1. Осуществить процедуру измерения плотности получится только в случае с так называемым обслуживаемым аккумулятором, который предоставляет доступ к банкам (секциям) с электролитом посредством закрытых крышками заливных отверстий. Как раз через эти отверстия (обычно их число равно шести, как и количество секций) и осуществляется забор состава для замера плотности.
2. В процессе своей работы автомобильная аккумуляторная батарея постоянно заряжается и разряжается. Разряд происходит при прокручивании стартера, а заряд – при уже заведенном двигателе от генератора. В зависимости от степени заряженности меняется и плотность электролита. Значения могут колебаться в пределах 0.15-0.16 г/см³. Важно отметить, что автомобильный генератор не способен полностью зарядить аккумуляторную батарею. При штатной работе на машине потенциал АКБ используется только на 80-90%. Полный заряд может обеспечить только внешнее зарядное устройство, к которому обязательно придется прибегнуть перед осуществлением замера плотности электролита.
3. Плотность электролита зависит от его температуры. Обычно замер производится при температуре +25 °С, в противном случае делаются поправки.

Допустим, все вышеперечисленные условия приняты во внимание, и есть возможность приступить непосредственно к замеру плотности. Для этого понадобится специальный прибор – денсиметр, который состоит из ареометра, резиновой груши и стеклянной трубки с наконечником. Прибор вводится в банку аккумулятора через заливное отверстие, а затем осуществляется засасывание электролита с помощью резиновой груши. Оно происходит до тех пор, пока ареометр не всплывет. Показания считываются после того, как прекратятся колебания ареометра и появится возможность определения точного значения. Отсчет показаний производится по шкале, при этом взгляд должен находиться на уровне поверхности жидкости.

Полученное значение должно входить в диапазон 1.25-1.27 г/см³, если автомобиль эксплуатируется в средней полосе. В холодной климатической зоне (средняя месячная температура января ниже -15 °С) показатель должен находиться в интервале 1.27-1.29 г/см³. Проверять плотность электролита на соответствие этим числам нужно в каждой из шести банок аккумулятора. Показания не должны отличаться более чем на 0.01 г/см³, иначе потребуется их корректировка.

Как мы уже говорили, плотность электролита изменяется в зависимости от температуры. Это значит, что зимой и летом жидкость в одном и том же полностью исправном аккумуляторе будет иметь разную плотность. О том, насколько будут разниться показания, дает представление приведенная ниже таблица.

Зависимость температуры замерзания электролита от его плотности демонстрирует еще одна таблица. На основе этих данных можно установить оптимальную плотность электролита для конкретных климатических условий. Нижняя граница подобранного интервала должна гарантировать, что электролит не замерзнет даже при самых сильных холодах и обеспечит требуемое для прокручивания стартера усилие. В то же время чрезмерно завышать плотность тоже нельзя, так как на положительных электродах аккумулятора начинают ускоряться коррозионные процессы, приводящие к сульфатации пластин.

Причины изменения плотности электролита

Зафиксированные в результате измерения плотности значения не всегда соответствуют требуемым показателям. Расхождения могут касаться как отдельных банок аккумулятора, так и всех вместе. Если плотность завышена, то нужно обратить в первую очередь внимание на уровень электролита. Низкий уровень в большинстве случае является последствием электролиза, приводящего к разложению входящей в состав электролита воды на водород и кислород. Этот процесс выражается в появлении на поверхности жидкости пузырьков, что обычно происходит при зарядке аккумулятора. Частое «кипение» может приводить к снижению концентрации воды, и этот вопрос решается ее простым добавлением. Доливать в аккумулятор стоит только дистиллированную воду, контролируя при этом уровень электролита. Подробнее о корректировке плотности электролита поговорим ниже.

