Х., Ю Х., Цзян Х., Ху Й., Цзян Х., Ли К. Дж. С. Э. С. (2020). Высокоэффективный стабилизированный легированием Mo LiNi0. 9Co0. Катодные материалы 1O2. Для быстрой зарядки и долговечных литий-ионных аккумуляторов 217, 115518 10.1016 / j.ces.2020.115518 [CrossRef] [Google Scholar]
• Zong Q., Zhu Y., Wang Q., Yang H., Zhang Q., Zhan J. и др. (2020). Аналоги берлинской синей закрепили наноразмеры P- (Ni, Co) Se2 для высокоэффективного твердотельного суперконденсатора. 392, 123664 10.1016 / j.cej.2019.123664 [CrossRef] [Google Scholar]
• Цзо В., Ли Р., Чжоу К., Ли Ю., Ся Дж., Лю Дж. (2017). Гибридные устройства батарея-суперконденсатор: недавний прогресс и перспективы на будущее. Adv. Sci. 4 (7), 1600539 10.1002 / advs.201600539 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

Исследование процесса окисления биметаллических частиц в трех измерениях на наноуровне

Характеристика частиц Ni-Co до и после окисления

Частицы Ni – Co, выращенные на углероде нанотрубки (УНТ) были синтезированы с помощью стратегии реакции восстановления пропитки.Сравнение частиц Ni – Co до и после окисления на воздухе показано на рис. 1. Трехмерная внутренняя структура частиц реконструирована с помощью широкоугольной кольцевой сканирующей электронной микроскопии в темном поле (HAADF-STEM) томографии. На рис. 1а представлен объемный рендеринг трехмерной реконструкции нетронутой частицы. Это показывает, что чистая частица имеет твердую структуру с огранением граней. (Двумерная морфология и распределение частиц также показаны на дополнительном рис.1а, б). Картирование спектроскопии потерь энергии электронов STEM (EELS) на рис. 1b показывает смешение никеля и кобальта в ансамбле частиц, что указывает на образование сплава Ni-Co. Атомные отношения между Ni и Co рассчитываются с использованием континуальной части кромок L _2,3 никеля и кобальта с удалением множественного рассеяния от каждой частицы, показанной на рис. 1b. Статистические данные показаны на дополнительном рис. 1d, а среднее измеренное соотношение составляет Ni: Co = 1,90 ± 0,09, что близко к номинальному значению, 2.Индексированные пики рентгеновской дифракционной картины на дополнительном рис. 1e соответствуют гранецентрированной кубической (ГЦК) структуре, которая согласуется с анализом выбранной области электронной дифракции (SAED) на дополнительном рис. 1c. Это указывает на то, что атомы Co занимают случайные позиции замещения, что приводит к образованию сплава Co с ГЦК Ni ₂ Co ¹⁷ . После нагревания при 450 ° C на воздухе в течение часа частицы Ni ₂ Co полностью окислились. Рисунок 1c показывает, что трехмерная наноструктура частиц имеет ряд внутренних полостей и пустот.Составное распределение никеля и кобальта для большого количества наночастиц показано на рис. 1г. Стоит отметить, что частицы оксида покрыты обогащенным кобальтом поверхностным слоем, что указывает на присутствие сегрегации кобальта.

( a, c ) Томографические реконструкции HAADF-STEM частиц до и после окисления, соответственно. ( b , d ) Карты EELS пространственного распределения кобальта и никеля в различных наночастицах ( b ) до и ( d ) после окисления.Множественное неупругое рассеяние было удалено из спектров EELS, чтобы исключить влияние разницы толщин. Масштабная шкала, 50 нм.

На рисунке 2 представлены результаты исследования структурной и композиционной эволюции частиц Ni ₂ Co в процессе окисления при повышенных температурах с помощью просвечивающего электронного микроскопа. Наблюдения в реальном времени показывают, что окисление проходит в две стадии. Профили нагрева на двух этапах показаны на дополнительном рис.2. На первом этапе частица была частично окислена с образованием структуры ядро-оболочка, как показано в дополнительном фильме 1. На рис. 2а представлены несколько неподвижных изображений одиночной частицы в выбранные моменты времени, демонстрирующие ее структурную эволюцию во время окисления. После окисления в течение 61 с при 400 ° C окисление началось в двух вершинах частицы, что привело к образованию двух полостей (на что указывает их более низкая интенсивность на изображениях ADF-STEM, см. Стрелки на рис. 2a (ii)). ). Это преимущественное зарождение из ребер и вершин наблюдалось и у других частиц.При продолжении окисления начали появляться дополнительные полости и одновременно формировался внешний оксидный слой. Это указывает на то, что атомы были удалены из металлического ядра и диффундировали через оксидный слой, чтобы соединиться с кислородом, как описано в эффекте Киркендалла ^18,19 . Однако окисление металлического ядра замедлялось и прекращалось по мере увеличения толщины оболочки. После первой стадии окисления было выполнено картирование частицы in situ STEM-EELS. На рис. 2а показано, что тонкий слой оксида, обогащенного кобальтом, отделяется от внешней стенки оболочки, оставляя слой оксида с высоким содержанием никеля на внутренней стенке.Это существенно контрастирует с распределением элементов на поверхности исходных частиц, показанным на дополнительном рисунке 3.

