состав и свойства — Информация

Пластиковый корпус и два контакта для подключения проводов. Именно так представляется автомобильный аккумулятор большинству из современных владельцев авто. Однако чтобы эксплуатировать его максимально эффективно, безопасно и без неожиданных сюрпризов, о батарее стоит знать немного больше.

 

Сегодня речь пойдет о столь важной составляющей конструкции авто и мото аккумуляторов, как электролит. Он представляет собой раствор серной кислоты, которая считается, пожалуй, одним из ключевых химических соединений в мире. Это обусловлено широким спектром ее применения. Раствор серной кислоты продается под различными наименованиями, которые зависят от степени крепости, а также уровня чистоты. Приведем несколько распространенных примеров:

 

• Камерная кислота – раствор серной кислоты с водой в пропорции от 60:40 до 70:30.
• Башенная кислота – раствор с соотношением от 75:25 до 82:18.
• Купоросное масло с содержанием серной кислоты до 97%.
• 100% серная кислота – моногидрат.

 

Если говорить о максимальной крепости, получаемой способом выпаривания, то этот параметр может достигать 98,5%. Однако для заправки аккумуляторных батарей ключевое значение приобретает чистота растворов купоросного масла с химической точки зрения.

 

Отметим также, что концентрированной серной кислотой называется совершенно прозрачная жидкость, не имеющая ни цвета, ни запаха. Она обладает консистенцию легкого масла. Ее удельный вес составляет 1б84 при температуре 15°С. В ней содержится примерно 95% серной кислоты. Концентрат может смешиваться с водой в любой пропорции. Изготавливая электролит в бытовых условиях, следует помнить, что смешивание воды и кислоты вызывает выделение значительного количества тепла. Температура кипения концентрированной серной кислоты составляет 338 градусов Цельсия.

 

Интересным фактом из курса химии является сокращение объема раствора. Примечательно то, что при смешении двух объемов серной кислоты и воды, соответственно, их итоговый объем будет меньше, чем суммарный.

 

Также обратите внимание на то, что удельный вес или плотность электролита авто или мото аккумулятора имеет непосредственную зависимость от тех температур, при которых работают аккумуляторы. Так, при эксплуатации в условиях низких температур нужен более плотный электролит. А в жарких странах – напротив – плотность электролита сознательно снижается. Это объясняется тем, что при таких температурах существенно повышается химическая активность раствора.

 

В заключение отметим, что плотность электролита также зависит от того, в каких режимах эксплуатируется батарея. Так, данный параметр для тяговых аккумуляторов обычно составляет 1.26 кг\с м³ , пусковые и осветительные источники питания имеют плотность до 1.3 кг\с м³ и т.д. Для автомобильных аккумуляторных батарей эта характеристика читается нормой, когда составляет 1.28 кг\с м³ .

23.08.2013, 74872 просмотра.

Замена электролита в аккумуляторе своими руками — можно ли и как правильно поменять электролит в АКБ

В свинцово-кислотных аккумуляторах используется жидкий электролит. Он представляет собой смесь из серной кислоты и дистиллированной воды. Со временем эксплуатации она засоряется, из-за чего снижается эффективность работы. После определенного срока работы возникает необходимость замены активной жидкости. Но как поменять электролит в аккумуляторе, чтобы он восстановил свою емкость и отдавал максимальный пусковой ток? Можно ли это сделать своими руками и как можно выполнить данную операцию?

Устройство и работа свинцово-кислотных аккумуляторов

Конструкция всех аккумуляторов практически идентична. Имеется корпус, разделенный на 6 банок. В каждой из них находится по пакету парных пластин. На отрицательных пластинах содержится активная паста из оксида свинца, это пористое вещество. Они погружены в раствор серной кислоты h3SO4, а также оснащены сепараторами, которые исключают вероятность короткого замыкания при разрушении структуры активного вещества. Пластины объединены в ячейки, выдающие напряжение 2,1 В, а все шесть формируют напряжение 12,6 В.

Режим разряда

Во время разрядки в аккумуляторе запускается химическая реакция между металлическим свинцом и пористым наполнителем диоксидом свинца. Они начинают взаимодействовать с серной кислотой, а точнее, с ее активными ионами. В результате химической реакции электролита в батарее образуется сульфат свинца PbSO4 и вода. Последняя в результате длительного воздействия большим током испаряется. Побочным эффектом этой реакции является выделение большого количества электронов на аноде или положительном выводе АКБ. На противоположном электроде — катоде — возникает недостаток электронов. Такое состояние приводит к росту потенциала между выводами батареи и при замыкании цепи возникает электрический ток. Электроны с плюсовой клеммы устремляются по пути наименьшего сопротивления к минусовой.

