советы по подготовке, правила эксплуатации

Электрическая батарея автомобиля представляет собой перезаряжаемый аккумулятор, который обеспечивает электрической энергией двигатель при его запуске и позволяет функционировать всем системам транспортного средства. Работоспособность батареи определяется его выходным напряжением, которое в большей степени зависит от состава электролита для аккумуляторов.

Содержание

1. Общая информация
2. Концентрация кислоты
3. Правила эксплуатации
4. Измерение плотности
5. Уровень жидкости
6. Подготовка электролита и батареи

Аккумуляторная батарея получила такое название потому, что она состоит из нескольких ячеек, которые располагаются одна за другой в ряд. Такое устройство является последовательным соединением электрических элементов в цепи, что позволяет увеличить выходное напряжение. Каждая ячейка батареи представляет собой закрытый сосуд, в котором расположены два электрода, погруженные в специальную жидкость — электролит, представляющий собой смесь серной кислоты и дистиллированной воды. Он выступает в качестве среды, обеспечивающей ионный обмен между электродами.

Положительные электроды — пластины, которые состоят из пентоксида свинца, а отрицательные электроды — пластины из активного свинца. Они объединяются и группируются с помощью контактных прослоек горизонтального и вертикального типа. Такая структура обеспечивает равномерное распределение электрического тока. Объединение положительных и отрицательных свинцовых пластин называется элементом. Как правило, отрицательные пластины имеют большую толщину.

Каждый элемент батареи отделяется тонкой прослойкой из пластика. Эта прослойка предотвращает возникновение короткого замыкания между рядом находящимися плюсом и минусом соседних элементов.

Между электродами и электролитом происходят электрохимические реакции, в результате которых поглощаются или выделяются электроны. Такие реакции создают разницу напряжений между электродами элемента.

На внешнюю часть корпуса аккумулятора выводятся две клеммы, с помощью которых он подсоединяется к электрической цепи. Эти клеммы расположены на верху корпуса, однако в некоторых батареях они делаются сбоку. В последнем случае возникает множество проблем, связанных с их расположением, в частности, боковые клеммы облегчают скопление паров электролита внутри батареи, что приводит к быстрому выходу из строя его рабочих элементов.

Клемма аккумулятора является либо положительной, либо отрицательной. Положительная клемма имеет больший размер, поэтому выполнить правильную установку батареи не составит никакого труда даже новичку. Если подсоединить неправильно аккумулятор, то есть перепутать плюс и минус, тогда можно повредить всю электрическую цепь.

Происходящие электрохимические реакции приводят к медленному износу активных элементов батареи, в частности, отрицательные электроды окисляются и становятся толще, а положительные электроды восстанавливаются и утончаются. По этой причине при покупке аккумулятора для автомобиля всегда следует обращать внимание на гарантийный срок службы устройства.

Аккумулятор может работать в ограниченном температурном диапазоне и плохо переносит низкие температуры, поэтому уход за ним состоит в периодических проверках напряжения на его клеммах и его механической целостности. Важно следить за наличием в батареи электролита для кислотных аккумуляторов и составом его.

Концентрация кислоты

Основным компонентом электролита автомобильной аккумуляторной батареи (АКБ) является концентрированная серная кислота. Но на чистой серной кислоте устройство работать не может, поэтому в составе автомобильного электролита также присутствует дистиллированная вода. Государственный стандарт ГОСТ 667–73 регулирует качество серной кислоты, поставляемой для АКБ. Важность соблюдения этого ГОСТа связаны с резким снижением срока службы устройства в случае использования грязной серной кислоты.

Плотность серной кислоты равна 1,84 г/мл, рабочее же значение плотности электролита составляет 1,3 г/мл. Следует знать, что при приготовлении электролита выделяется большое количество теплоты, поэтому не нужно забывать правило, что следует всегда лить кислоту в воду, и ни в коем случае наоборот.

Электролит, плотность которого лежит в пределе 1,07 — 1,30 г/мл, считается пригодным для работы. Этому пределу плотности соответствует концентрация h3SO4 27−40%.

Правила эксплуатации

Свойства электролита достаточно чувствительны к смене температурного режима окружающей среды, поэтому в зонах с умеренным климатом рекомендуется проверять его состояние два раза в год: в конце осени и в конце весны.