Если с повышенной плотностью все ясно, то с пониженной ситуация несколько сложнее. В теории, одной из причин понижения плотности, может быть то, что по какой-то причине в электролите уменьшилась доля серной кислоты. Однако на практике это маловероятно, так как сама по себе она обладает высокой температурой кипения, исключающей испарение даже при интенсивном нагреве, который происходит, например, при зарядке аккумуляторной батареи. 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, происходящий при каждом разряде АКБ. Но дело в том, что при нормальном режиме работы после разряда аккумулятора обязательно происходит его заряд (на автомобиле аккумулятор постоянно подзаряжается от генератора). Заряд сопровождается обратным преобразованием сульфата свинца в свинец (на катоде) и двуокись свинца (на аноде) – в те активные вещества, которые составляют основу электродов и непосредственно участвуют в химическом процессе внутри аккумуляторной батареи. Если АКБ находится длительное время в разряженном состоянии, сульфат свинца кристаллизуется, безвозвратно теряя способность участвовать в химических реакциях. Это очень неприятный процесс, в результате которого аккумулятор уже не получится зарядить полностью даже при использовании внешнего зарядного устройства ввиду того, что не вся площадь пластин задействована в работе. Так как аккумулятор не заряжается до конца, то и плотность электролита не восстанавливается до своих исходных значений. По сути, здесь уже идет разговор об устранении нарушений в нормальном функционировании аккумулятора.

Частичную сульфатацию пластин можно устранить с помощью контрольно-тренировочных циклов, заключающихся в заряде и последующем разряде батареи до определенного уровня. Большинство современных зарядных устройств имеют такую функцию, поэтому имеет смысл ей воспользоваться, особенно если аккумулятор по какой-то причине долго находился в разряженном состоянии. Процедура десульфатации весьма длительная и может занять до нескольких дней. Если она не принесла результата, то крайней мерой является увеличение плотности с помощью добавления корректирующего электролита (плотность около 1.40 г/см³). Такой способ можно рассматривать только как временное решение проблемы, потому что причина как таковая не устраняется.

Как поднять плотность электролита

Понизить или повысить плотность электролита в аккумуляторе можно путем откачивания его определенного количества, и долива взамен дистиллированной воды или электролита с повышенной плотностью (корректирующего).

В процессе поднятия (или понижения) плотности электролита не стоит забывать и о контроле его уровня. Он осуществляется стеклянной трубкой с двумя отверстиями по краям. Один край погружается в электролит до тех пор, пока не упрется в предохранительную сетку. Далее верхний конец закрывается пальцем, а сама трубка осторожно поднимается вместе со столбиком жидкости внутри. Высота этого столбика указывает на расстояние от верхней кромки пластин до поверхности залитого электролита. Оно должно составлять 10-15 мм. Если аккумулятор имеет индикатор (тубус) или прозрачный корпус с нанесенными метками минимума и максимума, то контролировать уровень значительно проще.

Не стоит забывать, что все операции с электролитом необходимо выполнять осторожно, используя защитные перчатки и очки.

Почитайте еще:

Новые обзоры

BYD Song L EV 2024 дебютировал на Шанхайском автосалоне

Длиннобазные BMW X1 и iX1 представлены на Шанхайском автосалоне

Цена на Lincoln Nautilus в 2024 году варьируется от 52 тысяч до…

Bentley открывает празднование 20-летия Continental с купе GT S

Hyundai Elantra N в 2024 году демонстрирует свое новое лицо, колеса и…

ПО ТИПУ КУЗОВА

ПО КЛАССУ

Акумулятор: регулювання щільності, приготування електроліту, усунення сульфатації. Статті компанії «ТОВ «ЕНЕРДЖІ ГМБХ»

18.02.13

Сульфатація електродів акумулятора

Сульфатація акумулятора визначається порівнянням ЕРС, підрахованою по щільності, з напругою, виміряним вольтметром без навантаження за формулою:

ЕРС = 0,84 + P

де P — щільність, приведена до 15°C, г/см³.

Поправка до щільності — 0,0007 на кожен градус (приблизно 0,01 на кожні 15°C) від вихідної температури (вихідна: 15°C), тобто, якщо температура АКБ вище 15°C, то ця поправка додається до показань ареометра, якщо нижче — віднімається.
Якщо заміряне напруга буде більше ЕРС, значить електроди сульфатированы. Для усунення сульфатації проводиться кілька циклів розряд-заряд» при малій щільності електроліту (1,11-1,2 г/см³). Заряд проводиться силою струму не більше 5% від номінальної ємності АКБ.
Після цього слід довести щільність до потрібного значення, потім провести контрольний розряд силою струму 10% від ємності.
Розряд закінчують, коли напруга знизиться до 10,2 В.
АКБ вважається справною, якщо час розряду не менше 7,5 годин для батареї із щільністю 1,29 г/см³; 6,5 годин — для 1,27; 5,5 — для 1,25.

