Коррекция плотности электролита АКБ перед зимой

О доливке дистиллированной воды в АКБ, после двух лет эксплуатации без обслуживания.
После доливки до МАХ дистиллированной воды в каждую банку (0,5 л на 6 банок) и зарядки автоматическим зарядным устройством током от 2 А до 0,5 А в течение 20 часов, после суток работы измерил плотность электролита в банки.
Оказалось, что в средних четырех банках плотность одинаковая — 1,27, а в двух крайних банках (левый и правый) чувствительно меньше — 1,23; 1.24.

Погуглив, почитав разные статьи на эту тему, выяснил, что как бы он ни был допилен, неплохо бы позаботиться о продлении срока службы батареи 🙂
Если зарядка не помогла выровнять плотность электролита, то необходимо выровнять с помощью концентрированного электролита плотностью 1,4.
Я по пути бросился в магазины по продаже аккумуляторов и автомагазины.
К моему удивлению концентрированного электролита нигде не было.
В одном из магзиков консультант поделился, что плотность 1,4 запрещена и давно не производится, а стандартный корректирующий электролит плотностью 1,33 уже три месяца не поставляется, в связи с какими-то предстоящими изменения в законодательстве и скорее всего корректирующие будут меньшей плотности.
Правда или нет, но за что купил, за то и продаю:)
Заехал на авторынок, где много мелких магазинчиков-палаток и в одном из них не было проблем с коррекционным электролитом 1.33, для всего 70 рублей 🙂

Итак, что и сколько заливать/доливать…
Статьи в инете в основном старые, т.к. аккумулятор уже давно перешел в разряд расходников и в сервис мало кто обращается Это.
За основу расчетов взято
Суть коррекции плотности электролита в банке аккумуляторов заключается в следующем:
а)   из банки отбирается некоторое количество электролита;
б) вместо этого в банку добавляют тот же объем либо дистиллированной воды (плотность 1,00) — для снижения плотности электролита в банке, либо для корректировки электролита (обычно плотностью 1,40) — для увеличить плотность;
Равенство объемов забираемой и добавляемой жидкостей используется только для упрощения всей процедуры и упрощения логической интерпретации ее результатов.
По мере накопления опыта это равенство может нарушаться.
в)   аккумулятор включается на 30 минут для заряда номинальным током для лучшего перемешивания электролита в результате газовыделения;
г) аккумуляторная батарея отключается от зарядного устройства и выдерживается в течение 0,5÷2 ч для выравнивания плотности электролита в объеме банок;
д) измеряется плотность электролита в каждой банке и его уровень, оба параметра нормируются.
Тех. при необходимости повторяются все операции а) и д)
Ниже приведена формула, по которой можно применять корректирующий электролит с плотностью, отличной от 1,40

где:
Ve — объем удаленного электролита из банки, см3,
Вб — количество электролита в одной банке, см3,
ρн — начальная плотность электролита до доводки, г/см3,
ρк — конечная плотность, которую необходимо получить, г/см3,
ρd   — плотность добавляемой жидкости, (вода — 1,00 г/см3 или электролит корректирующий — * г/см3)
Следует отметить, что при использовании данной формулы объемы удаляемого и добавляемого электролитов равны .

Итак теперь главный вопрос, какой объем электролита в нашей ISTA CALCIUM 12V 70А/ч?
Ответа на него я не нашел, но было решено по аналогии с размерами наших российских аккумуляторов взять за исходник объем 6СТ-55(60) — 3,8 л. В итоге выяснилось, что наверное в нашем аккумуляторе около 3,5 литров.
По расчетам при плотности 1,24 необходимо заменить 1,33, примерно 211 см3, на корректирующий электролит.
Чтобы не ошибиться, для начала из каждой крайней банки было отобрано четыре раза по 40 единиц объема ареометра, указанного на колбе, итого по 160 штук 🙂
Соответственно столько же и электролита залил 1.33

После смешивания вгляделся 🙂 плотность как раз оказалась 1.27
Оставляю заряжаться на 10 часов током от 2 до 0,5 А (автоматическая зарядка) и утром плотность почти 1,32 в каждой банке.
Многовато, но это только сразу после отключения зарядки.
Через пару дней проверяю, что в каждой банке ровно 1.30, во всех шести.
Повторяю процедуру с подменой небольших объемов в каждую банку дистиллированной воды.
В этот раз я взял по 60 см3 из каждой банки, заливая вместо нее перегонку.
Полчаса подзарядил, день покатался и на проверку.
Ну а теперь о деле, во всех банках плотность электролита одинаковая — 1,26
для скоротечного лета в самый раз 🙂 срок службы батарей еще на три года, то в принципе не напрягает.
А когда знаешь что мерить и доливать, то совсем все просто.
Следующая проверка в октябре/ноябре 🙂

PS : прошло более полутора лет   с момента данной операции с корректирующим электролитом и после этого я читал много мнений что корректировать плотность таким способом нельзя, правильный вариант только полная зарядка аккумулятора стационарное зарядное устройство, у которого в итоге после полной зарядки получается перекос по плотности в банках… НО , буквально на днях меня смутил полный заряд батареи в несколько этапов и как в итоге в этих крайних банках плотность в конце заряда такая же как и в остальных — 1,27 все норм.
В этот раз вышла из строя только одна банка в середине, всего 1,27, и в одной 1,25 после полной зарядки.
КТС на АКБ держится, полная зарядка выполнена, думаю ничего не терять, с одной средней можно повторю исполнение с корректирующим электролитом уровень и плотность электролита.

Регулярно очищайте аккумулятор от пыли и грязи. Если на корпусе есть трещины или вздутие верхней крышки, замените батарею.

Электролит должен быть прозрачным. Коричневый оттенок указывает на осыпание активной массы пластин – необходимо менять батарею.

Предупреждения

В процессе эксплуатации уровень электролита постепенно снижается из-за испарения воды, входящей в его состав. Для восстановления уровня доливайте в аккумулятор только дистиллированную воду.

При проверке плотности будьте внимательны: в состав электролита входит серная кислота! Капли электролита на детали автомобиля или на открытые участки тела немедленно смыть большим количеством воды.

Во время зарядки аккумулятора Не ​​курите и не пользуйтесь открытым огнем.

Перед зарядкой снимите аккумулятор с автомобиля, иначе «закипевший» электролит может пролиться на кузов и детали автомобиля.

Таблица 1. Коррекция плотности электролита в зависимости
   от температуры

Таблица 2. Плотность электролита при 25°С, г/см 3

Таблица 3. Ориентировочные нормы корректировки плотности электролита

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ 1. Если аккумулятор имеет полупрозрачный корпус, уровень электролита определяется визуально: он должен быть между отметками «MIN» и «MAX» на боковой стороне аккумулятора. 2. Если корпус батареи непрозрачный, отвинтите шесть заглушек на крышке. 3. Проверить уровень электролита в первой банке аккумулятора, вставив стеклянную трубку (продается в комплекте с ареометром) в отверстие до упора в защитной сетке и удерживая трубку пальцем… 4. … снимите трубку. Уровень электролита должен быть 10-15 мм. 5. Вставьте трубку в отверстие и слейте электролит. Таким же образом проверьте уровень в остальных банках аккумулятора. Если в какой-либо из банок уровень ниже, долейте в них дистиллированную воду до рекомендуемого уровня (отметка «MIN» или уровень 10-15 мм в трубке). 6. После заливки измерить плотность электролита можно только через два часа: воду следует смешать с электролитом. Для проверки плотности вставить ареометр в отверстие до упора в страховочную сетку и грушей всосать электролит так, чтобы поплавок ареометра всплыл. 7. Деление на поплавке, расположенное на уровне электролита, показывает его плотность, которая должна быть 1,28 г/см 3 для умеренного климата (при температуре электролита 25°С). Плотность зависит от температуры электролита, поэтому в результат измерения вносят поправку (см. табл. 1). По этому показателю можно судить о степени разрядки аккумулятора (см. табл. 3). Если плотность ниже указанной или отличается по банкам более чем на 0,02 г/см 3 , необходимо произвести подзарядку аккумулятора. 8. Слейте электролит из ареометра в аккумуляторную батарею. 9. Для зарядки аккумулятора используйте зарядное устройство или зарядное устройство в соответствии с инструкцией. 12. Во время зарядки регулярно проверяйте температуру и плотность электролита. Если температура электролита превышает 40 °С, уменьшите зарядный ток вдвое или прервите зарядку и дайте электролиту остыть до 27 °С. 10. Снимите все заглушки с канистр и подсоедините провода зарядного устройства к клеммам аккумуляторной батареи, соблюдая полярность, затем включите зарядное устройство. 11. Установить зарядный ток, равный 0,1 емкости аккумулятора (для аккумулятора 5 Ач 5,5 А, для аккумулятора 65 Ач 6,5 А и т. д.). Во время зарядки периодически регулируйте величину зарядного тока. 13. Если в течение двух часов плотность не изменилась и началось бурное «кипение» электролита, то аккумулятор заряжен полностью. Сначала выключите зарядное устройство, затем отсоедините провода от клемм аккумулятора. 14. Измерьте плотность электролита во всех банках. Если больше нормы, отсосите немного электролита из банки с помощью резиновой груши и добавьте такое же количество дистиллированной воды. Если плотность электролита меньше нормы, откачивают часть электролита ареометром и добавляют такое же количество электролита плотностью 1,40 г/см 3 (см. табл. 3). После этого снова подключите зарядное устройство и заряжайте аккумулятор в течение 30 минут. Снова измерьте плотность электролита и при необходимости доведите ее до нормы, как указано выше.

