Как корректировать плотность электролита в аккумуляторе: Корректирующий электролит. Плотность, виды, как пользоваться?

Содержание

Проверка, корректировка плотности электролита в аккумуляторе, ЭДС

По плотности электролита судят о степени заряженности автомобильного аккумулятора. Чем ниже плотность электролита, тем более аккумулятор разряжен. Уменьшение плотности электролита на 0,01 г/см3 по сравнению с первоначальной означает, что аккумулятор разрядился примерно на 6%.

Проверка и корректировка плотности электролита в аккумуляторе, проверка ЭДС и напряжения автомобильного аккумулятора.

Информацию о плотности электролита, а значит и о степени заряженности аккумуляторной батареи, можно получить при проверке плотности электролита ареометром или плотномером. Трубку ареометра опустите в аккумулятор и грушей наберите в нее электролит до тех пор, пока поплавок не всплывет. Деление, до которого погрузился поплавок, покажет плотность электролита.

Старайтесь держать ареометр так, чтобы уровень электролита в нем совпадал с уровнем глаз. Желательно перед измерением плотности 2-3 раза набрать в ареометр электролит для смачивания стенок, чтобы избежать прилипания к ним поплавка. Если же прилипание случится, постучите легонько пальцем по колбе.

В последние годы автолюбители все чаще предпочитают измерять плотность не ареометром, а плотномером. Он удобнее потому, что в нем нет стеклянных деталей — корпус с трубкой и семь поплавков выполнены из пластмассы. Кроме этого, плотномером проще чем ареометром измерять плотность электролита. Поплавки плотнометра имеют различные массы, поэтому всплывают при различной плотности электролита.

Цифры, нанесенные на корпусе плотномера против каждого поплавка, указывают наименьшую плотность, при которой поплавок всплывает. Плотность электролита определяется по всплывшему поплавку с наибольшей цифрой. Если уровень электролита мал, то сначала долейте в аккумулятор дистиллированной воды и только через полтора-два часа, когда вода перемешается с электролитом, приступайте к измерению плотности.

Не забудьте, что плотность электролита в большой степени зависит от его температуры, поэтому результаты измерений нужно всегда приводить к температуре плюс 25 градусов. Делается это так. Если температура электролита выше плюс 25 градусов, то к показаниям ареометра или плотномера добавляется поправка 0,007 г/см3 на каждый градус. Эта же поправка вычитается из показаний ареометра, если температура электролита ниже плюс 25 градусов.

Еще одно важное замечание. Плотность электролита полностью заряженной аккумуляторной батареи зависит от климатических условий работы автомобиля. Для проверки по плотности электролита степени заряженности батареи воспользуйтесь таблицей ниже.

Плотность электролита в автомобильном аккумуляторе при различной степени разряженности.

Аккумуляторную батарею, разряженную летом более, чем на 50%, а зимой более, чем на 25%, нужно снять с автомобиля и зарядить. Если плотность электролита у различных банок аккумулятора отличается более, чем на 0,02 г/см3 или же слишком низкая, то подзарядите автомобильный аккумулятор током 1-2 А в течение суток, Если и после этого напряжение аккумуляторной батареи будет меньше 12 В, то ее нужно менять.

Таким образом, плотность электролита показывает степень заряженности аккумуляторной батареи. О том, есть ли в аккумуляторе неисправности подскажут величины ЭДС и напряжения.

Проверка ЭДС и напряжения автомобильного аккумулятора.

Измерить ЭДС и напряжение автомобильного аккумулятора можно с помощью аккумуляторного пробника Э108 или нагрузочной вилки ЛЭ-2. В корпусе пробника (вилки) размещены два параллельно соединенных резистора. Контактной гайкой резисторы могут подключаться между ножками, которые соединены с кронштейном, где закреплены вольтметр и по одному концу резисторов.

Для измерения ЭДС отверните контактную гайку, при этом резисторы отключаются от ножек, и подключите ножки к выводам аккумулятора. Чтобы измерить напряжение, нужно затянуть контактную гайку, нагрузочные резисторы включаются между ножками, и снова соединить пробник с выводами аккумулятора.

Аккумуляторная батарея исправна, если измеренная ЭДС каждой банки не менее рассчитанной по плотности электролита, а напряжение в конце пятой секунды не упадет ниже 1,7 В. Если это не так — аккумуляторная батарея требует заряда или ремонта. Для определения расчетной ЭДС аккумулятора, сложите плотность электролитов каждой банки и к полученной сумме прибавьте 5,04.