( a ) In situ Изображения ADF-STEM одной частицы на первой стадии окисления показывают миграцию элементов изнутри частицы к поверхности, приводящую к образованию структуры ядро-оболочка.Картирование in situ EELS элементов O, Co и Ni показывает, что оболочка состоит из бинарного оксида Ni и Co с несколькими нанодоменами оксида Co снаружи. ( b ) In situ Изображения частицы с помощью ADF-STEM во время дальнейшего окисления показывают окисление внутренней части ядра. Распределение элементов O, Co и Ni в полностью окисленном образце показывает, что частица окружена оксидами, богатыми Co. ( a ) и ( b ) относятся к разным частицам. ( c ) Серия поперечных сечений и изоповерхностей, созданных методом электронной томографии, позволяет визуализировать внутреннюю структуру частично окисленной частицы.Масштабная шкала, 50 нм.

Окисление продолжали на второй стадии, постепенно повышая температуру. Z-контрастные изображения временной последовательности STEM показаны на рис. 2b и дополнительном видео 2. После нагревания при 500 ° C в течение 18 с и при 520 ° C в течение 2 с в кислороде металлическое ядро ​​начало окисляться внутри ранее сформированного оксидный слой и еще одна оболочка, появившаяся внутри, как показано оранжевыми стрелками на рис. 2b (ii). По мере того, как окисление прогрессировало, оболочка расширялась дальше и образовывала двойную оболочку в частице, как показано на рис.2b (v). Карты EELS после полного окисления на рис. 2c представляют распределение элементов O, Co и Ni: из этого мы видим, что частица покрыта слоем оксида, обогащенного кобальтом. Кристаллическая структура определяется из шаблона SAED на дополнительном рис. 4b, который может быть проиндексирован для согласования со структурой шпинели Ni _x Co _3-x O ₄ .

Это окисление металлического ядра внутри оболочки противоречит распространенному мнению о том, как эффекты Киркендалла работают в системах окисления металлов, то есть о том, что металлическая частица будет выдолблена во время окисления ^18,20 .Однако мы неоднократно наблюдали это явление внутреннего окисления (еще одно наблюдение in situ с аналогичными эффектами представлено на дополнительном рис. 5). Сообщалось, что наночастицы Pb не образуют внутренних нанопастек во время окисления, потому что в этой системе анионы кислорода диффундируют быстрее, чем катионы свинца ²¹ . Однако в системах Ni – Co их одноэлементные наночастицы образуют полые структуры во время окисления ^18,22 . Следовательно, менее вероятно, что наблюдаемое явление внутреннего окисления является результатом быстрого переноса кислорода внутрь посредством диффузии.

Чтобы количественно исключить возможность диффузии кислорода внутрь через исходную оксидную оболочку, мы сравнили зависящую от температуры самодиффузию катионов и аниона кислорода в NiO и CoO, используя данные, извлеченные из литературы ^{23,24, 25,26,27,28} (см. Дополнительный рис. 6). Мы обнаружили, что в оксидах никеля и кобальта коэффициент диффузии кислорода на несколько порядков ниже, чем коэффициент диффузии соответствующих им катионов как в объеме, так и по границам зерен.Очень маловероятно, что кислород может достичь металлов в ядре, диффундировав через оксидную оболочку в наших температурных условиях. Следовательно, мы подозреваем, что это отклонение от регулярной полой структуры Киркендалла могло быть связано с образованием точечных отверстий в оксидной оболочке, то есть молекулы кислорода могли проникать внутрь первой оболочки и непосредственно окислять металлы в ядре ²⁹ . Однако визуализация в реальном времени обеспечивает только проекционные изображения. Точечные отверстия в наномасштабе перекрываются с другими материалами в направлении проекции, что затрудняет точное определение их местоположения.Чтобы надежно визуализировать трехмерную структуру окисленных частиц без неоднозначности, мы реконструировали частично окисленную частицу с помощью электронной томографии с использованием сигналов ADF-STEM в ETEM сразу после того, как мы погасили реакцию, снизив температуру реакции до комнатной.