› Коррекция плотности электролита аккумулятора перед зимой!

Подготовка к регулировке.

Измерение уровня электролита.

 Трубка для измерения уровня электролита.
Перед проверкой плотности электролита и в процессе ее регулировки необходимо контролировать уровень электролита в банках аккумуляторов. В автомобильных аккумуляторах нормальным считается уровень электролита на 10 ÷ 15 мм выше верхнего края пластин (сепараторов).

В батареях с индикатором (трубкой) электролит должен быть на одном уровне с ним или выше его на 5 мм.


Электролит корректирующий — электролит повышенной плотности (обычно 1,40 г/см3) для повышения плотности электролита аккумуляторной батареи или приготовления электролита нормальной плотности для зарядки аккумуляторной батареи.

Вода дистиллированная.
Добавляется в электролит для снижения его плотности.

Важные детали

1. В связи с тем, что кислота и вода имеют разную плотность, при разбавлении электролита или кислоты водой кислоту следует добавлять в воду, а не наоборот.

2. Обращайтесь с аккумулятором очень осторожно. Ни в коем случае нельзя его переворачивать. Это может привести к падению пластин и последующему выходу из строя батареи.

Определение требуемого значения плотности электролита полностью заряженного аккумулятора.
На протяжении всего срока службы батареи плотность электролита постоянно меняется. Есть обратимые изменения плотности — это нормальный заряд и разряд батареи. Интервал изменения плотности электролита при изменении состояния аккумулятора с полностью разряженного на полностью заряженный и наоборот обычно составляет для нового аккумулятора 0,15÷0,16 г/см3.
Но бывают и необратимые изменения, такие как электролиз воды (разложение на водород и кислород) при «кипении» электролита. Плотность электролита увеличивается.

При сульфатации пластин, когда их активная поверхность покрыта слоем нерастворимого сульфата свинца или осыпается активная масса пластин, что уменьшает площадь поверхности пластин, которая участвует в электрохимической реакции — восстановить первоначальную плотность электролита во время зарядки невозможно. Это приводит к необратимому снижению плотности электролита и, соответственно, сужает диапазон изменения плотности в диапазоне полный заряд — полный заряд (0,15 ÷ 0,16 г/см3 — для новой исправной батареи).
Постоянно повышенная плотность электролита приводит к уменьшению срока службы батареи.
Стабильно заниженная плотность приводит к снижению ЭДС и затруднению запуска двигателя, а также к повышенному риску замерзания электролита в зимний период эксплуатации.

Для начала нужно определиться, какую плотность электролита мы хотим иметь в нашем аккумуляторе применительно к климатической зоне его эксплуатации.

В этой таблице указана температура замерзания электролита.
Например, для центральных районов России (Москва, Казань…) можно выбрать плотность электролита 1,25÷1,27 г/см3. Необходимо помнить, что на автомобиле аккумуляторная батарея в лучшем случае может быть заряжена до 80÷90% ее максимальной емкости (то есть плотность электролита будет несколько ниже, чем при полной зарядке). Поэтому плотность электролита, исходя из температуры его замерзания (таблица), выбирают несколько большей, чем необходимо для обеспечения гарантированного незамерзания при минимальной температуре воздуха в зимний период.

Полная зарядка аккумулятора.

Необходимо четко понимать и строго соблюдать правило:
Проверка плотности электролита, с целью определения необходимости его регулировки, проводится только при ПОЛНОСТЬЮ ЗАРЯЖЕННОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕЕ.
Известно, что при исправном генераторном оборудовании автомобиля и его нормальном напряжении 14,0 ÷ 14,6 В возможна зарядка аккумуляторной батареи только на 80 ÷ 90% от ее максимальной емкости из-за неэффективности процесса заряда аккумуляторной батареи на транспортном средстве. .

При выборе зарядного устройства следует избегать использования «автоматических зарядных устройств», предварительно не ознакомившись с логикой его автоматики. Во многих из них автоматическое отключение режима заряда производится просто при достижении напряжения на клеммах аккумулятора 14,5÷14,6 В, а это не всегда обеспечивает полный заряд аккумулятора.

Признаком ПОЛНОГО заряда аккумулятора является постоянство плотности электролита и напряжения на его клеммах при продолжении зарядки в течение 2-х часов.

При достижении условий полного заряда батареи, то есть постоянства напряжения на клеммах и плотности электролита в течение двух часов при продолжении зарядки, ее останавливают и выдерживают батарею от 30 минут до двух часов в выключенном состоянии.
Рекомендуется производить отключение в выключенном состоянии от получаса до двух часов после зарядки (разрядки), заливки (регулировки плотности) электролита, регулировки уровня электролита. Это делается для выравнивания плотности электролита в объеме банок, для снижения температуры электролита, выхода пузырьков газа, образующихся при «закипании». В противном случае возможны недопустимые погрешности измерения плотности и уровня электролита, а также напряжения на клеммах аккумулятора.

Затем измеряется уровень электролита и его плотность в каждой банке. Если замечена значительная разница плотности электролита между банками (более 0,01 г/см3), следует попытаться провести дополнительную, так называемую уравнительную зарядку аккумулятора для выравнивания плотности между банками, при этом ток заряда можно снижается в 2 ÷ 3 раза по сравнению с номинальной, для уменьшения газообразования («кипения»).
Если подзарядка в течение нескольких часов не выравнивает плотность электролита в банках, очевидно, необходимо выровнять ее путем последующей коррекции.
По завершении данного этапа работ оформляется этикетка с указанием плотности и уровня электролита в каждой банке. Принимается решение, какие действия производить над каждой конкретной банкой. За основу взято соотношение плотности электролита, которое мы приняли как оптимальный вариант для нашей климатической зоны, и реального значения, измеренного после полной зарядки аккумулятора.

Коррекция плотности электролита.
Суть коррекции плотности электролита в банке аккумуляторов заключается в следующем:
а) из банки отбирается некоторое количество электролита;
б) вместо этого в банку добавляют такой же объем либо дистиллированной воды (плотность 1,00 г/см3) — для уменьшения плотности электролита в банке, либо корректирующего электролита (обычно плотностью 1,40 г/см3 ) — для увеличения плотности;

в) аккумулятор включают на 30 мин для заряда номинальным током для лучшего перемешивания электролита в результате газовыделения;
г) аккумулятор отключают от зарядного устройства и выдерживают 0,5÷2 часа для выравнивания плотности электролита в объеме банок;
д) замерил плотность электролита в каждой банке и его уровень, оба параметра нормированы. То есть при необходимости все операции а)÷д) повторяются.

Приведу таблицу, в которой указано «…сколько повесить в граммах», то есть указать конкретное количество в см3 удаляемого электролита и соответствующее количество добавляемой жидкости (воды дистиллированной или корректирующей электролита в зависимости от направления изменения плотности).

Объем жидкости указан для корректировки 1 л электролита (1000 см3). Таким образом, чтобы скорректировать конкретный аккумулятор, нам необходимо знать количество электролита в одной банке этого аккумулятора в литрах. Полученные из таблицы значения необходимо умножить на объем электролита в литрах в одной банке регулируемого аккумулятора.
Количество электролита в одной банке:
6СТ-45 — 500 см3;
6СТ-55 — 633 см3.