Перевірка навантажувальною вилкою
Витримати АКБ під навантаженням протягом 5сек., перевірити напругу — у повністю зарядженої батареї воно повинно бути не менше 10,8 Ст.
За стандартом SAE струм холодної прокрутки визначається на 30-й секунді розряду при температурі 18°C і напрузі на виводах не менше 7,2 Ст.
Струм стартерного розряду за стандартом DIN визначають при тих же умовах, але кінцева напруга на висновках АКБ повинно бути не менше 9В.

Перевірка якості дистильованої води
Налити дистильованої води в банку з поліетиленовою кришкою, через яку пропустити два дротових електрода.
Занурити електроди на глибину близько 10мм з відстанню між ними 15-30мм.
Виміряти опір на електродах: воно повинно бути не менше 30кОм.

Підвищення щільності електроліту в АКБ Після видалення необхідної кількості електроліту з АКБ (відповідно до табл. ), додати таку ж кількість електроліту щільністю 1,40 г/см3
Необхідна щільність, г/см3	Реальна щільність електроліту, г/см3
1,15	1,16	1,17	1,18	1,19	1,20	1,21	1,22	1,23	1,24	1,25	1,26	1,27	1,28	1,29
1,24	254	220	201	181	158	133	105	74	40
1,26	290	275	259	241	222	200	176	149	119	84	45
1,28	342	330	316	301	285	266	246	223	198	169	136	97	53
1,30	396	385	374	362	348	333	316	242	277	253	226	194	158	115	63
	Об’єм повітря, що видаляється з АКБ електроліту, см3

Зниження щільності електроліту в АКБ Після видалення необхідної кількості електроліту з АКБ (відповідно до табл. ), додати таку саму кількість дистильованої води
Необхідна щільність, г/см3	Реальна щільність електроліту, г/см3
1,25	1,26	1,27	1,28	1,29	1,30	1,31	1,32	1,33	1,34
1,24	24	47	68	87	105	112	138	153	167	181
1,26			23	44	63	82	99	115	130	145
1,28					21	41	59	77	93	108
1,30							20	38	56	72
	Об’єм повітря, що видаляється з АКБ електроліту, см3

Электролиты нового поколения для литий-металлических аккумуляторов с высокой плотностью энергии

Высокая реакционная способность металлического лития снижает содержание электролита на его поверхности, что приводит к ухудшению характеристик литий-металлических аккумуляторов. Чтобы решить эту проблему, ученые разработали функциональные электролиты и добавки к электролитам для формирования поверхностной защитной пленки, которая влияет на безопасность и эффективность литиевых батарей, но это все еще не было эффективным для предотвращения некоторых серьезных побочных реакций. В текущем исследовании исследователи стабилизировали металлический литий и электролит, разработав электролит так, чтобы он обеспечивал повышенный окислительно-восстановительный потенциал металлического лития, тем самым преуспев в термодинамическом ослаблении реакционной активности металлического лития, что может помочь улучшить характеристики батареи. Авторы и права: Лаборатория Ямада и Китада, факультет инженерии химических систем, Токийский университет

Полученные данные позволяют значительно повысить плотность энергии литиевых батарей.

Группа исследователей обнаружила новый механизм стабилизации литий-металлического электрода и электролита в литий-металлических батареях. Этот новый механизм не зависит от традиционного кинетического подхода. Он может существенно улучшить плотность энергии батареи — количество хранимой энергии по отношению к весу или объему.

Команда опубликовала свои выводы сегодня (27 октября) в журнале Энергия природы .

Литий-металлические батареи представляют собой многообещающую технологию, способную удовлетворить потребности в системах хранения с высокой плотностью энергии. Однако из-за непрекращающегося разложения электролита в этих батареях их кулоновская эффективность мала. Кулоновский КПД, также называемый КПД по току, описывает КПД, с которым электроны передаются в батарее. Таким образом, батарея с высокой кулоновской эффективностью имеет более длительный срок службы батареи.

