Какая должна быть плотность в аккумуляторе: Перевірка браузера, будь ласка, зачекайте…

Содержание

какая должна быть зимой и летом, как проверить, как поднять

Плотность электролита в аккумуляторе — важный параметр автомобильных сернокислотных АКБ. От него зависит уровень заряда. В нашей статье подробно рассмотрим какая плотность должна быть зимой и летом, как проверить плотность аккумулятора, а также как поднять плотность электролита.

Содержание:

Какая плотность должна быть в аккумуляторе
Плотность электролита в аккумуляторе зимой
Плотность электролита в аккумуляторе летом
Как проверить плотность аккумулятора
Как поднять плотность в аккумуляторе

Уровень плотности позволяет оценить степень разрядки аккумулятора и его техническое состояние. Если АКБ быстро разряжается, то нужно проверить состояние электролита, протестировав его в каждой из банок.

Какая плотность должна быть в аккумуляторе

Для проверки используется специальный прибор, который называется ареометром. Эталонные показатели получают при температуре воздуха +25°С.

Так как идеальные условия бывают редко, то используется специальная таблица, в которой характеристики плотности скорректированы с учетом погодных условий.

Проверка должна производится регулярно, хотя бы раз в 2 месяца. Естественно, что делается это только на обслуживаемых АКБ.

На таких устройствах имеются специальные выкручивающиеся пробки, сняв, которые можно получить доступ к содержимому каждой банки.

Выкрученная пробка из аккумулятора.

Плотность электролита должна иметь оптимальную плотность, но нужно учитывать также климатическую зону, так как температура окружающего воздуха вносит свои коррективы в показатели.

Так в условиях умеренного климата электролит должен иметь плотность от 1,25 до 1,27 г/куб. см.

Допустимо отклонение от указанного значения не более чем на 0,01 г/куб. см.

В арктической зоне, где зимой обычны морозы порядка -30°C, плотность нужно держать на 0,01 г/куб. см выше, а вот в субтропиках наоборот – на 0,01 г/куб. см ниже.

Оптимальная плотность зимой и летом немного отличаются, что показано на иллюстрации ниже:

Интересной особенностью является то, что при меньшей плотности в аккумуляторе он служит больше, но при этом снижается его емкость.

Также нужно учитывать, что указанные выше значения относятся к заряженной на 100% батарее.

В жизни АКБ имеет зарядку около 80-90%, соответственно, и плотность у электролита будет немного меньшей.

На практике зимой плотность электролита делают чуточку большим, чем нужно для полного заряда. Это делается для того, чтобы при понижениях температуры, которые у нас происходят постоянно, аккумулятор все равно мог стабильно заводить двигатель.

Летом лучше так не делать, так как чем больше плотность, тем больше риск закипания жидкости в батарее.

Внимание! Повышенная плотность электролита ведет к снижению срока эксплуатации АКБ. Однако низкая понижает напряжение и емкость, ухудшает запуск мотора. Лучше всего придерживаться оптимальных рекомендованных значений. Во время морозов плотность можно чуть-чуть повысить, но очень незначительно.

Таблица плотности электролита в аккумуляторе

При составлении таблицы плотности электролита по климатическим зонам руководствуются усредненными среднемесячными температурами в январе.

Для зон с температурами выше -15°C плотность зимой и летом не меняют, используя одну концентрацию кислоты круглый год.

Достаточно следить, чтобы значение не отклонялось от требуемого. А вот в арктических районах плотность требует сезонного изменения, иначе зимой АКБ просто не сможет завести двигатель.

Рекомендуемая плотность электролита в аккумуляторной батарее
Климатические районы	Время года	Плотность электролита, приведенная к 25°C, г/см³
		Заливаемого в аккумулятор	Заряженной батареи	При зарядке батареи на
		Заливаемого в аккумулятор	Заряженной батареи	25%	50%
С резко континентальным климатом и температурой зимой ниже -40°C	Зима	1. 28	1.30	1.26	1.22
Северные с температурой зимой -40°C	Круглый год	1.26	1.28	1.24	1.20
Центральные с температурой до зимой -30°C		1.25	1.27	1.23	1.19
Южные		1.23	1.25	1.21	1.17

Плотность электролита летом и зимой в разных климатических регионах.

Плотность электролита в аккумуляторе зимой

Зимой плотность должна составлять 1,27 г/куб. см. Если в местности январская температура опускается до – 35 градусов, то плотность повышается до 1,28 г/куб. см.

Иначе зимой емкость снизится и запускать автомобиль станет трудно.

Внимание! При падении значения плотности до отметки 1,09 г/куб. см оборачивается тем, что жидкость в банках АКБ замерзает при опускании столбика термометра до – 7°С. Это приводит к разрывам и деформациям корпуса, разрушению пакетов пластин из-за расширения льда.

Когда зимой происходит понижение плотности, это не значит что нужно поднимать концентрацию раствора в банках. Необходимо подзарядить батарею зарядным устройством.

Большинство личных автомобилей используются в основном для поездок на работу, в торговые центры.

Обычно расстояния при этом преодолеваются небольшие, при запуске мотора аккумулятор разряжается, а небольшая дальность поездки не позволяет ему нормально зарядиться, тем более что из-за длительных простоев на улице электролит находится в холодном виде.