Как проверить плотность электролита в аккумуляторе или поднять его

Вовсе не редкостью являются ситуации, когда двигатель не хочет заводиться и возникают проблемы с пуском. Довольно часто причина кроется именно в разряженном аккумуляторе. Это становится следствием изменения свойств содержащегося внутри электролита. Её необходимо поднять.

Но прежде чем начинать мероприятия по изменению плотности, нужно понять причины, из-за которых такая ситуация возникла. Просто так качество раствора, состоящего из дистиллированной воды и серной кислоты, меняться не будет.

Определившись с причинами, удастся правильно провести ремонтно-восстановительные мероприятия, продлить срок службы АКБ и отложить покупку новой батареи. На практике повлиять на плотность вовсе не так сложно.

Содержание

Причины снижения плотности
В чём опасность высокой и низкой плотности
Правильные показатели плотности
Как проверить плотность
Особенности повышения плотности
Повышение с помощью ЗУ

Причины снижения плотности

Есть несколько факторов, влияющих на показатели плотности у электролита в аккумуляторах.

К ним можно отнести такие моменты:

Разряд АКБ. Одна из главных причин, почему падает плотность электролита в автомобильном аккумуляторе. Параллельно со снижением заряда падают и показатели плотности. Заряжая АКБ, плотность постепенно повышается. Когда происходит потеря большой части ёмкости, это указывает на изменение концентрации состава в сторону уменьшения.
Эксплуатация. Со временем батарея изнашивается естественным путём, то есть длительная эксплуатация также влияет на кислоту.
Хранение. Особенно опасным и вредным считается продолжительное хранение в условиях пониженной температуры.
Выкипание. Электролит может выкипать при перезаряде. Это может произойти под влиянием зарядного устройства либо из-за неисправного генератора.
Злоупотребление водой. Чтобы поддерживать уровень электролита, водители часто добавляют воду. Но забывают воспользоваться прибором для проверки плотности. Помимо воды, могут происходить и потери кислоты. Тем самым, добавляя воду, меняется плотность.

Если будет установлена точная причина, из-за которой плотность электролита в вашем аккумуляторе падает, вы сможете без особых сложностей её устранить. Но важно понимать, что не всегда ресурс АКБ зависит от плотности. Случается и так, что без замены батареи никак не обойтись.

В чём опасность высокой и низкой плотности

Не всем автомобилистам известно, на что именно влияет плотность содержащегося в аккумуляторе раствора электролита, а как её изменение может повлиять на АКБ.

В действительности как низкая, так и высокая плотность, наблюдаемая у электролита, может поставить крест на аккумуляторе и привести к необходимости его замены.

Когда концентрация выше допустимой нормы, батарея раньше своего времени выходит из строя. Кислота постепенно начинает разрушать пластины.

В низкой концентрации тоже нет ничего хорошего. При этом протекают такие процессы:

Сульфатация. Это процесс образования на пластинах из свинца белого твёрдого налёта. Из-за него АКБ попросту не может принимать заряд.
Увеличивается порог замерзания. Если кислоты в составе мало, раствор может начать кристаллизоваться даже при -5 градусах Цельсия. Ледяная корка деформирует внутренние компоненты, может произойти короткое замыкание на пластинах.
Нарушится пуск двигателя. Это будет проявляться в основном в зимний период.

Как видите, последствия изменения плотности разные, но все они ни к чему хорошему для автовладельца не ведут.

Правильные показатели плотности

Теперь закономерно спросить, какая же плотность тогда должна быть в аккумуляторе автомобиля.

Обычно не предусматривается существенное изменение плотности у электролита в аккумуляторах зимой и летом, ориентируясь только на период холодов.

Существуют специальные таблицы с параметрами плотности электролита в аккумуляторах, в зависимости от климатической зоны. То есть температура окружающей среды непосредственно связана с тем, какая концентрация смеси из кислоты и воды должна быть в АКБ.

Если говорить об эксплуатации аккумулятора под капотом автомобиля зимой, то плотность и его норма должны соответствовать таким значениям:

При эксплуатации АКБ зимой, при отрицательной температуре, плотность заливаемого электролита должна составлять 1,27 г/см3.
Если это крайний север с температурой от -30 до -50 градусов, при заливке должно быть 1,27, а при полном заряде АКБ 1,29.
Для северного региона с температурой от -15 до -30 это 1,26 и 1,28 г/см3 для заливаемого электролита и при полностью заряженной батарее соответственно.
Когда температура находится в пределах от -4 до -15 градусов, тогда таблица по плотности электролита в автомобильном аккумуляторе подсказывает о поддержании значений на уровне 1,24-1,26.
Если это южный регион, когда температура редко падает ниже -10 градусов, хватит и 1,22-1,24 г/см3.
В тропических регионах с положительной температурой даже зимой используют электролиты с плотностью 1,2-1,22 г/см3.