Измерение плотности

Плотность является важной характеристикой кислотного электролита, состав которого определяет ее величину. Прибор, которым измеряется плотность электролита, называется ареометром, который можно купить в любом автомагазине. При его использовании следует учитывать температуру окружающей среды и связанный с ней поправочный коэффициент.

Следующая таблица демонстрирует поправочные коэффициенты к полученным показаниям ареометра в зависимости от температуры (градусы Цельсия):

• от -40 до -26: -0,04;
• от -25 до -11: -0,03;
• от -10 до +4: -0,02;
• от +5 до +19: -0,01;
• от +20 до +30: 0,00;
• от +31 до +45: +0,01.

Помимо ареометра, для записи измеренных результатов рекомендуется заранее приготовить чистый лист бумаги и карандаш. Проверку необходимо проводить в каждом элементе батареи отдельно.

Следующие шаги объясняют порядок действий:

1. Первым делом следует открыть каждую емкость в батарее, плотность электролита в которой должна быть измерена.
2. Предназначенную для измерения часть ареометра нужно поместить в электролит.
3. Грушей прибора следует забрать некоторую порцию электролита так, чтобы поплавок ареометра начал плавать.
4. В месте соприкосновения специального стержня и жидкости следует смотреть настоящие показания измеряемой величины.
5. Полученный результат записать, а затем провести аналогичные действия для оставшихся емкостей батареи.

Плотность является физической величиной, размерность которой определяется как г/см3. В случае электролита после проведенных измерений следует удостовериться, что ее колебания во всех элементах АКБ не превышают 0,2−0,3 г/см3. Если средняя величина плотности по всем емкостям АКБ лежит ниже установленного значения в паспорте, тогда необходимо зарядить аккумулятор.

При уходе за аккумулятором и контроле плотности электролита необходимо иметь в виду температурный режим. Так, в холодное время года следует поддерживать более высокие значения этой величины (1,30 г/см3), так как она обеспечивает более низкую температуру замерзания жидкости. Например, если значение плотности лежит ниже 1,1 г/см3, то в электролите могут появляться кристаллики льда уже при температуре -6 °C. Летом же лучше снижать плотность заряженной батареи до уровня 1,23 г/см3, поскольку чем она ниже, тем дольше прослужит устройство.

Зимой при низких температурах воздуха рекомендуется снимать аккумулятор с автомобиля и заносить его в помещение, в котором следует проводить все контролирующие замеры электролитических параметров. Кроме того, для эксплуатации электроприбора в северных районах страны следует приобрести специальный контейнер-рубашку, который позволяет сохранять тепло корпуса АКБ.

Уровень жидкости

Еще одной ключевой характеристикой аккумуляторной батареи, за которой необходимо следить регулярно, является уровень электролита в каждом элементе. Согласно общим рекомендациям, он не должен быть ниже 1−1,5 см верхнего края пластин.

Перед измерением уровня электролита в каждой секции батареи следует поставить электроприбор на горизонтальную поверхность. После этого рекомендуется взять стеклянную трубку длиной 25−30 см и диаметром 5−6 мм, опустить ее на дно измеряемой банки, закрыть свободный конец трубочки большим пальцем, чтобы предотвратить спад жидкости в ней при вытягивании из банки, а затем вытянуть ее из электролита и любой линейкой измерить уровень.

Эту операцию можно провести с помощью обычного листа бумаги, который следует свернуть в трубочку и опустить на дно измеряемой емкости. При последующем измерении линейкой мокрого отпечатка на листе следует учесть величину погрешности, возникающую из-за капиллярного эффекта.

Если при измерениях обнаружен недостаток жидкости в какой-либо емкости батареи, тогда следует в нее добавить нужное количество дистиллированной воды.

Делать это следует осторожно, небольшими порциями, поскольку вода, попадая в кислоту, вызывает большое выделение теплоты и вскипание. Добавлять следует именно воду, а не электролит, в противном случае можно серьезно повредить электроприбор.

Подготовка электролита и батареи

Если старый аккумулятор вышел из строя и пришло время купить новый, то можно поступить двумя способами: во-первых, можно купить уже готовый залитый в АКБ электролит, во-вторых, можно приобрести сухозаправленную батарею и самостоятельно выполнить ее заливку. Первый способ рекомендуется для новичков, ко второму же методу следует прибегать, если прибор будет эксплуатироваться в каких-либо экстремальных условиях.