Нормальная зарядка происходит только, если электролит теплый. Таким образом, если не подзаряжать регулярно АКБ, то ее уровень заряда будет постепенно уменьшаться вместе с падением плотности.

Поэтому подзарядку при помощи зарядного устройства также нужно делать в отапливаемом помещении.

Оно должно быть нежилым, иметь хорошую вентиляцию. Это важно, так как в процессе зарядки электролит выделяет газ, вредный для здоровья человека.

Внимание! Самому корректировать плотность электролита настоятельно не советуем! Для этого нужен опыт. Кроме того, работать с соляной кислотой опасно, это требует соблюдение техники безопасности. Поэтому самостоятельно можно только долить дистиллированную воду в банки, если ее уровень понизится слишком низко.

Он находится на отметке 1,5 см над верхним краем пластин у легковых автомобилей и 3 см – у грузовиков.

У только что купленной, новой батареи плотность электролита должна быть на уровне 0,15-0,16 г/куб. см.

Внимание! Нельзя пользоваться в мороз сильно разряженным аккумуляторов, это может привести к замерзанию внутри него электролита, что как минимум разрушит пластины. Но могут деформироваться также перегородки между банками или внешний корпус.

В таблице ниже указано при каких плотностях и температурах происходит замерзание электролита.

Плотность электролита, г/куб. см	Температура замерзания, °С
1.10	-8
1.11	-9
1.12	-10
1.13	-12
1.14	-14
1.15	-16
1.16	-18
1.17	-20
1.18	-22
1.19	-25
1.20	-28
1.21	-34
1.22	-40
1.23	-45
1.24	-50
1.25	-54
1.28	-74

Исходя из таблицы легко понять, что АКБ, даже заряженная на все 100%, все равно замерзнет, если температура опустится до -70°С.

Если она разряжена до 40% от номинала, то точка замерзания поднимется до -25°С. Разряд же до 10% емкости приведет к тому, что лед внутри банок появится при -10°С, что довольно немного для нашей страны.

Если ареометра нет, то уровень разреженности батареи проверяют при помощи нагрузочной вилки. При этом показатель напряжения в разных банках не должен отличаться более чем на 0,2 В.

Индикатор нагрузочной вилки показывает, В	Уровень разрядки АКБ, %
1,8–1,7	0
1,7–1,6	25
1,6–1,5	50
1,5–1,4	75
1,4–1,3	100

Внимание! Ставить батарею на подзарядку пора, если зимой она разряжена наполовину, а летом – на 75%.

Плотность электролита в аккумуляторе летом

Если зимой главная проблема АКБ – снижение емкости, то летом – испарение электролита.

Точнее испаряется вода, повышая постепенно концентрацию раствора кислоты. Если не следить за уровнем, то жидкость оголит верх свинцовых пластин.

Доводить до такого состояния нельзя, так как на воздухе они начинают активно разрушаться.

Чтобы в жару концентрация кислоты не повышалась слишком сильно (что вредно для пластин), плотность нередко делают меньше на 0,02 г/куб. см, чем это считается оптимальным. Обычно в теплую погоду это не ухудшает запуск двигателя, зато продлевает срок службы аккумулятора.

Выкипанию воды из электролита способствует то, что в подкапотном пространстве, где расположен двигатель, летом очень жарко.

Крышку капота раскаляет солнце, работающий мотор также сильно нагревается.

При высокой температуре токоотдача повышается и АКБ становится способной легко проворачивать стартер даже в том случае, если плотность электролита находится на уровне всего 1,22 г/куб. см (этот уровень считается минимально допустимым для влажного теплого климата).

При испарении воды происходит снижение уровня жидкости в банках, плотность растет. Как результат ускоряются разрушительные процессы платин.

Поэтому летом нужно проверять уровень электролита хотя бы 1 раз в месяц, а лучше 2 раза и периодически доливать в банки дистиллированную воду.

В противном случае произойдет перезаряд из-за высокой плотности электролита, а пластины подвергнутся ускоренной сульфатации.

Внимание! Увеличенная плотность электролита летом приводит к значительному уменьшению срока эксплуатации аккумуляторной батареи.

Летом зарядка с помощью зарядного устройства требуется редко, но тоже применяется. Однако, если вы достали ЗУ, то заодно проверьте состояние АКБ – измерьте уровень электролита в каждой банке, долейте при необходимости дистиллят.

Хотя выкипает в основном вода, но кислота тоже испаряется. Поэтому постоянное добавление дистиллированной воды в раствор в конце концов приведет к падению концентрации.

Это приводит к невозможности батареей держать заряд, и, соответственно, эксплуатировать ее. Чтобы вернуть работоспособность, плотность электролита нужно будет поднять. Для этого требуется проверить ее уровень.

Как проверить плотность аккумулятора

Рекомендуется проверять значение плотности после пробега 15-20 тысяч километров.

Для этого нужно купить денсиметр – этот прибор легко приобрести в автомагазинах. Он состоит из стеклянной колбы в виде сужающейся к одному концу трубки, на другом конце которой находится резиновая груша. В расширенной части денсиметра помещен поплавок-ареометр.