Ориентировочные нормы в см3 регулировка плотности электролита в объеме 1 л.
В таблице предусмотрено использование корректирующего электролита плотностью всего 1,40 г/см3. Ниже приведена формула, по которой можно использовать корректирующий электролит с плотностью, отличной от 1,40 г/см3.

где
Ve — объем электролита, удаленного из банки, см3,
Vb — объем электролита в одной банке, см3,
для некоторых типов аккумуляторов, объем электролита в одной банке указан чуть выше по тексту,
ρn — начальная плотность электролита до регулировки, г /см3,
ρк – конечная плотность, которую необходимо получить, г/см3,
ρд – плотность добавляемой жидкости, (вода – 1,00 г/см3 или корректирующий электролит – *г/см3)

Должна быть отмечено, что при использовании этой формулы объемы удаляемого и добавляемого электролитов равны.

Если таблицу трудно понять! Вы можете сделать это позже:

Выкачать большую часть жидкости из одной из банок. Эту операцию удобно выполнять с помощью «груши». Измерьте эвакуированный объем и добавьте около половины этого объема электролита. Аккуратно покачайте батарею в разные стороны, затем снова измерьте плотность. Если плотность не достигла необходимого значения, долить еще от объема, сдутого ранее с электролитом. Таким образом, необходимо доливать электролит, каждый раз уменьшая его количество вдвое.

Цена вопроса: 200 ₽

Аккумулятор — один из основных элементов автомобиля, отвечающий за запуск двигателя. Значение аккумулятора трудно переоценить, ведь без него невозможно запустить двигатель, а, следовательно, автомобиль своим ходом двигаться не может. Именно поэтому батарея требует особого внимания, исключающего возникновение неприятных ситуаций в виде невозможности совершить запланированную поездку. Стоит отметить, что для поддержания работоспособности этого важного источника питания не нужно предпринимать никаких сверх усилий, а достаточно провести лишь небольшой комплекс профилактических мероприятий.

Свинцовая аккумуляторная батарея представляет собой гальванический элемент, внутри которого химическая энергия преобразуется в электрическую в результате протекающих реакций. Этот процесс невозможен без электролита — раствора кислоты, обеспечивающего движение заряженных частиц между погруженными в него электродами. Как правило, электролит представляет собой водный раствор серной кислоты определенной плотности. Именно такой параметр, как плотность электролита, оказывает существенное влияние на работоспособность аккумулятора, поэтому периодически его необходимо контролировать.

Измерение плотности электролита аккумулятора

Измерить плотность залитого в свинцовый аккумулятор электролита не так уж сложно, но есть определенные нюансы, связанные с особенностями прибора и принципом работы аккумулятора. Перечислите некоторые важные моменты, которые следует учитывать:

1. Проводить процедуру измерения плотности получится только в случае так называемой обслуживаемой батареи, которая обеспечивает доступ к банкам (секциям) с электролитом через крышки заливочные отверстия. Именно через эти отверстия (обычно их количество равно шести, как и количество секций) берется состав для измерения плотности.
2. В процессе своей работы автомобильный аккумулятор постоянно заряжается и разряжается. Разрядка происходит при прокручивании стартера, а заряд — когда двигатель уже работает от генератора. В зависимости от степени заряда меняется и плотность электролита. Значения могут варьироваться в пределах 0,15-0,16 г/см 3 . Важно учитывать, что автомобильный генератор не способен полностью зарядить аккумулятор. При нормальной работе на машине потенциал аккумулятора используется только на 80-90%. Полную зарядку может обеспечить только внешнее зарядное устройство, к которому обязательно придется прибегнуть перед измерением плотности электролита.
3. Плотность электролита зависит от его температуры. Обычно измеряется при температуре +25°С, в противном случае вносятся поправки.

Предположим, что все вышеперечисленные условия учтены, и можно переходить непосредственно к измерению плотности. Для этого понадобится специальный прибор — плотномер, который состоит из ареометра, резиновой груши и стеклянной трубки с наконечником. Устройство вводят в аккумуляторную батарею через заливное отверстие, а затем резиновой грушей засасывают электролит. Это происходит до тех пор, пока не всплывет ареометр. Показания считываются после того, как колебания ареометра прекратятся и станет возможным определить точное значение. Показания отсчитывают по шкале, при этом смотреть следует на уровень поверхности жидкости.

Полученное значение должно быть в пределах 1,25-1,27 г/см 3 , если автомобиль эксплуатируется в средней полосе. В зоне холодного климата (среднемесячная температура января ниже -15°С) показатель должен быть в пределах 1,27-1,29 г/см 3 . Проверяют плотность электролита на соответствие этим цифрам в каждом из шесть банок аккумулятора. Показания не должны отличаться более чем на 0,01 г/см 3 , иначе потребуется их корректировка.

Как мы уже говорили, плотность электролита зависит от температуры. Это означает, что зимой и летом жидкость в одном и том же полностью исправном аккумуляторе будет иметь разную плотность. Следующая таблица дает представление о том, насколько будут отличаться показания.

Зависимость температуры замерзания электролита от его плотности представлена ​​в другой таблице. На основании этих данных можно установить оптимальную плотность электролита для конкретных климатических условий. Нижняя граница выбранного интервала должна обеспечивать, чтобы электролит не замерзал даже при самых сильных морозах и обеспечивать усилие, необходимое для проворачивания стартера. В то же время завышать плотность тоже нельзя, так как положительные электроды аккумулятора начинают ускорять коррозионные процессы, приводящие к сульфатации пластин.

Причины изменения плотности электролита

Значения, зафиксированные в результате измерения плотности, не всегда соответствуют требуемым значениям. Расхождения могут касаться как отдельных банок аккумуляторов, так и всех вместе взятых. Если плотность слишком высокая, то нужно в первую очередь обратить внимание на уровень электролита. Низкий уровень в большинстве случаев является следствием электролиза, приводящего к разложению воды, содержащейся в электролите, на водород и кислород. Этот процесс выражается в появлении пузырьков на поверхности жидкости, что обычно происходит при зарядке аккумулятора. Частое «кипячение» может привести к уменьшению концентрации воды, и этот вопрос решается простым ее добавлением. Доливайте в аккумулятор только дистиллированную воду, контролируя уровень электролита. Подробнее о регулировке плотности электролита поговорим ниже.

Если с повышенной плотностью все понятно, то с пониженной ситуация несколько сложнее. Теоретически одной из причин снижения плотности может быть то, что по какой-то причине уменьшилась доля серной кислоты в электролите. Однако на практике это маловероятно, так как сам по себе он имеет высокую температуру кипения, исключающую испарение даже при интенсивном нагреве, возникающем, например, при зарядке аккумулятора. Более распространенной причиной снижения плотности электролита является так называемая сульфатация пластин, заключающаяся в образовании на электродах сульфата свинца (PbSO4). На самом деле это естественный процесс, который происходит при каждой разрядке аккумулятора. Но дело в том, что при нормальной работе после разряда аккумулятора аккумулятор необходимо зарядить (на автомобиле аккумулятор постоянно подзаряжается от генератора). Заряд сопровождается обратным превращением сульфата свинца в свинец (на катоде) и диоксида свинца (на аноде) — в те активные вещества, которые составляют основу электродов и принимают непосредственное участие в химическом процессе внутри аккумулятора. Если аккумулятор находится длительное время в разряженном состоянии, сульфат свинца кристаллизуется, безвозвратно теряя способность участвовать в химических реакциях. Это очень неприятный процесс, в результате которого аккумулятор не сможет полностью зарядиться даже при использовании внешнего зарядного устройства из-за того, что в работе задействована не вся площадь пластин. Поскольку аккумулятор не заряжается до конца, плотность электролита не восстанавливается до исходных значений. На самом деле уже идет речь об устранении нарушений в нормальном функционировании аккумулятора.

Частичную сульфатацию пластин можно устранить с помощью контрольно-тренировочных циклов, заключающихся в зарядке и последующей разрядке аккумулятора до определенного уровня. Эта функция есть у большинства современных зарядных устройств, поэтому есть смысл ею воспользоваться, особенно если аккумулятор по каким-то причинам долгое время находился в разряженном состоянии. Процедура десульфатации очень длительная и может занимать до нескольких дней. Если она не дает результата, то крайняя мера – увеличение плотности путем добавления корректирующего электролита (плотность около 1,40 г/см 3 ). Такой метод можно рассматривать лишь как временное решение проблемы, ведь причина как таковая не устраняется.