При подготовке раствора самостоятельно необходимо следующее:

1. Канистра с дистиллятом, которая продается в каждом автомагазине, приобрести эту воду можно и в аптеке.
2. Серная кислота h3SO4. Рекомендуется приобретать ее в разбавленном виде, то есть с плотностью 1,40 г/см3. Реже используется концентрированная кислота с плотностью 1,84 г/см3.
3. Градуированная емкость, которую можно использовать, чтобы отмерять нужные порции жидкости.
4. При приготовлении электролита его нужно будет мешать, поэтому следует запастись трубкой из химически инертного материала, например, из стекла или керамики.
5. Резиновые перчатки, прозрачные очки, защитный фартук, старая одежда — основные средства индивидуальной защиты.

Во время приготовления раствора следует соблюдать элементарные правила химической безопасности, которые заключаются в добавлении воды в электролит не большими порциями, что может привести к вскипанию и разбрызгиванию во все стороны жидкости, а тонкой струей.

При этом трубкой рекомендуется плавно перемешивать раствор.

Аккумуляторный электролит нужного состава готовится согласно инструкции на упаковке путем смешивания кислоты и дистиллята. В ряде случаев их объемы смешиваются в равных количествах. После завершения процедуры надо будет замерить плотность ареометром.

В различных моделях автомобилей используют АКБ разного объема, вариации которого составляют от 2,6 до 3,7 л. В любом случае электролит можно приготовить с запасом, а оставшийся раствор необходимо нейтрализовать, бросив в него несколько ложек пищевой соды.

Как только рабочий раствор подготовлен, его нужно залить во все емкости батареи. Использовать для этого нужно либо стеклянную воронку, либо стеклянную кружку с удобным носиком. Процесс заполнения банок прибора следует проводить аккуратно и не спеша.

Заполнение производят до уровня, когда свинцовые пластины поднимаются над поверхностью электролита на 1−1,5 см.

Затем прибор оставляют на 3−4 часа, при этом плотность раствора может незначительно уменьшиться.

Через несколько часов после заправки АКБ заряжают. Выполняется это так: на корпусе батареи проверяется значение емкости в Ампер-часах, это число делится на 10, и полученную величину уже используют для установления тока зарядки. Например, если емкость батареи составляет 80 А*ч, тогда ток для ее зарядки равен 8 А. Заряжать следует в течение 4 часов, после чего замеряются значения плотности и уровня электролита, и если они соответствуют рабочим величинам, тогда аккумуляторная батарея готова к использованию.

Опасность воздействия электролита | АКБ-сервис

Первая страница

В каком виде хранится электролит в АКБ?

Электролит может находиться в аккумуляторе в жидком или гелеобразном состоянии. В первом случае он представляет собой раствор серной кислоты либо щелочи в дистиллированной воде. Гелевые аккумуляторы также используют раствор серной кислоты, который с помощью специальных добавок превращается в гель. Наибольшее распространение имеют свинцово-кислотные автомобильные аккумуляторные батареи. Щелочи используются реже – преимущественно в никель-кадмиевых или никель-железных источниках электропитания автомобиля.
Чем опасен электролит аккумуляторной батареи?
Людям, которым часто приходится иметь дело с автомобильными аккумуляторами, следует опасаться непосредственного контакта с опасной жидкостью:
— попадание на открытые участки кожи;
— вдыхание паров электролита;
— попадание вещества в глаза;
— случайное проглатывание жидкости и ее проникновение в пищеварительный тракт.
 

 

Какой вред можно нанести здоровью при неосторожном обращении с электролитом?
Соприкосновение раствора с кожей вызывает химический ожог, сопровождающийся покраснением, отечностью, появлению волдырей, формированию болезненных струпьев. Человека, надышавшегося парами кислотного или щелочного раствора, будут беспокоить симптомы поражения слизистой оболочки дыхательных путей и органов:
— кашель;
— чихание;
— сильное слюноотделение;
— одышка;
— падение кровяного давления;
— бронхиальный спазм;
— удушье;
— судороги.
Попадание электролита в систему пищеварения способно сильно повредить слизистую пищевода, желудочно-кишечного тракта. При этом человек будет ощущать сильную боль, колики, его будет мучить рвота с кровяными выделениями. Случайно попавшие в глаза брызги могут сильно обжечь роговицу и привести к частичной или полной утрате зрения.

Воздействие на одежу.

Если электролит попал вам на одежду, то спасти её не получится, особенно если она хлопковая, через некоторое время на местах попадания электролита появятся дырки.