Для проведения измерения нужно снять пробки с аккумулятора. Узкий конец денсиметра вставляют в банку, погружают в электролит и при помощи сжатия груши набирают внутрь раствор.

Его количество должно быть таким, чтобы ареометр свободно всплыл внутри денсиметра. По совмещения шкал на ареометре и колбе денсиметра определяют точное значение плотности, которое свидетельствует о величине заряда АКБ.

Проверить плотность можно далеко не на всех аккумуляторах. Сейчас на легковом транспорте многие водители предпочитают покупать необслуживаемые модели, у которых нет доступа внутрь банок. Также имеются так называемые малообслуживаемые модели, у которых единственное, что допускается делать – доливать дистиллят.

У таких аккумуляторов плотность определяют с помощью специального индикатора, находящегося на верхней крышке. Он представляет собой цветное окошечко. Если оно зеленого цвета, это значит, что уровень зарядки 65-100%, половинная зарядка или ниже показывается черным цветом, белый или красных колер сигнализирует о необходимости доливки воды.

Индикатор степени зарядки на АКБ.

Уточнить значение цвета на индикаторе всегда можно на маркировке батареи, она размещается всегда.

Внимание! Чтобы узнать, нужно ли проводить корректировку плотности электролита, проверять ее нужно только на полностью заряженной АКБ.

Первым делом нужно проверить уровень и долить при необходимости дистиллированной воды. Затем производит полную зарядку зарядным устройством.

После выключения ЗУ аккумулятору нужно дать постоять часа 2-3, чтобы данные измерения были максимально достоверны.

Чтобы не сделать ошибки, измерьте термометром температуру воздуха в помещении, где производилась зарядка и посмотрите, какая плотность должна быть при такой температуре в таблице.

Теперь можно приступать к процессу проверки. Денсиметром наберите электролит так, чтобы ареометр свободно всплыл.

Он должен спокойно плавать, не соприкасаясь со стенками колбы. Поднимите устройство на уровень глаз и снимите показания, сразу же записав их.

Замеры нужно производить для каждой банки.

Проверка плотности электролита денсиметром.

Руководствуйтесь следующей таблицей определения степени заряженности аккумулятора в зависимости от его плотности:

Температура в помещении, °С	Степень зарядки, %
Температура в помещении, °С	100	70	Разряженный
Более 25	1,21–1,23	1,17–1,19	1,05–1,07
Менее 25	1,27–1,29	1,23–1,25	1,11–1,13

Внимание! Плотность в разных банках на АКБ не должна различаться.

Если в каких-то банках плотность понижена по сравнению с другими ячейками, это значит, что она дефектная и между пластинами имеется короткое замыкание.

Если же показатель низкий во всех элементах, то это говорит, что батарея полностью разряжена, либо произошла сульфатация пластин. Также возможно, аккумулятор просто старый и выработал свои сроки.

Установить точную причину можно тщательной проверкой, при которой помимо плотности также замеряется напряжение на выходах АКБ под нагрузкой и без нее.

Кривая зависимости плотности от напряжения в соответствии с заряженностью.

Слишком высокая плотность в банках – тоже не повод для радости. Это может значить, что электролит кипел при зарядке. При его вскипании плотность повышается.

Измерить степень плотности электролита, чтобы выяснить уровень зарядки батареи, можно без денсиметра и не вытаскивая аккумулятор из посадочного места на автомобиле.

Для проверки потребуется только мультиметр и таблица ниже, в которой указаны соотношения между показателями напряжения и плотностью.

Уровень заряженности аккумулятора, %	Значение плотности электролита, г/куб. см	Напряжение на выводах, батареи В
100	1.28	12.7
80	1.245	12.5
60	1.21	12.3
40	1.175	12.1
20	1.14	11.9
0	1.10	11.7

Внимание! Во всех ячейках батареи плотность должна быть одинаковой. Максимальное отклонение не должно превышать 0,02–0,03 г/куб. см.

Указанное в таблице напряжение действительно для АКБ, выдержанных в покое не меньше 8 часов.

Чтобы восстановить работоспособность аккумулятора, снизившуюся из-за падения концентрации электролита, требуется произвести корректировку уровня плотности.

Для этого отбирается часть электролита из батареи, а вместо него добавляется корректирующий раствор, имеющий плотность 1,4 г/куб. cм.

Если плотность слишком высока, то после отобранный электролит замещается дистиллированной водой.

Затем аккумулятор в течение получаса заряжается при номинальном токе, после чего выдерживается в состоянии покоя на протяжении нескольких часов, чтобы плотность электролита стала одинаковой во всех банках.

Внимание! При проведении всех работ с электролитом нужно соблюдать повышенную осторожность. Рядом должна находится сода и источник проточной воды. Это позволит быстро нейтрализовать кислоту в случае попадания ее на кожу. Вдыхать пары также весьма вредно, поэтому работы проводятся только в хорошо вентилируемом нежилом помещении.

Как поднять плотность в аккумуляторе

Правильно поднять плотность электролита в батарее не так просто, поэтому остановимся на этом вопросе подробно.

Поднимают плотность, если после многократного разбавления дистиллятом, концентрации уже не хватает для нормальной работы аккумулятора зимой.