Как повысить плотность электролита

Уменьшить или увеличить плотность электролита в аккумуляторе можно, откачав определенное его количество и долив дистиллированной воды или электролита большей плотности (корректирующий) . Эта процедура занимает много времени, так как цикл откачки до заполнения может повторяться несколько раз, пока не будет достигнуто желаемое значение. После каждой регулировки нужно поставить аккумулятор на зарядку (не менее 30 минут), а затем дать постоять (0,5-2 часа). Эти действия необходимы для лучшего перемешивания электролита и выравнивания плотности в банках.

В процессе повышения (или понижения) плотности электролита не забывайте о контроле его уровня. Осуществляется стеклянной трубкой с двумя отверстиями по краям. Один край погружается в электролит до соприкосновения с защитной сеткой. Далее верхний конец закрывают пальцем, а саму трубку осторожно приподнимают вместе со столбиком жидкости внутри. Высота этого столбца указывает на расстояние от верхнего края пластин до поверхности залитого электролита. Он должен быть 10-15 мм. Если на аккумуляторе есть индикатор (трубка) или прозрачный корпус с отмеченными минимальными и максимальными отметками, то контролировать уровень намного проще.

Не забывайте, что все операции с электролитом необходимо производить осторожно, используя защитные перчатки и очки.

О доливке дистиллированной воды в аккумулятор, после двух лет эксплуатации без обслуживания.
После доливки до МАХ дистиллированной воды в каждую банку (0,5 л на 6 банок) и зарядки автоматическим зарядным устройством током от 2 А до 0,5 А в течение 20 часов, после суток работы измерил плотность электролита в банки.
Оказалось, что в средних четырех банках плотность одинаковая — 1,27, а в двух крайних банках (левый и правый) чувствительно меньше — 1,23; 1.24.

Погуглив, почитав разные статьи на эту тему, выяснил, что как бы он ни был допилен, неплохо бы позаботиться о продлении срока службы батареи 🙂
Если зарядка не помогла выровнять плотность электролита, то необходимо выровнять с помощью концентрированного электролита плотностью 1,4.
Я по пути бросился в магазины по продаже аккумуляторов и автомагазины.
К моему удивлению концентрированного электролита нигде не было.
В одном из магзиков консультант поделился, что плотность 1,4 запрещена и давно не производится, а стандартный корректирующий электролит плотностью 1,33 уже три месяца не поставляется, в связи с какими-то предстоящими изменения в законодательстве и скорее всего корректирующие будут меньшей плотности.
Правда или нет, но за что купил, за то и продаю:)
Заехал на авторынок, где много мелких магазинчиков-палаток и в одном из них не было проблем с коррекционным электролитом 1. 33, для всего 70 рублей 🙂

Итак, что и сколько заливать/доливать…
Статьи в инете в основном старые, т.к. аккумулятор уже давно перешел в разряд расходников и в сервис мало кто обращается Это.
За основу расчетов взято
Суть коррекции плотности электролита в банке аккумуляторов заключается в следующем:
а)   из банки отбирается некоторое количество электролита;
б) вместо этого в банку добавляют тот же объем либо дистиллированной воды (плотность 1,00) — для снижения плотности электролита в банке, либо для корректировки электролита (обычно плотностью 1,40) — для увеличить плотность;
Равенство объемов забираемой и добавляемой жидкостей используется только для упрощения всей процедуры и упрощения логической интерпретации ее результатов.
По мере накопления опыта это равенство может нарушаться.
в)   аккумулятор включается на 30 минут для заряда номинальным током для лучшего перемешивания электролита в результате газовыделения;
г) аккумулятор отключают от зарядного устройства и выдерживают в течение 0,5÷2 ч для выравнивания плотности электролита в объеме банок;
д) измеряется плотность электролита в каждой банке и его уровень, оба параметра нормируются.
Тех. при необходимости повторяются все операции а) и д)
Ниже приведена формула, по которой можно применять корректирующий электролит с плотностью, отличной от 1,40

где:
Ve — объем удаленного электролита из банки, см3,
Вб — количество электролита в одной банке, см3,
ρн — начальная плотность электролита до доводки, г/см3,
ρк — конечная плотность, которую необходимо получить, г/см3,
ρd   — плотность добавляемой жидкости, (вода — 1,00 г/см3 или электролит корректирующий — * г/см3)
Следует отметить, что при использовании данной формулы объемы удаляемого и добавляемого электролитов равны .

Итак теперь главный вопрос, какой объем электролита в нашей ISTA CALCIUM 12V 70А/ч?
Ответа на него я не нашел, но было решено по аналогии с размерами наших российских аккумуляторов взять за исходник объем 6СТ-55(60) — 3,8 л. В итоге выяснилось, что наверное в нашем аккумуляторе около 3,5 литров.
По расчетам при плотности 1,24 необходимо заменить 1,33, примерно 211 см3, на корректирующий электролит.
Чтобы не ошибиться, для начала из каждой крайней банки было отобрано четыре раза по 40 единиц объема ареометра, указанного на колбе, итого по 160 штук 🙂
Соответственно столько же и электролита залил 1.33

После смешивания вгляделся 🙂 плотность как раз оказалась 1.27
Оставляю заряжаться на 10 часов током от 2 до 0,5 А (автоматическая зарядка) и утром плотность почти 1,32 в каждой банке.
Многовато, но это только сразу после отключения зарядки.
Через пару дней проверяю, что в каждой банке ровно 1.30, во всех шести.
Повторяю процедуру с подменой небольших объемов в каждую банку дистиллированной воды.
В этот раз я взял по 60 см3 из каждой банки, заливая вместо нее перегонку.
Полчаса подзарядил, день покатался и на проверку.
Ну а теперь о деле, во всех банках плотность электролита одинаковая — 1,26
для скоротечного лета в самый раз 🙂 срок службы батарей еще на три года, то в принципе не напрягает.
А когда знаешь что мерить и доливать, то совсем все просто.
Следующая проверка в октябре/ноябре 🙂

PS : прошло более полутора лет   с момента этой операции с корректирующим электролитом, и после этого читал много мнений, что корректировать плотность таким способом нельзя, правильный вариант только полностью заряжать аккумулятор стационарным зарядным устройством, что в конечном итоге после полной зарядки приведет к перекосу плотности в банках… НО , буквально на днях меня смутил полный заряд аккумулятора в несколько этапов и как результат, в этих крайних банках плотность в конце заряда такая же как и в остальных — 1,27 все норм.
В этот раз вышла из строя только одна банка в середине, всего 1,27, и в одной 1,25 после полной зарядки.
КТК на АКБ держится, полный заряд произведен, думаю терять нечего, с одним средним можно повторить выполнение с корректирующим электролитом

Цена вопроса: 70 ₽ Пробег: 32400 км

Как увеличить плотность электролит в аккумуляторе

Плотность электролита в аккумуляторе является одной из важнейших эксплуатационных характеристик портативного источника электроэнергии. Если по тем или иным причинам этот показатель не соответствует норме, то работоспособность автомобильного аккумулятора будет под большим вопросом.

Содержание

• На что влияет плотность электролита
• Какой должна быть плотность в зависимости от сезона
• Как проверить плотность
• Из-за чего падает плотность
• Как увеличить плотность в аккумуляторе
  • Использование Корректирующий электролит
  • Boost with Charger
  • Полная замена электролита
• Меры предосторожности при работе

На что влияет плотность электролита

Плотность электролита напрямую влияет на способность аккумулятора накапливать энергию при зарядке. Если этот показатель намного ниже нормы, то аккумулятор не будет выдавать максимальный пусковой ток. Кроме того, время автономной работы резко сократится.

Высокая плотность электролита также негативно влияет на работу источника питания, значительно сокращая срок его службы. Это связано, прежде всего, с повышенным образованием сульфатов на поверхности свинцовых пластин.

Такой «рейд» плохо проводит электричество, что способствует значительному снижению емкости аккумулятора. Сильно засульфатированные аккумуляторы со временем полностью перестают «держать» заряд и подлежат утилизации.

Риск физического разрушения аккумулятора может возникнуть при оставлении аккумулятора, в котором находится электролит с низким содержанием серной кислоты, зимой в неотапливаемом помещении. В таких случаях даже при медленном оттаивании источники питания могут оказаться совершенно непригодными для дальнейшего использования.