 

Как можно уберечься от опасности?
Для предотвращения неприятностей автомобилистам, работникам станций техобслуживания, людям, осуществляющим прием автомобильных аккумуляторов, следует предпринимать совсем несложные меры:
— быть предельно внимательными;
— соблюдать рекомендации производителей аккумуляторов относительно условий их эксплуатации, ремонта и утилизации;
— придерживаться элементарных правил техники безопасности;
— пользоваться средствами индивидуальной защиты.

Первая помощь при попадании электролита в организм человека.
Хорошими средствами, нейтрализующими кислоту, являются всем доступные сода и нашатырный спирт (раствор). На щелочные растворы воздействуют с помощью лимонной и уксусной кислоты. Если при работе с аккумулятором не удалось избежать попадания электролита на кожу, то следует немедленно обработать пораженный участок каким-либо из перечисленных веществ, после чего не менее 15 минут подержать его под струей чистой воды. Глаза при несчастном случае нужно сразу промыть большим количеством воды, после чего немедленно обратиться к врачу. При попадании химикатов в желудочно-кишечный тракт потребуется как можно быстрее сделать промывание желудка, обеспечить пострадавшему обильное питье. В любом случае необходимо найти способ сразу же после происшествия обратиться за профессиональной врачебной помощью. Это поможет спасти не только здоровье, но и во многих случаях жизнь пострадавшего.

Что бы немного успокоить читателя после всего прочитанного, кратковременный контакт электролита с кожей, при обслуживании аккумулятора не принисет каких-либо увечий, но следить за техникой безопасноски обязательно нужно!

Дата публикации: 

14/07/2020

Не нашли то, что искали?
Закажите звонок, и мы поможем с вабором

Заказать

Магазин аккумуляторов «АКБ-Сервис» предлагает своим клиентам высокое качество обслуживания.

На всю продукцию (исключая жидкости) «АКБ-Сервис» предоставляет гарантию до трёх лет. В течении гарантийного срока Вы можете в любое время приехать на бесплатное сервисное обслуживание аккумулятора (зарядку, доливку дистиллированной воды, подготовку к сезону).

Мы имеем сертификат разрешающий работы по обслуживанию и утилизации аккумуляторных батарей.

Какая кислота содержится в автомобильном аккумуляторе? (Советы по добавлению аккумуляторной кислоты)

от UniEnergy Technologies

Вероятно, вы никогда не задумывались о том, что жидкости протекают через разные части. Более того, многие из нас не думают об автомобильных аккумуляторах до тех пор, пока у нас не возникнет проблема с автомобилем. Это может быть единственный раз, когда мы понимаем, что автомобильные аккумуляторы работают на определенных жидкостях, которые могут истощаться. Итак, какая кислота находится в автомобильном аккумуляторе?

Автомобильный аккумулятор работает на серной кислоте, сильнодействующем химическом веществе, используемом в различных промышленных и механических устройствах. Кислота производит электрический ток, необходимый двигателю автомобиля для запуска и работы. Но есть шаги к тому, как кислота приводит автомобиль в действие, и в этой статье объясняется, как она помогает двигателю работать.

Содержание

• Как серная кислота работает в автомобильном аккумуляторе
• Почему серная кислота является предпочтительным выбором для автомобильного аккумулятора?
• Добавление кислоты из нового аккумулятора в старый аккумулятор
• Заключение

Как серная кислота действует в автомобильном аккумуляторе

Типичный автомобильный аккумулятор является свинцово-кислотным, а все свинцово-кислотные аккумуляторы работают на серной кислоте. Это едкая и опасная кислота, с которой следует обращаться осторожно, если вы хотите ее использовать. Серная кислота может обжечь кожу и вызвать обширные травмы или слепоту при попадании на кожу, глаза или другие части тела.

Основная причина, по которой производители отдают предпочтение серной кислоте, заключается в том, что она производит сильный электрический ток. В батарее есть свинец, и когда кислота вступает в контакт со свинцом, в результате образуется сульфат свинца. В результате различных химических реакций сульфат свинца снова превращается в серную кислоту и свинец.

Кислота также отвечает за производство электролита, жидкости, в которую погружены элементы батареи. Электролиты состоят из воды и серной кислоты, создавая правильную среду для электрических токов в батарее.

Почему серная кислота является предпочтительным выбором для автомобильного аккумулятора?