Да, плотность электролита, используемого в аккумуляторе зимой или летом, напрямую зависит от погодных условий.

Несколько корректировать плотность у электролита в автомобильном аккумуляторе летом нужно, если наблюдается сильная жара. Концентрация несколько снижается.

Главным условием поддержания работоспособности АКБ является не плотность электролита, а уровень заряда батареи.

Поэтому старайтесь всегда следить за степенью заряда, параллельно используя ареометр для проверки плотности.

Как проверить плотность

Далее следует рассказать о том, как можно проверить плотность в аккумуляторе и что для этого потребуется использовать.

Проверять плотность можно только в обслуживаемых и малообслуживаемых АКБ, где есть доступ к содержимому батареи.

Ведь закрытые виды батарей, которые считаются необслуживаемыми, не оснащены крышками банок. То есть их не получится открутить и специальным прибором оценить состояние рабочей жидкости.

Если вы не знаете, как проверять параметры плотности электролита в аккумуляторах, ознакомьтесь со следующей инструкцией.

Для работы вам потребуется определённый набор. Состоит он из:

защитных перчаток;
закрытой одежды;
очков;
денсиметра.

Именно денсиметр позволяет измерить плотность содержащегося в аккумуляторе электролита.

Этот прибор для измерения плотности представляет собой стеклянную трубочку с грушей, а также встроенный ареометр. Фактически именно ареометр способен показать, какая концентрация электролита в вашем аккумуляторе.

Далее остаётся выполнить лишь несколько пошаговых действий.

Предлагаем инструкцию о том, как правильно проверить плотность у обслуживаемого автомобильного аккумулятора:

Аккумулятор отключается от проводов, снимаются клеммы, устройство извлекается с посадочного места. Защитный кожух следует снять и открутить пробки подручным инструментом.
Далее проверяется уровень раствора. Обычно он должен быть на 10-15 мм. выше уровня пластин.
Если АКБ не заряжена, её следует подключить к зарядному устройству. По завершению зарядки нужно подождать около 5-7 часов.
Если уровень жидкости нормальный, внутрь одной из банок погружается прибор, грушей выкачивается немного раствора.
Ареометр должен оказаться погружённым в смесь, не касаться стенок колбы.
Считываются данные на ареометре и записываются.
Те же самые процедуры проводятся на остальных банках.
Выполняется сравнение полученной информации с показателями нормы.

Проводить такие работы следует только при положительной температуре. Оптимально добиться диапазона 20-25 градусов Цельсия.

У необслуживаемых АКБ предусмотрен цветовой индикатор, позволяющий понять текущую плотность и состояние батареи.

В основном этот индикатор отражает степень заряда. Зелёный означает полный заряд, белый — около 50%, а чёрный — полную потерю заряда.

Особенности повышения плотности

Приняв во внимание все нюансы, стоит рассказать о том, как поднять плотность при изменении концентрации электролита в аккумуляторе.

Сделать это можно самостоятельно. Ведь чтобы поднять сниженную плотность у электролита, никаких отверстий в аккумуляторе обслуживаемого типа делать не придётся.

Нормой измерения при комнатной температуре считается 1,25-1,29 г/см3. Если показатели ниже, нужно поднимать плотность. Снижение параметров только в одной банке указывает на короткое замыкание.

Есть несколько рекомендаций для того, чтобы повысить плотность упавшего электролита в самом аккумуляторе. Для начала нужно сделать следующее:

Полностью зарядить АКБ, поскольку проверять плотность при разряде проводить нельзя. Добавив электролит, концентрация резко увеличится и начнётся разрушение пластин.
Привести температуру жидкости в норму. Работать следует в диапазоне 20-25 градусов Цельсия.
Убедиться, что уровень в каждой банке соответствует норме.
Осмотреть АКБ на предмет повреждений и дефектов.

Далее проводится непосредственно сама корректировка параметров плотности с помощью электролита, чтобы в аккумуляторе восстановить рабочие характеристики.

Если уровень слишком низкий и упал ниже 1,18 г/см3, восстановлению такая АКБ уже не подлежит.

Если плотность выше этого порога, её требуется увеличить. Для этого нужно:

разрядить АКБ, подключив её к какому-нибудь потребителю вроде лампочки;
подготовить корректирующий электролит, продаваемый в магазинах;
с помощью груши откачать небольшое количество смеси из каждой банки;
добавить не более 50% от откаченного объёма новый электролит;
поставить батарею на зарядку минут на 30, чтобы выровнять концентрацию во всех банках;
дать постоять АКБ на ЗУ при минимальном зарядном токе;
отключить батарею.