Какой должна быть плотность в зависимости от сезона

Плотность электролита зимой и летом может быть разной. В холодное время года рекомендуется увеличивать этот показатель даже в сильный мороз, чтобы уберечь аккумулятор от разрушения. В среднем плотность аккумуляторной жидкости в зависимости от времени года составляет:

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

Приведенные значения являются наиболее экстремальными для очень суровой зимы и жаркого лета. В субтропическом климате возможна круглогодичная работа от аккумуляторов с плотностью электролита 1,27 г/см3.

Как проверить плотность

В батареях, не оборудованных специальным «глазком», определить плотность практически невозможно, но даже при наличии такого элемента в батарее о концентрации серной кислоты можно только судить условно. Этот параметр можно точно определить с помощью специального прибора.

Влагомер представляет собой прибор, в котором имеется «поплавок» со шкалой. По степени погружения этой детали в электролит можно точно определить плотность электропроводящей жидкости. Измерить очень просто:

• Открытые пробки.
• Установите прибор в отверстие.
• Сожмите грушу.
• Освободите резиновый элемент.
• Определите плотность жидкости по шкале.

Таким образом, измерения производятся во всех банках батареи.

При отсутствии ареометра плотность можно измерить с помощью электронных весов и мерного объема 100 мл. Для выполнения процедуры достаточно набрать электролит из одной банки, после чего установить емкость на измерительный прибор.

Масса нетто в граммах будет равна плотности электролита со сдвигом запятой влево на 2 знака. Например: 127 грамм будет равняться плотности 1,27 г/см3. Измеряется только вес нетто, то есть перед выполнением процедуры нужно не забыть взвесить пустой бак и вычесть это значение из общей массы.

Что вызывает падение плотности

Основной причиной значительного падения плотности электролита является постоянное разбавление жидкости внутри банок дистиллированной водой, с частыми протечками. Истечение может произойти при наличии щелей в корпусе или недостаточно плотно закрытых пробках.

Если причиной изменения состава токопроводящей жидкости является утечка в корпусе, то утечку необходимо выявить как можно быстрее. Плохо закрытые пробки необходимо правильно закрутить или установить на силиконовый герметик.

Небольшое отклонение концентрации серной кислоты всегда выявляется при сильном разряде аккумулятора. Это состояние очень вредно для свинцовых аккумуляторов. Если аккумулятор «ноль», немедленно подключите источник питания к зарядному устройству.

Как увеличить плотность в батарее

Поднять плотность в батарее совсем несложно. Для выполнения этой операции можно использовать корректирующий или обычный электролит или зарядное устройство.

Использование корректирующего электролита

Использовать этот способ восстановления плотности электролита можно только в том случае, если аккумулятор обслужен, а концентрация серной кислоты в электропроводной жидкости не снизилась ниже критического уровня.

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

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

Boost с зарядным устройством

С помощью зарядного устройства можно увеличить плотность электропроводящей жидкости как в батареях с вилкой, так и в необслуживаемых моделях.

Для выравнивания значения плотности достаточно подключить прибор к аккумулятору с соблюдением полярности, а затем подключить прибор к сети 220 В. Если есть возможность выбора силы тока, для более плавного увеличения плотности рекомендуется установить значение этого параметра на 10% от емкости аккумулятора.

Полная замена электролита

Полная замена электролита необходима, если плотность электролита не может быть восстановлена ​​заправкой или использованием корректирующего раствора. Для замены токопроводящей жидкости потребуется подготовить новый электролит, пластиковую воронку, резиновую грушу, ареометр, а также емкость для слива старой жидкости.

Такая операция выполняется по следующей инструкции:

• Удаление пробок из банок.
• Откачайте электролит из аккумулятора с помощью груши (для получения жидкости снизу рекомендуется надеть на резиновый прибор тонкую силиконовую трубку).
• Залейте новый электролит с помощью воронки (эту процедуру следует выполнять очень медленно, чтобы не пролить едкую жидкость).

После доведения уровня токопроводящей жидкости во всех банках до оптимального значения заменяют пробки и подключают аккумулятор к сетевому зарядному устройству.

Следует отметить, что регулировать плотность таким образом можно только в обслуживаемых моделях аккумуляторов.

Меры предосторожности при выполнении работ

Доливать электролит в канистры или полностью заменять аккумуляторную жидкость можно только с соблюдением техники безопасности. Раствор серной кислоты — очень активная жидкость, реагирующая с органическими и неорганическими веществами.

Попадание электролита в глаза при работе может привести к необратимому изменению работы органов зрения, поэтому обязательно использование специальных защитных очков.

При попадании на кожу токопроводящей жидкости поверхность тела покрывается сильными химическими ожогами. По этой причине также следует использовать резиновые перчатки и фартук, чтобы защитить одежду от сквозных отверстий.

Негативное воздействие кислоты на металлические поверхности проявляется в эрозии изделий из этого материала. Даже очень прочные сплавы подвержены химической реакции, поэтому при необходимости долить электролита следует снять аккумулятор с машины.

При восстановлении плотности аккумулятора от сетевого зарядного устройства необходимо следить за наличием достаточного движения воздуха в помещении. При отсутствии вентиляции возможно воспламенение газа, образующегося при зарядке. Кроме того, вдыхание таких смесей может вызвать сильное отравление.

При соблюдении всех мер предосторожности до начала работ по восстановлению плотности электролита аккумуляторной батареи данная процедура будет выполнена без каких-либо осложнений.

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

Новый аккумуляторный электролит работает в горячем и холодном состоянии

Главная » Энергия » Новости » Новый электролит в аккумуляторе то горячий, то холодный

8 июля 2022 г.

Инженеры Калифорнийского университета (UC) в Сан-Диего разработали литий-ионные аккумуляторы, которые хорошо работают как при морозе, так и при палящем зное, сохраняя при этом много энергии. Исследователи совершили этот подвиг, разработав электролит, который не только универсален и надежен в широком диапазоне температур, но также совместим с высокоэнергетическими анодом и катодом.

Инженеры сообщают о своих термостойких батареях в статье Proceedings of the National Academy of Sciences .

Такие батареи позволят электромобилям в холодном климате проехать большее расстояние на одном заряде. Они также могут уменьшить потребность в системах охлаждения, чтобы аккумуляторы транспортных средств не перегревались в жарком климате, сказал Чжэн Чен, профессор наноинженерии в Инженерной школе Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего и старший автор статьи.

«Вам нужна высокотемпературная эксплуатация в районах, где температура окружающей среды может достигать трехзначных цифр, а на дорогах становится еще жарче. В электромобилях аккумуляторы обычно находятся под полом, недалеко от этих горячих дорог», — пояснил Чен, который также является преподавателем Центра устойчивой энергетики и энергетики Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Кроме того, батареи нагреваются просто от того, что во время работы проходит ток. Если батареи не выдержат такой прогрев при высокой температуре, их производительность быстро ухудшится».

В ходе испытаний экспериментальные батареи сохранили 87,5 % и 115,9 % своей энергоемкости при температуре -40°C и 50°C (-40°F и 122°F) соответственно. У них также был высокий кулоновский КПД 98,2% и 98,7% при этих температурах соответственно, что означает, что батареи могут подвергаться большему количеству циклов зарядки и разрядки, прежде чем они перестанут работать.

Батареи, разработанные Ченом и его коллегами, устойчивы как к холоду, так и к жаре благодаря своему электролиту. Он изготовлен из жидкого раствора дибутилового эфира, смешанного с солью лития. Особенностью дибутилового эфира является то, что его молекулы слабо связываются с ионами лития, а это означает, что молекулы электролита могут легко отдавать ионы лития во время работы аккумулятора.

В ходе предыдущего исследования исследователи обнаружили, что это слабое молекулярное взаимодействие улучшает работу батареи при отрицательных температурах. Кроме того, дибутиловый эфир может легко выдерживать тепло, поскольку он остается жидким при высоких температурах (его температура кипения составляет 141°C или 286°F).

Отличительной чертой этого электролита является то, что он совместим с литий-серными батареями, которые представляют собой перезаряжаемые батареи с анодом из металлического лития и катодом из серы. Литий-серные батареи являются неотъемлемой частью аккумуляторных технологий следующего поколения, поскольку они обещают более высокую плотность энергии и более низкую стоимость.

Они могут хранить в два раза больше энергии на килограмм, чем современные литий-ионные батареи, потенциально удваивая запас хода электромобилей без увеличения веса аккумуляторной батареи. Кроме того, сера является более распространенной и менее проблематичной для получения, чем кобальт, используемый в катодах традиционных литий-ионных аккумуляторов.