Есть несколько причин, по которым автомобильные аккумуляторы используют серную кислоту вместо других типов. Это не значит, что нет других совместимых кислот для автомобильного аккумулятора. Однако по этим причинам серная кислота обычно работает лучше.

1. Сильный электролит

Серная кислота является сильным электролитом, что является основной причиной ее использования в автомобильном аккумуляторе. Как объяснялось, электролит представляет собой жидкость, состоящую из воды и серной кислоты, что также означает, что он проводит электричество.

Без надлежащего электрического тока автомобильный аккумулятор не может производить тепло, необходимое для работы двигателя. Другими словами, серная кислота производит химическую реакцию, необходимую для производства энергии для движения вашего автомобиля.

2. Коррозионный

Еще одна важная причина, по которой серная кислота является предпочтительным выбором для автомобильных аккумуляторов, заключается в том, что она обладает высокой коррозионной активностью. Это означает, что он достаточно силен, чтобы стирать препятствия и предметы, которых там быть не должно.

Его коррозионная природа позволяет легко разрушить свинцовые пластины, которые могут быть в аккумуляторе. Следовательно, батарея может работать более эффективно, когда нет посторонних предметов, препятствующих движению или замедляющих химические реакции, необходимые для функционирования батареи.

3. Плотный

Плотность любого материала показывает, сколько он может хранить или выдерживать. То же самое относится к серной кислоте в автомобильных аккумуляторах; кислота может хранить много химической энергии, необходимой для работы двигателя. Материалы с низкой плотностью не могут хранить достаточно энергии для питания любой машины или устройства.

Однако плотность серной кислоты высока, что увеличивает ее способность производить энергию для автомобиля. И чем больше мощности доступно, тем дольше могут работать аккумулятор и двигатель.

4. Стабильный

Стабильность кислоты имеет решающее значение из-за химических процессов, которые происходят в системе каждый раз, когда батарея должна работать. Серная кислота очень стабильна, а значит быстро не разрушается.

Обеспечивает подходящую среду для химикатов, чтобы выдерживать давление и высокую температуру, необходимые для нормального использования. Таким образом, не будет побочных реакций или взрыва из-за отсутствия стабильности.

5. Доступная цена

Стоимость серной кислоты является еще одним фактором, который делает ее более предпочтительной по сравнению с другими аккумуляторными кислотами. Он более доступен, что делает его наиболее экономичным выбором для аккумуляторной кислоты.

Добавление новой кислоты в старую батарею

Можно ли добавить новую серную кислоту в старую батарею, чтобы она снова заработала? Иногда можно добавить новую кислоту в старую батарею. Однако учтите, что процесс добавления кислоты деликатный и детальный.

Кроме того, аккумуляторная жидкость обладает высокой коррозионной активностью и может вызвать ожог кожи при воздействии на нее без надлежащего защитного снаряжения. Поэтому может помочь, если вы позволите специалисту посоветовать или добавить кислоту вместо того, чтобы делать это самостоятельно.

Вы должны знать конкретные размеры и коэффициенты, подходящие для вашего автомобильного аккумулятора. Кроме того, обратите внимание, что существуют разные марки и типы аккумуляторов, которые могут определять соотношение кислоты для данного аккумулятора.

Использование неправильного измерения или отношения может привести к повреждению аккумулятора, который не подлежит ремонту. Тем не менее, правильные измерения и соотношения могут заставить батарею работать как новая и служить дольше. Убедитесь, что вы заряжаете его в течение нескольких часов после добавления кислоты, прежде чем использовать его для достижения наилучших результатов.

Выберите правильное соотношение и концентрацию

Помните, что серная кислота лучше всего работает в свинцово-кислотных батареях. Если вы покупаете кислоту для своего автомобильного аккумулятора, убедитесь, что она свинцово-кислотного типа. В противном случае вы можете купить аккумулятор другого кислотного типа. Кроме того, убедитесь, что у вас есть правильная концентрация для батареи.

Обычно концентрация серной кислоты составляет от 29% до 36% и определенный процент воды. Плотность кислоты должна быть около 1,25 кг на литр, а уровень pH должен быть около 0,8.

Кроме того, вы должны знать, какой объем требуется для вашего типа батареи. Продавцы продают их в литровых бутылках для удобства измерения. Поэтому определите, сколько батареи нужно по этикетке, и приобретите соответственно.