Примерно через 2-3 часа делается повторная проверка. Если концентрация ещё недостаточная, процедура повторяется.

Повышение с помощью ЗУ

Отдельного внимания заслуживает вопрос о том, как поднять упавшую плотность в своём аккумуляторе, воспользовавшись зарядным устройством.

Суть заключается в том, чтобы восстановить постепенно плотность залитого электролита путём подачи минимального тока. В необслуживаемом автомобильном аккумуляторе доступа к банкам нет. Тут единственным решением будет поставить АКБ на ЗУ и подождать 1-3 суток.

Это позволит постепенно испаряться лишней влаге, и тем самым плотность кислотно-водного раствора будет увеличиваться.

Процедура восстановления электролита не самая сложная, но при её выполнении важно соблюдать ряд рекомендаций.

какой он должен быть в норме (зимой и летом)

Каждый, кто имел дело с аккумуляторными батареями знает, что их основные характеристики это номинальное напряжение и зарядная емкость. Но для поддержания работоспособности батареи не менее важным параметром является плотность батареи. Конечно, на самом деле речь идет о плотности электролита в аккумуляторе. Но часто используется именно это сленговое выражение. Контроль концентрации электролита так же необходим, как и регулярная зарядка источника тока.

На что влияет плотность электролита

В большинстве аккумуляторов используются свинцовые пластины, а рабочей средой является серная кислота, разбавленная водой. Насыщенность раствора, измеряемая в граммах/см3, является характеристикой, влияющей на способность аккумулятора накапливать заряд для последующего использования.

Конструкция свинцово-кислотного аккумулятора

Концентрация кислоты в растворе электролита и характеристики аккумулятора напрямую связаны.

При низкой плотности снижается и способность источника тока накапливать зарядную емкость, обеспечивающую его работоспособность. При малой плотности аккумулятор быстрее разряжается и не выдает установленный максимальный ток.
Если значение этого параметра упадет ниже определенного значения, то в мороз вода в электролите может замерзнуть, и аккумулятор полностью выйдет из строя.
Но при высокой плотности резко ускоряется процесс сульфатации свинцовых пластин. Это означает, что при слабом заряде аккумуляторов на них образуется сульфат свинца, который уже не преобразуется при повторном заряде в свинец. Это также приводит к снижению способности накапливать необходимый заряд, а со временем — к полному выходу из строя аккумулятора.

Поэтому важно поддерживать значение этого параметра в соответствии с установленными и проверенными стандартами. Значительное снижение или превышение нормативных значений не способствует продуктивной работе аккумулятора.

Холод, при котором содержимое батареи может замерзнуть, показаны на рисунке.

Температура замерзания водного раствора кислоты в зависимости от его плотности

Нормативные электролитические показатели плотности

Наверняка многим автомобилистам, знакомым с проблемами сохранения работоспособности аккумуляторов, известна цифра 1,27 г/см3. Такой считается оптимальная плотность, при которой кислотные аккумуляторы способны максимально раскрыть свои возможности.

Но это значение верно не для всех. типы аккумуляторов и их рабочие назначения. Кроме того, оптимальная плотность варьируется для разных температур, при которых аккумулятору приходится работать. Поэтому оптимальные значения зимой и летом будут несколько отличаться.

Назначение аккумуляторов свинцово-кислотных

Стартерные аккумуляторы предназначены для обеспечения максимально возможного тока при запуске различных двигателей. Это, в первую очередь, автомобильные аккумуляторы. Стандартное значение плотности для них составляет 1,26 – 1,28 г/см3.
Тяговые батареи должны обеспечивать работу электродвигателей постоянного тока в течение длительного времени. Одно из их применений — электромобили и другие электродвижущие средства. Наилучшее значение плотности электролита для этих аккумуляторов также находится в пределах 1,26 — 1,28 г/см3.
Стационарные аккумуляторы применяются для питания любых электрических цепей и устройств. Обычно располагаются в одном месте в помещении. Для них рекомендуется пониженное значение 1,22 — 1,24 г/см3.

Зависит от температуры

Изменяется температура окружающей среды — меняются и значения плотности водного раствора кислоты. При повышении температуры способность аккумулятора накапливать заряд увеличивается примерно на 1% с каждым градусом. С понижением температуры, конечно, эта способность снижается. Поэтому в холодную погоду рекомендуется держать батарею на высоких значениях плотности, а в жаркую — снижать эти показатели.

