Продажа квадроциклов, снегоходов и мототехники
second logo
Пн-Чт: 10:00-20:00
Пт-Сб: 10:00-19:00 Вс: выходной

+7 (812) 924 3 942

+7 (911) 924 3 942

Содержание

Как в аккумуляторе ПОДНЯТЬ ПЛОТНОСТЬ электролита самостоятельно❓

Поднять плотность в аккумуляторе в домашних условиях можно несколькими способами: полностью заменить старый электролит на новый либо восполнить заряд АКБ. Обе манипуляции следует проводить в хорошо проветриваемых помещениях с соблюдением техники безопасности. После завершения процедуры нужно откорректировать объем рабочего раствора, а затем произвести замер параметра плотности ареометром.

Почему падает плотность электролита?

Основные причины, по которым может упасть показатель уровня электролита в банках автомобильной аккумуляторной батареи (АКБ):

  1. Разряд устройства. Как правило, разряжение в аккумуляторе автомобиля происходит в холодное время года, поэтому зимой используют специальные методы, позволяющие восстановить и поднимать уровень заряда. Проблема может проявляться в автомобильном аккумуляторе, который близок к естественному износу. При быстром разряде можно сделать вывод о падении пропорции рабочего раствора до критически низкого уровня.
    Проблема разряжения может быть связана с механическим повреждением устройства или неисправностью генераторной установки, в результате чего электросеть автомобиля питается от АКБ.
  2. Выкипание рабочей жидкости в результате перезарядки аккумулятора. Если на устройство поступает постоянное напряжение, это приводит к разделению воды на кислород и водород. В результате при зарядке жидкость выкипает и уровень электролита снижается.
  3. Постоянное добавление дистиллированной воды вместо химического раствора. Если долить жидкость единожды, то уровень плотности АКБ в машине упасть не должен, но постоянные доливания будут этому способствовать.

Как подготовить аккумулятор к восстановлению?

Перед тем, как восстановить на обслуживаемом аккумуляторе плотность электролита, необходимо выполнить ряд действий:

  1. Производится демонтаж батареи с авто, для этого предварительно ослабляются клеммные зажимы устройства.
  2. При наличии защиты выполняется ее снятие. Для этого потребуется гаечный ключ соответствующего размера.
  3. С помощью отвертки или другого приспособления с плоским наконечником производится откручивание пробок на банках. Рекомендуется использовать защитные очки и перчатки, чтобы не допустить появления ожогов.
  4. Пользователь выполняет диагностику объема рабочей жидкости в устройстве. Для легковых транспортных средств данный параметр должен составить около 1,5 сантиметров выше пластин. Диагностика плотности электролита должна производиться через 3 часа после подзарядки устройства либо примерно через 10 ч после остановки двигателя. Если уровень жидкости соответствует норме, то ареометр опускается в банки и с помощью груши производится набор небольшого объема воды.
  5. В зависимости от температуры воздуха производится оценка полученных параметров. Проверка выполняется для каждой банки отдельно. В идеале данный показатель должен составить в диапазоне от 1.25 до 1.29 г/см3.

При подготовке аккумуляторной батареи необходимо учитывать следующие нюансы:

  1. Перед открытием банок пользователю нужно произвести очистку корпуса устройства от загрязнений чистой ветошью. Это нужно сделать для того, чтобы при откручивании пробок грязь не попала внутрь батареи. В противном случае возможен полный выход устройства из строя.
  2. Если диагностика будет выполняться без демонтажа батареи, то нужно убедиться в ее качественной посадке. Устройство не должно болтаться.
  3. При подготовке аккумуляторную батарею нельзя переворачивать, поскольку это может привести к разрушению пластин, расположенных внутри. В результате АКБ полностью выйдет из строя без возможности восстановления.

Видео: руководство по использованию ареометра

Канал «Аккумуляторщик» в своем видеоролике подробно описал процесс подготовки аккумулятора и рассказал об использовании ареометра.

Как самостоятельно увеличить плотность электролита?

Для правильного проведения процедуры необходимо учитывать следующие нюансы:

  1. При приготовлении нового рабочего раствора в дистиллированную воду добавляется кислота, а не наоборот. В противном случае начнется кипение жидкости.
  2. Пользователю понадобятся точные расчеты нужного объема кислоты, так как в процессе заряда уровень плотности электролита увеличивается.

Важно знать

На новом аккумуляторе самостоятельно поднимать плотность электролита не рекомендуется, поскольку это приведет к более быстрому разряду устройства. Повышенный рабочий параметр негативно повлияет на функциональность батареи.

Приступать к процедуре необходимо с соблюдением техники безопасности, так как электролит – это ничто иное, как кислотный раствор, поэтому:

  • наденьте резиновые перчатки;
  • максимально обезопасьте себя от попадания электролита на одежду и тем более кожу;
  • используйте защитные очки и респиратор.

Что понадобится?

Чтобы правильно повысить плотность аккумуляторной батареи перед зимним периодом, нужно подготовить следующие материалы и инструменты:

  • ареометр;
  • мерный стакан или другая аналогичная емкость;
  • отдельная емкость для разведения нового рабочего раствора;
  • клизма-груша;
  • корректирующий раствор либо кислота;
  • дистиллированная вода.

Пошаговая инструкция по повышению плотности электролита добавлением жидкости

Правильный способ для увеличения параметра плотности электролита батареи:

  1. Перед тем, как в аккумуляторе поднять плотность, производится снятие аккумуляторной батареи с автомобиля. Для этого отключаются клеммные зажимы и производится демонтаж фиксирующей пластины. Действия по выполнению задачи осуществляются с применением гаечного ключа.
  2. С банки аккумуляторной батареи отбирается небольшой объем рабочего раствора. Для этого используется ареометр.
  3. Вместо изъятого объема жидкости в банку добавляется корректирующий раствор вещества при необходимости увеличения плотности. В случае, если требуется понизить этот параметр, используется дистиллированная вода с плотностью 1,00 г/см3.
  4. Затем аккумулятор ставится на подзарядку. На протяжении последующих 30 минут производится подзарядка устройства номинальным током. Такие действия позволят залитому корректирующему раствору смешаться с рабочей жидкостью.
  5. Аккумуляторная батарея отключается от зарядного прибора на один-два часа. Это позволит плотности в банках «выровняться» и снизиться уровню температуры. Также за два часа из банок выйдут все пузырьки, благодаря чему исключается вероятность погрешности при контрольном замере.
  6. Повторно производится диагностика уровня плотности электролита, при необходимости процедура повторяется заново. Также при необходимости в банки добавляется жидкость для увеличения или уменьшения параметра, а затем заново производится замер.

Важно знать

Надо учитывать, что разница параметра плотности между банками должна составить не более 0,01 г/см3. Если при выполнении задачи не удалось достигнуть такого результата, то требуется выполнить дополнительную, «выравнивающую» зарядку на протяжении 1-2 часов. При этом параметр тока должен составить в 2-3 раза меньше номинального.

Формула расчета количества жидкости для корректировки плотности электролита

где:

  • Vэ — объём удаляемого из банки электролита, см3;
  • Vб — объём электролита в одной банке, см3;
  • ρн — начальная плотность электролита до корректировки, г/см3;
  • ρк — конечная плотность, которую надо получить, г/см3;
  • ρд — плотность доливаемой жидкости, (вода — 1,00 г/см3 или корректирующий электролит — * г/см3).

Важно знать

При использовании данной формулы объёмы удаляемого и добавляемого электролитов равны.

Таблица: корректировка плотности в АКБ
Плотность электролита в батарее, г/см3 Уровень плотности по стандарту, г/см3
1,24 1,25 1,26
Отсос рабочей жидкости Добавление раствора 1,40 г/см3 Добавление дистиллята Отсос рабочей жидкости Добавление раствора 1,40 г/см3 Добавление дистиллята Отсос рабочей жидкости Добавление раствора 1,40 г/см3 Добавление дистиллята
1,24 60 62 120 125
1,25 44 45 65 70
1,26 85 88 39 40
1,27 122 126 78 80 40 43
1,28 156
162
117 120 80 86
1,29 190 200 158 162 123 127
1,30
Плотность электролита в батарее, г/см3 Уровень плотности по стандарту, г/см3
1,27 1,29 1,31
Отсос рабочей жидкости Добавление раствора 1,40 г/см3 Добавление дистиллята Отсос рабочей жидкости Добавление раствора 1,40 г/см3 Добавление дистиллята Отсос рабочей жидкости Добавление раствора 1,40 г/см3 Добавление дистиллята
1,24 173 175 252 256
1,25 118 120 215 220
1,26 65 66 177 180 290 294
1,27 122 126 246 250
1,28 40 43 63 65 198 202
1,29 75 78 143 146
1,30 109 113 36 38 79 81

Как поднять зарядным устройством?

Для повышения плотности зарядным оборудованием выполняются следующие действия:

  1. Аккумуляторная батарея доводится до полной зарядки. Предварительно нужно снять устройство с автомобиля и подключиться к оборудованию, которое будет заряжать АКБ, с соблюдением полярности. Сначала выполняется соединение с прибором, а затем его подключение к сети.
  2. В процессе восстановления заряда пользователю нужно следить за состоянием электролита. После того, как жидкость начала кипеть, необходимо снизить параметр силы тока до 1-2 ампер. При кипении воды происходит ее испарение, это приводит к тому, что плотность концентрации электролита начинает повышаться.
  3. Время испарения жидкости определяется конкретной ситуацией, в некоторых случаях на это может потребоваться более 24 часов.
  4. После снижения уровня воды в банках производится добавление электролита и замер плотности.
  5. При необходимости производится повторение данной операции.

Руководство по повышению плотности в необслуживаемом аккумуляторе

Действия по повышению плотности выполняются аналогичные, разница заключается в получении доступа к рабочей жидкости:

  1. В необслуживаемых устройствах корпус полностью закрыт, поэтому пользователю надо демонтировать батарею и снять с нее наклейку. Крышку аккумулятора снимать не нужно, поскольку установить ее обратно будет сложно.
  2. Нужно сделать отверстие в крышке, используя шило или дрель. Оно должно быть небольшим, поскольку придется впоследствии его запаивать.
  3. Используя одноразовый шприц в АКБ добавляется дистиллят или корректирующий электролит в зависимости от того, что нужно сделать с рабочим параметром. Следует добавлять по 5 мл жидкости. Рекомендуется использовать банку батареи, в которой расположен индикатор плотности. Если индикатор стал черного либо зеленого цвета, то в аккумулятор нужно добавить еще 20 мл жидкости.
  4. Для определения уровня рабочего раствора игла опускается в банку, а шток подтягивается в обратном направлении. Затягивая рабочий раствор в шприц, рекомендуется отмечать уровень с помощью маркера. Если в батарее применяется пластик светлого оттенка, то уровень жидкости можно определить на просвет или замерить с помощью линейки. Остальные банки доливаются до уровня, который должен составить на 1,5-2 см выше поверхности пластин.
  5. После выполнения задачи отверстия нужно заделать герметиком либо специальными резиновыми пробками. Затем аккумулятор следует осторожно потрясти, чтобы перемешать электролит. Но действовать надо аккуратно, чтобы не повредить пластины.

Как увеличить плотность, если она ниже 1,18

Если рабочее значение плотности составил менее 1,18 г/см3, описанные способы не позволят решить проблему и пользователю потребуется полностью сливать кислоту из банок.

Алгоритм действий при этом будет такой:

  1. Электролит откачивается из аккумуляторной батареи, насколько это возможно (для откачки можно использовать грушу с клизмой).
  2. Аккумулятор осторожно переворачивается без резких движений. Это позволит предотвратить возможное осыпание пластин. В дне устройства надо просверлить отверстия в каждой банке с помощью дрели. Эти действия рекомендуется выполнять в емкости, к примеру, миске или тазике.
  3. Затем аккумулятор устанавливается в вертикальное положение и из него сливаются остатки рабочего раствора.
  4. Производится промывка батареи с помощью дистиллята.
  5. Отверстия в дне аккумулятора запаиваются, на этом этапе важно убедиться в герметичности устройства, чтобы не допустить дальнейшей утечки жидкости. Производится заливка нового раствора в батарею.

Важно знать

Пластик для запаивания отверстия в аккумуляторе должен быть максимально устойчивым к воздействию серной кислоты. Кроме того, если цвет электролита коричневый или черный, восстанавливать батарею не имеет смысла. Темный оттенок свидетельствует об осыпании пластин или о разрушении батареи.

Видео: самостоятельное увеличение плотности электролита

Канал «Denis МЕХАНИК» в своем видеоролике подробно изложил процесс зарядки аккумуляторной батареи и добавления электролита, а также увеличения его плотности.

Как повысить плотность электролита в аккумуляторе в домашних условиях?

Электролит — это аккумуляторная жидкость, состоящая в идеальной концентрации из 35 процентов серной кислоты и 65% дистиллированной воды. На нашем портале vodi.su мы уже приводили таблицу, в которой указана оптимальная плотность электролита в АКБ. Если вы покупали стартерную батарею в магазине, продавец-консультант обязан был измерить плотность электролита, а также проверить АКБ под нагрузкой. Именно таким образом можно выявить заводской брак.

Плотность электролита может изменяться в небольших пределах. Однако если вы ее измеряете ареометром при температуре воздуха 20–25 градусов и при полной зарядке АКБ, она должна составлять 1,27–1,28 г/см. куб. Но по разным причинам плотность может понижаться.

Почему это происходит:

  • концентрация серной кислоты не соответствует установленным требованиям из-за регулярной доливки дистиллированной воды;
  • разряд батареи;
  • частые подзарядки, приводящие к закипанию электролита, испарению воды и части кислоты;
  • выплескивание электролита и его утечка из-за механических повреждений корпуса аккумуляторной батареи.

Отметим, что при закипании электролита испаряется в основном вода. Температура кипения серной кислоты превышает 300 градусов. Даже если АКБ полностью заряжена, плотность электролита в разных банках может немного отличаться из-за разной концентрации. По этой причине не рекомендуется доливать электролит, а лишь воду в равных дозах в каждую банку.

Как поднять плотность электролита?

Производители аккумуляторных батарей рекомендуют регулярно проводить замеры плотности хотя бы два раза в год во время сезонного обслуживания автомобилей. Если особых нареканий на работу АКБ нет, при падении плотности его достаточно подзарядить. О зарядке мы также ранее писали на нашем портале vodi.su. Если же уровень жидкости в банках понизился, нужно долить немного воды, чтобы она на 15–20 миллиметров покрывала пластины. При таком подходе кислота перемешается с водой в процессе работы двигателя.

Плотность электролита зависит от двух параметров:

  • температура окружающего воздуха;
  • концентрация серной кислоты.

Казалось бы, если плотность упала, нужно попросту добавить серной кислоты или готового электролита. Но это заблуждение, поскольку более высокая концентрация кислоты приводит к быстрой сульфатации пластин и их осыпанию. Соответственно, аккумулятор будет стремительно терять заряд, а все последующие подзарядки только приблизят его «кончину». Более того, если аккумулятор длительно эксплуатируется с пониженной плотностью, что говорит о снижении доли серной кислоты, это тоже дорога к его скорейшему выходу из строя.

Таким образом, если вы столкнулись с тем, что плотность электролита упала, предпринимать необходимо следующие шаги:

  1. Попытаться узнать причину изменения данного параметра — возможно, плотность (а с нею и уровень заряда) падали из-за того, что вы забыли на ночь выключить фары или имеются утечки тока;
  2. Зарядить полностью АКБ до указанных производителем значений и вновь измерить плотность;
  3. Внимательно проинспектировать корпус батареи на предмет наличия механических повреждений и отверстий.

У аккумуляторщиков есть свои секреты, как довести плотность до оптимальных показателей. Для этого они ставят АКБ на зарядку на срок от 12 часов до трех суток и заряжают слабыми токами не более 0,5 от емкости батареи. При этом замеряют плотность через равные временные промежутки. В идеале, если нет каких-то дефектов в виде отслоения пластин и осыпания активной массы свинца, заряженная батарея будет нормально работать длительное время. Естественно, нужно будет обязательно провести диагностику электрической цепи для выявления утечек тока.