Также процедуру нужно проводить, если батарея подвергалась несколько раз длительному перезаряду. Снижение скорости цикла заряд-разряд свидетельствует о том, что пора корректировать состав электролита.

Для поднятия плотности используется:

корректировочный электролит с плотностью 1,40 г/куб. см;
концентрированная серная кислота.

Внимание! Непрофессионалам лучше не использовать кислоту, так как малейшая неосторожность может привести к травмам и даже инвалидности.

Для работы понадобятся:

денсиметр;
серный стаканчик со шкалой;
резиновая груша или клизма;
корректирующий электролит;
тара для разведения электролита;
дистиллированная вода.

Алгоритм повышения концентрации раствора выглядит так:

Из банки грушей забираем небольшой объем электролита.
Взамен возвращаем такое же количество корректирующего раствора.
Батарею нужно 30 минут подзарядить зарядным устройством, чтобы произошло смешивание жидкости.
После цикла зарядки АКБ отсоединяют от ЗУ и оставляют в покое, чтобы электролит остыл, плотность стала равномерной во всех банках и вышли пузырьки. Это делается для точности последующего измерения.
Производят контрольный замер, чтобы узнать, нужно ли повторять цикл корректировки.

Внимание! Если значение плотности в отдельных элементах АКБ превышает 0,01 г/куб. см, то аккумулятор нужно еще раз поставить на зарядку при значении тока в 2-3 раза ниже, чем номинальный.

Для вычисления того, сколько воды или концентрированного электролита нужно добавить в батарею, требуется точно знать ее объем.

Состав электролита примерно 40% серной кислоты и 60% воды.

Чтобы было проще изменять концентрацию раствора, воспользуйтесь следующей таблицей:

Таблица корректировки концентрации электролита.

Если вам нужно сделать большую плотность – доливаете корректировочный электролит, если меньшую – дистиллированную воду.

Таблица рассчитана только на применение концентрированного электролита с плотностью 1,40 г/куб. см, а не кислоты.

Плотность электролита в аккумуляторе – важные данные

Падение плотности электролита в аккумуляторе автомобиля – одна из широко известных проблем, с которой нередко сталкиваются автовладельцы. Поэтому мы решили рассмотреть её в деталях. Наша сегодняшняя статья поможет вам узнать, как измерить плотность электролита и каким должен быть его уровень в АКБ.

Во многих случаях снижение плотности электролита связано с обыкновенным испарением раствора. Зачастую такое происходит после закипания жидкости в случае слишком длительной зарядки. Это одна из причин того, что аккумулятор начал быстро разряжаться.

Для того чтобы поддерживать в АКБ необходимое количество жидкости используется дистиллированная вода. Однако далеко не все понимают, что нужно также следить за плотностью электролита. Ведь выкипает не лишь вода, но и электролит. В итоге через определенный промежуток времени его плотность опускается до минимальных значений. Именно в таких случаях автомобилистам приходится узнавать, как повысить плотность аккумулятора. Что же понадобится для восстановления работоспособности автомобильной АКБ?

Полезные рекомендации

Определять плотность электролита рекомендуется при температуре воздуха около 20-22°С.
Придерживайтесь правил безопасности во время использования кислоты (перчатки и очки не помешают точно).
Поскольку плотность воды и электролита отличается, во время разведения последнего помните, что кислоту нужно добавлять в воду. В противном случае ожоги могут быть очень сильными («Химик, запомни как оду — льют кислоту в воду»).
Предварительно подыщите подходящие емкости для замены и разведения электролита.
Аккумулятор нельзя переворачивать вверх дном.
После зарядки АКБ плотность электролита в нём возрастает.
Упомянутые далее действия и показатели плотности электролита актуальны для кислотных аккумуляторов.

Инструменты и материалы

Ареометр (определяет плотность электролита).
Резиновая груша.
Мерная емкость.
Вода дистиллированная.
Кислота для аккумулятора.
Электролит.
Раствор соды пищевой.
Дрель.
Паяльник.

Как определить уровень электролита в аккумуляторе

В жаркое время вода испаряется гораздо быстрее, чем зимой. Поэтому уровень электролита в АКБ автомобиля рекомендуется регулярно проверять именно в теплый период года (идеальный вариант – ежемесячно). Если корпус аккумулятора изготовлен со слегка прозрачного пластика, можно визуально определить приблизительный уровень электролита в банках. Помочь также могут соответствующие метки на корпусе, с помощью которых можно установить, надо ли доливать дистиллированную воду.

Если же корпус далеко не прозрачный, придется открутить пробки и определить уровень с помощью тонкой трубки из стекла. Необходимо опустить трубку в заливное отверстие, чтобы она коснулась верхней сетки пластин, после чего закрыть верхнее её отверстие с помощью пальца и вытащить. Оптимальный уровень электролита аккумулятора должен составлять в пределах 10-15 миллиметров.