Заключение

Автомобильный аккумулятор использует серную кислоту, смешанную с водой, в качестве электролита для запуска химической реакции. Когда вы заряжаете аккумулятор, кислота вступает в реакцию со свинцовыми пластинами внутри аккумулятора, вырабатывая энергию, необходимую для работы двигателя.

В результате реакции образуется сульфат свинца для производства электроэнергии, но он снова превращается в серную кислоту и свинец, когда батарея разряжается. Избегайте самостоятельно обращаться с аккумуляторной кислотой, особенно если она прямо из аккумулятора. Он обладает высокой коррозионной активностью и может привести к обширным травмам при неправильном обращении. Позвольте профессионалу добавить или удалить аккумуляторную кислоту, когда это необходимо.

Новый аккумуляторный электролит может увеличить модельный ряд электромобилей

Начало основного содержания

Избранные отчеты

Новый электролит на основе лития, изобретенный учеными Стэнфордского университета, может проложить путь к следующему поколению электромобилей с батарейным питанием.

В исследовании, опубликованном 22 июня в журнале Nature Energy , исследователи из Стэнфорда демонстрируют, как их новая конструкция электролита повышает производительность литий-металлических аккумуляторов, многообещающей технологии для питания электромобилей, ноутбуков и других устройств.

Обычный (прозрачный) электролит слева и новый Стэнфордский электролит
прав. (Изображение предоставлено Чжао Ю)

«Большинство электромобилей работают на литий-ионных батареях, которые быстро приближаются к своему теоретическому пределу плотности энергии», — сказал соавтор исследования И Цуй, профессор материаловедения и инженерии, а также фотонной науки. в Национальной ускорительной лаборатории SLAC. «Наше исследование было сосредоточено на литий-металлических батареях, которые легче литий-ионных батарей и потенциально могут обеспечивать больше энергии на единицу веса и объема».

Литий-ионный в сравнении с металлическим литием

Литий-ионные аккумуляторы, используемые во всем, от смартфонов до электромобилей, имеют два электрода — положительно заряженный катод, содержащий литий, и отрицательно заряженный анод, обычно сделанный из графита. Раствор электролита позволяет ионам лития перемещаться туда и обратно между анодом и катодом, когда батарея используется и когда она перезаряжается.

Литий-металлическая батарея может удерживать в два раза больше электроэнергии на килограмм, чем современная обычная литий-ионная батарея. Литий-металлические батареи делают это, заменяя графитовый анод металлическим литием, который может хранить значительно больше энергии.

«Литий-металлические батареи очень перспективны для электромобилей, где вес и объем имеют большое значение», — сказал соавтор исследования Чжэнан Бао, K. K. Ли Профессор инженерной школы. «Но во время работы литий-металлический анод реагирует с жидким электролитом. Это вызывает рост литиевых микроструктур, называемых дендритами, на поверхности анода, что может привести к возгоранию и выходу батареи из строя».

Исследователи десятилетиями пытались решить проблему дендритов.

«Электролит был ахиллесовой пятой литий-металлических аккумуляторов», — сказал соавтор Чжао Юй, аспирант по химии. «В нашем исследовании мы используем органическую химию для рационального проектирования и создания новых стабильных электролитов для этих батарей».

Новый электролит

В ходе исследования Ю и его коллеги изучили, могут ли они решить проблемы стабильности с помощью обычного имеющегося в продаже жидкого электролита.

«Мы предположили, что добавление атомов фтора в молекулу электролита сделает жидкость более стабильной, — сказал Юй. «Фтор — широко используемый элемент в электролитах для литиевых аккумуляторов. Мы использовали его способность притягивать электроны для создания новой молекулы, которая позволяет металлическому литиевому аноду хорошо функционировать в электролите».

Результатом стало новое синтетическое соединение, сокращенно FDMB, которое можно легко производить в больших количествах.

«Конструкции электролитов становятся очень экзотичными, — сказал Бао. «Некоторые из них подали хорошие надежды, но их производство очень дорого. Молекулу FDMB, которую придумал Чжао, легко производить в больших количествах, и она довольно дешевая».

«Невероятная производительность»

Команда из Стэнфорда протестировала новый электролит в литий-металлическом аккумуляторе.

Результаты были потрясающими. Опытная батарея сохранила 90 процентов от первоначального заряда после 420 циклов зарядки и разрядки. В лабораториях типичные литий-металлические батареи перестают работать примерно через 30 циклов.