Радикальный способ повысить плотность электролита в АКБ

Если плотность упала из-за того, что произошла утечка электролитического раствора, придется выравнивать его концентрацию во всех банках старым методом — путем слива старой жидкости и заливки новой. Отметим, что иногда к этому методу прибегают и в случае полной отработки ресурса и падения плотности до 1 грамма на см. куб.

Выполняется данная операция по следующему алгоритму:

  • производим демонтаж аккумулятора и относим его в хорошо проветриваемое помещение с температурой воздуха не ниже 15 градусов;
  • используя грушу, откачиваем электролитическую жидкость из каждой банки;
  • полностью выкачать электролит грушей не получится, поэтому АКБ кладут набок и сверлят отверстия в днище каждой из банок и сливают остатки жидкости;
  • промывают внутреннюю часть батареи дистиллированной водой.

Просверленные отверстия запаивают паяльником или заклеивают специальным клеящим составом на основе пластика. Далее приступают к приготовлению электролита. Можно купить готовый корректирующий состав, либо заливать по отдельности сначала дистиллят, а затем кислоту (концентрированный раствор).

Обратите внимание — порядок заливки должен быть именно такой: сначала льют воду, затем кислоту. Если его нарушить, начнется химическая реакция и электролит закипит.

Напоминаем, что данная процедура будет уместна лишь в том случае, если вы точно знаете, что произошла утечка электролита или он полностью выработал свой ресурс, а АКБ не держит заряд. Но она не поможет, если произошла сульфатация.

Дальнейшие действия:

  • встряхнуть немного батарею для размешивания;
  • когда состав немного осядет, замеряют ареометром плотность — если она в пределах до 1,25 и нет разницы по банкам (не более 0,1 г/см. куб), то можно поставить АКБ на недолгую зарядку на два-три часа, либо сразу ставить на машину и проехать какое-то расстояние;
  • если же разница между банками больше 0,1, проводят корректирующую зарядку.

Для проведения подобных манипуляций необходимо располагать зарядными устройствами и дополнительными инструментами. Кроме того, работа с кислотой опасна сама по себе: должна быть хорошая вентиляция, требуются защитные очки и перчатки. Поэтому, если у вас нет опыта, времени или желания вникать в эти технические подробности, лучше обратиться к профессионалам в автосервисный центр.

Загрузка…

Поделиться в социальных сетях

Как повысить плотность электролита: три главных метода

Плотность – важнейшая характеристика электролита. От ее нахождения в пределах нормы напрямую зависит работоспособность аккумулятора. В прошлой статье мы узнали, в чем главная причина падения уровня плотности, а сейчас поговорим о том, как же все-таки решить эту проблему.

Корректирующая жидкость

Этот метод актуален лишь для обслуживаемых аккумуляторов. В случае необслуживаемых АКБ у водителя нет доступа к внутренней части батареи, поэтому придется искать обходные пути.

Если плотность электролита еще не дошла до критического уровня, ситуацию можно исправить с помощью добавления корректирующего электролита. Этот раствор отличается увеличенной концентрацией основного компонента – серной кислоты. Вам необходимо извлечь из банок излишек электролита с недостаточной плотностью и залить вместо него корректирующий раствор. Сделать это можно с помощью обычной груши, постоянно контролируя плотность электролита ареометром.

Зарядное устройство

Этот способ подойдет для всех видов аккумуляторов. Подключив прибор к АКБ (не забывая о полярности), подключите ваше устройство к сети. Для плавного повышения значения плотности можно выбрать силу тока в 10% от емкости аккумулятора.

Полная замена электролита

Если значение плотности опустилось до критического уровня, то первые два способа не сработают. В этом случае следует полностью заменить электролит, предварительно откачав всю старую жидкость из банок.

Магазин «Центр-АКБ» — одно из лучших мест, где можно купить аккумулятор для авто в Нижнем Новгороде. На нашем официальном сайте вы найдете множество полезных статей и полный каталог продукции. А также сможете проконсультироваться со специалистами по вопросам выбора нового аккумулятора. Именно здесь вы найдете автомобильные аккумуляторы Варта, Bosch, Аком, Mutla и многие другие выдающиеся бренды отечественных и зарубежных производителей.

Телефон для связи: +7 (831) 416-13-13

Мы находимся по адресам:

ул. Березовская, д. 96А

ул. Деловая, д. 7к5

проспект Кирова, 12

ул. Русская улица, 5

Норма плотности электролита в аккумуляторе

Автор admin На чтение 20 мин Просмотров 5 Опубликовано

Свинцово-кислотным аккумуляторам уже более полутора столетий, но позиции в автомобилестроении они не сдают и по сей день. Главных причин тому две: низкая себестоимость и морозоустойчивость. Литий-ионный аккумулятор, пускай он и гораздо компактнее и легче при сопоставимой с свинцово-кислотным емкости, но стоит в разы дороже и уже при 0° С его емкость упадет вдвое (в то время как у свинцовой батареи это произойдет только при -30° С). И это не говоря уже о гораздо большей требовательности к условиям заряда и разряда.

Необслуживаемые кальциевые и AGM-аккумуляторы завоевывают все большую популярность, но АКБ традиционной конструкции с возможностью обслуживания все так же можно увидеть под капотом автомобиля. Контроль уровня и состояния электролита увеличивает ресурс аккумулятора, а самое главное – страхует от проблем зимой, что «рукастому» владельцу только в плюс.

Принцип действия аккумулятора

Говоря о плотности аккумуляторного электролита, нужно начать с самого принципа работы автомобильных аккумуляторов. Во время заряда-разряда в аккумуляторе протекают около 60 реакций, как утверждают исследования еще советских времен,но основной из них является только одна: в процессе разряда оксид свинца на катоде (отрицательном электроде) и свинец на аноде (положительном электроде) «забирают» сульфат-ионы из раствора серной кислоты, превращаясь в сульфат свинца, причем на катоде дополнительно образуется вода, а при заряде сульфат свинца, напротив, «отдает» сульфат-ионы в электролит.

Таким образом, во время разряда плотность электролита падает, при полном разряде между пластинами фактически остается дистиллированная вода, а во время заряда она возрастает. Тогда почему падает плотность раствора в аккумуляторе со временем, если эти процессы зеркальны?

Причина в том, что сульфат свинца, образующийся при разряде аккумуляторной батареи, не всегда полностью расходуется в ходе заряда. Особенно это заметно на морозе и после длительного пребывания батареи в разряженном состоянии: пластины покрываются сначала белыми разводами крупнокристаллического сульфата свинца, а затем эти кристаллы постепенно осыпаются вниз и в дальнейшей реакции, проходящей при зарядке, практически не участвуют.


Поэтому сульфатация пластин аккумулятора является однозначно вредным явлением. Снижается емкость аккумулятора, прочность пластин, а из-за падения плотности электролита батарея хуже набирает заряд: чем ниже плотность раствора, тем хуже проводимость. Полностью разряженный аккумулятор практически не принимает заряд – сопротивление электролита между его пластинами слишком велико.

Однако плотность может со временем и вырастать. Так как электролит – это не чистая серная кислота, а ее водный раствор, то при зарядке АКБ протекает еще одна реакция: банальный электролиз воды, малозаметный в начале цикла, но к концу идущий по нарастающей. Поэтому старые рекомендации по заряду обслуживаемых АКБ советовали дождаться «кипения» аккумулятора – резкого роста выделения кислорода и водорода в банках. Теряя воду, со временем электролит снизит свой уровень, а плотность его неизбежно возрастет – даже с учетом постепенного связывания серной кислоты на пластинах и в осыпи вода при «кипении» теряется быстрее.

Нормальная плотность электролита

Чистая серная кислота в аккумуляторах не используется – это чрезмерно опасно, значительно возрастает скорость сульфатации пластин даже при нормальной эксплуатации. Из эксплуатационных соображений плотность электролита аккумулятора выбрана такой, чтобы обеспечить возможность уверенной работы при отрицательных температурах, достаточную удельную емкость и скорость заряда.


При нормальных условиях (под которыми в физике принято понимать, среди прочего, температуру +20° С) плотность электролита в полностью заряженном аккумуляторе составляет 1,28-1,3 г/см3. Как можно видеть на приведенной иллюстрации, именно такая плотность обеспечивает наибольшую морозоустойчивость. Заодно заметно, что у полностью разряженного аккумулятора риск замерзания зимой очень велик – достаточно температуре опуститься ниже -5, как в электролите образовываются кристаллики льда.

Зимняя и летняя плотность электролита

Однако на практике измерение плотности электролита в аккумуляторе при строго заданной температуре невозможно: зимой в гараже плотность у исправного и заряженного аккумулятора увеличится, а летом, да еще и сразу после поездки, напротив, будет ниже. Поэтому принята система поправок при измерениях в зависимости от температуры аккумулятора, которая отображена в таблице ниже.:

Температура электролита, °СПоправка, г/см 3
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 +300,00
От +31 до +450,01

Таким образом, если Вы измеряете плотность зимой во время легкого заморозка (до -10), то у заряженного аккумулятора она должна составлять 1,3-1,32 г/см3, так как с поправкой -0,02 мы и получим «стандартные» 1,28-1,3. На жаре же уже нормой плотности будут 1,27-1,29 г/см3.

Ещё кое-что полезное для Вас:

Порядок измерения плотности аккумулятора

Для начала аккумулятор необходимо установить на ровную горизонтальную плоскость и очистить крышку от пыли и грязи. Лучше для этого использовать ткань, смоченную слабым раствором соды, как самой доступной щелочи: она нейтрализует возможное отпотевание электролита вокруг пробок.

Теперь проверяем уровень электролита. Проще это сделать на аккумуляторах с полупрозрачными стенками – на стенках есть риски, с помощью которых можно сразу понять, находится ли уровень в пределах допустимого. Важна не только сама высота уровня, но и равномерность по банкам: там, где уровень электролита заметно меньше, возможна неисправность (негерметичность стенок или днища, быстрое «выкипание» электролита из-за его чрезмерной изначальной плотности и так далее). Если стенки у аккумулятора непрозрачные, воспользуйтесь прозрачной трубкой, опуская ее в отверстия пробок до упора в набор пластин и затыкая после этого верхний конец пальцем: вытащив трубку, Вы увидите, насколько электролит выше пластин. Нормой считается высота уровня в 10-15 мм над пластинами.

Если в какой-то банке уровень электролита ниже нормы, доведите его до нужного, аккуратно доливая дистиллированную воду. Как мы уже писали выше, чаще всего уровень снижается из-за потери воды за счет электролиза, поэтому восполнять уровень готовым электролитом нельзя.

Перед проверкой плотности обеспечьте батарее состояние стопроцентной заряженности – подсоедините зарядное устройство до момента «кипения» или до его отключения, если используете автоматическую модель. Это нужно и для того, чтобы плотность в банке выровнялась после доливания дистиллированной воды, иначе измерение даст ошибочный результат.

Распространенный прибор для контроля плотности – это ареометр, представляющий собой прозрачную колбу с грушей для набора жидкости. Внутри этой колбы находится грузик с делениями – в набранный электролит он погрузится на высоту, зависящую от плотности аккумулятора, и риска, по которую он погрузится, и укажет на результат измерения.

Однако есть и более удобный и универсальный прибор – речь идет об оптическом рефрактометре, который способен также измерять температуру замерзания охлаждающей жидкости и «омывайки». Для измерения достаточно капнуть на нужное место из пипетки и прижать каплю прозрачным стеклом-крышкой. Посмотрев на свет через рефрактометр, вы увидите по риске плотность электролита. Это быстрее, да и точнее, чем привычный способ с ареометром.


Как повысить или понизить плотность в аккумуляторе

Как поднять плотность электролита в аккумуляторе или, наоборот, понизить ее, если измерения показали, что она выходит за пределы нормы? Сразу предупредим: придется повозиться.

Для начала нужно запастись электролитом повышенной (и заранее известной!) плотности. Для удобства возьмем электролит с плотностью 1,4 г/см3 – он достаточно безопасен при работе. Далее необходимо узнать, каков объем одной банки аккумулятора, полностью слив ее в стеклянную градуированную емкость. Отнимая некоторое количество электролита и доливая заранее запасенный «крепкий» (или, наоборот, дистиллированную воду), можно соответствующим образом довести плотность до необходимой. Ориентируйтесь на следующую таблицу для объема в 1 литр:

Измеренная плотностьОтбор электролита, млДоливка электролита, млДоливка воды, мл
1,24252256
1,25215220
1,26177180
1,27122126
1,286365
1,29
1,303638

В результате вы получите 1 литр электролита с плотностью 1,29 г/см3 – эта величина находится ровно посреди допуска.

Приведем пример: из банки слилось 0,8 литра раствора с плотностью 1,24 г/см3. Из простейшей пропорции можно вычислить, что нам нужно отлить 201 мл из этого объема и добавить 204 мл «крепкого» электролита. Почему различаются объем доливки и удаляемый объем? Любой бывалый самогонщик подскажет: раствор серной кислоты в воде, как и в случае со спиртом, меняет свой объем в зависимости от процентного соотношения компонентов, и 100 мл кислоты в смеси со 100 мл воды дадут отнюдь не 200 мл раствора.

Можно ли избежать этой возни? Естественно. Раз уж вам приходится сливать электролит из банки, то гораздо быстрее сразу залить туда свежий электролит нормальной плотности. Не помешает и промыть перед этим его дистиллированной водой: это лишний плюс для ресурса батареи.

Видео: Как правильно поднять плотность электролита в аккумуляторе

Плотность электролита в аккумуляторе автомобиля представляет собой соотношение химически активного вещества и дистилированной воды, залитых в банки АКБ в определенной пропорции. Данный параметр устанавливается в зависимости от условий использования транспортного средства и совокупности требований к автомобилю.

Какие должны быть плотность и уровень электролита

Таблица: плотность в зависимости от климатической зоны

Плотность электролита в аккумуляторе зимой

Плотность электролита в аккумуляторе летом

Причины изменения плотности

Как самостоятельно проверить плотность электролита и степень разряженности батареи?

Видео: проверка плотности электролита в автомобильной батарее

Таблица: поправка к показаниям ареометра

Таблица определения заряженности аккумулятора по плотности электролита

Таблица: плотность электролита и степень заряженности АКБ при проверке мультиметром

Как скорректировать плотность электролита в аккумуляторе?

Таблица: корректировка плотности электролита

Видео: руководство по увеличению параметра плотности в АКБ

Комментарии и Отзывы

Какие должны быть плотность и уровень электролита

В регионах с умеренным климатом рабочий параметр плотности электролита должен составлять от 1,25 до 1,27 г/см3 ±0,01 г/см3.

Следует учитывать, что чем ниже плотность электролита в полностью заряженной батарее авто, тем дольше она прослужит.

Плотность кислоты с водой в банках автомобильного аккумулятора разная, и зависит от нескольких параметров:

  • заряженность батареи;
  • процентного содержания серы — чем больше концентрация раствора, тем более высокая плотность жидкости;
  • температуры раствора — чем больше это значение, тем ниже уровень плотности.

Оптимальный уровень электролита в аккумуляторе машины должен быть таким, чтобы в каждой банке раствор покрывал пластины с запасом 10-15 мм.

Таблица: плотность в зависимости от климатической зоны

Климатический район (среднемесячная температура воздуха в январе, °C)Время годаЗаливаемогоПолностью заряженная батареяБатарея разряжена
на 25%на 50%
Очень холодный (от -50 до -30)Зима1,28-1,291,301,261,22
Лето1,271,281,241,20
Холодный (от -30 до -15)Круглый год1,261,271,241,20
Умеренный (от -15 до -8)Круглый год1,241,271,241,20
Теплый влажный (от 0 до +4)Круглый год1,221,231,191,05
Жаркий сухой (от +4 до +15)Круглый год1,201,231,191,15

Плотность электролита в аккумуляторе зимой

В странах, где зимой температура воздуха опускается до -30 градусов данное значение должно быть на 0,01 г/см3 больше, а в областях с жарким климатом — на 0,01 г/см меньше. Если в зимнее время года температура воздуха опускается до -50 °C, то уровень плотности рекомендуется увеличивать до 1,29 г/см3. Если данный показатель будет меньше, это станет причиной снижения электродвижущей силы и возможного замерзания рабочего раствора.