Работа батареи при различных температурах в зависимости от плотности

Конечно никто не будет заниматься сменой погоды при каждом скачке. Непосредственно перед наступлением холодов полезно немного увеличить плотность батареи, а перед летним сезоном — понизить. Кроме того, существуют нормы оптимальной плотности для районов с разным климатом. Предполагается, что эти нормативные значения будут соблюдаться круглый год, за редким исключением. Для разных регионов считается нормальным:

В холодном климате 1,27 — 1,30 г/см3
В средней полосе 1,25 — 1,28 г/см3
В теплых помещениях 1,22 — 1,25 г/см3

Более подробно эти характеристики указаны в таблице.

Стандартные значения плотности электролита аккумулятора для различных температурных условий

Как проверить плотность электролита в кислотном аккумуляторе

Для проверки этой характеристики доступны простые измерители, называемые автомобильными ареометрами или денсиметрами. Их работа основана на применении закона Архимеда, то есть способности груза погружаться на разную глубину в зависимости от плотности жидкости. Конструктивно ареометр содержит:

Стеклянная или пластиковая колба.
Стеклянный поплавок с грузом и маркировкой на нем, соответствующей измеренным значениям.
На одну сторону колбы надевается резиновая груша, предназначенная для забора электролита в колбу.
С противоположной стороны находится резиновый патрубок, через который берется жидкость из заливного отверстия аккумулятора.

Измеряемое значение определяется по той черте на поплавке, до которой доходит жидкость, собранная в ареометре.

Однопоплавковый автомобильный ареометр

Существуют более простые ареометры, в которых имеется несколько небольших стержневых грузов с разным весом для каждого. На каждую гирю (или на колбу напротив нее) наносится соответствующее значение плотности. Результат измерения определяется максимальным значением всплывающих грузов. Такой ареометр дешевле, но не обладает достаточной точностью.

Многопоплавковый автомобильный ареометр

Само измерение ареометра осуществляется следующим образом:

Носик ареометра вставляется в аккумулятор через заливное отверстие. Есть аппараты не с резиновым, а с пластиковым носиком. При этом погружать его в электролит нужно осторожно, чтобы не повредить свинцовые пластины.
С помощью груши в колбу набирается электролит. Для ареометров с одним поплавком необходимо контролировать количество собранной жидкости. Его должно быть достаточно, чтобы поплавок свободно плавал внутри колбы. Но и много жидкости пить тоже нельзя. Тогда поплавок может упираться в верхний край колбы. Показания ареометра в этом случае будут недостоверными.
Взяв жидкость, смотрим — наоборот, какие риски на поплавке — это ее уровень. Цифры рядом с риском будут обозначать значение плотности.
Для ареометров с несколькими поплавками значение плотности определяется по поплавкам. Плавающая гиря с максимальным числом просто показывает результат измерения.

Показания с помощью ареометра

Для аккумуляторных батарей из нескольких ячеек поверка проводится отдельно в каждой банке.

Обычная цена деления в аккумуляторных ареометрах 0,01 г/см3. Но доступны ареометры и с более точной шкалой.

После завершения измерений необходимо тщательно промыть ареометр дистиллированной водой.

Условия, при которых следует проводить измерения

Перед началом измерений концентрации электролита необходимо придерживаться простых правил. А в некоторых случаях придется корректировать показания ареометра в зависимости от условий, при которых они были получены.

Самое необходимое условие — поддержание необходимого уровня жидкости в самом аккумуляторе. Плотность будет измерена правильно, но для безопасной работы аккумулятора необходимо будет довести уровень до нормы. А это приведет к изменению плотности.

Уровень заряда аккумулятора

Плотность электролита изменяется при зарядке/разрядке аккумулятора. При разряде уменьшается, при заряде увеличивается. В зависимости от степени разрядки аккумулятора значения изменяются следующим образом.

Зависимость показаний ареометра от степени заряженности аккумулятора

Точно определить уровень разрядки вряд ли возможно. Поэтому нужно сначала полностью зарядить аккумулятор, подождать несколько часов и только потом проводить измерения.

Если производились какие-либо действия с водно-кислотным раствором — добавлением дистиллированной воды или самой кислоты, то не следует измерять плотность сразу после них. Необходимо дождаться, пока добавленная жидкость полностью перемешается в аккумуляторе.

Температура при измерениях

Калибровка эталонных ареометров ориентируется на температуру +25°С. Для получения наиболее точных показаний измерения плотности электролита следует проводить при одной и той же температуре. Зимой проверяемый аккумулятор следует занести в теплое место и дать ему нагреться до нужной температуры. Но не стоит снимать мерки буквально дома. Кислотный раствор может случайно испортить мебель или одежду. Лучше использовать отапливаемое помещение, приспособленное для таких работ.