Кандидаты в доктора наук и ведущие авторы Хансен Ван (слева) и Чжао Ю (справа) тестируют экспериментальную клетку в своей лаборатории. (Изображение предоставлено Hongxia Wang.)

Исследователи также измерили, насколько эффективно ионы лития переносятся между анодом и катодом во время зарядки и разрядки, свойство, известное как «кулоновская эффективность».

«Если вы зарядите 1000 ионов лития, сколько вы получите обратно после разрядки?» — сказал Цуй. «В идеале вам нужно 1000 из 1000 для кулоновской эффективности 100 процентов. Чтобы быть коммерчески жизнеспособным, элемент батареи должен иметь кулоновский КПД не менее 99,9%. В нашем исследовании мы получили 99,52% в полуячейках и 99,98% в полных ячейках; невероятное выступление».

Аккумулятор без анода

Для потенциального использования в бытовой электронике команда из Стэнфорда также протестировала электролит FDMB в безанодных литий-металлических мешочных элементах — имеющихся в продаже батареях с катодами, которые подают литий к аноду.

«Идея состоит в том, чтобы использовать литий только на стороне катода для снижения веса», — сказал соавтор Хансен Ван, аспирант в области материаловедения и инженерии. «Безанодная батарея проработала 100 циклов, прежде чем ее емкость упала до 80 процентов — не так хорошо, как эквивалентная литий-ионная батарея, которая может работать от 500 до 1000 циклов, но все же одна из самых эффективных безанодных элементов».

«Эти результаты обнадеживают для широкого спектра устройств», — добавил Бао. «Легкие безанодные аккумуляторы станут привлекательной чертой для дронов и многих других потребительских электронных устройств».

Battery500

Министерство энергетики США (DOE) финансирует большой исследовательский консорциум под названием Battery500, чтобы сделать литий-металлические батареи жизнеспособными, что позволит производителям автомобилей создавать более легкие электромобили, которые могут преодолевать гораздо большие расстояния между зарядками. Это исследование было частично поддержано грантом консорциума, в который входят Стэнфорд и SLAC.

Улучшая аноды, электролиты и другие компоненты, Battery500 стремится почти втрое увеличить количество электроэнергии, которую может обеспечить литий-металлическая батарея, со 180 ватт-часов на килограмм, когда программа была запущена в 2016 году, до 500 ватт-часов на килограмм. Более высокое отношение энергии к весу, или «удельная энергия», является ключом к решению проблем с запасом хода, которые часто возникают у потенциальных покупателей электромобилей.

«Безанодная батарея в нашей лаборатории достигла удельной энергии около 325 ватт-часов на килограмм, приличное число», — сказал Цуй. «Нашим следующим шагом может быть совместная работа с другими исследователями из Battery500 для создания элементов, которые приближаются к цели консорциума в 500 ватт-часов на килограмм».

Испытание на воспламеняемость обычного карбонатного электролита (слева) и нового электролита FDMB (справа), разработанного в Стэнфорде. Обычный карбонатный электролит воспламеняется сразу после контакта с пламенем, но электролит FDMB может выдерживать прямое пламя в течение не менее трех секунд. (Кредит Чжао Юй)

В дополнение к более длительному сроку службы и лучшей стабильности, электролит FDMB также гораздо менее горюч, чем обычные электролиты, как показали исследователи во встроенном видео.

«Наше исследование, по сути, представляет собой принцип проектирования, который люди могут применять для создания лучших электролитов», — добавил Бао. «Мы только что показали один пример, но есть много других возможностей».

Другие соавторы из Стэнфорда: Цзянь Цинь , доцент кафедры химического машиностроения; ученые с докторской степенью Сянь Конг, Кеченг Ван, Вэньсяо Хуан, Снехашис Чоудхури и Чибуезе Аманчукву; аспиранты Уильям Хуан, Ючи Цао, Дэвид Макканик, Ю Чжэн и Саманта Хунг; и студенты Ютинг Ма и Эдер Ломели. Синьчан Ван из Сямэньского университета также является соавтором. Чжэнань Бао и И Цуй — старшие научные сотрудники Стэнфордского университета 9.0102 Предварительный суд Института энергетики . Цуй также является главным исследователем Стэнфордского института материаловедения и энергетики , совместной исследовательской программы SLAC и Стэнфорда.

Эта работа также была поддержана Программой исследования материалов для аккумуляторов Управления автомобильных технологий Министерства энергетики США.