Плотность электролита в цифрах

Как поднять плотность в аккумуляторе – два варианта

Если плотность не достигает даже 1.18, необходимо использовать аккумуляторная кислота, поскольку она имеет гораздо более высокую плотность. Все нужно делать в такой же последовательности, как и в случае заливки нового электролита.
В некоторых случаях может понадобиться полная замена электролита. Для этого нужно воспользоваться резиновой грушей и откачать максимальное количество жидкости и полностью закрыть отверстия для вентиляции на банках АКБ. Аккумулятор надо положить на бок и просверлить отверстия, используя сверло на 3-5 миллиметров. Отверстия необходимо сделать в каждой банке. Затем выполняется промывка аккумулятора с помощью дистиллированной воды. В конце отверстия придется запаять, для чего применяют пластмассу, обладающую устойчивостью к воздействию кислоты.

Для этих целей прекрасно подойдут старые пробки банок аккумулятора.

На финальном этапе производим заливку нового электролита. Рекомендуется применять раствор, приготовленный своими силами. Его плотность должна быть немного выше той, которая рекомендована для ваших климатических условий.

Не забывайте, что наши советы о том, как поднять плотность электролита в аккумуляторе, не помогут вам в том случае, если АКБ сильно изношена. Поскольку в автомобильном аккумуляторе протекают определенные химические процессы, даже замена электролита не может обеспечить долгий срок эксплуатации АКБ, которым и отличается новый аккумулятор.

Иногда приходится просто покупать новый аккумулятор, о выборе которого по марке машины написано тут.

Предыдущая запись

Следующая запись

Исследователи сообщают о прогрессе в создании твердотельной литий-воздушной батареи с высокой плотностью энергии -воздушная батарея, которая достигает плотности энергии 685 Втч/кг при комнатной температуре.

Кроме того, они утверждают, что их новая батарея будет недорогой в производстве и более безопасной, чем обычная литий-ионная батарея, поскольку она является твердотельной, то есть не содержит жидкостей, которые могут протечь или загореться. Вот реферат к докладу, опубликованному 2 февраля в журнале Наука (платный доступ).

Литий-воздушная батарея на основе оксида лития (Li2O) теоретически может обеспечивать плотность энергии, сравнимую с плотностью энергии бензина. Образование оксида лития включает четырехэлектронную реакцию, которую труднее осуществить, чем процессы одно- и двухэлектронной реакции, которые приводят к супероксиду лития (LiO2) и пероксиду лития (Li2O2) соответственно.

При использовании композитного полимерного электролита на основе наночастиц Li10GeP2S12, встроенных в полимерную матрицу модифицированного полиэтиленоксида, мы обнаружили, что Li2O является основным продуктом твердотельной литий-воздушной батареи при комнатной температуре. Аккумулятор перезаряжается на 1000 циклов с малым поляризационным зазором и может работать на высоких скоростях. Четырехэлектронная реакция обеспечивается продуктом разряда смешанного ионно-электронного разряда и его границей с воздухом.

Одним из 12 исследователей, занимающихся исследованиями литий-воздушной батареи, является Мохаммад Асади, доцент кафедры химического машиностроения Иллинойского технологического института. В пресс-релизе IIT говорится, что конструкция батареи, созданная Асади и его коллегами, способна хранить один киловатт-час электроэнергии на килограмм — в четыре раза больше, чем текущая технология литий-ионных батарей. Это означало бы трансформацию электрического транспорта, особенно транспортных средств большой грузоподъемности, таких как самолеты, поезда и подводные лодки.

Компания Asadi начала производить батареи с твердым электролитом, которые обеспечивают безопасность и энергоэффективность по сравнению с батареями с жидким электролитом. Он выбрал смесь полимера и керамики, которые являются двумя наиболее распространенными твердыми электролитами, но оба имеют недостатки. Объединив их, Асади обнаружил, что может воспользоваться преимуществами высокой ионной проводимости керамики, а также высокой стабильностью и высокой межфазной связью полимера.

Результат позволяет критической обратимой реакции, которая позволяет батарее функционировать — образование и разложение диоксида лития — происходить с высокой скоростью при комнатной температуре, впервые это стало возможным в литий-воздушной батарее.

«Мы обнаружили, что этот твердотельный электролит обеспечивает около 75 процентов общей плотности энергии. Это говорит нам о том, что есть много возможностей для улучшения, потому что мы считаем, что можем минимизировать эту толщину без ущерба для производительности, и это позволит нам достичь очень и очень высокой плотности энергии», — говорит Асади.

Он говорит, что планирует работать с отраслевыми партнерами, поскольку он движется к оптимизации конструкции батареи и разработке ее для производства. «Эта технология является прорывом, и она открывает большие возможности для вывода этих технологий на рынок», — говорит Асади.

Дешевый, но эффективный твердотельный электролит

Один из основных вкладов авторов заключается в том, что они разработали легкий полимерно-керамический композит, который проводит ионы Li+ примерно в 15 раз лучше при комнатной температуре, чем другие твердые материалы, испытанные до сейчас, говорит The Daily Kos. Другие придумали очень хорошие проводники Li+ для литий-воздушных батарей, но они были сделаны из расплавленных солей, которые являются жидкими и тяжелыми. Им также нужны высокие температуры для эффективной работы, поэтому они не являются ни безопасными, ни недорогими.