Если нет возможности провести измерения при рекомендуемой температуре 20 — 25°С, то можно провести измерения при любой температуре, а затем воспользоваться таблицей поправок:

Поправочные значения для измерений при разных температурах

Регулярные проверки плотности электролита в аккумуляторе позволят не только поддерживать его в оптимальных для работы условиях, но и своевременно выявлять возможные проблемы и неисправности.

Как химический состав батареи определяет производительность

Химические реакции лежат в основе конструкции аккумуляторов

Хорошо спроектированные аккумуляторы обеспечивают эффективное, надежное и безопасное питание вашего оборудования в течение длительного срока службы. Чтобы достичь этой комбинации идеалов, инженеры оценивают определенные параметры конструкции, включая требуемое напряжение и мощность, продолжительность рабочего цикла, температурные условия, цену и многое другое, чтобы определить свой выбор конструкции.

Химический состав аккумуляторов, возможно, является наиболее фундаментальным выбором при проектировании. По своей сути все батареи представляют собой удобно упакованные электрохимические реакции. Способность батареи накапливать и разряжать электричество напрямую зависит от типа химической реакции.

В этой статье мы подробно рассмотрим, как химия влияет на производительность. Затем мы рассмотрим свойства некоторых распространенных химических веществ.

Для разработка, тестирование и производство нестандартного аккумуляторного блока выберите Ave. Мы создадим аккумуляторные блоки, идеально подходящие для вашего конкретного применения. Свяжитесь с нами по телефону для получения дополнительной информации о процессе или запросите предложение сегодня .

Химический состав батарей влияет на напряжение, плотность энергии, перезаряжаемость, саморазряд, срок службы и безопасность

Аккумуляторная батарея состоит из одного или нескольких упакованных аккумуляторных модулей. Батарейный модуль состоит из гальванических элементов, расположенных параллельно или последовательно. Электрохимический элемент, также называемый гальваническим элементом, состоит из трех основных частей: анода , катода и электролита . Вместе анод, катод и электролит обеспечивают реакция окисления/восстановления произойдет.

Реакции окисления/восстановления основаны на потоке электронов . Когда железо окисляется, атомы железа отдают электроны, а молекулы кислорода приобретают электроны. Разница между ржавым куском металла и батареей заключается в разделении этих двух событий. Это заставляет электроны течь по цепи, чтобы завершить реакцию. При разряде анод теряет электроны, а катод их приобретает. Электролит способствует этим реакциям и позволяет ионам существовать в растворе.

Во время разрядки батареи анод окисляется и отдает электроны. Электроны текут по цепи к катоду, вызывая реакцию восстановления. Электролит обеспечивает обмен ионами. При зарядке аккумулятора процесс обратный. Состав анода, катода и электролита изменяет многие свойства батареи.

Вот некоторые электрические свойства, которые зависят от химического состава батареи:

Напряжение элемента

Все гальванические элементы одного химического состава производят одинаковое номинальное напряжение . Это связано с тем, что напряжение напрямую связано с благоприятностью реакции окисления/восстановления. Более благоприятные реакции производят более высокие напряжения. Например, литий-ионные аккумуляторы имеют номинальное напряжение около 3,6 В.

Плотность энергии

Напряжение — не единственный показатель ценности батареи. Вы можете получить любое необходимое вам напряжение и ток при правильном расположении ячеек последовательно и параллельно. В зависимости от ваших потребностей, это может быть тяжелым, громоздким и дорогим. Плотность энергии измеряет энергию, запасенную батареей, по отношению к ее размеру. Гравиметрическая плотность энергии измеряется в ватт-часах на килограмм (Втч/кг).

Перезаряжаемость

Общеизвестно, что химические реакции протекают в двух направлениях. Вы можете начать с реагентов и получить продукты или использовать продукты для повторного получения реагентов. Если вы примените обратное напряжение и ток, вы можете заставить анод принимать электроны, а катод отдавать их, перезаряжая батарею — по крайней мере, в теории. На практике отменить некоторые реакции может быть чрезвычайно сложно. Первичные элементы — это батареи, химический состав которых делает их перезарядку неэкономичной или небезопасной. Это одноразовые батарейки. Вторичные элементы , также известные как перезаряжаемые батареи, основаны на легко обратимой электрохимии. В этой статье мы сосредоточимся на химии вторичных клеток.

Саморазряд и срок службы

В идеальном мире мы могли бы заряжать и разряжать батареи снова и снова без потери производительности или оставлять их на полке на месяцы без потери заряда. В реальном мире гальванические элементы страдают от нежелательных химических реакций. Пока батарея лежит на полке, происходят спонтанные химические реакции, которые истощают заряд батареи. это называется саморазряд .