Трехмерная реконструкция частицы представлена ​​на рис. 2c и дополнительном фильме 3. Поскольку мы использовали сигналы ADF-STEM для томографической реконструкции, интенсивности восстановленных томограмм можно напрямую интерпретировать, причем более высокие интенсивности отражают более высокую атомную массовую плотность.Как показано на прогрессивных изображениях поперечного сечения частицы, существует два различных уровня интенсивности. Более низкий уровень интенсивности связан с оксидом, а более высокий уровень интенсивности представляет непрореагировавший металл. (Это связано с тем, что металл имеет более высокую плотность упаковки атомов никеля / кобальта, чем оксид.) Если внимательно посмотреть на реконструированные поперечные сечения на рис. 2c, существует очевидная граница с низкой интенсивностью между внутренними оксидами и внешней оксидной оболочкой. Это указывает на то, что окисление частицы продвинулось дальше первой стадии.В результате реконструкции мы также обнаружили, что внешняя оксидная оболочка не является сплошной, но имеет отверстия, как показано стрелкой на рис. 2c (iv).

Стоит отметить, что электронные лучи могут вызывать детонационные повреждения, локальный нагрев и индуцированную коалесценцию. Чтобы исключить влияние электронного луча, мы выполнили ex situ количественной оценки температурно-зависимых изменений структуры, состава и валентного состояния частиц Ni ₂ Co во время окисления на воздухе.Как показано на рис. 3а, изменение структуры и состава в зависимости от температуры было зарегистрировано с помощью изображений HAADF-STEM и карт STEM-EELS.

Данные получены для частиц, окисленных на воздухе в течение 1 часа при различных температурах. ( a ) Изображения HAADF-STEM и сопоставления EELS. Отображение EELS показано после удаления множественного рассеяния. Масштабная шкала, 50 нм.(Обратите внимание, что это четыре разные частицы из образцов при разных температурах реакции.) ( b ) Четыре EELS-спектра Co и Ni L _2,3 краев, соответственно, извлеченные из EELS-изображений четырех частиц в ( а ). ( c ) Доля окисленного Co в окисленном и металлическом Co рассчитана по ( b ). ( d ) Доля окисленного Ni в окисленном и металлическом Ni, рассчитанная по ( b ). ( e ) Атомное соотношение кислорода в элементах O, Co и Ni рассчитано по формуле ( b ).

Для образцов, нагретых до 380 ° C в течение часа, на поверхности частицы инициировалось биметаллическое окисление и формировался тонкий слой оксида Ni – Co толщиной ∼5–10 нм. Состав никеля и кобальта в оксидной оболочке имеет объемное соотношение 2: 1, за исключением полости в вершине, указанной стрелкой. Оболочка вокруг участка выщелачивания металла — места образования полости, указанного стрелками — имеет более высокий состав кобальта, чем остальной оксидный слой.Это говорит о том, что после активации эффекта Киркендалла большему количеству атомов Co, чем атомов Ni, может быть легче мигрировать через оксидную оболочку с образованием оксидов, богатых Co.

Для образцов, нагретых до 400 ° C в течение часа, большее количество атомов металла было удалено из металлической сердцевины и проникло через оксидный слой, чтобы соединиться с кислородом, и, таким образом, размер полости увеличился, а оксидная оболочка стала толще. Кроме того, вместо нескольких доменов, богатых кобальтом, вся оболочка была покрыта тонким слоем богатого кобальтом оксида.Профили линий концентрации никеля и кобальта на дополнительном рис. 7e количественно показывают эту сегрегацию. Спектры EELS в объемах с преобладанием Co и с преобладанием Ni на дополнительном рис. 7f указывают на сосуществование кобальта и никеля в двух объемах, предполагая, что атомы кобальта и никеля могут взаимно диффундировать с образованием оксида Ni – Co.

Для образцов, нагретых до 450 ° C в течение часа, частица полностью окислилась. Также четко прослеживается сегрегация оксида кобальта. Рисунок SAED этого материала соответствует структуре шпинели Ni _x Co _{3 − x} O ₄ (дополнительный рис.8). Это согласуется с кристаллической структурой, сформированной в ETEM.

Чтобы сопоставить структурную эволюцию с долей металлического окисления, мы использовали EELS для отслеживания изменений электронной структуры кобальта и никеля. На рис. 3b показаны тонкие ближние структуры краев Co и Ni L _2,3 , записанные на четырех образцах, обработанных при комнатной температуре: 380, 400 и 450 ° C. Поскольку исходный материал представляет собой сплав никеля и кобальта (на основании анализа дифракции рентгеновских лучей и диаграмм SAED на дополнительном рис.1), свежеприготовленный спектр можно использовать в качестве эталонных спектров металлического Co «0» и Ni «0» («отпечатки пальцев»). Точно так же образец после полного окисления при 450 ° C можно приблизительно отнести к отпечаткам пальцев с полностью окисленным Co и полностью окисленным Ni. L _2,3 ближние тонкие структуры металлов со средним валентным состоянием между этими двумя конечными точками могут быть разложены на линейную комбинацию двух отпечатков пальцев. Чтобы улучшить чистоту отпечатков пальцев, они, в свою очередь, были уточнены с использованием метода многомерного разрешения кривых ³⁰ .Соответствующий коэффициент разложения окисленного компонента Co отражает долю окисления (рис. 3c, d). Мы видим, что окисленная фракция увеличивается с температурой. Это дополнительно подтверждается изменением доли кислорода в зависимости от температуры реакции на рис. 3e.