А вот с литий-серными батареями есть проблемы — и катод, и анод сверхреактивны. Серные катоды настолько реактивны, что растворяются во время работы батареи, и эта проблема усугубляется при высоких температурах. В то же время литий-металлические аноды склонны к образованию игольчатых структур, называемых дендритами, которые могут пробивать части батареи, вызывая в ней короткое замыкание. В результате литий-серные батареи работают только до десятков циклов.

«Если вам нужна батарея с высокой плотностью энергии, вам, как правило, нужно использовать очень жесткую и сложную химию», — сказал Чен. «Высокая энергия означает, что происходит больше реакций, что означает меньшую стабильность, большую деградацию. Создать стабильную батарею с высоким энергопотреблением — сложная задача, а сделать это в широком диапазоне температур — еще сложнее».

Электролит на основе дибутилового эфира, разработанный командой Калифорнийского университета в Сан-Диего, предотвращает эти проблемы даже при высоких и низких температурах. Аккумуляторы, которые они тестировали, имели гораздо более длительный срок службы, чем обычные литий-серные аккумуляторы. «Наш электролит помогает улучшить как сторону катода, так и сторону анода, обеспечивая при этом высокую проводимость и межфазную стабильность», — сказал Чен.

Команда также разработала более стабильный серный катод, привив его к полимеру. Это предотвращает растворение большего количества серы в электролите.

Следующие шаги включают масштабирование химического состава батареи, ее оптимизацию для работы при еще более высоких температурах и дальнейшее увеличение срока службы.

Эта статья адаптирована из материалов Калифорнийского университета в Сан-Диего с редакционными изменениями, внесенными Materials Today. Взгляды, выраженные в этой статье, не обязательно отражают точку зрения Elsevier. Ссылка на первоисточник.

Поделись этой новостью

Новости

Новый сепаратор снижает давление газообразных электролитов

Новый сепаратор на основе металлоорганического каркаса может препятствовать испарению газообразных электролитов в батареях, работающих при сверхнизких температурах.

15 июня 2021 г.

Текущие исследования

Полимерные электролиты и интерфейсы в твердотельных литий-металлических батареях

Volume 51, Pages 449–474Zhiyuan Lin, Xianwei Guo, Lingqiao Wu, Yongtao Wang, Hongxia Guo, Liangliang Li, Haijun Yu

Текущие исследования фотохимические реакции, управляемые видимым светом

Том 55, страницы 21–28 Али Завабети, Фарджана Хак, Бао Юэ Чжан, Цифэн Яо, Лу Чен, Дехонг Чен, Ихонг Ху, Нареш Пиллаи, Юнкун Лю, Кибрет А. Мессалеа, Чунхуи Ян , Баохуа Цзя, Дэвид М. Кэхилл, Юнсян Ли, Крис Ф. МакКонвилл, Цзянь Чжэнь Оу, Линсюэ Конг, Сяомин Вэнь, Вэньжун Ян

Обзор

Экспериментальный прогресс в создании сверхпроводников с бесконечным слоем на основе никеля

Том 55, страницы 170–185Пейсинь Цинь, Цзэсинь Фэн, Хань Янь, Сяонин Ван, Хунью Чен, Цзян Мэн, Чжици Лю5 Обзор

Прогресс в технологии сухих пленок без растворителей для аккумуляторов и суперконденсаторов Развитие | QuantumScape

27 августа 2021 г.

Температура при разработке батареи

27 августа 2021 г.

Почему электромобили нагревают аккумулятор перед сеансом быстрой зарядки, но включают системы охлаждения во время движения? Почему электромобили теряют запас хода в холодные зимние месяцы и как аккумуляторная технология QuantumScape может решить эти проблемы? В этом посте мы более подробно рассмотрим, как температура напрямую влияет на общую производительность трех ведущих типов батарей: устаревшей литий-ионной батареи, альтернативных твердотельных элементов и элемента QuantumScape.

👆 Основные сведения об аккумуляторе

Для справки: элемент литий-ионного аккумулятора накапливает энергию, перемещая атомы лития между двумя сторонами ( электроды ) – от катода[1] к аноду[2] по мере зарядки аккумулятора. . Когда батарея разряжается, атомы лития движутся в противоположном направлении — от анода к катоду — высвобождая энергию по мере поступления.

Представьте, что скейтборд катится вверх и вниз по склону. Вы вкладываете энергию, чтобы подтолкнуть его вверх по одной стороне холма, и когда он скатывается с другой стороны вниз, он несет энергию, которую вы вложили в него. Однако этот процесс не совсем эффективен, так как другие силы, действующие на скейтборд, такие как трение и сопротивление ветра, забирают энергию и замедляют ее.

Как и в случае со скейтбордом, существуют факторы, влияющие на энергию, которую можно получить от литий-ионного аккумулятора. Ключевым из них является температура. И влияние температуры различается в разных типах клеток.

Устаревшая литий-ионная батарея

В унаследованной литий-ионной батарее атомы лития движутся через жидкий электролит, который касается обоих электродов. Этот жидкий электролит оптимизирован для перемещения ионов лития по аккумулятору, а также внутрь и наружу катода и анода. Ионы лития перемещаются легче, когда батарея более горячая; подумайте о ноже, разрезающем теплое масло, по сравнению с холодным маслом. Другой способ описать это — рассказать о сопротивление [3] – чем ниже сопротивление, тем легче ионам лития перемещаться по аккумулятору.

Низкотемпературные эффекты

При низких температурах (обычно ниже 0 °C) сопротивление батареи увеличивается, что ограничивает мощность, которую может обеспечить батарея, и блокирует часть накопленной энергии. Холодный аккумулятор также не может заряжаться быстро. Холодный графит в аноде не поглощает литий достаточно быстро, поэтому литиевые пластины[4] на поверхности графита потенциально вызывают образование дендритов. А ниже определенного температурного порога жидкость замерзнет, ​​остановив движение ионов лития и отключив аккумулятор.

Воздействие высоких температур

Если нагрев батареи снижает сопротивление, не должны ли более высокие температуры улучшать работу батареи? Не так быстро. Есть и отрицательные побочные эффекты высоких температур. Например, жидкий электролит обладает высокой реакционной способностью по отношению к материалам, из которых состоят катод и анод. Эти реакции усиливаются при более высоких температурах и потребляют литий, уменьшая общую доступную энергию в батарее. Они также заполняют поверхности электродов мусором[5], что увеличивает сопротивление батареи — так что вместо катания на скейтборде по гладкой, свежевымощенной улице это больше похоже на движение по гравийной дороге. По мере повышения температуры количество этих реакций резко возрастает, производя еще больше мусора и сокращая срок службы батареи.

Это скопление мусора — не единственная проблема, возникающая при высоких температурах. И жидкий электролит, и полимерный сепаратор в старых литий-ионных батареях чрезвычайно огнеопасны. Если температура превысит определенный предел, аккумулятор перейдет в режим теплового разгона, что может привести к самовозгоранию и взрыву. Тепловой разгон — одна из основных угроз безопасности современных электромобилей и причина, по которой они должны иметь более сложные, громоздкие и дорогие системы управления температурным режимом.

Поиск баланса

Из-за этих проблем устаревшие литий-ионные аккумуляторы должны соблюдать баланс. Если батарея слишком холодная, сопротивление высокое, а энергия низкая, электролит может даже замерзнуть и полностью остановить батарею. А при быстрой зарядке на морозе аккумулятор может выйти из строя из-за литиевых дендритов. И все же, если аккумулятор слишком сильно нагревается, электроды заполняются мусором, и аккумулятор безвозвратно теряет свою емкость[6]. Таким образом, на самом деле существует только узкое температурное окно, в котором традиционная литий-ионная батарея может эффективно работать. Это ограничивает их практическую полезность.

Однако многие из этих ограничений возникают из-за проблем, вызванных жидким электролитом и графитовым анодом. Если бы ученые-батареечники могли избавиться от жидкости и графита, проблемы химического мусора при высоких температурах и литиевого покрытия при низких температурах можно было бы свести к минимуму или даже полностью решить. Идеальным был бы анод из чистого лития (то есть литий-металлический анод) в сочетании со стабильным твердым электролитом. Здесь на помощь приходят твердотельные батареи.