Повышенная кулоновская эффективность (CE, вертикальная ось) может быть получена при смещении вверх окислительно-восстановительного потенциала металлического лития (ELi/Li+, горизонтальная ось), что снижает термодинамическую движущую силу для восстановления электролита на поверхности металлического лития. На вставке представлены окислительно-восстановительные кривые соединения ферроцена (Fc/Fc+), введенного для оценки изменения окислительно-восстановительного потенциала металлического лития в данных электролитах. Сравнивая окислительно-восстановительный потенциал металлического лития в 74 различных электролитах, исследователи обнаружили корреляцию между окислительно-восстановительным потенциалом и кулоновской эффективностью. Основываясь на этих выводах, несколько электролитов, обеспечивающих высокую кулоновскую эффективность (до 99,4 %), легко развивались. Предоставлено: Лаборатория Ямада и Китада, Департамент инженерии химических систем, Токийский университет,

. «Это первая статья, предлагающая электродный потенциал и связанные с ним структурные особенности в качестве показателей для проектирования электролитов литий-металлических батарей, которые извлекаются путем ввода данных. наука в сочетании с вычислительными расчетами. На основании наших выводов было легко разработано несколько электролитов, обеспечивающих высокую кулоновскую эффективность», — сказал Ацуо Ямада, профессор кафедры инженерии химических систем Токийского университета. Работа команды может открыть новые возможности в разработке электролитов следующего поколения для литий-металлических аккумуляторов.

В литий-ионных батареях ион лития перемещается от положительного электрода к отрицательному через электролит во время зарядки и обратно при разрядке. Внедряя электроды с высокой плотностью энергии, можно улучшить плотность энергии батареи. В этом контексте за последние десятилетия было проведено множество исследований по замене графитового отрицательного электрода на металлический литий. Однако металлический литий обладает высокой реакционной способностью, что восстанавливает электролит на его поверхности. Из-за этого литий-металлический электрод имеет низкую кулоновскую эффективность.

Относительная важность дескрипторов для окислительно-восстановительного потенциала металлического лития была получена с помощью частичного регрессионного анализа методом наименьших квадратов (PLS). Корреляция между предсказанными и наблюдаемыми истинными значениями окислительно-восстановительного потенциала металлического лития хорошо соответствует, что показано на вставке вместе со среднеквадратичной ошибкой (RMSE). Многочисленные данные, относящиеся к структуре раствора и физико-химическим свойствам электролитов, были собраны с помощью вычислительных расчетов MD и DFT, а их влияние на окислительно-восстановительный потенциал металлического лития было количественно проанализировано с помощью регрессионного анализа на основе машинного обучения. Определенный фактор, состояние координации Li+ и аниона FSI-, был выявлен как наиболее важный дескриптор для определения окислительно-восстановительного потенциала металлического лития. Авторы и права: Лаборатория Ямада и Китада, факультет инженерии химических систем, Токийский университет

Чтобы решить эту проблему, ученые разработали функциональные электролиты и добавки к электролитам, образующие защитную пленку на поверхности. Эта межфазная фаза твердого электролита влияет на безопасность и эффективность литиевых батарей. Поверхностная защитная пленка предотвращает прямой контакт между электролитом и литий-металлическим электродом, тем самым кинетически замедляя восстановление электролита. Однако до сих пор ученые не до конца понимали корреляцию между межфазной границей твердого электролита и кулоновской эффективностью.

Ученые знают, что если они улучшат стабильность межфазной фазы твердого электролита, то смогут замедлить разложение электролита и повысить кулоновскую эффективность батареи. Но даже с передовыми технологиями ученым трудно напрямую анализировать межфазную химию твердого электролита. Большинство исследований межфазной границы твердого электролита было проведено с помощью косвенных методологий. Эти исследования предоставляют косвенные доказательства, что затрудняет разработку металлического лития, стабилизирующего электролит, который приводит к высокой кулоновской эффективности.

Исследовательская группа определила, что если бы им удалось увеличить окислительно-восстановительный потенциал металлического лития в определенной электролитной системе, они могли бы уменьшить термодинамическую движущую силу для восстановления электролита и, таким образом, достичь более высокой кулоновской эффективности. Эта стратегия редко применялась при разработке аккумуляторов с металлическим литием. «Термодинамический окислительно-восстановительный потенциал металлического лития, который значительно варьируется в зависимости от электролитов, является простым, но упускаемым из виду фактором, влияющим на характеристики литий-металлического аккумулятора», — сказал Ацуо Ямада.