Слишком высокий уровень плотности раствора электролита в банках аккумуляторной батареи повлияет на ее срок службы. Пониженный параметр становится причиной падения напряжения и трудному пуску силового агрегата.

Если плотность рабочего раствора в холодное время года снизится до 1,09 г/см3, это станет причиной замерзания аккумуляторной батареи уже при -7 градусах. Надо учитывать, что кратковременные поездки на транспортном средстве, составляющие менее 30 минут, не дают возможности рабочей жидкости полностью прогреться и эффективно заряжаться. Поэтому разряд электролита при низких температурах ежедневно растет, что серьезно влияет на уровень плотности.

Для нового и исправного аккумулятора нормальная величина изменения плотности рабочей жидкости при полном заряде и разряжении составляет в диапазоне от 0,15 до 0,16 г/см3.

Таблица: температура замерзания электролита в зависимости от его плотности
Плотность электролита (г/см3)Степень заряженности (%)Температура замерзания, °C
1,110,0-7
1,126-8
1,1312,56-9
1,1419-11
1,1525-13
1,1631-14
1,1737,5-16
1,1844-18
1,1950-24
1,256-27
1,2162,5-32
1,2269-37
1,2375-42
1,2481-46
1,2587,5-50
1,2694-55
1,27100-60

Плотность электролита в аккумуляторе летом

Данный параметр для теплых и влажных климатических регионов должен составить не менее 1,22 г/см3 (эта величина является критической).

В конце весны и летом температура в моторном отсеке более высокая, что приводит к испарению воды из кислотного раствора и более активному протеканию электрохимических процессов в аккумуляторе. Это становится причиной повышенной токоотдачи.

В жаркое время года из-за высокой температуры особо остро стоит проблема обезвоживания для аккумулятора. Поскольку высокий уровень плотности негативно влияет на свинцовые пластины обслуживаемых и необслуживаемых батарей, рекомендуется, чтобы этот параметр имел отклонение на 0,02 г/см3 меньше номинального. В частности, если речь идет о южных регионах, где используется устройство. При снижении объема или количества рабочей жидкости и увеличения параметра плотности коррозийные процессы на электродных выходах могут увеличиться.

Причины изменения плотности

Список причин, которые приводят к изменению уровня плотности аккумулятора:

  1. Снижение уровня электролита в АКБ (приводит к повышению плотности).
  2. Уменьшение концентрации серной кислоты в аккумуляторе или так называемая сульфатация пластин. Сульфат свинца кристаллизуется, теряя способность участвовать в химических реакциях. В результате такого процесса аккумулятор уже не получится зарядить полностью даже при использовании внешнего зарядного устройства, поскольку не вся площадь пластин задействована в работе. Так как аккумулятор не заряжается до конца, то и плотность электролита не восстанавливается до своих исходных значений.
  3. Разряд батареи. Данная проблема особо актуальна для зимы и тех автомобилей, которые редко используются или где замена аккумулятора производилась давно.
  4. Неоднократная зарядка аккумулятора. Это приводит к закипанию раствора и его испарению, что снижает его количество и повышает концентрацию. В этом случае активных молекул для ионизации свинца и его солей становится меньше, соответственно снижается густота жидкости.
  5. Не осуществляется контроль за уровнем концентрации раствора в емкостях с электродами после каждого пополнения дистиллятом. С каждым новым разбавлением концентрата снижается доля электролита за счет испарения воды и небольшого количества электролитической жидкости.

Как самостоятельно проверить плотность электролита и степень разряженности батареи?

Прежде чем измерить плотность электролита нужно провести проверку и подготовку аккумулятора, затем произвести замер с помощью:

  1. Ареометра (денсиметра). Для этого на отключенном аккумуляторе откручиваются все банки, прибор погружается в жидкость, и делается забор небольшого количества электролита. Определение уровня плотности производится в соответствии с показаниями на шкале тестера.
  2. Тестера (мультиметра). Прибор переводится в режим вольтметра, производится мониторинг параметра напряжения и полученные данные сравниваются с нормированными.
  3. Самодельным устройством. Способ аналогичен проверке ареометром, однако в данному случае в качестве резервуара используют стеклянную пробирку, в которую помещают какой-нибудь грузик (пшено, кусок свинца). Затем нужно будет самостоятельно произвести градуировку ареометра.

Если батарея необслуживаемая и на ней нет индикатора для проверки уровня и плотности, то для измерения ареометром потребуется высверлить отверстия в банках, которые после выполнения задачи необходимо запаять.

Видео: проверка плотности электролита в автомобильной батарее

Канал «videostar» в своем видео подробно рассказал о том, сколько должно быть электролита в банках аккумулятора и как проверять его плотность.

Таблица: поправка к показаниям ареометра

Температура рабочего раствора при измерении величины плотности, °СПоправка к показаниям ареометра, полученным в ходе проверки, г/см3
от -55 до -41-0,05
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 +300,00
от +31 до +45+0,01
от +46 до +60+0,02

Таблица определения заряженности аккумулятора по плотности электролита

Температура воздухаСтепень заряженности аккумуляторной батареи
На 100% заряженаЗаряжена на 70%Полностью разряжена
+25 градусов и выше1,21 — 1,231,17 — 1,191,05 — 1,07
менее +25 градусов1,27 — 1,291,23 — 1,251,11 — 1,13

Таблица: плотность электролита и степень заряженности АКБ при проверке мультиметром

Степень заряженности аккумулятораПлотность рабочего раствора электролита, г/см3Напряжение аккумуляторной батареи, В
100%1,2812,7
80%1,24512,5
60%1,2112,3
40%1,17512,1
20%1,1411,9
0%1,111,7

Как скорректировать плотность электролита в аккумуляторе?

Стабилизация плотности электролита производится с помощью добавления раствора рабочей жидкости и зарядки. Однако, чтобы поднять данный параметр, недостаточно просто долить дистиллированную воду в банки и тем самым увеличить или уменьшить плотность.

Таблица: корректировка плотности электролита

Плотность электролита в батарее, г/см3Уровень плотности по стандарту, г/см3
1,241,251,26
Отсос рабочей жидкостиДобавление раствора 1,40 г/см3Добавление дистиллятаОтсос рабочей жидкостиДобавление раствора 1,40 г/см3Добавление дистиллятаОтсос рабочей жидкостиДобавление раствора 1,40 г/см3Добавление дистиллята
1,246062120125
1,2544456570
1,2685883940
1,2712212678804043
1,281561621171208086
1,29190200158162123127
1,30
Плотность электролита в батарее, г/см3Уровень плотности по стандарту, г/см3
Отсос рабочей жидкостиДобавление раствора 1,40 г/см3Добавление дистиллятаОтсос рабочей жидкостиДобавление раствора 1,40 г/см3Добавление дистиллятаОтсос рабочей жидкостиДобавление раствора 1,40 г/см3Добавление дистиллята
1,24173175252256
1,25118120215220
1,266566177180290294
1,27122126246250
1,2840436365198202
1,297578143146
1,3010911336387981

Видео: руководство по увеличению параметра плотности в АКБ

Канал «Denis МЕХАНИК» в своем видео подробно рассказал о том, как повысить плотность электролита в аккумуляторной батарее автомобиля.

Если на машине установлен источник питания обслуживаемого типа, снабженный откручивающимися пробками, автолюбитель может в любой момент проверить плотность электролита в аккумуляторе. Периодические замеры позволяют контролировать работоспособность батареи и поддерживать ее в нормальном техническом состоянии. Отсюда задача данной публикации – рассказать о процедуре измерения и способах корректировки плотности.

Условия проведения замеров

Показателем «здоровья» кислотно-свинцовых аккумуляторов является плотность электролита, измеряемая в граммах на кубический сантиметр (г/см 3 ). Последний представляет собой раствор обессоленной (дистиллированной) воды с концентрированной серной кислотой. Когда источник питания отдает энергию бортовой сети автомобиля, данный параметр снижается, в процессе зарядки и восстановления – повышается.

Благодаря описанному свойству электролитической жидкости техническое состояние обслуживаемого аккумулятора можно контролировать. Когда в одной из секций (в просторечии – банок) плотность раствора остается низкой, невзирая на длительную подзарядку, встает вопрос о работоспособности батареи и необходимости ее замены. Превышение нормы указывает на испарение воды из электролита вследствие постоянного кипения – жидкость становится плотнее.

Справка. В процессе кипения электролита испаряется только вода, серная кислота остается в растворе, но ее концентрация возрастает. Водяной пар выходит наружу через специальный клапан.

Замер плотности производится в определенных условиях:

  • температура электролитической жидкости находится в пределах 20–22 °С;
  • источник питания должен быть полностью заряжен;
  • температура окружающей среды – 20–25 °С.

При соблюдении перечисленных условий нормальный показатель для всех банок исправного аккумулятора составит 1,27–1,29 г/см 3 , минимально допустимый – 1,25 г/см 3 . Если не выдержать указанные требования и измерить плотность электролита при более низкой температуре либо на разряженной батарее, то результаты не отразят реальной картины. Полученные значения будут заметно ниже нормы.

Подготовка к проверке

Чтобы добиться максимально точных результатов замеров, выполните ряд подготовительных действий:

  1. Очистите от пыли и грязи поверхность корпуса, где расположены пробки. Задача – избежать попадания мусора внутрь после выкручивания крышек.
  2. Зарядите аккумуляторную батарею до максимума.
  3. В холодный период года аккумулятор придется снять с автомобиля, занести в теплое место и дать корпусу прогреться до комнатной температуры.
  4. Перед подзарядкой выверните пробки и убедитесь, что пластины каждой секции полностью погружены в кислотный раствор. При необходимости долейте дистиллированную воду и произведите зарядку.

Оптимальный уровень электролита над пластинами – 15 мм, минимальный – 1 см. Проверить несложно: опустите в колодец тонкую стеклянную трубку, закройте с другого конца пальцем и вытащите наружу. Высота столба жидкости в трубке покажет реальный уровень над банками.

Из инструментов потребуется специальный прибор для измерения плотности – ареометр. Представляет собой стеклянную колбу с грушей для всасывания жидкости, внутрь помещен прозрачный поплавок с цифровой шкалой. Нехитрый прибор действует по закону Архимеда – чем плотнее раствор, тем сильнее он выталкивает погруженное тело.

Справка. Некоторые необслуживаемые источники питания оснащаются пластиковым глазком, позволяющим наблюдать за состоянием жидкости. Аккуратно демонтировав эту деталь, вы получите доступ хотя бы к одной секции батареи.

Перед измерениями установите источник питания на ровную поверхность либо закрепите в штатном кронштейне автомобиля. Выкрутите все крышки – поскольку секции разделены глухими стенками и не сообщаются между собой, мерить придется в каждом колодце отдельно. Правильно проверить плотность кислотного раствора поможет шкала ареометра – большинство производителей ставят на ней минимальную и максимальную отметку.

Как правильно измерять?

Процесс замера сложности не представляет и выполняется в следующем порядке:

  1. Опустите наконечник в первый открытый колодец, сдавите резиновую грушу и втяните электролит внутрь колбы.
  2. Удерживая ареометр вертикально и не вынимая из отверстия, добейтесь, чтобы поплавок не касался стенок колбы.
  3. Запомните показания и выдавите кислотный раствор обратно в аккумулятор.
  4. Операцию повторите на оставшихся банках.

Совет. Держите под рукой ветошь, чтобы обтирать наконечник от электролита после извлечения из очередного колодца. Используйте резиновые перчатки – жидкость агрессивна и способна разъесть кожу при попадании.

Выполняя измерение плотности электролита в аккумуляторе, записывайте показания по каждой секции. Чтобы освободить руки, аккуратно откладывайте ареометр на ветошь. По окончании замеров хорошенько промойте стеклянные детали прибора проточной водой и переходите к анализу результатов.

Показатель выше нормы

Если в одной либо нескольких банках электролит оказался плотнее нормы, есть повод проверить исправность регулятора напряжения и электрогенератора. Что происходит в батарее: концентрация кислоты в растворе повышается из-за недостатка воды, которая испаряется вследствие кипения. Значит, имеет место так называемая перезарядка – напряжение на клеммах аккумулятора слишком велико.

Восстановить требуемую плотность электролита довольно просто – необходимо добавить в нужные секции дистиллированную воду пользуясь инструкцией:

  1. Измерьте уровень электролита в банке. Если он оказался недостаточным, долейте нужное количество воды и повторите замер плотности.
  2. В случае когда уровень жидкости соответствует норме, доливать дистиллят нельзя. Пользуясь грушей ареометра, отсосите часть раствора и слейте его в стеклянную закрывающуюся емкость.
  3. Доливая порции чистой воды и электролита, добейтесь оптимальной концентрации кислоты в растворе – 1,27 г/см 3 .

После восстановления нормальной плотности во всех банках аккумулятор рекомендуется дополнительно зарядить малым током – до 3 ампер.

Пониженная плотность раствора

Если проверка ареометром выявила низкую концентрацию кислоты в одной секции, за батареей придется наблюдать. Вполне вероятно, что между пластинами произошло замыкание и срок службы источника питания исчерпан. Вариант второй – сульфатация пластин, возникающая из-за глубокого разряда либо недостаточного напряжения зарядки на автомобиле.

Сделать электролитическую жидкость плотнее можно тремя проверенными способами:

  • испарение лишней воды путем длительной зарядки и медленного кипячения;
  • замещение части кислотного раствора более концентрированным;
  • добавление серной кислоты.

Примечание. Существует способ полной замены жидкости, предусматривающий промывку батареи. Не применяйте его без крайней нужды – в процессе опорожнения свинцовые крошки, осевшие на дне аккумулятора, могут попасть между пластин и устроить замыкание, ведущее к разрушению банки и непригодности источника питания к дальнейшей эксплуатации.

Для реализации первого способа понадобится зарядное устройство, чей ток регулируется вручную. Порядок действий выглядит так:

  1. Определите ток зарядки, взяв 3% от начальной емкости батареи. Пример: аккумулятор на 60 А*ч нужно заряжать силой тока 60 х 0,03 = 1,8 А.
  2. Поставьте автономный источник питания на зарядку и дождитесь появления пузырьков.
  3. Отрегулируйте ток заряда и по мере испарения воды измеряйте плотность. Когда она достигнет нормы, отключите «зарядник».

Если в процессе кипения уровень жидкости сильно понизился, придется купить готовый электролит нормативной плотности 1,27 г/см 3 и долить нужное количество в банки.

Замещение кислотного раствора производится по аналогии с доливкой дистиллированной воды. Жидкость отсасывается из колодца грушей, на ее место заливается более плотный раствор, купленный в магазине. В продаже имеются электролиты с показателями 1,34–1,41 г/см 3 . Затем делается проверка плотности, при необходимости – корректировка и полная зарядка батареи.

Трудность третьего варианта заключается в отсутствии раствора серной кислоты высокой концентрации – отыскать и купить его практически невозможно. Если вам удалось достать указанное химическое вещество, добавляйте его в банки маленькими порциями, буквально по 1 см 3 , с помощью шприца. Действуйте осторожно и пользуйтесь средствами индивидуальной защиты – серная кислота весьма агрессивна.

Как поднять плотность в аккумуляторе в домашних условиях

В автомобильных аккумуляторах, которые находятся в активной эксплуатации со временем происходит падение плотности. Это может происходить по ряду причин. Сервисы предлагают услуги по корректировке плотности АКБ. Также проблему можно решить самостоятельно. Но прежде всего стоит ознакомиться с тем, как поднять плотность в аккумуляторе в домашних условиях.

По каким причинам происходит падение плотности

Прежде чем сразу же приступать к исправлению проблемы стоит разобраться в причине ее возникновения.  Для АКБ явление падения плотности — это естественное явление. При разряде она показатели снижаются, при заряде повышаются.

Низкие показатели в АКБ говорят о следующем:

  1. Батарея просто разряжена.
  2. Аккумулятор перенес перезарядку, из-за чего раствор просто выкипел.
  3. Дистиллированная вода просто доливалась без замера показателей.

В первом случае падение — это естественное явление. Во втором, когда батарея перенесла перезарядку произошло частичное выкипание, что сильно повлияло на параметры жидкости. В третьем, упала плотность электролита в аккумуляторе из-за большого содержания воды.

Важно! Плотность электролита прямо влияет на качество батареи. А самое главное на то как она будет держать заряд.