Но здесь есть еще одно ключевое достижение, The Daily Kos указывает. В предыдущих литий-воздушных батареях Li2O2 переносит два электрона от лития на каждый кислород, но в этом новом прототипе химическая реакция выглядит следующим образом:

4 Li+ + 4 e- + O2 → 2 Li2O (4 e- на O2)

Одна из ключевых проблем с использованием Li2O при комнатной температуре заключается в том, что переходное состояние — Li2O2 — скорее отдает свои электроны обратно кислороду. Как исследователи предотвращают это, когда кислорода по определению много? Они открыто признают, что еще не до конца понимают процесс, но, по словам 9, он, вероятно, происходит примерно так.0005 Дейли Кос .

Во-первых, электролит является настолько хорошим проводником Li+, что позволяет избытку Li+ быстро перемещаться, тогда как раньше Li+ просто не мог проходить через электролит достаточно быстро, чтобы не отставать.

Во-вторых, продукты, которые формируются первыми, LiO2 и Li2O2, по-видимому, образуют покрытие на поверхности материала катализатора, которое все еще проводит ионы, но не пропускает кислород, поэтому Li2O2 может далее преобразовываться в Li2O без помех со стороны кислород. LiO2 и Li2O2 образуются в течение примерно 15 минут разрядки аккумулятора. После этого это все Li2O, пока батарея не разрядится.

Одним из самых больших преимуществ катализатора, разработанного исследователями для катода, является то, что он сделан из фосфида молибдена, который широко распространен и недорог. Таким образом, они не только изготовили отличный твердотельный проводник из Li+, но и сделали недорогой катализатор, способный стимулировать прямые и обратные реакции с кислородом, поэтому систему можно перезаряжать. Они протестировали свою новую литий-воздушную батарею в течение 1000 циклов и отметили очень незначительное падение производительности.

Результатом всего этого является то, что у нас может быть основа для сверхэффективных автомобильных аккумуляторов и для хранения возобновляемой энергии — и все из-за материала, через который ионы лития проникают при комнатной температуре.

The Takeaway

Как и в случае со всеми новостями о достижениях в области аккумуляторов в лаборатории, мы должны относиться скептически до тех пор, пока не будут проведены дополнительные испытания и не будет доступно больше данных. Обычно путь от лаборатории до производства занимает пять и более лет. При этом сама мысль о батарее, которая имеет плотность энергии, приближающуюся к плотности энергии бензина, является поводом для празднования. Если это правда, это продвинет движение «электрифицировать все» на один гигантский шаг вперед. Этого достаточно, чтобы заставить даже самых циничных из нас немного взволноваться литий-воздушными батареями.

Подпишитесь на ежедневные обновления новостей от CleanTechnica по электронной почте. Или следите за нами в Новостях Google!

У вас есть совет для CleanTechnica, вы хотите разместить рекламу или хотите предложить гостя для нашего подкаста CleanTech Talk? Свяжитесь с нами здесь.

Разумное инвестирование в бум электромобилей и экологически чистых технологий

Я не люблю платный доступ. Вам не нравится платный доступ. Кто любит платный доступ? Здесь, в CleanTechnica, мы на какое-то время внедрили ограниченный платный доступ, но он всегда казался неправильным — и всегда было сложно решить, что мы должны оставить там. Теоретически ваш самый эксклюзивный и лучший контент находится за платным доступом. Но тогда его читает меньше людей! Нам просто не нравится платный доступ, поэтому мы решили отказаться от своего. К сожалению, медийный бизнес по-прежнему остается жестоким и беспощадным бизнесом с крошечной маржой. Оставаться над водой или даже, возможно, — вздох — расти — это бесконечная олимпийская задача. Так …

Если вам нравится то, что мы делаем, и вы хотите поддержать нас, пожалуйста, вносите небольшую сумму ежемесячно через PayPal или Patreon, чтобы помочь нашей команде делать то, что мы делаем! Спасибо!

В этой статье:химия аккумуляторов, Литий-воздушные

Стив пишет о взаимосвязи между технологиями и устойчивостью из своего дома во Флориде или из любого другого места, куда его может привести Сила. Он гордится тем, что «проснулся», и ему наплевать, почему стекло разбилось. Он страстно верит в то, что Сократ сказал 3000 лет назад: «Секрет перемен заключается в том, чтобы сосредоточить всю свою энергию не на борьбе со старым, а на создании нового».

ViPER — Research

Литий-ионный аккумулятор

Обычные литий-ионные аккумуляторы состоят из графитового анода и катода из оксида лития-переходного металла. Во время фазы заряда ионы лития внедряются между отдельными графеновыми слоями графита с образованием гексакарбида лития (LiC ₆). Во время фазы разряда ионы лития вводятся в катод. Перезаряжаемые литий-ионные батареи сегодня широко используются в области электрохимического накопления энергии из-за их высокой плотности энергии и широкого спектра применений в портативных электронных устройствах, имплантируемых медицинских устройствах и электромобилях. Несмотря на эти преимущества, литий-ионным батареям не хватает высокой удельной мощности (т. е. производительности), что является критически важным для многих коммерческих приложений. Одной из основных задач является получение превосходных характеристик производительности при сохранении длительного срока службы и безопасности. Электронная и ионная проводимости большинства электродных материалов недостаточны для достижения высоких скоростей. Использование графитовых анодов с теоретической емкостью 372 мАч/г является одним из критических факторов, ограничивающих производительность и безопасность литий-ионных аккумуляторов текущего поколения. Другой проблемой безопасности является использование легковоспламеняющихся растворов органических электролитов.