Команда изучила окислительно-восстановительный потенциал металлического лития в 74 типах электролитов. Исследователи ввели соединение под названием ферроцен во все электролиты в качестве внутреннего стандарта, рекомендованного IUPAC (Международный союз теоретической и прикладной химии) для электродных потенциалов. Команда доказала, что существует корреляция между окислительно-восстановительным потенциалом металлического лития и кулоновской эффективностью. Они получили высокую кулоновскую эффективность с повышенным окислительно-восстановительным потенциалом металлического лития.

Глядя в будущее, цель исследовательской группы — более подробно раскрыть рациональный механизм изменения окислительно-восстановительного потенциала. «Мы разработаем электролит, гарантирующий кулоновскую эффективность более 99,95%. Кулоновский КПД металлического лития составляет менее 99% даже при использовании усовершенствованных электролитов. Однако для коммерциализации аккумуляторов на основе металлического лития требуется не менее 99,95%», — сказал Ацуо Ямада.

Ссылка: «Электродный потенциал влияет на обратимость литий-металлических анодов» Сонджэ Ко, Томохиро Обуката, Татау Шимада, Норио Такенака, Масанобу Накаяма, Ацуо Ямада и Юки Ямада, 27 октября 2022 г., Энергия природы .
DOI: 10.1038/s41560-022-01144-0

Это исследование было проведено в сотрудничестве с Нагойским технологическим институтом.

Финансирование: Программа исследований и разработок передовых низкоуглеродных технологий; Специально продвигаемые исследования для инновационных аккумуляторов следующего поколения Японского агентства по науке и технологиям; Специально продвигаемые исследования JSPS KAKENHI; и Программа Министерства образования, культуры, спорта, науки и технологий: Проект исследования и разработки материалов типа «Создание и использование данных» финансировали это исследование.

Перезаряжаемые литий-металлические батареи с высокой плотностью энергии и длительным жизненным циклом — ScienceDaily

Исследования, проведенные группой Vilas Pol Energy Research (ViPER) Университета Пердью, показывают перспективность разработки перезаряжаемых литий-металлических батарей с высокой плотностью энергии и решения электрохимическая неустойчивость к окислению электролитов на основе эфира.

Исследование было опубликовано в выпуске Nature Communications от 10 февраля, рецензируемого научного журнала с открытым доступом, издаваемого Nature Portfolio. Ведущим автором был Чжэн Ли, аспирант Школы химического машиностроения Дэвидсона.

Основное внимание ViPER Group уделяет разработке и производству материалов большой емкости для более безопасных литий-ионных, литий-серных, натрий-ионных, твердотельных и сверхнизкотемпературных аккумуляторных систем следующего поколения.

«Быстрый рост технологий накопления энергии, направленный на снижение предлагаемых целей по выбросу углерода, и огромный спрос на системы накопления энергии также существуют на рынках бытовой электроники и электромобилей.

Замена обычного графитового анодного материала высокоэнергетическим металлическим литием является очень многообещающим подходом. Однако этот анодный материал «Святой Грааль» страдает от серьезных недостатков, таких как низкая циклируемость и безопасность и т. д.

«С точки зрения фундаментальных исследований новых технологий LMB крайне важно тщательно разработать подходящую химию жидкого электролита, которая работает с многообещающими анодами. и катоды», — сказал Пол.

В своем исследовании исследователи продемонстрировали, что электролит на основе эфира низкой концентрации может успешно выдерживать длительную работу под высоким напряжением (4,3   В) практического LMB в промышленных конфигурациях при использовании сильно неполярного дипропилового эфира в качестве растворителя электролита.

«Основной задачей в этом исследовании является реализация долгосрочного циклирования металлического литиевого анода и высоковольтного катода одновременно с разбавленным электролитом на основе эфира», — сказал Ли. «Простые эфиры обладают плохой устойчивостью к окислению, несмотря на их приемлемую совместимость с литий-металлическим анодом. Таким образом, нашей целью было расширить их возможности при высоких напряжениях. На молекулярном уровне мы подтвердили существенную корреляцию между поведением сольватации разбавленных электролитов на основе эфира и их производительность на высоковольтном положительном электроде».

Корреляции были дополнительно интерпретированы с помощью детального моделирования классической молекулярной динамики (МД) и расчетов теории функционала плотности (DFT) в сочетании с мультимодальным экспериментальным анализом. Было продемонстрировано, что регулирование сольватной структуры электролитов на основе эфира может изменить порядок разложения сольватных частиц и селективно сформировать надежную защиту на поверхности катода.