Альтернативные подходы к твердотельному электролиту

Проблема сопротивления

Основная проблема перехода на твердый электролит заключается в том, что твердые электролиты обладают гораздо большим сопротивлением, чем жидкости, так же как легче плыть по воде, чем по льду. Распространенным решением этой проблемы является нагрев элемента батареи, поскольку многие твердые электролиты имеют относительно приемлемый уровень сопротивления при высоких температурах. Обычно альтернативные твердотельные технологии испытываются при температуре 60 °C (140 °F) или выше. При таких высоких температурах атомы лития очень легко скользят через твердый электролит даже при высоких мощностях, таких как 1C[7].

Однако при снижении температуры до более реалистичного уровня для автомобильных приложений (25–30 °C или 77–86 °F) сопротивление резко возрастает даже при очень низких значениях мощности (C/10[8 ]). По мере увеличения потребности в энергии эти альтернативные твердые электролиты не позволяют ионам лития проходить беспрепятственно, и доступная энергия резко падает. При мощности 1C нередко можно увидеть менее 20% энергии, доступной при комнатной температуре, что делает аккумулятор практически бесполезным для электромобилей. Такая батарея похожа на скейтборд, застрявший на гравийной дороге, который не может обеспечить больше, чем крошечное количество энергии.

Ключевым моментом, который следует помнить, является то, что сопротивление в твердотельной батарее можно уменьшить и, следовательно, повысить производительность, если сильно нагреть батарею. Например, в некоторых электробусах используются твердотельные батареи, работающие при температуре 80 ° C (176 ° F). Но это не сработает для легковых автомобилей, потому что для этого требуются большие, тяжелые и дорогие системы управления температурным режимом, чтобы поддерживать аккумулятор при высокой температуре и снижать сопротивление до рабочего уровня.[9]

И даже если сопротивление твердотельного сепаратора приемлемо, если он не может предотвратить образование дендритов, его все равно придется эксплуатировать при высоких температурах, при которых литий размягчается и становится менее вероятным рост дендритов. В случае нестабильных твердых электролитов, таких как сульфиды, это ускорит разложение электролита на границах раздела с электродами и сократит срок службы батареи, как и в обычной батарее с жидким электролитом.

Ячейка QuantumScape

Первое отличие других твердотельных батарей от ячейки QuantumScape — керамический твердоэлектролитный сепаратор. Мы опубликовали данные, показывающие, что наш сепаратор может предотвращать образование дендритов при практических условиях эксплуатации и температурах. Сепаратор также можно сделать очень тонким, что означает очень низкое сопротивление не только при комнатной температуре, но и при гораздо более низких температурах. Кроме того, керамика не реагирует с литием так, как это делают жидкости или сульфиды. Это означает, что анод не заполняется мусором, а эффективность остается очень высокой, в отличие от многих альтернативных технологий.

Вторым преимуществом нашей технологии является католит – комбинация органической жидкости и полимера, которая способствует плавному переходу ионов лития от катода в твердоэлектролитный сепаратор. Однако, поскольку наш керамический твердоэлектролитный сепаратор химически изолирует катод от анода, существует минимальный риск того, что католит будет реагировать с металлическим литием на аноде, в отличие от других литий-металлических подходов, в которых используется жидкий электролит вместо твердого.

Кроме того, в отличие от жидких электролитов в старых литий-ионных батареях, которые должны быть стабильными как в высоковольтном катоде, так и в низковольтном аноде, ячейка QuantumScape разработана таким образом, чтобы предотвратить полный контакт католита с анодом. Таким образом, вместо того, чтобы оптимизировать стабильность в диапазоне напряжений, католит можно оптимизировать для обеспечения проводимости при более низких температурах, помогая минимизировать сопротивление на холоде. Вот почему ячейки QuantumScape хорошо показывают себя в низкотемпературных испытаниях.

Эта диаграмма, впервые опубликованная во время мероприятия Battery Showcase, демонстрирует, что наша фундаментальная химия элементов хорошо сохраняет емкость даже при разрядке при низких температурах в диапазоне от 0 °C до -30 °C. Напротив, литий-ионный аккумулятор с жидким электролитом и ультрасовременным углеродно-кремниевым анодом, аналогичный элементам современных электромобилей, вырабатывает меньше энергии на единицу массы при температуре -25 °C.

Outlook

Пока электромобили с литий-ионными батареями находятся в эксплуатации, управлять температурой батареи и оптимизировать ее, чтобы обеспечить хорошую производительность и приемлемый срок службы, было непросто. Эти проблемы связаны с фундаментальными ограничениями устаревших литий-ионных конструкций, и предыдущие попытки создания твердотельных батарей не смогли устранить эти ограничения. Технология QuantumScape представляет собой следующий шаг в области литиевых батарей, который, решая ключевые проблемы, обеспечивает повсеместное улучшение производительности и удобства использования.

[1] Положительная сторона.

[2] Отрицательная сторона.

[3] Сопротивление – это мера сопротивления материала протеканию тока. Внутреннее сопротивление батареи является результатом кумулятивного эффекта различных явлений, которые препятствуют электрохимическим реакциям и потоку зарядов (ионов лития и электронов) через различные компоненты батареи. Высокое внутреннее сопротивление снижает энергию, которую можно извлечь из батареи, поскольку часть энергии тратится впустую в этих процессах. Обратным сопротивлением является проводимость, мера того, насколько легко заряды могут перемещаться по материалу. Например, электролит с низкой ионной проводимостью повысит сопротивление батареи из-за более медленного движения через него ионов лития.

[4] Гальваническое покрытие — это процесс осаждения металлического лития на аноде во время зарядки. Ионы лития проходят через сепаратор, а затем оседают на поверхности анода в виде металлического покрытия. В аккумуляторе с графитовым анодом такое покрытие вредит здоровью элемента.

[5] Побочные продукты электрохимического разложения.

[6] Емкость — это количество электрического заряда, которое может храниться в аккумуляторе, и главный показатель работоспособности аккумулятора. Потеря емкости является результатом двух различных причин. Во-первых, реакции между электролитом и электродами потребляют литий из батареи, уменьшая количество лития, доступного для хранения энергии. Во-вторых, химический мусор увеличивает сопротивление батареи, уменьшая количество полезной энергии, которое может дать заданное количество накопленного заряда.

[7] 1C относится к часовой зарядке или разрядке.

[8] C/10 соответствует 10-часовой зарядке или разрядке.

[9] Дополнительными недостатками этого подхода является то, что он также использует много дополнительной энергии, которая в противном случае могла бы быть использована для движения транспортного средства, и обычно требует, чтобы батарея была подключена, когда она не используется, для поддержания рабочих температур.

Заявления прогнозного характера

В этой статье содержатся заявления прогнозного характера по смыслу федерального законодательства о ценных бумагах и информация, основанная на текущих ожиданиях руководства на дату настоящего отчета. Все заявления, кроме заявлений об исторических фактах, содержащиеся в этой статье, в том числе заявления о будущем развитии аккумуляторной технологии QuantumScape, ожидаемых преимуществах технологий QuantumScape и производительности ее аккумуляторов, а также о планах и целях будущих операций, являются заявлениями прогнозного характера. . При использовании в настоящем отчете слова «может», «будет», «оценивать», «проформа», «ожидать», «планировать», «полагать», «потенциальный», «предсказывать», «целевой», «должен», «был бы», «мог бы», «продолжать», «полагать», «предполагать», «намереваться», «предвидеть» отрицание таких терминов и другие подобные выражения предназначены для обозначения прогнозных заявлений, хотя не все прогнозные заявления содержат такие идентифицирующие слова.

Эти прогнозные заявления основаны на текущих ожиданиях, предположениях, надеждах, убеждениях, намерениях и стратегиях руководства в отношении будущих событий и основаны на имеющейся в настоящее время информации об исходе и сроках будущих событий. Эти прогнозные заявления сопряжены со значительными рисками и неопределенностями, которые могут привести к существенному отличию фактических результатов от ожидаемых. Многие из этих факторов находятся вне контроля QuantumScape, и их трудно предсказать. QuantumScape предупреждает читателей, чтобы они не слишком полагались на какие-либо прогнозные заявления, которые действительны только на дату их публикации. Если иное не требуется применимым законодательством, QuantumScape отказывается от каких-либо обязательств по обновлению любых прогнозных заявлений. Если лежащие в основе предположения окажутся неверными, фактические результаты и прогнозы могут существенно отличаться от выраженных в каких-либо прогнозных заявлениях. Дополнительную информацию об этих и других факторах, которые могут существенно повлиять на фактические результаты QuantumScape, можно найти в периодических заявках QuantumScape в SEC. Заявки QuantumScape в SEC находятся в открытом доступе на веб-сайте SEC по адресу www.sec.gov.