Рекомендуется постоянно производить замеры показателя плотности электролита при первых признаках. К ним можно отнести быструю разрядку АКБ. В противном случае при долгой работе с некорректными показателями пластины внутри батареи будут разрушены. Исправить такое можно будет только полностью заменив батарею.

Способы повышения плотности

Повысить плотность электролита в АКБ можно поднять несколькими способами. Они различаются своей сложностью исполнения и длительностью.

Корректирующий электролит

Повышение плотности электролита в аккумуляторе происходит в несколько этапов. В этом действии важно соблюдать последовательность, только в этом случае можно получить достоверные результаты.

Также потребуются следующие инструменты и продукты:

  • ареометр;
  • стеклянные емкости;
  • груша для извлечения лишней жидкости;
  • перчатки для защиты;
  • пластмассовые защитные очки;
  • корректирующий электролит;
  • дистиллированная вода.

Важно! Перед тем как приступить к работе необходимо убедится, что батарея находилась несколько часов в помещении с температурой 20-25 градусов.

Чтобы реанимировать батарею и поднять плотность электролита в аккумуляторе требуется выполнить следующие действия:

  1. Зарядить АКБ, в котором предположительно упала плотность электролита. Важно чтобы батарея заряжалась около 8-12 часов. Необходимо чтобы она стала именно полностью заряженной, так как этот момент сильно влияет на показатели.
  2. После зарядки требуется замерить параметр ареометром в каждой банке АКБ. Показатели должны быть в пределах 1.25-1.27 г/см в кубе. Отклонение в показателях между банками допускается до 0.01.
  3. Если результат оказался ниже нормы, требуется откачать часть электролита из банок с недопустимыми параметрами.
  4. В банку заливается корректирующий электролит, в объеме в двое меньше откаченного. Далее заливают дистиллированную воду для закрытия пластин.
  5. Как только была произведена частичная замена электролита необходимо поставить АКБ на подзарядку. Достаточно 30-60 минут. После требуется оставить батарею на 2 часа чтобы жидкость смешалась.
  6. По истечению времени производится повторный замер. Если она все также ниже нормального действия повторяются.

Важно! Если планируется самостоятельно делать корректирующий электролит стоит заливать кислоту в воду, а не наоборот. В противном случае произойдет реакция, в ходе которой вода вскипит, и кислота расплескаться.

Выравнивание с помощью зарядки

Для этого метода потребуется зарядное устройство для АКБ с возможностью регулировать выходное напряжение. Простая зарядка, которая уменьшает силу тока при полном заряде не подойдет.

Корректировка плотности электролита в аккумуляторе происходит по следующей схеме:

  1. Батарея полностью заряжается.
  2. Когда электролит начинает кипеть силу тока снижается до 1-2 А.
  3. Пока электролит кипит вода из него испаряется и плотность постепенно повышается.
  4. После падения уровня необходимо долить электролит, и замерить плотность.

Выпариваться жидкость будет очень медленно и может понадобится более 24 часов. Этот способ наиболее безопасен. За счет естественного испарения замена производится без выкачивания химического раствора.

Полная замена

В случае если хоть в одной банке показатели ниже чем 1.18 г/м в квадрате, то поможет только полная замена электролита. Это действие стоит проводить очень аккуратно так как при ошибке вся батарея может выйти из строя.

Замена производится следующим образом:

  1. Из банок в АКБ выкачивается максимально возможное количество жидкости при помощи груши.
  2. После чего необходимо аккуратно перевернуть батарею на бок и просверлить отверстия в каждой банки. С них необходимо слить остатки электролита.
  3. После чего все емкости осторожно промываются дистиллятом. Отверстия запаиваются пластиком, который устойчив к кислоте.
  4. В свежевымытые банки заливается раствор электролита с необходимой плотностью. Далее батарея заряжается и проверяется на работоспособность.

Можно залить готовый корректирующий раствор, а после нормализовать параметры просто доливая дистиллированную воду.

Важно! Батарею требуется перевернуть очень аккуратно и медленно. Дело в том, что на дне остается осадок из свинца и при резком перевороте он может застрять между пластин тем самым их закоротив. После этого, как правило, батарея становится не дееспособной.

Как понизить

В некоторых случаях плотность не падает, а наоборот увеличивается. Такой исход также негативно сказывается на общем состоянии аккумулятора. Понижение происходит следующим образом:

  1. Из банок откачивается некоторое количество электролита.
  2. После чего заливается дистиллированная вода.
  3. Измеряется плотность, и в случае если она выше 1.27 необходимо добавить воды.

Желательно вводит воду постепенно. Это поможет избежать слишком сильного понижения показателей.

Чем опасна высокая или низкая плотность

Высокая плотность электролита в аккумуляторе приводит к быстрому разрушению пластин. С течением времени пластины будут съедены кислотой, и аккумулятор выйдет из строя.

Низкая плотность электролита в аккумуляторе не дает батареи держать заряд так как значительно падает емкость. Также повышенная концентрация именно воды увеличивает вероятность того что зимой такая батарея просто заледенеет из-за кристаллизации при низких температурах.

Также плотность рекомендуется выбирать исходя из времени года и региона. Разброс в параметрах не сильный, но это поможет избежать многих проблем с обслуживанием аккумулятора.

Советы и рекомендации

Для того, чтобы корректировка плотности прошла успешно, и батарея не была повреждена стоит следовать некоторым рекомендациям:

  • Замер производить только при температуре 20-25 градусов;
  • Все параметры измеряются у полностью заряженного аккумулятора;
  • Для корректировки использовать специальный раствор с плотностью 1.4. Нельзя заливать более насыщенный раствор кислоты, это приведет к разогреву электролита в батарее;
  • Корректируется жидкость в каждой банке, главное, чтобы между значениями отдельных емкостей не разнилось больше чем на 0.01;
  • Жидкость должна покрывать пластины на 1-2 см.

Совет! Если после всех манипуляций показатели падают за короткое время и не приходит в норму после зарядки батарею следует заменить.

Иногда выровнять плотность электролита в банках аккумулятора невозможно. Это, как правило, происходит по причине того, что батарея не исправна и аккумулятор не может держать плотность.

Заключение

Плотность электролита и его уровень оказывают сильное влияние на работоспособность и эффективность аккумулятора. Своевременная корректировка позволяет увеличить срок службы АКБ. Главное совершать все действия правильно в соответствие с нормами безопасности.

Плотность электролита в аккумуляторе — какая должна быть

Автомобильный аккумулятор предназначен для обеспечения бортовой сети транспортного средства и накопления энергии, которую вырабатывает генератор. Больше века кислотно-свинцовые батареи применяются в автомобильной промышленности и по-прежнему удерживают лидирующие позиции. Причина долголетия проста – высокая эффективность при дешевой себестоимости. Подобные батареи состоят из гальванических элементов, которые взаимодействуя с водным раствором серной кислоты, вырабатывают электрическую энергию. Такие источники питания имеют стабильную плотность электролита в аккумуляторе, отличаются высокой морозоустойчивостью и длительным сроком работы.

Плотность электролита

Электролит — это основной компонент аккумулятора, а именно, вещество, проводящее электрический ток вследствие распада на ионы в растворе. Основным свойством, которое необходимо знать при использовании АКБ в автомобиле, является плотность электролита — в науке данный термин означает соотношение массы жидкости к занимаемому объему. В АКБ роль раствора выполняет электролит, состоящий из кислоты и дистиллированный воды.

Непосредственно плотность зависит от температуры электролита (чем ниже температура, тем выше плотность). Работа аккумулятора – это чередование циклов разрядки и зарядки, во время которых происходит широкий спектр химических реакций. При разрядке батареи химическая энергия трансформируется в электрический ток, при зарядке электричество превращается в химическую энергию. Данные процессы оказывают серьезное влияние на плотность электролитического раствора. Процесс зарядки повышает плотность электролита, разряд элемента питания – понижает это значение.

Температура замерзания электролита в зависимости от плотности — Таблица 1

С помощью прибора ареометра можно замерить плотность электролита в аккумуляторе, а также точно определить степень зарядки АКБ. При полном разряде батареи, показатель плотности падает настолько, что между пластинами остается практически дистиллированная вода. Сульфат свинца, который избыточно вырабатывается во время разряда, полноценно не расходуется при зарядке батареи и покрывает свинцовые пластины белым налетом. Сульфатация негативно влияет на емкость аккумулятора, сокращая рабочий ресурс источника питания. Свинцовые пластины со временем начинают осыпаться, что приводит к короткому замыканию внутри батареи.

Поскольку электролит является смесью воды и кислоты, то плотность электролита в аккумуляторе может возрастать. При зарядке АКБ происходит электролиз – выкипание дистиллированной воды из корпуса, благодаря чему концентрация кислоты в растворе возрастает, увеличивая его плотность. Печальная перспектива электролиза очевидна. Потеря воды неизбежно приведет к уменьшению уровня жидкости. Свинцовые пластины оголятся и вступят в химическую реакцию с кислородом, что приведет к осыпанию свинца и выходу батареи из строя. Именно поэтому важно остановить зарядку батареи при первых признаках кипения жидкости и своевременно доливать дистиллят при низком уровне электролита в обслуживаемых батареях.

Какая должна быть плотность электролита в аккумуляторе

Отечественные автовладельцы ведут отчаянный спор о правилах эксплуатации аккумуляторных батарей. Количество автомобилей стремительно растет, и каждый водитель пытается сформулировать свою позицию по данному вопросу. Даже среди профильных специалистов мнения существенно разнятся. Поэтому будем отталкиваться от рекомендаций производителей, ведь только разработчики элементов питания способны сформулировать нюансы эксплуатации собственных изделий. Любая новая АКБ имеет сопроводительную инструкцию, в которой конкретно прописаны мероприятия по техническому обслуживанию.

Аккумуляторная батарея негативно воспринимает и повышенную, и пониженную плотность электролита. Высокий показатель плотности активизирует химические процессы, делая электролит «агрессивным», что приводит к значительному снижению рабочего ресурса изделия. Низкая плотность уменьшит емкость АКБ, что способствует проблемам запуска силового агрегата, особенно в зимнее время. Именно по этой причине необходимо придерживаться значений, рекомендованных производителем. Плотность полностью заряженного нового аккумулятора должна составлять 1.27 г/см3 при температуре +25 °С. При жарком климате допускается понижение плотности на 0,01 г/см3 , а при морозах — на 0,01 — 0,02 г/см3 больше.

Плотность электролита в аккумуляторе зимой и летом

Современный аккумулятор – устройство, сбалансированное и беспричинно корректировать электролит бессмысленно. Плотность электролита в аккумуляторе 1.27 г/см3 не позволит кристаллизоваться жидкости до –50°С. Подобные экстремальные температуры встречаются только на крайнем севере. В таких регионах плотность увеличивают, чтобы предотвратить замерзание электролита. Лучше своевременно заряжать батарею и не допускать разряда, чтобы показатель плотности держался в номинальном значении. Поскольку температура окружающей среды изменчива, то для замера плотности электролита предлагаем использовать специальную таблицу с поправками.

Плотность электролита в аккумуляторе зимой и летом — Таблица 2

Как проверить плотность электролита в аккумуляторе

Данную процедуру необходимо выполнять с периодичностью в три месяца или каждые 15-20 тыс. км, дабы контролировать работоспособность элемента питания. Также замеры производят при покупке новой батареи или при возникновении проблем во время запуска двигателя. Проверку можно выполнить на станции технического обслуживания или самостоятельно в условиях гаража. Перед проверкой показателя электролита следует полностью зарядить аккумулятор и сделать временную паузу длительностью шесть часов. Ведь во время зарядки плотность электролита повышается и информация будет некорректной. Для процедуры измерения потребуется ареометр, который можно приобрести в любом автомагазине. Данное устройство вполне доступно, так как имеет низкую цену.

Для работы потребуется:

  • Ареометр
  • Защитные очки
  • Сухая хлопчатобумажная ткань
  • Резиновые перчатки.

Перед измерением источник питания необходимо установить на ровную поверхность и выкрутить заглушки. Далее следует рукой сжать резиновую грушу прибора и опустить наконечник ареометра в крайнюю банку АКБ. Погрузив устройство в электролит, грушу можно отпустить. Разряженный воздух в колбе, начнёт засасывать жидкость из банки. Теперь нужно визуально оценить уровень раствора в ареометре. Количество жидкости должно позволить измерительному поплавку свободно плавать внутри прибора.

После того, как поплавок прекратит колебательные движения, можно зафиксировать показатель плотности электролита, который должен составлять 1,24 – 1,29 г/см3. Если цифры существенно отличаются, то следует выполнить коррекцию плотности раствора. Аналогичные процедуры необходимо произвести со всеми банками аккумулятора. Следует помнить, что любые операции с электролитом необходимо выполнять в защитных перчатках и очках. После завершения работ пластиковый корпус АКБ рекомендуется насухо протереть чистой тряпкой, дыбы исключить саморазряд батареи.

Коррекция плотности электролита

Эксплуатация автомобиля подразумевает циклическую нагрузку на АКБ, во время которой катализатор электрохимического процесса изменяет свою структуру. Поскольку электролит состоит из кислоты(35%) и дистиллированной воды(65%), то это соотношение способно изменяться в зависимости от степени заряженности источника энергии. Во время движения транспортного средства генератор постоянно подает на батарею электрический ток.

Когда емкость восстанавливается, начинается процесс электролиза, во время которого электролит закипает и испаряется. Аналогичный процесс происходит при длительной зарядке специальным устройством. Количество воды в растворе уменьшается, из-за чего увеличивается плотность и убавляется объем жидкости. Чтобы восстановить номинальное значение необходимо долить дистиллированную воду в каждую банку батареи.

Причины снижения плотности электролита

Чтобы поддержать работоспособность элемента питания автовладельцы добавляют в батарею дистиллированную воду, забывая проверить показатели плотности. Большая концентрация воды приводит к сильному электролизу, во время которого вместе с водой начинает испаряться серная кислота, что снижает плотность электролита. Со временем содержание кислоты в растворе становится критическим и раствор перестает выполнять функцию катализатора химических процессов, что негативно отражается на функциональности аккумулятора.

Как повысить плотность электролита в аккумуляторе в домашних условиях

Любая батарея состоит из нескольких банок, поэтому, чтобы поднять плотность электролита в аккумуляторе, придется корректировать электролитический раствор в каждой отдельной емкости. С помощью спринцовки жидкость выкачивается и отправляется в мерную емкость. После чего в банку заливается аналогичное количество нового электролита, который в готовом виде можно приобрести в магазине. Данная операция выполняется с каждой банкой, после чего аккумулятор необходимо зарядить в течение 30 минут, чтобы раствор перемешался. Затем после двухчасовой паузы повторно измеряем показатели плотности. При необходимости нужно повторить коррекцию электролита. Важно помнить, что разность плотности в банках не должна превышать 0.01 г/см3.

Бывают ситуации, когда показатель плотности падает ниже значения 1.18 г/см3. В таких случаях вышеописанная технология не поможет восстановить работоспособность батареи – необходима полная замена электролитического раствора.

Как поднять плотность электролита зарядным устройством

Существует еще один способ, которым следует поделиться. Он требует меньших трудозатрат и больше времени. Суть процесса проста – необходимо поставить батарею на зарядку, выставив минимальный ток (не более 1A). Достигнув полного заряда, аккумуляторная батарея начнет «кипеть». При этом дистиллированная вода будет активно испаряться. Уровень жидкости в корпусе постепенно снизится. Вместо испарившейся воды, доливаем электролит номинальной плотности. Процесс очень длительный, однако, за несколько суток можно добиться необходимого результата.

Как заменить электролит в аккумуляторе

С помощью замены электролита в аккумуляторе владелец автомобиля может значительно продлить рабочий ресурс АКБ. Замена потребует наличие следующих компонентов:

  • Стеклянная линейка с узкой горловиной
  • Емкость с дистиллятом
  • Электролит необходимой плотности
  • Зарядное устройство
  • Ареометр
  • Пищевая сода
  • Средства защиты: (перчатки, фартук, очки)
  • Резиновая груша
  • Чистая ветошь.