Аналогичным образом, когда батарея заряжается и разряжается, происходят нежелательные химические реакции, которые снижают способность батареи накапливать электричество. Количество циклов, которое батарея может использовать до того, как она перестанет работать должным образом, составляет циклов жизни .

Как скорость саморазряда, так и продолжительность срока службы зависят от химического состава батареи. Однако они также зависят от условий использования и хранения.

Экономика, окружающая среда и безопасность

Наконец, примите во внимание экологические и экономические соображения. Некоторые химические вещества для аккумуляторов просто дороже других. Литий-ионные элементы популярны и не зря, но нехватка металлического лития делает их дорогими.

В своих экономических расчетах также следует учитывать вопросы охраны окружающей среды и безопасности. Некоторые химические вещества аккумуляторов очень токсичны или вызывают коррозию, что может осложнить утилизацию.

Химикаты на основе никеля

Будучи доступными и проверенными, химические вещества на основе никеля имеют множество применений. В этой статье мы сосредоточимся на трех основных химических соединениях никеля: никель-кадмий, никель-металлогидрид и никель-железо. Химия никель-цинк и никель-водород также существуют, хотя они нашли меньшее применение. Никель-водородные батареи особенно широко используются на спутниках из-за их широкого диапазона допустимых температур.

Никель-кадмиевые

Никель-кадмиевые (NiCd) батареи прочны, устойчивы и обеспечивают длительный срок службы. Их напряжение также очень стабильно, настолько, что состояние заряда нельзя определить по падению напряжения, как у других аккумуляторов. NiCd элементы можно заряжать очень быстро без ущерба для безопасности. Наконец, никель-кадмиевые аккумуляторы являются одними из самых доступных вторичных аккумуляторов на рынке.

Однако никель-кадмиевые аккумуляторы имеют некоторые недостатки. Во-первых, хотя они превосходят свинцово-кислотные батареи по плотности энергии, они работают хуже, чем другие современные химические батареи. Во-вторых, они испытывают высокие скорости саморазряда .

В NiCd батареях наблюдается интересное, но неудобное явление: эффект памяти . Эффект памяти заключается в том, что со стороны никель-кадмиевые батареи «вспоминают», насколько глубоко они были разряжены в прошлом, и обеспечивают только такую глубину разряда в будущих циклах. Это вызвано накоплением кристаллов соли, которые блокируют электрод.

Образование кристаллов вызывает эффект памяти. Наросты кристаллов блокируют активную часть анода. Верхнее изображение показывает нормальное образование кристаллов на аноде. На нижнем изображении показаны крупные обструктивные кристаллы. Источник: Aero Electric

Наконец, и это, пожалуй, самое главное, никель-кадмиевые элементы представляют опасность для окружающей среды. Кадмий очень токсичен, а электролитом является гидроксид калия, очень сильное основание. Эти опасности затрудняют правильную утилизацию NiCd элементов. Хотя NiCd-элементы иногда считаются устаревшими, они по-прежнему используются в нишевых приложениях, таких как авиация.

Ознакомьтесь со следующими характеристиками никель-кадмиевой батареи:

Номинальное напряжение элемента : 1,2 В
Плотность энергии : ~45-80 Втч/кг
Анод : Гидроксид никеля
Катод : Гидроксид кадмия
Электролит : Гидроксид калия
Саморазряд : ~10%
Опасность для окружающей среды : Токсичный, коррозионный

Никель-металлогидридный

Никель-металлогидридные (NiMH) элементы представляют собой более современную версию NiCd элементов. На первый взгляд, элементы NiMH по-прежнему очень похожи на элементы NiCd — в них по-прежнему используется щелочной электролит, такой как гидроксид калия, а в качестве катода по-прежнему используется гидроксид никеля.

Основное отличие состоит в том, что в ячейках NiMH вместо токсичного кадмия используются аноды с более высокими характеристиками. Точный состав варьируется — отсюда и использование слова «металл», — но все аноды представляют собой сплавы редкоземельных металлов. Такая замена увеличивает стоимость, но делает их более экологичными и обеспечивает более высокая емкость , снижает эффект памяти , а снижает температурную чувствительность .

Ознакомьтесь со следующими характеристиками никель-кадмиевых аккумуляторов:

1,2 В
~60-120 Втч/кг
20% в течение 24 часов, затем 10% в месяц

9013 2 Никель-железо

Никель-железные элементы встречаются редко, возможно, из-за их высокой цены, низкой плотности энергии и высокого саморазряда. Тем не менее, они эластичны, долговечны и устойчивы к высоким температурам.