Поделиться на

Поделиться на Twitter

Поделиться на linkedin

Продолжить чтение

Ceramics 101: разделитель QuantumScape в контексте

14 сентября 2022 г.

Технология твердотельных литий-металлических аккумуляторов QuantumScape обеспечивается запатентованным керамическим твердоэлектролитным сепаратором.

ПОДРОБНЕЕ

Преимущества литий-металлических анодов

19 мая 2022 г.

Перезаряжаемые литий-металлические батареи десятилетиями были предметом интенсивных исследований, и сегодня они как никогда близки к выходу на рынок.

ПОДРОБНЕЕ

Ceramics 101: разделитель QuantumScape в контексте

14 сентября 2022 г.

Технология твердотельных литий-металлических аккумуляторов QuantumScape обеспечивается запатентованным керамическим твердоэлектролитным сепаратором.

ПОДРОБНЕЕ

Преимущества литий-металлических анодов

19 мая 2022 г.

Перезаряжаемые литий-металлические батареи десятилетиями были предметом интенсивных исследований, и сегодня они как никогда близки к выходу на рынок.

ПОДРОБНЕЕ

ТЕХНОЛОГИИ

ПРЕИМУЩЕСТВА

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

РЕСУРСЫ

НОВОСТНАЯ

БЛОГ QS

КОМПАНИЯ

КАРЬЕРА

Политика конфиденциальности | Условия использования
© 2022 QuantumScape Corporation
1730 Technology Drive, San Jose, CA 95110
info@quantumscape. com

Твиттер Линкедин

Эти мощные аккумуляторы хорошо работают в условиях экстремального холода и жары

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали литий-ионные аккумуляторы, которые хорошо работают при морозе и палящем зное, сохраняя при этом много энергии. Исследователи совершили этот подвиг, разработав электролит, который не только универсален и надежен в широком диапазоне температур, но также совместим с высокоэнергетическими анодом и катодом.

Термостойкие батареи описаны в статье, опубликованной 4 июля в Труды Национальной академии наук (PNAS) .

Такие аккумуляторы могут позволить электромобилям в холодном климате проехать большее расстояние без подзарядки; они также могут уменьшить потребность в системах охлаждения, чтобы аккумуляторы транспортных средств не перегревались в жарком климате, сказал Чжэн Чен, профессор наноинженерии в Инженерной школе Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего и старший автор исследования.

«Вам нужна высокотемпературная эксплуатация в районах, где температура окружающей среды может достигать трехзначных цифр, а на дорогах становится еще жарче. В электромобилях аккумуляторы обычно находятся под полом, недалеко от этих горячих дорог», — пояснил Чен, который также является преподавателем Центра устойчивой энергетики и энергетики Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Кроме того, батареи нагреваются просто от того, что во время работы проходит ток. Если аккумуляторы не выдержат такой прогрев при высокой температуре, их производительность быстро ухудшится».

В ходе испытаний экспериментальные батареи сохранили 87,5 % и 115,9 % своей энергоемкости при температуре -40 и 50 C (-40 и 122 F) соответственно. У них также был высокий кулоновский КПД 98,2% и 98,7% при этих температурах соответственно, что означает, что батареи могут подвергаться большему количеству циклов зарядки и разрядки, прежде чем они перестанут работать.

Высокотемпературные характеристики аккумуляторных батарей, испытываемые в печи, нагретой до 50°С.

Аккумуляторы, разработанные Ченом и его коллегами, устойчивы как к холоду, так и к жаре благодаря своему электролиту. Он изготовлен из жидкого раствора дибутилового эфира, смешанного с солью лития. Особенностью дибутилового эфира является то, что его молекулы слабо связываются с ионами лития. Другими словами, молекулы электролита могут легко отдавать ионы лития во время работы батареи. Это слабое молекулярное взаимодействие, как обнаружили исследователи в ходе предыдущего исследования, повышает производительность батареи при отрицательных температурах. Кроме того, дибутиловый эфир может легко выдерживать тепло, потому что он остается жидким при высоких температурах (его температура кипения составляет 141 C или 286 F).

Стабилизирующие литий-серные химические вещества

Особенностью этого электролита является то, что он совместим с литий-серной батареей, которая представляет собой тип перезаряжаемой батареи с анодом из металлического лития и катодом из серы. Литий-серные батареи являются неотъемлемой частью аккумуляторных технологий следующего поколения, поскольку они обещают более высокую плотность энергии и более низкую стоимость. Они могут хранить в два раза больше энергии на килограмм, чем современные литий-ионные батареи — это может удвоить запас хода электромобилей без увеличения веса аккумуляторной батареи. Кроме того, сера является более распространенной и менее проблематичной для получения, чем кобальт, используемый в катодах традиционных литий-ионных аккумуляторов.

Но есть проблемы с литий-серными батареями. И катод, и анод сверхреактивны. Серные катоды настолько реактивны, что растворяются во время работы батареи. Эта проблема усугубляется при высоких температурах. А литий-металлические аноды склонны к образованию игольчатых структур, называемых дендритами, которые могут пробивать части батареи, вызывая ее короткое замыкание. В результате литий-серные батареи работают только до десятков циклов.

Чжэн Чен, профессор наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего.

«Если вам нужна батарея с высокой плотностью энергии, вам, как правило, нужно использовать очень жесткую и сложную химию», — сказал Чен. «Высокая энергия означает, что происходит больше реакций, что означает меньшую стабильность, большую деградацию. Создание стабильной высокоэнергетической батареи само по себе является сложной задачей, а попытка сделать это в широком диапазоне температур еще сложнее».

Электролит на основе дибутилового эфира, разработанный командой Калифорнийского университета в Сан-Диего, предотвращает эти проблемы даже при высоких и низких температурах. Аккумуляторы, которые они тестировали, имели гораздо более длительный срок службы, чем обычные литий-серные аккумуляторы. «Наш электролит помогает улучшить как сторону катода, так и сторону анода, обеспечивая при этом высокую проводимость и межфазную стабильность», — сказал Чен.

Команда также разработала более стабильный серный катод, привив его к полимеру. Это предотвращает растворение большего количества серы в электролите.

Следующие шаги включают масштабирование химического состава батареи, ее оптимизацию для работы при еще более высоких температурах и дальнейшее увеличение срока службы.

Документ: «Критерии выбора растворителя для устойчивых к температуре литий-серных аккумуляторов». Соавторами являются Guorui Cai, John Holoubek, Mingqian Li, Hongpeng Gao, Yijie Yin, Sicen Yu, Haodong Liu, Tod A. Pascal и Ping Liu, все из Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Эта работа была поддержана грантом факультета ранней карьеры от Программы грантов для исследований космических технологий НАСА (ECF 80NSSC18K1512), Национального научного фонда через Центр материаловедения и инженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего (MRSEC, грант DMR-2011924) и Управление транспортных технологий Министерства энергетики США в рамках Программы перспективных исследований аккумуляторных материалов (Battery500 Consortium, контракт DE-EE0007764). Эта работа была частично выполнена в Нанотехнологической инфраструктуре Сан-Диего (SDNI) в Калифорнийском университете в Сан-Диего, члене Национальной координируемой инфраструктуры нанотехнологий, которая поддерживается Национальным научным фондом (грант ECCS-1542148).

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. 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.

Батареи и электрохимические конденсаторы, разработанные исследователями, особенно морозоустойчивы, 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. эти электрохимические технологии накопления энергии могут быть приняты на многих других развивающихся рынках. Эта работа показывает 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 и 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 Калифорнийского университета в Сан-Диего первыми исследовали электролиты на газовой основе для электрохимических накопителей энергии.

В будущем эта технология может быть использована для запуска космических кораблей для межпланетных исследований. «Марсоходы имеют низкотемпературную спецификацию, которой не могут соответствовать большинство существующих аккумуляторов. Наша новая аккумуляторная технология может соответствовать этим спецификациям без добавления дорогих и тяжелых нагревательных элементов», — сказал Рустомжи.

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.

Команда 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).

В дополнение к своим исключительным характеристикам 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 могла бы в противном случае трудно избежать с обычными жидкими электролитами.

Совместимый электролит для литий-металлических анодов

Мэн, Рустомжи 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 интерфаза, образующаяся на электроде, представляет собой очень однородную поверхность без дендритов, что обеспечивает высокую кулоновскую эффективность более 97 процентов и улучшенная 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 Цельсия.