Снятый с машины аккумулятор, тщательно протираем чистой ветошью, удаляя с поверхности грязь и пыль. Рекомендуется производить замену при комнатной температуре. После демонтажа крышек с банок производится откачка раствора. Переворачивать АКБ категорически запрещено, ведь химический осадок, скопившийся на дне, способен вызвать короткое замыкание в пластинах, после чего батарея придёт в негодность. Для удаления остатков электролита необходимо на дне каждой банки просверлить небольшое отверстие, через которое вытекут остатки жидкости.

Теперь в пустые банки заливается дистиллят, чтобы тщательно промыть внутренности батареи. Далее необходимо запаять отверстия специальным пластиком стойким к воздействию кислот. С помощью стеклянной воронки заливаем до необходимого уровня новый электролит, после чего аккумулятор ставится на зарядку. Для восстановления оптимальной емкости источник питания следует разрядить и снова зарядить. Заряженная полностью батарея должна выдавать напряжение 12.7 В. Процесс замены окончен, аккумулятор можно устанавливать на автомобиль.

Использованный электролит необходимо правильно утилизировать. Для этой цели потребуется сода, которая является щелочью и способна нейтрализовать разрушительное действие серной кислоты. В емкость с раствором высыпаем половину пачки соды и наблюдаем бурную химическую реакцию. После окончания бурления получившуюся субстанцию можно вылить в канализацию.

И напоследок совет: своевременно проверяйте плотность электролита своего аккумулятора и регулярно заряжайте батарею. Тогда источник питания «отблагодарит» своего хозяина длительной и бесперебойной работой.

Как поднять плотность электролита в аккумуляторе

Плотность электролита в аккумуляторе является одной из важнейших характеристик работоспособности портативного источника электроэнергии. Если по тем или иным причинам этот показатель не будет соответствовать норме, то работоспособность автомобильной батареи будет под большим вопросом.

На что влияет плотность электролита

Плотность электролита напрямую влияет на способность АКБ накапливать энергию во время заряда. Если этот показатель значительно ниже нормы, то батарея не будет выдавать максимального стартерного тока. Кроме этого, продолжительность работы аккумулятора резко снизится.

Высокая плотность электролита также негативно влияет на работоспособность источника питания, существенно снижая его срок службы. Связано это, прежде всего, с увеличенным образованием сульфатов на поверхности свинцовых пластин.

Такой «налёт» плохо проводит электроэнергию, что способствует значительному снижению ёмкости АКБ. Со временем сильно сульфатированные батареи полностью перестают «держать» заряд и их приходится утилизировать.

Опасность физического разрушения батареи может наступить в случае, когда батарея, в которой находится электролит с низким содержанием серной кислоты, оставляется зимой в неотапливаемом помещении. В таких случаях, даже при медленном оттаивании, источники электроэнергии могут быть полностью непригодны для дальнейшего использования.

Сульфатация пластин

Какая должна быть плотность в зависимости от сезона

Плотность электролита в зимнее время и летом может быть неодинаковой. В холодное время года рекомендуется увеличить этот показатель, чтобы даже в сильный мороз предохранить батарею от разрушения. В среднем, плотность аккумуляторной жидкости в зависимости от сезона выглядит следующим образом:

  • Зима: 1,30 г/см3.
  • Лето: 1,26 г/см3.

Перечисленные значения являются самыми крайними для очень суровой зимы и жаркого лета. В субтропическом климате вполне возможна эксплуатация батареи круглый год при значении плотности электролита 1,27 г/см3.

Как проверить плотность

Определить плотность в аккумуляторах, не оборудованных специальным «глазком», практически невозможно, но даже при наличии в АКБ подобного элемента о концентрации серной кислоты можно судить лишь условно. Точно определить этот параметр можно с помощью специального прибора.

Ареометр

Ареометр представляет собой устройство, в котором имеется «поплавок» со шкалой. По степени погружения этой детали в электролит можно точно узнать плотность электропроводящей жидкости. Замер осуществляется очень просто:

  • Открыть пробки.
  • Установить прибор в отверстие.
  • Сжать «грушу».
  • Отпустить резиновый элемент.
  • Определить на шкале плотность жидкости.

Таким образом производится замер во всех банках аккумулятора.

При отсутствии ареометра, плотность можно измерить с помощью электронных весов и мерной ёмкости, объёмом 100 мл. Для выполнения процедуры достаточно набрать электролита из одной банки, после чего, установить резервуар на измерительный прибор.

Значения веса Нетто в граммах будет равно плотности электролит со смещением запятой влево на 2 знака. Например: 127 грамм будут равны плотности 1,27 г/см3. Измеряется только вес Нетто, то есть, перед выполнением процедуры следует не забыть взвесить пустую ёмкость, и вычесть это значение из общей массы.

Из-за чего падает плотность

Основная причина существенного падения плотности электролита – это постоянное разбавление жидкости внутри банок дистиллированной водой, при частых утечках. Истечение может происходить при наличии трещин в корпусе либо недостаточно плотно закрытых пробках.

Если причиной изменения состава токопроводящей жидкости является негерметичность корпуса, то место протечки необходимо выявить как можно скорее. Плохо закрытые пробки необходимо как следует завинтить либо установить на силиконовый герметик.

Незначительное отклонение концентрации серной кислоты всегда обнаруживается при сильном разряде батареи. Такое состояние очень вредно для свинцовой АКБ. Если батарея «на нуле», то следует незамедлительно подключить источник питания к зарядному устройству.

Как повысить плотность в аккумуляторе

Повысить плотность в аккумуляторе совсем несложно. Для выполнения этой операции можно использовать корректирующий или обычный электролит либо зарядное устройство.

Корректирующий электролит

С помощью корректирующего электролита

Воспользоваться этим методом восстановления плотности электролита можно только в том случае, если батарея является обслуживаемой, а концентрация серной кислоты в  электропроводящей жидкости не снизилась ниже критического уровня.

Корректирующий электролит представляет собой раствор серной кислоты (формула h3SO4) в дистиллированной воде со значительно большей концентрацией основного вещества. Корректировка заключается в удалении из банок сильно разбавленного электролита.

Сделать это можно с помощью груши или ареометра. Затем вместо отобранной жидкости заливается корректирующий состав. При выполнении этой операции следует постоянно контролировать плотность электролита в банках с помощью ареометра.

Повышаем с помощью зарядного устройства

С помощью зарядного устройства можно поднять плотность электропроводящей жидкости как в батареях с наличием пробок, так и в необслуживаемых моделях.

Для того чтобы выровнять значение плотности достаточно подключить прибор к аккумулятору соблюдая полярность, а затем подключить устройство к сети 220 В. При возможности выбора силы тока, для более плавного повышения плотности, рекомендуется установить значение этого параметра в 10% от ёмкости АКБ.

Полная замена электролита

Полная замена электролита понадобится, если плотность электролита невозможно восстановить зарядкой или с помощью корректирующего раствора. Для замены токопроводящей жидкости потребуется приготовить новый электролит, пластмассовую воронку, резиновую грушу, ареометр, а также ёмкость для слива старой жидкости.

Производится такая операция по следующей инструкции:

  • Удалить пробки из банок.
  • Выкачать электролит из аккумулятора используя грушу (для того чтобы достать жидкость со дна рекомендуется надеть на резиновое приспособление тонкую силиконовую трубочку).
  • Залить новый электролит, используя воронку (эту процедуру следует выполнять очень медленно, чтобы не расплескать едкую жидкость).

После того, как во всех банках уровень токопроводящей жидкости будет доведён до оптимального значения, пробки устанавливаются на место, а аккумуляторная батарея подключается к сетевому зарядному устройству.

Следует отметить, что таким образом можно откорректировать плотность только в обслуживаемых моделях АКБ.

Меры предосторожности при работе

Доливать электролит в банки либо полностью заменять жидкость аккумулятора следует только с соблюдением мер предосторожности. Раствор серной кислоты является очень активной жидкостью, которая вступает в реакцию с органическими и неорганическими веществами.

Попадание электролита в глаза во время работы может привести к необратимым изменением функционирования органов зрения, поэтому использование специальных защитных очков является обязательным.

При разливе токопроводящей жидкости на кожные покровы поверхность тела покроется сильнейшими химическими ожогами. По этой причине также следует использовать резиновые перчатки и фартук, который поможет защитить одежду от сквозных отверстий.

Негативное воздействие кислоты на металлические поверхности проявляется в разъедании изделий из этого материала. Химической реакции подвержены даже очень прочные сплавы, поэтому если необходимо добавить электролит, следует снять батарею с машины.

При восстановлении плотности АКБ от сетевого зарядного устройства, необходимо следить за наличием достаточного движения воздуха в помещении. При отсутствии проветривания возможно возгорание газа, который образуется при зарядке. Кроме этого, вдыхание подобных смесей может вызвать сильное отравление.

Если все меры предосторожности будут предприняты до начала работ по восстановлению плотности аккумуляторного электролита, то эта процедура будет выполнена без каких-либо осложнений.

Остались вопросы или есть что добавить? Тогда напишите нам об этом в комментариях, это позволит сделает материал более полным и точным.

Достижение высокой плотности энергии за счет увеличения выходного напряжения: высокообратимая батарея 5,3 В

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2019.02.003Get rights and content Электролиты включают 5,3 В литий-метал-аккумуляторной батареи и 5,2 В литий-ионной батареи

Ознакомьтесь с механизмом литирования-разбираемости 5,3 В LiComno 4 Cathodes

Выявить корреляцию между электролитами и CEI или SEI на электродах

Общая картина

Сегодня более высокая плотность энергии перезаряжаемой батареи становится все более желательной из-за растущих требований со стороны электромобилей.Современные литий-ионные батареи, основанные на химии интеркаляционного катода, оставляют относительно мало места для дальнейшего повышения плотности энергии, поскольку удельная емкость этих катодов приближается к теоретическому уровню. Увеличение выходного напряжения элемента является возможным направлением для значительного увеличения плотности энергии батарей. Обширные исследования были посвящены изучению элементов >5,0 В, но были достигнуты лишь ограниченные успехи из-за узкого окна электрохимической стабильности традиционных электролитов (<5,0 В).0 В). Здесь мы разрабатываем электролит на 5,5 В (1 M LiPF 6 в FEC/FDEC/HFE с добавкой LiDFOB), который позволяет катодам LiCoMnO на 5,3 В обеспечивать плотность энергии 720 Втч·кг· −1  в течение 1000 циклов. и 5,2 В графит || LiCoMnO 4 полных элементов для обеспечения плотности энергии 480 Втч кг -1 на 100 циклов.

Резюме

Плотность энергии современных литий-ионных аккумуляторов ограничена низкой емкостью интеркаляционного катода, что оставляет относительно мало возможностей для дальнейшего улучшения, поскольку удельная емкость этих катодов приближается к теоретическому уровню.Увеличение выходного напряжения элемента является возможным направлением для значительного увеличения плотности энергии батарей. Обширные исследования были посвящены изучению элементов > 5,0 В, но были достигнуты лишь ограниченные успехи из-за узкого окна электрохимической стабильности электролитов (<5,0 В). Здесь мы сообщаем о электролите на 5,5 В (1 M LiPF 6 во фторэтиленкарбонате, бис(2,2,2-трифторэтил)карбонате и гидрофторэфире [FEC/FDEC/HFE] с дифтор(оксалат)боратом лития [LiDFOB ] добавка), что позволяет 5.3 В LiCoMnO 4 катодов для обеспечения плотности энергии 720 Втч кг −1 на 1000 циклов и 5,2 В графит||LiCoMnO 4 полных элементов для обеспечения плотности энергии 480 Втч кг −1 на 100 циклы. Электролиты на 5,5 В обеспечивают большой шаг к разработке литиевых аккумуляторов высокой энергии.

ООН ООН Устойчивое развитие Цели

SDG7: Доступная и чистая Энергия

Ключевые слова

Высоковольтное напряжение

Батарея Li-Metal

Литий-Ионный аккумулятор

Высокая Плотность энергии

ЛИ-Металлический Анод

Устойчивый Electorlyte

Рекомендуемые статьиСсылки на статьи (0)

© 2019 Elsevier Inc.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Методики прогрева аккумуляторов при отрицательных температурах для автомобильных приложений: последние достижения и перспективы Электромобили играют решающую роль в снижении расхода топлива и выбросов загрязняющих веществ для более экологичного транспорта. Литий-ионные аккумуляторы, как самый дорогой, но наименее изученный компонент электромобилей, напрямую влияют на запас хода, безопасность, комфорт и надежность.Однако общая производительность тяговых аккумуляторов значительно ухудшается при низких температурах из-за снижения скорости электрохимических реакций и ускоренного ухудшения работоспособности, например, из-за литиевого покрытия. Без своевременных и эффективных действий такое ухудшение характеристик приводит к трудностям в эксплуатации и угрозе безопасности для электромобилей. Прогрев/предварительный подогрев аккумуляторной батареи имеет особое значение при эксплуатации электромобилей в холодных географических регионах. С этой целью в этой статье рассматриваются различные стратегии предварительного нагрева аккумуляторов, включая внешний конвективный и кондуктивный предварительный нагрев, а также последние достижения в области решений для внутреннего нагрева.Кратко описывается влияние низкой температуры на батареи с точки зрения производительности элементов, а также свойств материалов. Также освещаются вопросы теплотехники, связанные с прогревом. Подробно представлена ​​структура систем управления батареями (BTMS) при низких температурах, в том числе ключевые аспекты проектирования на разных уровнях интеграции батарей и общая классификация подходов к прогреву на внешние и внутренние группы. Далее представлен всесторонний обзор литературы по различным стратегиям разминки, а также рассмотрены основные принципы, преимущества, недостатки и потенциальные улучшения каждой стратегии.Наконец, будущие тенденции методов прогрева аккумуляторов обсуждаются с точки зрения ключевых технологий, многообещающих возможностей и проблем.

Ключевые слова

Литий-ионные батареи

Низкая температура

Электротехника

Система термического управления

Стратегии предварительного нагрева

Сокращения

BEV

Аккумулятор электрический транспорт

BTMS

Аккумуляторные батареи Термические системы управления

CCD

Разрядки

CCD

теплообменник охлаждающей жидкости

COP

коэффициент полезного действия

CPCM

композитный материал с фазовым переходом

CVD

разряд постоянного напряжения

DC/DC

постоянный ток в постоянный

ECT

Электрохимико-термический

EEC

эквивалентная электрическая схема 80 EMS

9 стратегия

HESS

гибридная система накопления энергии

HEV

гибридный электромобиль

HVAC

отопление вентиляция и кондиционирование воздуха

ICE

двигатель внутреннего сгорания

IGBT

биполярные транзисторы с изолированным затвором

SEI

твердоэлектролитная межфазная фаза

MHPA

массив микротепловых трубок

PCM

материалы с фазовым переходом

PHEV

подключаемый гибридный электромобиль

PTC

положительный температурный коэффициент

RETC

уменьшенная электротермическая связь

SAC

синусоидальный переменный ток

SHLB

самонагревающаяся литий-ионная батарея

UDDS

Городской динамометр График вождения

Рекомендуемые статьи со ссылками на статьи (0)

Xiaosong Hu (SM’16) получил степень доктора философии.Степень доктора автомобильной инженерии Пекинского технологического института, Китай, в 2012 году. Он провел научные исследования и защитил докторскую диссертацию. защитил диссертацию в Центре автомобильных исследований Мичиганского университета, Анн-Арбор, США, в период с 2010 по 2012 год. В настоящее время он является профессором Государственной ключевой лаборатории механических трансмиссий и факультета автомобильного машиностроения Чунцинского университета, Чунцин, Китай. В период с 2014 по 2015 год он был постдокторантом на кафедре гражданского и экологического проектирования Калифорнийского университета в Беркли, США, а также в Шведском центре гибридных автомобилей и на кафедре сигналов и систем Технологического университета Чалмерса, Гётеборг. , Швеция, с 2012 по 2014 год.Он также был приглашенным научным сотрудником в Институте динамических систем и управления Швейцарского федерального технологического института (ETH), Цюрих, Швейцария, в 2014 году. Научные интересы включают технологии управления батареями, а также моделирование и управление электрифицированными транспортными средствами. Доктор Ху опубликовал более 100 высококлассных статей для журналов и конференций. Он был удостоен нескольких престижных наград / почестей, в том числе образовательной премии SAE Ralph Teetor в 2019 году, премии Emerging Sustainability Leaders в 2016 году, стипендии Марии Карри ЕС в 2015 году, премии ASME DSCD Energy Systems за лучшую работу в 2015 году и награды за лучшую докторскую степень в Пекине.D. Награда за диссертацию в 2013 году. Он является старшим членом IEEE

Юшен Чжэн получил степень бакалавра машиностроения в Университете Чунцина в 2018 году. В настоящее время он получает степень магистра наук. получил степень в Колледже автомобильной инженерии Чунцинского университета, Чунцин, Китай. Его исследовательские интересы включают управление тепловым режимом батареи и диагностику литиевого покрытия при низких температурах.