Ознакомьтесь со следующими характеристиками никель-железных аккумуляторов:

Номинальное напряжение элемента : ~1,2 В
Плотность энергии : ~50 Втч/кг
Анод 901 33 : Железо
Катод : Оксид никеля гидроксид
Электролит : Гидроксид калия
Саморазряд : 20-30% в месяц
Опасность для окружающей среды : Коррозионный

Свинцово-кислотные аккумуляторы дешевы и надежны
Свинцово-кислотные аккумуляторы — рабочие лошадки. Эти прочные и надежные батареи обеспечивают питание по низкой цене и имеют низкий уровень саморазряда. Помимо экологических проблем, связанных со свинцовыми и сильнокислотными электролитами, основными недостатками свинцово-кислотных аккумуляторов являются вес и низкая плотность энергии. Это делает их идеальными для ситуаций, когда вес не имеет большого значения, например, автомобили, тележки для гольфа, вилочные погрузчики и источники бесперебойного питания.
Химический состав свинцово-кислотных аккумуляторов различается. Свинец составляет большую часть анода в виде сетки. Однако свинец слишком мягок, чтобы выдерживать собственный вес, поэтому для улучшения структурной целостности и электрохимических свойств используются такие металлы, как сурьма, кальций, олово или селен.
Ознакомьтесь со следующими характеристиками свинцово-кислотных аккумуляторов:
Номинальное напряжение элемента : ~2 В
Плотность энергии : 30-50 Втч/кг
Анод 90 133 : свинец (с другими)
Катод : диоксид свинца
Электролит : серная кислота
Саморазряд : 5% в месяц
Опасность для окружающей среды : токсичный, коррозионный 9001 4
Литий-ионная химия находится на переднем крае производства аккумуляторов технология
Сегодня литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы являются самой популярной вещью в области хранения энергии. Они обеспечивают высокую плотность энергии и при этом остаются легкими, что делает их востребованными для телефонов, компьютеров, электромобилей и многого другого.
В литий-ионных батареях фактически не используется чистый металлический литий. Как и натрий, литий обладает высокой реакционной способностью, и ранние литий-металлические батареи были склонны к возгоранию и взрыву — знакомая проблема для литиевых батарей.
Вместо этого литий-ионные аккумуляторы имеют катоды из ионных соединений лития. Существует несколько химических катодов, включая оксид лития-кобальта (LiCoO2), фосфат лития-железа (LiFePO4), оксид лития-марганца (LiMn2O4) и оксид лития-никель-марганца-кобальта (LiNiMnCoO2).
Аноды для литий-ионных аккумуляторов состоят из пористого материала, такого как графит, который связывает ионы лития и высвобождает их в электролит во время разрядки аккумулятора. Силиконовые аноды также являются перспективными анодными материалами. В будущем графен (листы углерода толщиной в один атом) может использоваться в качестве анодов.
В качестве электролитов в литий-ионных элементах используются соли лития, растворенные в (воспламеняющихся) органических соединениях. Твердые керамические электролиты могут предложить многообещающую альтернативу.
У литий-ионной химии есть два основных недостатка: стоит , а хрупкость . Литий может быть дорогостоящим, а добыча лития является интенсивным и вредным для окружающей среды процессом. Однако такие металлы, как кобальт, используемые в литий-ионной химии, повышают цены на аккумуляторы не меньше, а то и больше, чем одноименный литий.
Помимо высокой стоимости, литий-ионные аккумуляторы требуют особых условий эксплуатации, поскольку они чувствительны к перезарядке и быстрому разряду. Литий-ионные аккумуляторы заслужили репутацию огневых или взрывоопасных отказов . Благодаря правильному проектированию и тестированию, защите цепи, правильному использованию и предотвращению повреждений этих проблем можно избежать. Но факт остается фактом: литий-ионные аккумуляторы хрупкие.
В этом видео из EE World Online показано, что происходит, когда вы удаляете защитные схемы и игнорируете рекомендации по безопасности для литий-ионных аккумуляторов:
Ознакомьтесь со следующими характеристиками литий-ионных аккумуляторов:
Номинальное напряжение элемента : 3,6 В
Плотность энергии : 110-265 Втч/кг
Анод : углерод, кремний, другие
Катод : соединения лития
Электролит : литий соли в органических растворителях
Саморазряд : от 0,35% до 2,5% в месяц
Опасность для окружающей среды : Горючий органический электролит 33
Из договоренности элементов в систему управления температурным режимом, многие факторы определяют производительность аккумуляторной батареи. Химический состав батареи является фундаментальным выбором при проектировании и выборе батареи.

Разное