Две различные морфологии частиц наблюдаются в образце после полного окисления при 450 ° C на воздухе в течение часа. На рис. 4а, б показана трехмерная структура этих двух типов частиц. 2D проекционные виды показаны на дополнительном рис.9; однако эти изображения не могут напрямую визуализировать внутреннюю структуру частиц. Последовательные изображения поперечного сечения и 3D-рендеринг на рис. 4а показывают, что частицы первого типа имеют твердую оболочку с одной единственной пустотой внутри. Этот тип частиц (Тип I) меньше по размеру (<150 нм при окислении) и встречается в продукте на 3%. Этот тип частиц имеет полностью полую структуру, которая является результатом обычного эффекта Киркендалла. Наличие твердой оксидной оболочки предотвращает проникновение кислорода, так что металлические элементы должны диффундировать через оксидный слой для окисления на поверхности.Это приводит к образованию внутри частицы большой пустоты. Однако в продукте преобладает второй тип частиц (Тип II). Он имеет пористую оболочку с более низкой долей пустотного объема по сравнению с первым типом, как показано на рис. 4b. Образование точечных отверстий в оксидной оболочке можно объяснить эффектом изолированного роста, вызванным несмачиваемостью, а также релаксацией деформации из-за несоответствия решеток между металлической сердцевиной и металлической оксидной оболочкой во время процесса окисления ^{2, 31} .Образованные точечные отверстия могут способствовать проникновению молекул кислорода в условиях реакции; следовательно, металл может окисляться внутри оболочки, что, однако, не наблюдалось при окислении их исходных монометаллических структур, таких как наносферы кристаллического никеля и наносферы кобальта, поскольку во время их окисления образовывались конформные оболочки ^22,32 . Эти результаты согласуются с предположением, что кислород может проникать через оболочку, как обсуждалось в ходе объяснения эксперимента in situ TEM, показанного на рис.2б, в.

( a ) Трехмерная структура частицы типа I с твердой оболочкой и большой долей полого объема (44,79%). ( b ) Трехмерная структура частицы типа II, которая имеет нанопористую оболочку и небольшую объемную долю полостей (11,52%) по сравнению с ( a ). ( c ) Трехмерное распределение элементов после удаления множественного рассеяния. ( d , e ) Последовательные поперечные сечения и 3D-рендеринг карты смешанного цвета Ni и Co и карты HAADF-STEM, соответственно.Сравнение ( d ) с ( e ) показывает, что большое количество нанодоменов элементов Co пространственно отделены от Ni и сконцентрированы на внешней стороне оболочки и вокруг отверстий. Масштабная шкала, 50 нм. ( f ) Дробное распределение количества вокселей Co в Co и Ni. ( г ) Относительные концентрации трехмерных элементарных ассоциаций. ( h ) Распределение элементов как функция расстояния от центра наносферы, рассчитанное с использованием данных 3D STEM-EELS.

На рис. 4c – h представлены трехмерные распределения элементов полностью окисленной частицы, образованной окислением при 450 ° C на воздухе в течение часа, реконструированные с помощью химической чувствительной электронной томографии (томография STEM-EELS). Цветовые карты отдельных элементов в трехмерных координатах непосредственно визуализируются на рис. 4c, а также в дополнительном фильме 4. Распределения внутренних элементов визуализируются путем нарезки конкретных реконструкций элементов (см. Рис. 4d и дополнительный ролик 5).Реконструкция Z-контрастной томографии на рис. 4e демонстрирует, что в частицах оксида есть полости и пустоты, которые нельзя непосредственно наблюдать на проекционных изображениях. Сравнивая рис. 4d, e, легко определить, что существует более высокая концентрация кобальта на внешней поверхности оболочки, а также вокруг внутренних поверхностей пустот / отверстий. Это значительно контрастирует с частицами типа I, у которых внутренняя поверхность содержит меньше кобальта (дополнительный рис. 7d). Это снова убедительно свидетельствует о том, что кислород проник в частицу и непосредственно окислил оставшуюся металлическую сердцевину, в результате чего образовались обогащенные кобальтом поверхности на внутренних пустотах.

Чтобы количественно определить, разделены или смешаны Co и Ni, мы рассчитали объемную долю частицы как функцию от состава кобальта (показано на рис.