Цели данного исследования включают:

Разработка новых методов синтеза наноструктурированных электродных материалов большой емкости
Повышение безопасности и срока службы за счет изготовления новых архитектур электродов и электролитов
Синтез органо-неорганических гибридных электродов с превосходными электрохимическими характеристиками

Нашей общей целью при исследовании литий-ионных аккумуляторов является преодоление упомянутых выше недостатков за счет создания наноструктурированных электродных материалов и гибридных электролитов.

Литий-серная батарея

В последние годы возрос интерес к вторичной литий-серной (Li-S) батарее, поскольку присутствие серы в качестве активного материала позволяет катоду удерживать большее количество энергии на единицу массы. активного материала. Это приводит к тому, что Li-S предлагает максимальную теоретическую емкость 1675 мАч/г и высокую теоретическую плотность энергии 2600 Втч/кг, самые высокие расчетные значения среди твердофазных элементов. Для сравнения, коммерческие литий-ионные батареи демонстрируют теоретическую плотность энергии 570 Втч/кг для систем на основе оксида лития-кобальта и 180 Втч/кг для систем на основе оксида лития-марганца. Li-S также предлагает различные преимущества в плане безопасности, доступности и финансовых преимуществ. Однако основной проблемой Li-S аккумуляторов является полисульфидный челночный эффект, при котором самопроизвольное образование полисульфидов снижает производительность Li-S. Во время первого разрядного цикла частицы серы принимают электроны и реагируют со свободными ионами лития в электролите с образованием полисульфидов лития, которые растворяются в большинстве органических электролитов, похищают пригодный для использования литий из системы, что наблюдается при электрохимических испытаниях в виде быстрого снижения емкости и непрерывного саморазряд элемента при хранении. Наиболее широко изученный и, возможно, самый многообещающий подход к Li-S заключается в реализации новой трехмерной композитной архитектуры углерод-сера на катоде. Этот подход лучше всего улучшает разрядную емкость, способность к циклированию и эффективность Колумба за счет значительного уменьшения эффекта челнока и увеличения чистой проводящей способности. Основное внимание в нашей работе уделяется разработке масштабируемых, экологически безопасных и эффективных методов синтеза, а также пористых углеродно-серных композитов, соответствующих практическим литий-серным батареям. Эта работа также включает оптимизацию методов синтеза, а также совместимых электролитных систем.

Натрий-ионная батарея

По оценкам, к 2040 году мировое производство энергии вырастет примерно до 49 триллионов киловатт-часов; беспрецедентный рост почти вдвое по сравнению с текущим размером. Этот прогноз ставит впечатляющую задачу по сбору и хранению этого огромного ресурса как эффективно, так и действенно. Крупномасштабные системы накопления энергии (ESS), включая насосные гидроаккумуляторы, сжатый воздух, маховики и электрохимические батареи, являются многообещающими кандидатами для удовлетворения таких экстремальных требований. В частности, электрохимические батареи завоевывают популярность благодаря своей гибкости при выравнивании нагрузки, высокой эффективности преобразования энергии и простоте обслуживания. В настоящее время доступны три коммерчески доступных электрохимических ЭЭС: свинцово-кислотный, натрий-серный (Na-S) и литий-ионный (Li-ion), но каждая система демонстрирует определенный уровень инвалидности. Свинцово-кислотная химия страдает от низкой плотности энергии и короткого срока службы. Химия Na-S требует чрезмерно высоких рабочих температур около 300°C и легко подвержена коррозии. Литий-ионная химия требует высоких затрат на внедрение и чувствительна к колебаниям температуры. Таким образом, улучшение существующих конструкций ESS может обеспечить превосходную функциональность сети, снизить эксплуатационные расходы, сократить инвестиции в инфраструктуру и повысить уровень надежности.

Популярным решением для ESS нового поколения является система с ионами натрия (Na-ion). Химия ионов Na привлекательна по следующим причинам:

Натрий является четвертым наиболее встречающимся в природе элементом, содержание которого в 1000 раз превышает содержание лития
Восстановительный потенциал металлического натрия (-2,7109 В) приблизительно равен потенциалу металлического лития (-3,045 В)
Прекурсор металлического натрия (трона: 165 долларов США за тонну) в 30 раз дешевле литиевого аналога (карбонат лития: 5000 долларов США за тонну)
Диапазон рабочих температур для химии ионов натрия близок к температуре окружающей среды

Несмотря на эти практические преимущества, химия ионов Na сопряжена с рядом проблем:

Ионы натрия испытывают кинетику медленной диффузии
Большинство анодных материалов большой емкости испытывают значительное объемное расширение и структурное измельчение при циклировании
В химии ионов Na в настоящее время отсутствует подходящая оптимизированная система электролитов, которая создает стабильную промежуточную прослойку вторичного электролита (SEI)

Эти проблемы могут быть связаны с большим размером катиона натрия, радиус которого на 0,26 Å больше, чем у катиона лития с радиусом 0,76 Å. Это эквивалентно увеличению размера катиона на 140 %.