Режим заряда аккумулятора

Когда к зажимам подключается зарядное устройство, запускается обратный процесс. Происходит реакция восстановления металлического свинца до исходного состояния, диоксида свинца и кислоты, но из-за несовершенства условий и материалов процесс не протекает до конца. В электролите остаются невосстановленные элементы, из-за чего концентрация кислоты снижается, как и эффективность работы батареи автомобиля. В таком случае нужно восстановить аккумулятор. И такое может происходить не только с первыми сурьмянистыми моделями. В том числе и аккумулятор с легированными кальцием пластинами подвержен этому процессу, но в несколько иной степени. Это связано с особенностями технологии производства батарей.

Состав и количество электролита

В производстве аккумуляторов для автомобиля применяется единый или схожий тип электролита. Он соответствует ГОСТ 667-73 для серной кислоты и ГОСТ 6709-72 для дистиллированной воды. В составе электролита аккумулятора содержится до 35% кислоты и 65% дистиллята. Вода должна быть особо чистая, так как наличие в ней любых примесей может навредить.

Электролит в аккумуляторе автомобиля обладает такой важной характеристикой, как плотность. По ней напрямую можно судить, в каком состоянии сейчас батарея. В нормальном состоянии, когда батарея исправна и отдает максимальный рабочий ток, она находится в пределе от 1,23 до 1,4 г/см³.

Чтобы наиболее точно определить состояние электролита в автомобильном аккумуляторе, производить измерения плотности нужно при температуре окружающей среды в районе 25 градусов. Чем она будет ниже, тем и меньше показания. Существует таблица поправок в зависимости от температуры. Например, при -55 от номинальной плотности 1,23 г/см³ следует отнять 0,05, а при увеличении до +46, наоборот, прибавить 0,02 г/см³. Получается, в зимнее время плотность уменьшается, а летом — увеличивается. В любом случае она должна быть при температуре +25 градусов на уровне 1,23-1,28 г/см³.

Как правильно заменить электролит?

Замена электролита в аккумуляторе поможет далеко не во всех случаях неисправности АКБ. Она поможет в том случае, если не произошло разрушение пластин и они не подверглись сульфации, то есть на решетках не образовалось много белого налета. К такому состоянию его можно подвести только после нескольких случаев глубокой разрядки и относительно непродолжительного простоя в таком виде.

Правильно произвести смену электролита в автомобильном аккумуляторе несложно. Процесс состоит из 5 шагов:

1. Замена начинается со снятия батареи, так как произвести это на месте можно только при помощи отсасывающего устройства с тонкой трубкой. Перевернуть аккумулятор на бок проще, чем пытаться удалить жидкость из банок приспособлением.
2. Перед заливкой нового раствора все банки нужно промыть. Для этого можно использовать только дистиллированную воду. Достаточно пару раз залить ее и слить, одновременно измерив необходимый объем.
3. На следующем шаге нужно залить новый раствор в аккумулятор. Уровнем будет состояние пластин. Они должны быть полностью закрыты жидкостью.
4. Дать пропитаться пластинам новым химикатом в течение 2-3 часов.
5. Подключить батарею к зарядному устройству и установить ток не более 1 А на 2-3 суток.
6. Через 2 дня следует проверить плотность или стабильность отдаваемого тока. Сделать это можно нагрузочной вилкой, просто подключив лампочки дальнего света на 5 минут. Напряжение должно сохраниться за исключением незначительного падения.

Если аккумулятор быстро разрядится, то процедуру зарядки можно повторить, установив меньшую длительность и больший ток. В старых батареях пробки откручиваются отверткой. В новых они закрыты планкой и снаружи не видны, но они там есть. Планку нужно аккуратно поднять (возможно, она будет под наклейкой), под ней будут пробки. Это вполне реально выполнить в домашних условиях.

 

Выбираем аккумулятор для Infiniti FX 35, 45,Infiniti G35, M35 и M45 >

Жидкий электролит в твердотельных батареях может сделать аккумуляторы для электромобилей дешевле и лучше

Электромобили искусственно поддерживаются государственными распоряжениями и субсидиями, и мало что делают для сокращения выбросов, потому что электроэнергия, которая им нужна, в подавляющем большинстве случаев не солнечная, атомная или гидроэлектроэнергия.

Что могло бы помочь, так это аккумуляторы, которые не застряли в 20-м веке, такие как литий-ионные, замена которых стоила так дорого, что один владелец Tesla взорвал свою машину динамитом, а не стоимость новых аккумуляторов, которая составляла 50 процентов от первоначальная цена покупки.

И они могут быть опасны.

Опасность взрыва литий-ионных батарей

Твердотельные батареи, такие как литий-ионные, создают энергию, когда ионы лития перемещаются с одной стороны батареи на другую, а электроны проходят через цепь, питая устройство. Литий-ионный аккумулятор помогает ионам лития быстро перемещаться с помощью жидкого электролита, но современные жидкие электролиты легко воспламеняются и могут вызвать взрыв или пожар батареи, особенно когда батарея повреждена. Твердотельные батареи решают большую проблему с производительностью, но новое исследование показывает, что существуют препятствия, такие как опасное количество тепла при коротком замыкании.