Дэвид А. Хоуи получил степень бакалавра и магистра технических наук в Кембриджском университете, Кембридж, Великобритания, в 2002 году и степень доктора философии.Степень доктора наук в Имперском колледже Лондона, Лондон, Великобритания, в 2010 г. Он является доцентом кафедры инженерных наук Оксфордского университета, Оксфорд, Великобритания, где возглавляет группу, занимающуюся моделированием, диагностикой и управлением электрохимическими энергетическими устройствами. и системы. Он является редактором журнала IEEE Transactions on Sustainable Energy, а также старшим членом IEEE и членом ECS.

Гектор Э. Перес (S’14–M’17) получил степень бакалавра в области машиностроения в Калифорнийском государственном университете, Нортридж, Калифорния, США, в 2010 году, степень MSE в области машиностроения в Мичиганском университете, Анн-Арбор, штат Мичиган, США, в 2012 году, и степень доктора философии.Степень доктора системной инженерии Калифорнийского университета в Беркли, Беркли, Калифорния, США, в 2016 году. В настоящее время он является совместным постдокторским исследователем в Калифорнийском университете в Беркли и Мичиганском университете. Его текущие исследовательские интересы включают моделирование, оценку, оптимальное управление и экспериментальную проверку энергетических систем. Д-р Перес был получателем стипендий Фонда Форда для докторантов и стипендий GEM, AACC O, премии Хьюго Шака за лучшую работу, награды ACC за лучшую студенческую работу, награды ASME DSCC Energy Systems за лучшую статью и ASME DSCC Best Paper. Награда на сессии по системам возобновляемой энергии.

Аойф М. Фоли получил BE (с отличием) и докторскую степень. степени Университетского колледжа Корка, Корк, Ирландия, в 1996 и 2011 годах, соответственно, и степень магистра наук. получила степень в Тринити-колледже, Дублин, Ирландия, в 1999 году. Она работала в промышленности до 2008 года. В настоящее время она преподает в Школе машиностроения и аэрокосмической инженерии Королевского университета Белфаста, Белфаст, Великобритания. Ее исследовательские интересы включают энергию ветра, энергетические рынки, хранение энергии и электромобили. Она является сертифицированным инженером (2001 г.), научным сотрудником инженеров Ирландии (2012 г.) и главным редактором журнала Elsevier Renewable and Sustainable Energy Reviews.

Майкл Пехт (S’78-M’83-SM’90-F’92) получил степень бакалавра в области акустики, степень магистра в области электротехники и инженерной механики, а также степень доктора философии. получил степень инженера-механика в Университете Висконсина в Мэдисоне, штат Висконсин, США, в 1976, 1978, 1979 и 1982 годах соответственно. Он является основателем Центра перспективной инженерии жизненного цикла (CALCE) Университета Мэриленда, Колледж-Парк, Мэриленд, США, где он также является профессором кафедры. Он руководил исследовательской группой в области прогностики.Доктор Пехт является профессиональным инженером и членом IEEE/ASME/SAE. Он получил премию IEEE за обучение студентов и награду за достижения в области памяти Уильяма Д. Эшмана Международного общества сборки и упаковки микроэлектроники (IMAPS) за свой вклад в анализ надежности электроники. В течение восьми лет он работал главным редактором журнала IEEE Transactions on Reliability и помощником редактора журнала IEEE Transactions on Components and Packaging Technology

Crown Copyright © 2019. Опубликовано Elsevier Ltd.

Электролиты, изготовленные из сжиженного газа, позволяют батареям работать при сверхнизких температурах — ScienceDaily

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали прорыв в химии электролитов, который позволяет литиевым батареям работать при температурах до -60 градусов Цельсия с превосходной производительностью — для сравнения, современные литий-ионные батареи перестают работать при -20 градусах Цельсия. Новые электролиты также позволяют электрохимическим конденсаторам работать при температуре до -80 градусов по Цельсию — их нынешний нижний температурный предел составляет -40 градусов по Цельсию.Хотя эта технология позволяет работать при экстремально низких температурах, при комнатной температуре сохраняется высокая производительность. Новый химический состав электролита может также увеличить плотность энергии и повысить безопасность литиевых батарей и электрохимических конденсаторов.

Работа будет опубликована онлайн в журнале Science в четверг, 15 июня 2017 г.

Эта технология может позволить электромобилям в холодном климате проехать большее расстояние без подзарядки, уменьшая запас хода зимой в таких местах, как Бостон.Эта технология также может быть использована для питания кораблей в условиях сильного холода, таких как беспилотные летательные аппараты Wi-Fi и метеозонды, спутники, межпланетные вездеходы и другие аэрокосмические приложения.

Аккумуляторы и электрохимические конденсаторы, разработанные исследователями, особенно морозостойки, потому что их электролиты сделаны из сжиженных газов-растворителей — газов, которые сжижаются при умеренном давлении — которые гораздо более устойчивы к замерзанию, чем стандартные жидкие электролиты.Электролит нового литиевого аккумулятора был изготовлен с использованием сжиженного фторметанового газа. Электрохимический электролит конденсатора изготавливали с использованием сжиженного газа дифторметана.

«Глубокая декарбонизация зависит от прорывов в технологиях хранения энергии. Для производства электромобилей с улучшенным соотношением производительности и стоимости необходимы более качественные батареи. технологии электрохимического накопления энергии могут быть приняты на многих других развивающихся рынках.Эта работа указывает на многообещающий путь, и я думаю, что успех этого нетрадиционного подхода может вдохновить больше ученых и исследователей на изучение неизвестных территорий в этой области исследований», — сказала Ширли Менг, профессор наноинженерии в Инженерной школе Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего. Старший автор исследования Мэн возглавляет Лабораторию хранения и преобразования энергии и является директором Центра устойчивой энергетики и энергетики в Калифорнийском университете в Сан-Диего.

«Принято считать, что электролит является основным узким местом для повышения производительности устройств хранения энергии следующего поколения», — сказал Сайрус Растомджи, научный сотрудник группы Мэн и первый автор исследования.«Жидкие электролиты были тщательно исследованы, и многие теперь обращают свое внимание на твердотельные электролиты. Мы выбрали противоположный, хотя и рискованный подход и исследовали использование газовых электролитов».

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего первыми исследовали электролиты на газовой основе для электрохимических накопителей энергии.

В будущем эта технология может быть использована для питания космических кораблей для межпланетных исследований. «Марсоходы имеют низкотемпературные характеристики, которым не соответствует большинство существующих аккумуляторов.Наша новая аккумуляторная технология может соответствовать этим требованиям без добавления дорогих и тяжелых нагревательных элементов», — сказал Рустомджи.

Работая над этим проектом, команда Калифорнийского университета в Сан-Диего осознала, что газы обладают свойством, позволяющим им особенно хорошо работать при температурах, при которых замерзают обычные жидкие электролиты, — низкой вязкостью. «Низкая вязкость приводит к высокой подвижности ионов, что означает высокую проводимость батареи или конденсатора даже в условиях сильного холода», — сказал Рустомджи.

Группа изучила ряд потенциальных газов-кандидатов, но сосредоточилась на двух новых электролитах: один на основе сжиженного фторметана (для литиевых батарей), а другой на основе сжиженного дифторметана (для электрохимических конденсаторов).

Помимо исключительных характеристик при низких температурах, эти электролиты обеспечивают уникальное преимущество в плане безопасности. Они смягчают проблему, называемую тепловым разгоном, когда батарея нагревается достаточно, чтобы вызвать опасную цепочку химических реакций, которые, в свою очередь, еще больше нагревают батарею. С этими новыми электролитами батарея не сможет самонагреться при температурах намного выше комнатной. Все потому, что при высоких температурах эти электролиты теряют способность растворять соли, поэтому батарея теряет проводимость и перестает работать.

«Это естественный механизм отключения, который предотвращает перегрев батареи», — сказал Рустомджи. Еще одна приятная особенность, отметил он, заключается в том, что этот механизм является обратимым. «Как только аккумулятор становится слишком горячим, он отключается. Но когда он снова остывает, он снова начинает работать. Это необычно для обычных аккумуляторов».

Кроме того, Рустомджи сказал, что в более тяжелых условиях, таких как автомобильная авария, когда батарея раздавлена ​​и закорочена, газ электролита может выйти из элемента и, из-за отсутствия проводимости электролита, предотвратить реакцию теплового разгона, которая в противном случае трудно избежать при использовании обычных жидких электролитов.

Совместимый электролит для литий-металлических анодов

Мэн, Рустомджи и их коллеги сделали большой шаг вперед к осуществлению еще одной давней мечты исследователей аккумуляторов: созданию электролита, который хорошо работает с литий-металлическим анодом. Литий считается идеальным материалом для анодов, поскольку он может накапливать больше заряда, чем существующие аноды, и легче. Проблема в том, что металлический литий реагирует с обычными жидкими электролитами.Эти химические реакции приводят к тому, что металлический литий имеет низкую кулоновскую эффективность, а это означает, что он может пройти только ограниченное количество циклов зарядки и разрядки, прежде чем батарея перестанет работать.

Еще одна проблема, связанная с использованием обычных жидких электролитов с литий-металлическим анодом, заключается в том, что при повторяющихся циклах зарядки и разрядки литий может скапливаться в определенных местах на электроде. Это вызывает рост игольчатых структур, называемых дендритами, которые могут протыкать части батареи, вызывая ее короткое замыкание.

Предыдущие подходы к решению этих проблем включают: использование электролитов с низкой вязкостью; приложение высокого механического давления на электрод; и использование так называемых фторированных добавок к электролиту для формирования идеального химического состава на поверхности металлического литиевого электрода. Новые электролиты для сжиженного газа, разработанные командой Калифорнийского университета в Сан-Диего, объединяют все три этих ключевых аспекта в единую электролитную систему. Последующая межфазная фаза, сформированная на электроде, представляет собой очень однородную поверхность без дендритов, что обеспечивает высокую кулоновскую эффективность более 97 процентов и улучшенную проводимость батареи.По словам исследователей, это также первый случай, когда было показано, что электролит обладает высокими характеристиками как на металлическом литии, так и на классических катодных материалах, что может позволить существенно увеличить общую плотность энергии батарей.

Следующие шаги

Двигаясь вперед, исследователи стремятся улучшить плотность энергии и цикличность как батарей, так и электрохимических конденсаторов, а также обеспечить их работу при еще более низких температурах — до -100 градусов по Цельсию. Эта работа может привести к разработке новых технологий для космических кораблей, отправленных для исследования внешних планет, таких как Юпитер и Сатурн.

Растомджи возглавляет команду из Калифорнийского университета в Сан-Диего, работающую над коммерциализацией этой технологии через стартап под названием South 8 Technologies.

Почему автомобильные аккумуляторы плохо работают в холодную погоду

Заводить машину холодным зимним утром может быть неприятно, если накануне вечером вы не предприняли никаких действий. Когда вы не можете запустить двигатель, это часто вина аккумулятора. Почему аккумулятор более чувствителен, чем другие процессы в автомобиле? Ответ заключается в способности батареи преобразовывать химическую энергию в электрическую с минимальным выделением тепла и относительно небольшим количеством тепловой энергии, доступной при низких температурах.

Начало работы

Помню одну осень несколько лет назад, во время которой я купил новую машину. Следующая зима была одной из самых холодных за несколько лет. В течение двух недель термометр в саду показывал температуру ниже -10°C (14°F).

Однажды февральским утром, во время лыжного отпуска в шведских горах, я вышел на подъездную дорожку к коттеджу, чтобы завести машину, надеясь обеспечить хорошую и удобную короткую поездку для семьи по пути к горнолыжному подъемнику. Включив зажигание, машина еле завелась.Автомобиль издал звук, показывающий, что шесть цилиндров работают не так гладко, как обычно. Прошло почти минуту, прежде чем двигатель зазвучал так, как должен. Поскольку машина была новой, меня это насторожило. Очень медленно ожил ЖК-дисплей между спидометром и тахометром, показав -35°C (-31°F). Сегодня утром кататься на лыжах нельзя!

Как инженер-электрохимик, мои мысли переместились от катания по склонам к технологии старых добрых свинцово-кислотных аккумуляторов, которые в то время могли обеспечивать пиковый ток для приведения в действие стартера и запуска двигателя с первого короткого оборота двигателя. ключ.

Эта проблема не ограничивается только аккумуляторами — двигатель внутреннего сгорания также сталкивается с трудностями при экстремально низких температурах. Смазочное масло становится более густым, реакции горения становятся вялыми, а конденсат может замерзнуть в ответственных частях топливной системы. Однако моя машина завелась. Любой электромобиль, не подключенный к сети в такую ​​холодную ночь, вероятно, вообще не завелся бы.

В чем причина такой разницы? Ответ находится в способе преобразования химической энергии в механическую:

  • Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию, запасенную в топливе, в тепло, которое затем преобразуется в механическую энергию.
  • Двигатель электромобиля преобразует химическую энергию аккумулятора в электрическую энергию, которая затем преобразуется электродвигателем в механическую энергию. Он выделяет очень мало тепла по сравнению с двигателем внутреннего сгорания.

Процесс преобразования тепловой энергии в механическую в двигателе внутреннего сгорания дает большое количество тепла с первого такта для быстрого нагрева двигателя, что позволяет автомобилю тронуться с места практически сразу. Тем не менее, медленное выделение тепла, которое происходит при экстремальных температурах в электромобиле, не дает такого же эффекта.Цитируя Леса Гроссмана: «Это физика, это неизбежно».

Отметим, что эффективность преобразования химической энергии в механическую в электромобиле намного выше, так как потери в аккумуляторе и в электродвигателе относительно малы.

Вопросы эффективности и тепловыделения в сторону — и прежде чем говорить об аккумуляторе — давайте сравним процессы, которые могут вызвать трудности в холодную погоду в электромобилях и обычных автомобилях.

Сравнение процессов транспортных средств

Начнем с электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания.Мы можем себе представить, что электродвигатель менее подвержен влиянию низких температур по сравнению с двигателем внутреннего сгорания. В нем меньше движущихся частей, и, поскольку движущиеся части в основном разделены воздушными зазорами, он должен требовать меньше смазки и быть менее чувствительным к низким температурам.

Трансмиссия электромобиля также менее сложна, чем трансмиссия автомобиля внутреннего сгорания, поскольку электродвигатель может работать в широком диапазоне нагрузок с отличным крутящим моментом.Кроме того, электромобиль может иметь несколько двигателей (например, один спереди и один сзади) и, таким образом, избежать большого количества трансмиссии, необходимой для работы с полным приводом. Это означает, что электромобилю не требуется сложная коробка передач, которую необходимо смазывать. Следовательно, электромобиль должен быть менее чувствителен к температуре и по этим причинам.

Наконец, электромобилю не требуется сложная топливная система с насосами, клапанами, датчиками, форсунками и т.д.Это также должно сделать его менее чувствительным к низким температурам по сравнению с обычным автомобилем, с меньшим количеством компонентов, которые будут препятствовать обледенению.

Как и ожидалось, именно аккумулятор плохо работает при низких температурах. На самом деле влияние низких температур на работу аккумуляторов можно наблюдать в самых разных приложениях, от военной техники и космических приложений до сотовых телефонов и клавиатур домашней сигнализации. Этот компонент, очевидно, менее критичен в двигателе внутреннего сгорания, которому для запуска двигателя требуется только короткий пиковый ток.Сравните это с электромобилем, которому требуется непрерывный источник тока. Поэтому давайте более внимательно посмотрим на производительность батареи и на то, как на нее влияет температура.