Наша цель при разработке натрий-ионных аккумуляторов — разработать эффективные, высокоэффективные электродные материалы, отличающиеся долговечностью; высокая безопасность; и простые, экономичные процессы синтеза. Дальнейшее развитие анодных материалов с ионами натрия включает композиционные материалы с оксидами и сплавами металлов; твердые угли; а также микро- и нанокомпозиты с уникальной морфологией.

Калийно-ионная батарея

Из-за высокой стоимости и дефицита лития поиск альтернативных металл-ионных батарей для более дешевого хранения энергии становится все более важным. Недавно было показано, что ионы калия обратимо интеркалируют в графит, стандартный анод для литий-ионных аккумуляторов, несмотря на неспособность ионов натрия сделать это. Высокая теоретическая емкость 279 мАч/г и плато напряжения при 0,2 В являются многообещающими, но объемные ионы калия ограничивают характеристики при высоких токах. Наша лаборатория заинтересована в изучении новых электродных материалов и наноструктур для K-ионных аккумуляторов. В частности, мы экспериментируем с углеродными структурами, такими как графен, нанотрубки, нановолокна и аморфный углерод, полученный из биомассы, которые могут приспособиться к большому изменению объема (50%) введения калия. Кроме того, уменьшенные диффузионные расстояния и улучшенный контакт с электролитом обеспечивают более высокие характеристики производительности и циклируемости по сравнению со стандартным графитовым материалом. Помимо углеродистых материалов, мы изучаем новые двумерные структуры, такие как Mxenes и MoS 9.0096 2 , для электрохимических характеристик и понимания механизмов в системе K-ion. Мы также изучаем безопасность K-ion батарей с точки зрения экзотермических реакций и теплового разгона. Исследуется неизвестная природа образования межфазной фазы твердого электролита в системе K-ion и ее роль в безопасности аккумуляторов, а также состав электролита.

Твердотельные батареи

Твердотельные батареи (SSB) считаются ключевым решением для технологий хранения энергии следующего поколения. Замена легковоспламеняющегося жидкого электролита твердотельными ионными проводниками также делает его подходящим для достижения повышенной плотности энергии за счет сопряжения с литий-металлическим анодом. Однако значительно высокий импеданс на границе раздела твердое тело-твердое из-за плохого контакта между электродом и частицами электролита приводит к плохой работе при комнатной температуре и высокой скорости заряда-разряда. Это гарантирует адаптированный интерфейс, подходящий для благоприятных механизмов переноса заряда, что позволяет использовать SSB с высокой плотностью энергии. Следовательно, в центре внимания нашей группы ViPER находится минимизация межфазного импеданса в SSB для повышения производительности.

Литий-ионные проводники на основе граната будут выбраны в качестве базовой модельной системы из-за их высокой литий-ионной проводимости (~10 ^-4 — 10 ^-3 См/см), термической и электрохимической стабильности с металлическим литиевым анодом. и высоковольтные катоды. Легированный танталом LLZO (Li _6,4 La ₃ Zr _1,4 Ta _0,6 O ₁₂) имеет самую высокую литий-ионную проводимость ~ 10 ^-3 См/см при комнатной температуре LZO. Разработка гибридного электролита LLZO, легированного Ta, с ионно-литиевыми проводящими полимерами считается новой стратегией улучшения межфазных контактов. Синергетический эффект высокой ионной проводимости LLZO и гибкости полимеров делает гибридные электролиты многообещающей стратегией улучшения характеристик SSB. Группа ViPER занимается разработкой SSB, состоящих из химически адаптированного металлического литий-анодного электрода с минимальным межфазным сопротивлением и литий-интеркаляционного катода (Li-NMC) с улучшенными адгезионными свойствами с гранатом, которые могут обеспечивать удельную энергию >350 Втч·кг ^-1 с сохранением емкости на 80 % после 1000 циклов заряда-разряда при скорости C/3.

Низкотемпературные аккумуляторы

Одной из наиболее важных и нерешенных проблем в области литий-ионных аккумуляторов (LIB) является ограниченный диапазон рабочих температур, в котором они могут эффективно работать. Это ограничение создает серьезную проблему для современных приложений, поскольку растет спрос на батареи, которые могут работать при температуре ниже -40 ° C в космических приложениях, автономных подводных аппаратах (AUV), разведке недр в поисках нефти / газа, высотных беспилотных летательных аппаратах, электромобилях. и портативные устройства. Пример этого можно найти в цилиндрических элементах Panasonic 18650, которые дают плотность энергии 100 Втч/л при 25°C, а при -40°C дают только 5 Втч/л.

Чтобы преодолеть это ограничение, необходимо решить четыре основные проблемы, связанные с работой LIB при экстремальных температурах!

Малая длина диффузии ионов лития внутри электродов
Пониженная проводимость ионов лития в электролите
Литиевое покрытие из-за поляризации анода
Повышенное сопротивление переносу заряда на границе электрод-электролит

Из четырех текущих проблем три могут быть напрямую связаны с электролитом, 2-4, причем последняя проблема связана со стадией ограничения скорости при отрицательных температурах.

Разное