В твердотельной батарее жидкий электролит заменен твердым электролитом, но хотя ионы лития могут быстро перемещаться внутри твердого электролита, им трудно перемещаться из твердого электролита к электродам и наоборот.

Чтобы преодолеть это, исследователи добавили жидкий электролит и обнаружили, что, несмотря на опасения, что они сделают твердотельные батареи менее безопасными, твердотельные батареи с жидким электролитом были безопаснее, чем литий-ионные аналоги. Проблема в том, что улучшенная производительность и более высокая плотность энергии, что хорошо для батареи, означает, что если эта дополнительная накопленная энергия выйдет из строя, полностью твердотельная батарея может выделять опасное количество тепла.

Оптимизация для обеспечения безопасности

Чтобы выяснить, насколько безопасным будет твердотельный аккумулятор с небольшим количеством жидкого электролита, исследовательская группа начала с расчета количества тепла, которое может выделяться в литий-ионном аккумуляторе. все твердотельные батареи и твердотельные батареи с различным количеством жидкого электролита. Все испытанные батареи имели эквивалентное количество запасенной энергии. Затем они рассмотрели три разных плохих вещи, которые могут случиться с батареями, и тепло, которое будет выделяться из-за каждого типа отказа.

Первая плохая вещь, которая может случиться, — это , если батареи загорятся — либо от соседней батареи, либо от окружающего здания, — сказал Торрес-Кастро. В этих случаях исследователи обнаружили, что твердотельная батарея с небольшим количеством жидкого электролита производит около одной пятой тепла сопоставимой литий-ионной батареи — в зависимости от того, сколько в ней жидкого электролита. Твердотельный аккумулятор без жидкого электролита в этом сценарии не выделял тепла.

Вторая плохая вещь, которая может случиться с батареями, это если многократная зарядка и разрядка заставят металлический литий сформировать «шип» , называемый дендритом. По словам Прегера, этот дендрит может пробить отверстие в сепараторе, разделяющем две стороны, и вызвать короткое замыкание. Это известная проблема со всеми батареями, на одной стороне которых находится металлический литий. В этом случае все три батареи производили одинаковое количество тепла, которое зависело от того, сколько металлического лития было в батареях.

Третья плохая вещь, которая может случиться с твердотельной батареей, это твердый электролит может сломаться . По словам Торрес-Кастро, это могло произойти, если батарея была раздавлена ​​или проколота, или из-за повышения давления во время работы, что позволило кислороду с одной стороны батареи вступить в реакцию с металлическим литием с другой стороны. В этих случаях твердотельная батарея без жидкого электролита может достигать температуры, близкой к температуре литий-ионной батареи, что команда сочла неожиданным.

Но риск невелик. Существует определенный компромисс между производительностью и безопасностью, но добавление небольшого количества жидкости может значительно повысить производительность, оказав лишь незначительное влияние на безопасность.

Твердотельные электролиты для аккумуляторов электромобилей

Хао Шен, ^аб Ёнгю Йи, ^и Лей Ченг, 9 лет0041 с Марко Аморес, ^{объявление} Гуойин Чен, ^и Стивен В.

Софи ^и а также Марка М. Доефф * ^и

Принадлежности автора

* Соответствующие авторы

^и Отдел хранения энергии и распределенных ресурсов, Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли, 1 Cyclotron Road, Berkeley, CA 94720, США
Электронная почта: [email protected]

^б Центр улучшения характеристик материалов в наномасштабе (CAMP-Nano), Государственная ключевая лаборатория механического поведения материалов, Сианьский университет Цзяотун, Сиань, Шэньси 710049, Китай

^с Robert Bosch LLC, Центр исследований и технологий, Саннивейл, Калифорния 94085, США

^д Кафедра химии Высшей школы наук Токийского университета, 7-3-1, Хонго, Бункё-Ку, Токио, Япония

^и Факультет машиностроения и промышленной инженерии, Государственный университет Монтаны, Бозман, штат Монтана, 59715, США

Аннотация

rsc.org/schema/rscart38″> Недавний всплеск интереса ко всем твердотельным литиевым батареям для электромобилей обусловлен необходимостью повышения безопасности и более высокой плотности энергии, чем то, что в настоящее время доступно для обычных литий-ионных батарей. Замена легковоспламеняющихся жидких электролитических растворов твердыми электролитами позволяет использовать литий-металлические аноды с более высокой энергией вместо графита и снижает вероятность катастрофического отказа, который может привести к пожару. Однако большинство твердотельных батарей, доступных сегодня, изготавливаются в виде небольших тонкопленочных форматов, требующих дорогостоящих технологий вакуумного напыления, и имеют низкую практическую плотность энергии из-за низкой емкости, что ограничивает их использование в специальных приложениях. В этой статье мы обсудим текущее состояние твердых электролитов для твердотельных литиевых батарей и то, что необходимо с точки зрения проектирования и изготовления элементов для разработки крупноформатных устройств для тяговых приложений.