Температурно-зависимые свойства батареи

Аккумулятор состоит из двух пористых электродов, одного положительного и одного отрицательного. Материал электронного проводящего электрода состоит из упакованных частиц электродного материала. Пустота между этими частицами создает пористость электродов (см. рисунок ниже).

Два электрода разделены электролитом. Кроме того, оба пористых электрода содержат пористый электролит в пустотах между твердыми частицами электродного материала. На рисунке ниже показан процесс разрядки в аккумуляторе с сильно преувеличенным размером частиц.

Потери в батарее при заданном уровне заряда показаны на следующем рисунке, на котором показаны кривые ток-потенциал для положительного (красный) и отрицательного электродов (синий) с рабочей точкой, заданной i 1 и -i 1 на соответствующем электроде.Можно предположить, что потенциалы положительного и отрицательного электродов измеряются с помощью электрода сравнения в середине электролита (см. рисунок выше). Это необходимо для получения потенциалов двух отдельных электродов и включения омических потерь с обеих сторон электрода сравнения.

Потенциал ячейки уменьшается по сравнению с напряжением открытой ячейки (см. ниже) из-за активационных потерь (из-за кинетики электрохимической реакции), массотранспортных потерь и омических потерь.Обратите внимание, что катодный ток на положительном электроде определяется как отрицательный, а анодный ток на отрицательном электроде определяется как положительный. Это связано с тем, что полярность электролита внутри батареи противоположна полярности внешней цепи.

Напряжение открытой ячейки

Разность электродных потенциалов при нулевой плотности тока называется напряжением открытой ячейки при заданном уровне заряда, как показано на предыдущем рисунке.0}} \right)

, где E — напряжение на элементе, {\Delta S} — изменение энтропии реакции батареи, z — количество переданных электронов, а F — постоянная Фарадея.Это означает, что для батареи с чистой реакцией разряда с положительным изменением энтропии ({\Delta S}) напряжение элемента увеличивается с температурой. Для батареи с отрицательным изменением энтропии напряжение элемента уменьшается с повышением температуры.

Большинство литий-ионных аккумуляторов, используемых в современных электромобилях, имеют слегка отрицательное или очень небольшое изменение энтропии, что означает, что напряжение открытого элемента немного увеличивается при понижении температуры. Это само по себе фактически улучшило бы производительность при более низких температурах.Однако изменение напряжения открытой ячейки в зависимости от температуры относительно невелико по сравнению с другими параметрами, около 0-0,4 мВ/К, то есть менее 30 мВ в диапазоне очень низких температур (-35°C, -31°C). °F) до комнатной температуры. Таким образом, мы можем исключить общую термодинамику реакции разряда как причину плохих характеристик при низких температурах.

Физические свойства электролита и электродов

Физические свойства электролита оказывают большое влияние на работу батареи.Температура влияет на проводимость и коэффициенты диффузии в электролите, таким образом, также влияя на эффективную проводимость и коэффициенты диффузии в пористом электролите.

Электропроводность электролита может увеличиваться на один или несколько порядков от очень низких температур (-35°C, -31°F) до комнатной температуры. Если мы построим логарифм проводимости электролита как функцию 1/ T , мы получим линейную зависимость, как показано на рисунке ниже. Этот рисунок иллюстрирует низкую проводимость при низких температурах и ее экспоненциальное увеличение при повышении температуры.

Следовательно, омические потери (резистивные потери) в электролите батареи увеличиваются с понижением температуры, что приводит к более низкому напряжению элемента при заданном токе при более низких температурах. Кроме того, плохая проводимость электролита приводит к менее равномерному распределению плотности тока в пористых электродах, что, в свою очередь, снижает емкость аккумулятора. Емкость определяется как количество ампер-часов, которое можно снять с батареи, прежде чем напряжение резко упадет.При более низких температурах емкость есть, но низкая проводимость и последующее неравномерное распределение плотности тока делают ее недоступной до тех пор, пока батарея не нагреется.

Кроме того, коэффициенты диффузии химических веществ в электролите, которые необходимы для обеспечения электрохимических реакций, снижаются в той же степени, что и проводимость электролита. Снижение коэффициентов диффузии увеличивает перенапряжение концентрации, что снижает напряжение на ячейке. Пониженная диффузионная способность также снижает емкость батареи, поскольку большая часть частиц в электродах батареи недоступна из-за ограничений массопереноса.

Обратите внимание, что электролитическая проводимость и диффузионная способность связаны с подвижностью (см. соотношение Нернста-Эйнштейна).

Физическое объяснение пониженной подвижности заключается в том, что в электролите имеется меньше тепловой энергии, из-за чего ионам и молекулам труднее преодолевать взаимное взаимодействие или «трение». Подвижность в электролитах как функция температуры описывается уравнением Аррениуса, где энергия активации ( E a на приведенном выше рисунке) представляет собой энергию, необходимую молекулам для преодоления взаимодействия с соседними молекулами и перемещения в пространстве. электролит.

Материал твердого электрода обычно имеет проводимость, которая на несколько порядков выше, чем у пористого электролита. Изменением проводимости твердого материала в зависимости от температуры обычно можно пренебречь. Однако в некоторых батареях перезарядка может быть проблематичной при низких температурах, поскольку это может привести к образованию дендритов, разрушающих батарею.

Электрод Кинетика

Последним важным фактором плохой работы батарей при низких температурах является вялая кинетика анодных и катодных реакций, что приводит к увеличению активационного перенапряжения.Физическое объяснение медленной кинетики электрода состоит в том, что энергию активации становится труднее преодолеть из-за меньшего количества тепловой энергии, доступной в системе при низких температурах.

На приведенном ниже рисунке показано общее влияние на работу батареи повышенных потерь при активации, омических потерь и массовых транспортных потерь. Мы можем видеть, как увеличение общего перенапряжения на двух электродах приводит к снижению напряжения на ячейке при заданном токе и состоянии заряда.

Эти кривые берут начало из уравнений Аррениуса для подвижности и кинетики электродов на электродах, которые для обратимых электрохимических реакций приводят к соответствующим выражениям Батлера-Фольмера.

Термическое управление

Современные аккумуляторные системы в электромобилях оснащены передовыми системами управления температурным режимом. Эти системы способны охлаждать батарею, когда она работает при высоких нагрузках, и нагревать ее, когда она подключена к сети холодными зимними ночами.

Система терморегулирования поддерживает оптимальный диапазон рабочих температур батареи (см. рисунок выше). Обратите внимание, что график относится к рабочей температуре батареи, а не к температуре окружающей среды. Система управления температурным режимом также снижает риск теплового разгона в литий-ионных аккумуляторных батареях.

Нагрев батареи при низких температурах также означает, что КПД и запас хода электрического двигателя снижаются, поскольку часть электроэнергии или регенеративной энергии должна быть преобразована в тепло, чтобы поддерживать работу батареи в оптимальном диапазоне.Кроме того, часть этой мощности может также использоваться для обогрева салона, что также снижает эффективность и запас хода автомобиля.

На рисунке выше показаны результаты модели литий-ионного аккумуляторного блока для автомобильных приложений, оснащенного каналами охлаждения и обогрева. Такие модели широко используются при проектировании системы терморегулирования батареи.

Заключительные мысли

Неспособность электромобилей быстро и самопроизвольно нагревать свои аккумуляторы после экстремально холодных зимних ночей связана с высоким КПД электродвигателя и тем, что ему не требуется производство тепловой энергии для преобразования в механическую работу.Поэтому электромобиль всегда должен быть подключен к сети ночью перед лыжными прогулками, такими как моя, чтобы температура батареи поддерживалась в разумном диапазоне температур.

Если следовать этим рекомендациям, ваш электромобиль легко заведется — даже в шведских горах. Фактически, на большинстве внешних парковок на севере (таких как Аляска, Канада, Швеция и Норвегия) есть электрические розетки, а большинство обычных автомобилей также оснащены обогревателями двигателя. Вы не хотите рисковать при таких температурах, даже с двигателями внутреннего сгорания.

Если вы забудете включить машину во время лыжного отпуска, у вас может возникнуть соблазн вернуться в уютный коттедж и, возможно, подумать о Сванте Аррениусе, шведском ученом, который разработал первое количественное описание температурной зависимости скоростей химических реакций и транспорта. характеристики.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Простое производство обработанных раствором твердых электролитов для полностью твердотельных аккумуляторов с высокой плотностью энергии за счет улучшенного межфазного контакта

Хотя слоистый оксид переходного металла LiCoO 2 обладает высокой удельная емкость 272 мА ч г -1 19 , катоды на его основе показали низкую практическую емкость ~ 140 мА ч г -1 , в основном из-за изменений в его структуре во время циклов заряда и разряда.В качестве альтернативы LiCoO 2 мы использовали коммерческие катоды NCM622, состоящие из солегированной системы LiCoO 2 с Co и Mn, чтобы обеспечить более высокую емкость и стабильную работу при циклировании. Коммерческий NCM622 (активные вещества) смешивали с растворителем NMP с полимерными связующими PVDF и техническим углеродом для получения одновременно хороших проводников как для ионов, так и для электронов. Композитный катодный слой, то есть обычные электроды ЛИА, показанные на рис. 1а, был сформирован путем заливки влажной суспензии на токосъемник (алюминиевая фольга) с последующим термическим обжигом при 100 °C для удаления остаточного растворителя NMP.Для недорогого и крупносерийного изготовления композитных катодов NCM622 с пропиткой SE, раствор LPSCl SE сульфидного типа (42,8:41,4:15,8 мас.% Li 2 S/P 2 S 5 /LiCl ) был приготовлен влажным химическим синтезом с использованием предшественников SE, таких как Li 2 S, P 2 S 5 и LiCl, в растворителе EtOH (раствор LPSCl + EtOH на рис. 1a). На рисунке 1b показан процесс инфильтрации раствора LPSCl SE в обычные электроды LIB. Электроды ЛИА погружали в свежеприготовленный раствор LPSCl, а затем образцы высушивали в печи с последующей термической обработкой при 180 °C в вакууме для отверждения пленок SE, а также для полного удаления остаточного растворителя.Изготовление электродов NCM622, пропитанных SE, было завершено прессованием образцов под нагрузкой 700 МПа, чтобы вызвать плотный контакт между активными материалами и SE и лучшее соединение за счет увеличения плотности пленок (низкая пористость). Электроды LIB, пропитанные LPSCl, обычно имеют желтый цвет из-за наличия SE сульфидного типа, как видно на вставке к рис. 1b. Примечательно, что этот процесс инфильтрации SE на основе раствора может быть дополнительно модифицирован с использованием различных методов печати с рулона на рулон и / или полиграфической печати на больших площадях, таких как распыление, глубокая и трафаретная печать, для крупномасштабной экономичной печати. изготовление АСБУ 20 .

Рисунок 1

( a ) Схема процесса инфильтрации твердого электролита (LPSCl в EtOH) на основе раствора в обычные электроды ЛИА (композитный катод на основе NCM622), ( b ) и этапы изготовления : погружение в раствор электролита, сушка на плите, термический отжиг в условиях вакуума и холодное прессование для сборки электродных компонентов полностью твердотельных аккумуляторов.

Электрохимическая характеристика композитных электродов на основе NCM622, пропитанных LPSCl SE (ниже см. SE-NCM), была проведена с использованием полностью твердотельных полуэлементов SE-NCM/Li-In.На рисунке 2 показаны профили напряжения во время начальных циклов заряда и разряда при 0,05 °C. Для исследования эффективности процесса инфильтрации раствора в SE-NCM были подготовлены два образца путем погружения в раствор SE при разных температурах раствора. Очевидно, что загрузочная концентрация раствора LPSCl SE увеличилась с 13,4 до 15,3 мг/см 2 , когда электроды SE-NCM были пропитаны при 25 °C и 45 °C соответственно. При комнатной температуре элементы SE-NCM/Li-In показали очень низкую обратимую емкость 40 мА ч г -1 .С другой стороны, когда температура раствора была увеличена до 45 °C, чтобы вызвать более эффективное проникновение СЭ в композитные электроды, мы получили более высокую обратимую емкость 72 мА ч г -1 по сравнению с электродами, пропитанными при 25 °С. Хотя емкости полностью твердотельных элементов были значительно ниже, чем у элементов LE, значение нагрузки композитных электродов SE-NCM увеличивалось при более высокой температуре из-за лучшей инфильтрации раствора SE, так что элементы показывали более высокие значения. емкость при повышенной температуре.

Рисунок 2

Электрохимическая характеристика полностью твердотельных полуэлементов NCM622/Li-In после инфильтрации LPSCl SE в катод при различных температурах приготовления. Профили напряжения заряда и разряда электрода SE-NCM ( a ) в первом цикле при значении нагрузки 13,4 мг/см 2 , пропитанные при комнатной температуре (25 °C) и ( b ) при значении нагрузки ~ 15,3 мг/см 2 проникли при повышенной температуре (45 °C).

На рис. 3a,b показаны изображения FESEM в поперечном сечении и соответствующие им карты элементов, полученные с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDXS) для электродов SE-NCM, приготовленных при 25 °C и 45 °C соответственно.После резки и полировки поперечных сечений электродов с помощью фрезерования FIB были получены карты пространственного распределения путем измерения элементов, присутствующих в активных материалах NCM622, таких как Co (красный цвет) и Ni (синий цвет), которые показали равномерное распределение во всех образцы. Чтобы подтвердить инфильтрацию SE, репрезентативные элементы S (желтый цвет) и P (зеленый цвет) из LPSCl были проанализированы с использованием того же метода EDXS. Примечательно, что электроды SE-NCM, полученные инфильтрацией раствора SE при 45 °C, показали очень равномерное распределение этих элементов даже глубоко внутри композитных электродов, в то время как электроды, изготовленные при комнатной температуре, имели высокую концентрацию элементов S и P на поверхности. поверхность электродов.Это показывает, что раствор LPSCl SE может эффективно проникать глубже в электроды ЛИА при более высокой температуре обработки. Эта более высокая эффективность проникновения была в основном достигнута за счет более высокого коэффициента диффузии ионов при более высокой температуре и свидетельствует о превосходной деформируемости LPSCl SE. Кроме того, этот растворно-влажный процесс может обеспечить образование тесных ионных контактов между электродами и электролитами, а также уплотнить катоды для достижения полностью твердотельных ЛИА с высокой удельной емкостью.

Рисунок 3

Изображения поперечного сечения FE-SEM композитных электродов на основе NCM622, пропитанных LPSCl, и соответствующие им карты элементов EDXS. Катоды были приготовлены методом пропитки твердым электролитом (ТЭ) при разных температурах: ( и ) при комнатной температуре и ( b ) при повышенной температуре (45 °C). Величина нагрузки электродов составляла ~ 17,92 мг/см 2 . После разрезания поперечного сечения электрода с помощью FIB было проанализировано пространственное распределение элементов SE (представительно ионов S), и было подтверждено равномерное распределение SE внутри электродов при обработке при 45 °C.

Для кристаллографического анализа материалов LPSCl SE были получены рентгенограммы для свежеприготовленного LPSCl (красная линия) и для образцов, сформированных после литья в раствор и термообработки при 180 °C в вакууме (черная линия), как видно на Рис. 4. Как исходные, так и термически обработанные СЭ LPSCl имели одинаковые пики в одних и тех же положениях. Эти характерные дифракционные пики согласуются с положениями пиков, индексированных для кристаллизованного аргиродита Li 6 PS 5 Cl фазы 21 , которые могут самопроизвольно образовываться на стадиях подготовки (высокоэнергетическое измельчение в шаровой мельнице и термическая обработка). 22 .Также сообщается, что аргиродитная фаза Li 7 PS 6 легко образуется при температуре от 80 до 150 °C во время нагревания измельченной в шаровой мельнице стеклокерамической фазы LPSCl SE. В условиях термической обработки при более высокой температуре Cl был включен в Li 7 PS 6 , так что он образовал кристаллическую фазу Li 7-x PS 6-x Cl x 23 . Кроме того, на рентгенограммах отсутствовали примесные пики, что подтверждало образование чистой кристаллизованной фазы Li 6 PS 5 Cl.Это свидетельствует о том, что при затвердевании раствора LPSCl SE не оказывалось влияния на присутствие других компонентов композиционных электродов, а активные материалы (NCM622) также оставались неповрежденными при контакте с растворенными в EtOH растворами SE.

Рисунок 4

Кристаллографическая характеристика твердого электролита LPSCl. Рентгенограммы исходного LPSCl (красная линия) и LPSCl после выпаривания растворителя на плитке с последующей термообработкой при 180 °C в условиях вакуума (черная линия).

На электрохимические характеристики ASSB, обработанных мокрым способом, оказывает непосредственное влияние содержание SE, проникшего в электроды LIB. Хотя было подтверждено, что указанный выше раствор LPSCl SE более эффективно проникает в композитные электроды на основе NCM622 при 45 °C, емкость по-прежнему была низкой по сравнению с обычными ЛИА на основе LE (~ 154 мА·ч·г –1 ). Чтобы добиться более высокого содержания SE за счет более эффективного проникновения элементов SE, мы дополнительно повысили температуру.На рис. 5a,b показаны схематические изображения процесса инфильтрации SE при различных температурах ванны от 45 до 90 °C, а также соответствующие количества LPSCl SE в катодах и получающаяся в результате обратимая емкость полностью твердотельных ЛИА соответственно. После погружения электродов NCM622 в раствор SE температура нагревательной пластины медленно повышалась до 90 °C. Поскольку EtOH в растворе SE имеет относительно низкую температуру кипения при 78,3 °C, температура ограничена вблизи точки кипения растворителей.С повышением температуры процесса содержание СЭ также увеличивалось с 6,4 до 14%. Поскольку мы контролировали значение нагрузки обычных электродов LIB на уровне ~ 18 мг/см 2 , более высокая концентрация SE просто приводит к более высокой плотности электродов за счет заполнения пор. Начальная разрядная емкость полностью твердотельных полуэлементов ЛИА заметно улучшилась с 72 до 136 мА ч г -1 при повышении температуры с 45 до 90 °C соответственно. Удельная емкость сильно связана с количеством инфильтрации SE.В основном это было связано с тем, что ионные элементы SE могли стать более активными при более высокой температуре из-за увеличения динамического молекулярного движения и обеспечить дальнейшее проникновение в более глубокие слои композитных электродов. Кроме того, при повышении температуры раствора СЭ выше температуры кипения растворителя при 90 °C испарение растворителя может играть важную роль для эффективного проникновения СЭ за счет значительного усиления молекулярного движения ионных элементов в конвективном потоке решение СЕ.Когда растворитель EtOH испаряется, воздушные зазоры, присутствующие в электродах ЛИА, могут освобождаться, чтобы СЭ мог заполнить эти пространства. Таким образом, мы достигли высокой емкости полностью твердотельных ЛИА на основе полуэлементов SE-NCM и Li-In около 177 мА ч г −1 при значении нагрузки 5,5 мг/см 2 (см. Рис. 5с). Эта емкость выше, чем у коммерческих ЛИА с ЛЭ, и приближается к теоретической емкости катодных АСБ NCM622 24 . Следовательно, наши катоды SE-NCM, обработанные мокрым способом при температуре выше температуры испарения растворителя (90 °C), превосходили те же электроды, которые были приготовлены при более низкой температуре.Также стоит отметить, что они по-прежнему показали хорошую емкость 136 мА ч г -1 , даже при значениях нагрузки в три раза выше ~ 17 мг/см 2 по сравнению с низкой нагрузкой 5,5 мг/см 2 (см. рис. 5г). Кроме того, емкость и эффективность первых циклов зарядки выше, чем у вторых циклов разрядки, из-за реакции литий-ионных оксидов металлов и сульфидов твердых электролитов во время начального процесса зарядки. Поэтому литий используется для формирования поверхностного слоя во время начального цикла заряда, что приводит к необратимой реакции 25 .

Рисунок 5

Влияние испарения растворителя на процесс инфильтрации LPSCl SE в катоды полностью твердотельных батарей. ( a ) Схема процесса инфильтрации раствора SE при различных температурах от 45 до 90 ° C на нагревательной плите с регулируемой температурой и ( b ) соответствующее содержание LPSCl и начальная разрядная емкость SE-NCM / Li-In. половинчатые клетки. Учитывая, что температура кипения растворителя EtOH составляет 78,3 °C (пунктирная линия), эффект испарения начинает вносить свой вклад около этой точки, так что конвективный поток индуцирует равномерное распределение SE в электродах.Профили напряжения заряда и разряда первого цикла тех же полуячеек с использованием катодов с пропиткой SE, обработанных выше температуры кипения EtOH (при 90 °C) со значением нагрузки ( c ) ~ 5,5 мг/см 2 и ( d ) ~ 17 мг/см 2 .

Для проверки надежности композитных электродов с инфильтрацией SE в ячейке ASSB требуется длительное циклическое испытание. Мы получили электрохимические характеристики в течение 20 циклов процессов заряда-разряда, которые показали относительно надежные и воспроизводимые результаты.На рис. S1a во вспомогательной информации показаны профили напряжения заряда и разряда и их емкости ASSB с использованием композитных катодов на основе NCM622 с пропиткой SE при рабочей температуре 55 ° C, скорости C 0,05 C и значении нагрузки 2,3 мг. /см 2 . Мы получили высокие емкости 238,09 и 172,58 мА ч г -1 во время начальных процессов зарядки и разрядки соответственно. Отмечено, что исходная емкость существенно не изменилась после 20 циклов. Когда мы измеряем кулоновскую эффективность тех же элементов, она сохраняет эффективность 97% после завершения 20 циклов (см.С3). Кроме того, на рис. S1b показано сопротивление переносу заряда композитных электродов на основе NCM622 с пропиткой SE до и после продолжительного испытания. Можно сделать вывод, что инфильтрированный СЭ катод успешно переносит ионы даже после 20 циклов заряда-разряда, поскольку существенного изменения внутреннего сопротивления ячейки не происходит. Кроме того, изображения поперечного сечения FE-SEM и анализ их картирования EDXS также были проведены для изучения распределения SE и возможности образования вторичной фазы после циклических испытаний.На рис. S2 показано пространственное распределение элементов P, S, Co и Ni, где ЧЭ LPSCl были равномерно покрыты, и не было признаков образования вторичных фаз в катодах после 20 циклических испытаний.

Для эффективного проникновения жидкофазных СЭ в композитные электроды размер частиц активных материалов также может быть важным параметром, определяющим электрохимические характеристики АССБ. Как показано на рис. 6, влияние размера частиц активных материалов было исследовано с использованием частиц NCM622 малого (~ 4 мкм в диаметре) и большого размера (~ 10 мкм в диаметре).Ожидается, что обычные электроды ЛИА листового типа с крупными частицами будут иметь большие воздушные зазоры; следовательно, раствор SE сможет легче проникать в эти пористые композитные пленки. Однако электрохимические характеристики крупногабаритных активных материалов были плохими, с небольшой разрядной емкостью ~ 70 мА ч г -1 при значении нагрузки 17,5 мг/см 2 , как показано на рис. 7. Хотя композитные электроды микрометрового размера содержали большое количество ЧЭ, низкая плотность которых отрицательно сказывалась на работоспособности электрода.Это связано с большим межфазным сопротивлением и несовершенством ионных контактов и путей перколяции. Активные материалы большого размера в катодах SE-NCM могут вызвать серьезные потери контакта в точках контакта между активными материалами и токосъемником, а также с SE LPSCl. Более того, большие абсолютные изменения объема частиц NCM622 большого размера ухудшают характеристики во время циклов заряда (делитирования) и разряда (литирования) АСБ. Напротив, электроды SE-NCM, которые были изготовлены с использованием активных материалов небольшого размера (4 мкм), имеют меньшую пористость и более высокую плотность электрода, чем электроды, изготовленные из активных материалов размером всего 10 мкм.Однако малый размер частиц может замедлять проникновение СЭ из-за их высокого сопротивления воздуху в микропорах, что приводит к тому, что многие изолированные поры остаются пустыми, тем самым снижая скорость инфильтрации растворов СЭ. На рис. 7 профили напряжения заряда и разряда в начальном цикле активных материалов размером всего 4 мкм демонстрируют относительно высокую емкость около 105 мА ч г -1 в диапазоне 2,5–3,5 В по сравнению с Li/Li + ; на их высокую плотность электродов отрицательно влияет неэффективная и медленная инфильтрация растворов SE в активные материалы небольшого размера в композитных электродах на основе NCM622.

Рисунок 6

Сравнение распределения LPSCl внутри электродов с использованием активных материалов разного размера: малых (всего 4 мкм) и крупных (всего 10 мкм) частиц или смеси двух частиц разного размера. ( a ) Схема влияния различных размеров активных материалов на процесс инфильтрации LPSCl на основе раствора с одинаковым значением загрузки ~ 17,5 мг/см 2 . ( b ) Изображения FE-SEM композитных электродов на основе NCM622 с активным материалом разного размера (слева) только частицы размером 4 мкм, (в центре) только частицы размером 10 мкм и (справа) смесь частиц размером 4 и 10 мкм.

Рисунок 7

Профили напряжения заряда и разряда в начальном цикле полностью твердотельных батарей с использованием композитных электродов на основе NCM622, где эти полуэлементы были изготовлены с использованием катодов, пропитанных LPSCl SE, при значении нагрузки ~ 17,50 мг/см 2 с использованием активных материалов различных размеров: только частицы размером 4 мкм (черная линия), смесь частиц размером 4 и 10 мкм (красная линия) и только частицы размером 10 мкм (желтая линия).

Одновременное улучшение электрохимических характеристик и эффективности процесса инфильтрации SE было продемонстрировано путем включения смеси активных материалов большого размера (диаметр 10 мкм) и малого размера (диаметр 4 мкм) в составные электроды LIB.На рис. 6а схематическая диаграмма и соответствующее ей изображение FE-SEM демонстрируют значительно улучшенную эффективность инфильтрации SE с различными размерами активных материалов. Было замечено, что смесь активных частиц размером 4 мкм и 10 мкм уменьшила количество неблагоприятных пространств внутри электродов по сравнению с электродами, изготовленными только из активных материалов размером 10 мкм. Эта стратегия также способствовала увеличению скорости инфильтрации раствора СЭ внутри пористых электродов за счет капиллярных явлений, а также помогла получить тесный контакт между электродами и электролитами во время циклов заряда и разряда за счет смешивания крупных и мелких частиц активного материала. .На рис. 7 начальный профиль напряжения цикла заряда/разряда АСБР с использованием электродов SE-NCM, изготовленных из активных материалов разного размера, показал наилучшие электрохимические характеристики с емкостью до 108,6 мА·ч·г −1 в диапазон 2,5–3,7 В по сравнению с Li/Li + , особенно при высоком значении нагрузки ~ 17,50 мг/см 2 .

На основании исследований, упомянутых выше, смешанные размеры активного материала и эффект испарения растворителя были использованы для изготовления полностью твердотельных элементов LIB с использованием электродов SE-NCM с помощью эффективных процессов пропитки на влажной основе.На рисунке 8 показаны электрохимические характеристики полностью твердотельных ячеек Li 0,5 In/LPSCl-инфильтрированных NCM622 при значении нагрузки ~ 4,6 мг/см 2 , испытанных в нормальных условиях эксплуатации при 30 °C. Примечательно, что до этого исследования производительность ячейки ASSB была недоступна для соотношений Li-In менее 1:4. Мы обнаружили, что сплав Li 0,5 In значительно улучшил характеристики заряда и разряда при использовании в качестве противоэлектрода. Li и In имеют молекулярную массу 6.94 г/моль и 114,81 г/моль соответственно. Таким образом, в качестве оптимальной концентрации использовали массовое соотношение Li 0,5 In 1:33 мас.%. Когда были измерены первый и третий профили напряжения заряда и разряда полностью твердотельных ЛИА на основе Li 0,5 In/LPSCl SE-инфильтрированного NCM622 (значение нагрузки 4,6 мг/см 2 ), данные показали высокая начальная разрядная емкость 140 мА ч г -1 при 0,1 °С при 30 °С в диапазоне напряжений 2,0–3,6 В по сравнению с Li/Li + . Более того, эта полностью твердотельная LIB с катодом SE-NCM показала стабильную работу при циклировании, в которой мы измерили сохранение емкости до 84% при 0.1 C после 30 циклов (рис. 8b). На рисунке 8c показаны обратимые емкости при различных скоростях тока C от 0,1 до 2 C. Многообещающе, эти значения приближаются к значениям практических ЛИА с LE. Таким образом, ожидается, что наш процесс инфильтрации SE на основе растворов будет широко использоваться для высокорентабельного и масштабируемого производства ASSB высокой плотности и большой емкости с использованием SE сульфидного типа. Что касается общего веса электродов и ЧЭ, мы получили плотность энергии 74,13 Втч/кг для элемента с использованием толстых электродов.Когда мы уменьшаем количество SE в качестве мембраны, это значение может еще больше увеличиться до 209,03 Втч/кг клеток . Кроме того, плотность энергии может быть значительно увеличена до 429,59 Втч/кг элемента за счет уменьшения толщины анодного слоя, который аналогичен толщине коммерческого анода ЛИА. Эта ячейка имеет высокую плотность энергии по сравнению с обычными ячейками LIB 200–300 Втч/кг ячейка . Примечательно, что высокая плотность энергии достижима, потому что она имеет высокое значение нагрузки и содержит меньший процент SE по сравнению с прямой смесью SE в обычных ASSB.Мы считаем, что наш процесс инфильтрации SE, обработанный раствором, повлияет и обеспечит более высокую плотность энергии за счет оптимизации SE и их процессов, чтобы они решили критические проблемы SE и межфазного сопротивления внутри катода.

Рисунок 8

Электрохимическая характеристика полностью твердотельных полуэлементов SE-NCM/Li-In с использованием метода инфильтрации обработанного раствором LPSCl. ( a ) Первый и третий циклы профилей напряжения заряда-разряда при 0.1 C, ( b ) характеристики циклов зарядки и разрядки при 0,1 C и ( c ) характеристики C-скорости при различных скоростях 0,1 C, 0,2 C, 1 C и 2 C для полностью твердотельных батареи с LPSCl-инфильтрированными электродами NCM622 и Li 0,5 In при значении нагрузки 4,6 мг/см 2 .

%PDF-1.4 % 66 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 66 78 0000000016 00000 н 0000002285 00000 н 0000002366 00000 н 0000002991 00000 н 0000003367 00000 н 0000003571 00000 н 0000019129 00000 н 0000019487 00000 н 0000019682 00000 н 0000026841 00000 н 0000027215 00000 н 0000027421 00000 н 0000038638 00000 н 0000038857 00000 н 0000038998 00000 н 0000039217 00000 н 0000039350 00000 н 0000039565 00000 н 0000039945 00000 н 0000040027 00000 н 0000040163 00000 н 0000040300 00000 н 0000040437 00000 н 0000040893 00000 н 0000041100 00000 н 0000041433 00000 н 0000041824 00000 н 0000042202 00000 н 0000042425 00000 н 0000042666 00000 н 0000043020 00000 н 0000043285 00000 н 0000043335 00000 н 0000043409 00000 н 0000052335 00000 н 0000056328 00000 н 0000059916 00000 н 0000063617 00000 н 0000068501 00000 н 0000072717 00000 н 0000073086 00000 н 0000073474 00000 н 0000077219 00000 н 0000084194 00000 н 0000086118 00000 н 0000088465 00000 н 0000096214 00000 н 0000096415 00000 н 0000096651 00000 н 0000097445 00000 н 0000097555 00000 н 0000098030 00000 н 0000098090 00000 н 0000098163 00000 н 0000098266 00000 н 0000098990 00000 н 0000099230 00000 н 0000099420 00000 н 0000099665 00000 н 0000102665 00000 н 0000102875 00000 н 0000103103 00000 н 0000105979 00000 н 0000106184 00000 н 0000106371 00000 н 0000108436 00000 н 0000108651 00000 н 0000108865 00000 н 0000111775 00000 н 0000111980 00000 н 0000112165 00000 н 0000114032 00000 н 0000114247 00000 н 0000127342 00000 н 0000127381 00000 н 0000138402 00000 н 0000138441 00000 н 0000001856 00000 н трейлер ]/предыдущая 487010>> startxref 0 %%EOF 143 0 объект >поток hb«e«+ ̀

.
Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *