Расчет емкости аккумуляторной батареи

При расчете системы автономного электроснабжения очень важно правильно выбрать емкость аккумуляторной батареи (АКБ).

Для предварительного расчета Вы можете руководствоваться следующими простыми правилами.

емкость, которую должна выдавать АКБ, рассчитывается исходя из количества электроэнергии в Вт*ч, потребляемого от АКБ в режиме разряда.

Допустим емкость 1 АКБ 100 АЧ, и вольтаж 12 В. Соответственно полная емкость составит 100 АЧ *12 В=1200 Вт*ч. Беда в том, что если разрядить такой АКБ на 100% он выйдет из строя. Поэтому нужно оставлять 30% емкости. Соответствено 100 АЧ * 12 В * 0.7=840 Вт*ч

Если батарей несколько — то количество энергии в них складывается.

в общем случае нужно руководствоваться следующими параметрами: допустимая глубина разряда не должна превышать 30-40% для герметичных необслуживаемых батарей, и не более 50% для стартерных батарей. При циклических режимах работы аккумулятора нужно применять гелевые аккумуляторы или специальные аккумуляторы с жидким электролитом.

При буферном режиме работы (т.е. если основное время аккумуляторы находятся в заряженном состоянии и иногда, при пропадании электрической сети, отдают свою энергию) можно применять аккумуляторы AGM. Необходимо учитывать, что степень заряда аккумулятора не зависит жестко от его напряжения. При быстром разряде большими токами допускается более низкое конечное напряжение батарей (до 9,8В), а если аккумулятор разряжается малым током длительное время, то он может быть разряжен на 100% даже при напряжении на нем более 11,5В.

емкость АКБ понижается с понижением температуры Гелевые аккумуляторы меньше теряют емкость при понижении температуры, AGM и стартерные обычно имеют емкость в 2 раза ниже номинальной уже при 0°C и при дальнейшем понижении температуры их полезная емкость резко падает.

срок службы АБ понижается при увеличении температуры окружающей среды выше 25 °C.

Иногда, информация о том до какого напряжения проседает АКБ при разряде разными токами указывает производитель в пасспорте на аккумулятор.

 

 

Предположим, что нам нужно обеспечить работу прибора мощностью 2000 Вт в течении 5 часов — т.е. его потребление будет 10000Вт*ч. и  для этого  мы хотим использовать  аккумуляторы на рабочее напряжение 12В и емкостью 100 АЧ. 

Давайте рассчитаем  сколько таких АКБ нам потребуется.

 

 Количество запасенной энергии у заряженного аккумулятора будет равно:

 

P=RxV=100Ачx12В=1200 Вт.ч

 

Такое количество энергии можно получить при полном разряде полностью заряженного аккумулятора. Но, аккумуляторы могут быть и не полностью заряженными. Кроме того, глубокий полный разряд после небольшого количества циклов заряд-разряд, быстро выведет аккумуляторы из строя. Например, обычный хороший аккумулятор при разряде на 30 % его емкости и последующей сразу после разряда зарядке способен выдержать 1000 таких циклов. Если при разряде отобрать 70% емкости, то количество циклов уменьшится примерно до 200.

Поэтому, при расчетах нужно вводить коэффициент, который учитывает глубину разряда.

 

Извлекаемое количество энергии в АКБ равно

 

P=RxVxk

 

P=100Ачx12Вx0.7

 

Соответственно, для определения емкости нужно количество потребляемой энергии разделить на напряжение аккумулятора умноженное на коэффициент емкости.

 

Тогда формула определения необходимой емкости будет иметь такой вид:

 

E=Q / (V x k)

 

Где Е — необходимая общая емкость аккумуляторов в Ач;

 

Q- количество энергии, которую нужно получить от аккумуляторов в Вт.ч;

 

V-напряжение каждого из аккумуляторов;

 

k-коэффициент использования емкости, учитывающий, какую часть энергии всех используемых аккумуляторов можно реально использовать потребителям.

 

Разобравшись с теорией, можно определить необходимую емкость аккумуляторов по заданным параметрам.

 Для того чтобы определить, какую емкость можно отобрать от аккумуляторов, чтобы получить электрическую энергию в количестве 10000 Вт. ч, делим это количество энергии на рабочее напряжение каждого аккумулятора равное 12В. В результате получаем, что надо отобрать 833 А.ч от имеющейся емкости аккумуляторов. Если применить коэффициент емкости равный 0, 7 , учитывающий то обстоятельство , что недопустимо часто полностью разряжать кислотные аккумуляторы, то получаем значение необходимой установленной емкости аккумуляторов равное 1190 Ач.

 

E=10000Вт.ч/(12Вх07)=1190 Ач

 

Поскольку мы в нашем примере хотели использовать АКБ 100 Ач, то в этом случае необходимо будет 12 АКБ  такой емкости.

 

← Какой аккумулятор выбрать гелевый или AGM? Преимущества и недостатки  | 

В МИРЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ | Наука и жизнь

Самый распространенный среди химических источников электрического тока свинцовый или кислотный аккумулятор (в переводе с латинского — «накопитель», «собиратель») представляет собой усовершенствованный гальванический элемент, который изобрел в 1859 году французский физик Гастон Планте. Первые аккумуляторы практически сразу нашли применение на «потаенных» судах — подводных лодках. Позже лидерство захватили автомобильные аккумуляторные батареи. Они накапливают электрическую энергию и отдают ее стартеру в момент пуска двигателя, а затем заряжаются от работающего генератора. Уже 100 лет с помощью аккумулятора заводят практически все автотранспортные средства, и серьезной замены ему пока не придумали.

Элемент (банка) аккумуляторной батареи с пластинами без сепараторов.

Аккумуляторная батарея 6СТ-55.

Если аккумулятор «сел», его можно подзарядить от исправной аккумуляторной батареи другого автомобиля, использовав «прикуриватель» — два провода с зажимами-«крокодилами».

Неисправные элементы батареи «выключают», закорачивая их выводы медным или латунным шунтом.

‹

›

Открыть в полном размере

Механизмы зарядки и разрядки

Чтобы получить источник тока с выходным напряжением 6 или 12 В, нужно последовательно соединить в батарею три или шесть элементов напряжением 2 В.

В каждом таком аккумуляторе, который автомобилисты называют «банкой», находятся собранные в пакеты положительные и отрицательные электроды. Роль положительных электродов — анодов выполняют решетчатые свинцовые пластины, в которые вмазана активная масса — паста из двуокиси свинца, а отрицательных — катодов такие же пластины, но покрытые слоем губчатого свинца. Электролитом служит разбавленная серная кислота. Когда ею заполняют банки аккумуляторной батареи, между пластинами возникает разность потенциалов.

Если к электродам приложить напряжение, несколько превышающее разность потенциалов, в батарее начинается химическая реакция, в результате которой на аноде осаждается оксид свинца, а в электролите увеличивается концентрация серной кислоты. Плотность электролита и его удельный вес возрастают, и аккумулятор заряжается. Когда же аккумулятор отдает ток стартеру, электрохимические процессы в батарее идут в обратном направлении. Количество воды в электролите увеличивается, концентрация серной кислоты и соответственно ее плотность снижаются, и аккумулятор разряжается.

Чтобы анодная и катодная пластины не соприкасались и не замыкались, между ними помещают водопроницаемые пластиковые сепараторы. В последние годы их стали делать в виде конвертов, запаянных снизу. Это связано с тем, что со временем активная масса с анода и катода осыпается, скапливается на дне аккумулятора, и, когда ее уровень достигает нижнего края пластин, тоже может произойти замыкание. С пакетированными сепараторами замыкание пластин исключено.

Важнейшая характеристика аккумуляторной батареи — ее емкость. Это то количество электричества, которое полностью заряженный аккумулятор может отдать при непрерывном электрическом разряде. Емкость измеряется в ампер-часах. Другая характеристика — плотность электролита, в зависимости от типа батареи и условий, в которых она работает, может находиться в пределах 1,18-1,29 г/см

3. Эта величина выбрана не случайно: при температуре 20^оС раствор серной кислоты с такой плотностью обладает наибольшей удельной электропроводностью.

Режимы зарядки

Аккумулятор можно заряжать либо при постоянной величине тока, либо при постоянной величине напряжения практически от любого источника постоянного тока при условии, что его напряжение выше, чем у батареи. Большинство бытовых зарядных устройств предназначено для работы в режиме неизменного напряжения, который позволяет реанимировать почти «мертвый» аккумулятор.

Для быстрой зарядки аккумулятора можно воспользоваться так называемым законом ампер-часов. Батарею заряжают током, численно равным 95 % емкости, которой не хватает до полной зарядки. Чтобы это соотношение сохранялось, силу тока постепенно снижают. Таким способом можно восстановить до 90% емкости почти полностью «посаженного» аккумулятора за 2,5-3 часа. Но лучше не доводить батарею до полного разряда и заряжать ее обычным способом по инструкции к зарядному устройству и аккумулятору.

Аккумулятор рекомендуется подзаряжать раз в полгода. Если вы постоянно пользуетесь машиной зимой, то эту процедуру надо проводить ежемесячно, поскольку во время езды на малых скоростях, да еще с часто работающими фарами, печкой и другими электроприборами аккумулятор почти не заряжается.

И еще. При значительном понижении температуры вязкость электролита возрастает в несколько раз, а электропроводность падает, уменьшается и эффективная емкость батареи. Из-за этого завести машину на морозе бывает очень трудно. Выход один: нужно не оставлять в ней аккумулятор надолго, а держать его в теплом месте.

Если аккумулятор неожиданно разрядился или, как говорят автомобилисты, «сел», его можно зарядить от другого аккумулятора, используя «прикуриватель» — специальные провода с зажимами-«крокодилами» (см. схему на стр. 33). Внезапный отказ аккумулятора может быть связан с замыканием пластин внутри корпуса или с коротким замыканием во внешней цепи.

Хранить так, чтобы сохранить

Главное условие хранения аккумуляторной батареи — ее герметичность. В сухозаряженных аккумуляторах нарушение герметичности приводит к окислению и разрядке пластин. Батареи с мастичной заливкой хранят при температуре от — 40 до +60 ⁰С. При более низкой температуре мастика может растрескаться, при более высокой — расплавиться. Батареи в пластиковом корпусе боятся только сильного мороза (ниже -50 градусов). Если аккумулятор в «сухом» состоянии хранился больше года, то после заливки электролита он должен сутки постоять, а потом его следует подзарядить.

Батареи, залитые электролитом, хранить долго не следует, они могут саморазряжаться, причем этот процесс идет тем интенсивнее, чем выше температура электролита. Срок их хранения при комнатной температуре — не больше 9 месяцев. Зарядку батареи легко проверить с помощью тестера: напряжение на полюсных выводах не должно быть ниже 12,5 В.

За состоянием аккумулятора и всей бортовой электросети удобнее всего следить по показаниям вольтметра. Если штатного вольтметра в машине нет, его стоит установить. Сделать это совсем не сложно. При правильной эксплуатации и соблюдении рекомендаций по хранению аккумуляторы служат 3-5 лет.

Аккумуляторы хорошие и разные

Аккумуляторные батареи бывают сухозаряженные — без электролита, а также залитые заряженные. В последнее время получают все большее распространение так называемые необслуживаемые батареи. Они отличаются увеличенным объемом электролита, особой конструкцией электродов и сепараторов, и это позволяет реже доливать в них дистиллированную воду.

Не так давно в арсенале автомобилистов появились щелочные аккумуляторы. Электролитом в них служит раствор едкого калия в дистиллированной воде или в обычной кипяченой воде — в этом, кстати, одно из их преимуществ. Плотность электролита практически не зависит от степени заряженности батареи и должна поддерживаться равной 1,25 г/см³ при температуре 25^оС. Щелочные аккумуляторы неприхотливы в эксплуатации, долговечны (срок службы до 10 лет), малочувствительны к перезаряду и недозаряду. Временно снятую с автомобиля щелочную батарею рекомендуется хранить в разряженном состоянии.

Сейчас уже почти не выпускают батареи в эбонитовых корпусах с отдельными крышками для каждого аккумулятора. Они тяжелые и непрочные, но имеют одно важное преимущество: когда выходит из строя одна банка, нет необходимости выбрасывать всю батарею, достаточно заменить неисправный элемент.

Корпуса современных батарей делают, как правило, из полипропилена. Этот материал не только легок и прочен, но и почти прозрачен. Уровень электролита в полипропиленовом корпусе виден снаружи. Тоководы, соединяющие секции батареи, находятся внутри корпуса. Благодаря этому значительно снижается риск замыкания аккумулятора на массу автомобиля.

Крышки аккумуляторов в современных батареях закрывают сверху общей панелью, которая защищает их от грязи и не дает брызгам электролита попасть через вентиляционные отверстия наружу.

Не ошибиться в выборе

Всего несколько лет назад среди автомобилистов бытовало мнение, что, чем больше емкость аккумулятора, тем легче завести мотор на сильном морозе. Некоторые автолюбители даже ставили на свою легковую машину аккумулятор от грузовика. Делать этого не следует. Батареи большой емкости не только тяжелее «родных», они еще и перегружают генератор. И вот почему. При работающем двигателе аккумулятор начинает заряжаться от бортовой сети, а в ней источником тока служит генератор, рассчитанный на вполне определенную суммарную мощность потребителей. Зарядка аккумулятора вдвое большей емкости, чем штатный, ему часто не под силу. Отсюда первый совет: нужно покупать только такой аккумулятор, емкость которого соответствует указанной в техническом паспорте машины.

Совет второй. Нужно учитывать размеры аккумулятора и способ его крепления. Слишком большой аккумулятор на отведенном ему месте просто не поместится, а слишком маленький будет трудно закрепить. Аккумуляторы закрепляют в гнезде в основном двумя способами: либо верхней прижимной планкой или уголком («Нива», «Ока», «Москвич», «Волга» и многие другие модели), либо специальной фигурной пластиной, которая зацепляет батарею за отбортовку в нижней части корпуса (некоторые модели «Жигулей» и большинство иномарок).

В-третьих, очень важно знать расположение и тип полюсных выводов. «Плюсовой» вывод на крышке батареи может быть и справа, и слева. Надо, чтобы довольно короткие провода с клеммами в машине до него дотянулись. Если не обратить на это внимания при покупке, возможно, придется менять батарею или наращивать штатные кабели электропроводки. И то, и другое нежелательно. Наиболее часто у нас встречаются батареи с выводами конической формы, реже — с отверстиями под болты или с резьбой на выводах (их производят в Америке).

Батареи известных европейских фирм, таких, как «Varta», «Hоppenergy», «Prestolite» и другие, надежны и долговечны. В них используется только стандартный аккумуляторный свинец установленного образца, да и за качеством все производители следят строго. Импортные аккумуляторы продаются, как правило, уже залитые электролитом и заряженные. Отечественные батареи, например пользующаяся хорошей репутацией продукция Подольского и Тюменского аккумуляторных заводов, выпускаются в основном сухозаряженными. В них нужно заливать электролит перед тем, как поставить на машину.

Большинство европейских и азиатских фирм руководствуются немецким стандартом «DIN 43539», согласно которому батареи характеризуются номинальной емкостью C_Din и током стартерного разряда I_Din, и это указывается в их маркировке. Американские батареи подчиняются требованиям стандарта США «SAE». В их обозначении указываются два других параметра: резервная емкость C_sae и ток холодной прокрутки I_sae. Пересчет американского стандарта в европейский может производиться по формулам: I_SAE = 1,87 I_PIN или I_PIN = 0,5351 I_SAE.

Несмотря на огромный выбор батарей иностранного производства, специалисты советуют владельцам российских машин и подержанных иномарок покупать отечественные аккумуляторы в пластиковом корпусе и с пакетированными пластинами. Они существенно дешевле импортных, но по качеству им практически не уступают и лучше выдерживают российские условия эксплуатации.

В маркировке отечественных аккумуляторов первой цифрой обозначается количество элементов в батарее. Например, в аккумуляторе 3СТ-55ЭМ — три элемента по 2 В, значит, он выдает напряжение 6 В, а в аккумуляторе 6СТ-55ТМ — шесть элементов, и его напряжение 12 В. Далее за цифрой следуют две буквы: «С» означает, что аккумулятор свинцовый, «Т» — характеризует функциональное назначение батареи и говорит о том, что она стартерная. На четвертом месте в обозначении стоит номинальная емкость батареи в ампер-часах при 20-часовом режиме разряда. Далее идут цифры или буквы, дающие дополнительные сведения о батарее: «А» — пластмассовый корпус с общей крышкой, «З» — залитая электролитом и заряженная, «Л» — необслуживаемая, «Э» — корпус из эбонита, «Т» — корпус из наполненного полиэтилена, «М» — сепараторы из поливинилхлорида типа мипласта, «Р» — сепараторы из мипора, «Ф» — холодостойкая мастика.

Аккумуляторные батареи практически неремонтопригодны. Заменять в них пластины на новые хлопотно и экономически невыгодно. В том случае, если неисправны один или два соседних элемента, можно аккумулятор «укоротить» и использовать оставшиеся работоспособные банки как источник тока для других электроприборов.

Вышедшие из строя аккумуляторы отправляют на специализированные предприятия, где из них удаляют свинец, а сами батареи утилизируют. Так происходит далеко не везде. В нашей стране в переработку попадают аккумуляторные батареи только с автотранспортных предприятий. Автолюбители, как правило, выбрасывают аккумуляторы на помойку, не думая о том, что в конце концов токсичный свинец попадет в землю. В больших городах, где автомобильный парк насчитывает тысячи и даже миллионы машин, это стало одной из серьезных экологических проблем, и решать ее надо безотлагательно.

См. в номере на ту же тему

А. НИЗОВЦЕВ — Укороченный аккумулятор: зачем он нужен?

Страница ошибки

• ДОМ
• Страница ошибки

Страница ошибки

404 Страница не найдена

К сожалению, страница, которую вы ищете, не существует. Вернитесь на главную страницу.

Рынок информационных и коммуникационных технологий

• Рынок мобильных и телекоммуникационных услуг
• Рынок информационной безопасности
• Рынок аналитики
• Рынок программного обеспечения и услуг
• Центр обработки данных и сетевой рынок
• Рынок цифровизации и Интернета вещей (IoT)
• Рынок облачных вычислений
• Рынок искусственного интеллекта (ИИ)
• Рынок интеллектуальной инфраструктуры

Рынок полупроводников и электроники

• Рынок датчиков и средств управления
• Рынок полупроводниковых материалов и компонентов
• Рынок электронных систем и компонентов
• Рынок технологий отображения
• Рынок светодиодов и светотехники (оптоэлектроника)
• Рынок безопасности и наблюдения
• Рынок технологий связи и связи
• Интернет вещей (IoT) и рынок M2M
• Рынок аккумуляторов и беспроводной зарядки
• Рынок информационных систем и аналитики

Рынок медицинских изделий

• Рынок диагностической визуализации
• Рынок устройств для доставки лекарств
• Рынок стоматологических устройств
• Малоинвазивная/неинвазивная хирургия Рынок
• Биоимплантаты, рынок нейростимуляции
• Терапевтический рынок
• Рынок сердечно-сосудистых устройств
• Рынок диагностики in-vitro

Рынок химикатов

• Рынок химикатов специального назначения
• Покрытия Клеи Герметики и эластомеры Рынок
• Зеленый рынок биохимии
• Рынок химических и неорганических сыпучих материалов
• Рынок машин и инструментов

Рынок перспективных материалов

• Рынок керамики и стекла
• Рынок волокон и композитов
• Рынок смол и полимеров
• Рынок пеноматериалов и изоляционных материалов
• Рынок пряжи, тканей и текстиля
• Рынок мембран

Рынок энергии и мощности

• Рынок невозобновляемых/традиционных источников энергии
• Рынок чистой и возобновляемой энергии
• Рынок передачи и распределения
• Рынок насосов, двигателей и устройств управления
• Рынок электроэнергии
• Рынок буровых услуг
• Рынок бурового оборудования
• Рынок морской нефти и газа
• Рынок внутрискважинных работ

Рынок продуктов питания и напитков

• Рынок пищевых ингредиентов
• Потребительский рынок продуктов питания и напитков
• Рынок пищевых продуктов и напитков
• Безопасность пищевых продуктов и рынок TIC
• Рынок пищевых добавок
• Рынок логистики F&B, холодильной цепи и упаковки
• Рынок ароматизаторов, красителей и ароматизаторов
• Рынок нутрицевтиков и пищевых добавок
• Рынок растительных альтернатив/ингредиентов
• Рынок белков, витаминов и минералов

Рынок биотехнологий

• Рынок протеомики
• Рынок биоинформатики
• Рынок сельскохозяйственных биотехнологий

Авиакосмический и оборонный рынок

• Авиационный рынок
• Рынок оборонных платформ и систем
• Морской рынок
• Связь, Рынок навигации и наблюдения (CNS)
• Рынок систем аэропортов
• Рынок беспилотных систем
• Космический рынок

ИТ-рынок здравоохранения

• Payer ИТ-рынок и консалтинг
• Фармацевтический ИТ-рынок
• Поставщик ИТ-рынка

Автомобильный и транспортный рынок

• Рынок двигателей и выхлопных систем
• Кузов (интерьер и экстерьер) Рынок
• Рынок дорожных и внедорожных транспортных средств
• Рынок передовых технологий
• Рынок поддержки и безопасности водителей
• Рынок автомобильных компонентов и материалов
• Рынок автомобильных систем
• Рынок автомобильной электроники и электрооборудования

Рынок автоматизации и управления технологическими процессами

• Рынок робототехники
• Рынок промышленной автоматизации
• Рынок электрических систем и компонентов
• Рынок испытаний, инспекции и сертификации

Рынок сельскохозяйственной промышленности

• Рынок агрохимикатов
• Рынок кормов и кормов для животных
• Ферма Рынок оборудования и ирригации
• Рынок семян и прочего
• Сельскохозяйственный Рынок биологических препаратов

Рынок упаковки

• Упаковочные материалы Рынок
• Упаковка Рынок технологий и процессов Рынок
• Этикетки и ярлыки & Консалтинговый рынок

Фармацевтический рынок

• Рынок клинической диагностики

Рынок аналитического и научного приборостроения

Рынок добычи полезных ископаемых и металлов

• Рынок добычи полезных ископаемых и металлов

 

Поболтай с нами, на базе LiveChat

Вода, содержащая аккумуляторный электролит, может сделать батареи более дешевыми и простыми в производстве.

Например, литий-ионные аккумуляторы обычно должны производиться в чрезвычайно сухих условиях, чтобы они могли удерживать большое количество заряда. Но новое открытие может показать, что определенный тип литий-ионного аккумулятора может буквально держать воду.

В батарее ионы перемещаются между двумя электродами, чтобы сбалансировать электрический заряд, создаваемый во время зарядки и разрядки. Электролиты являются компонентом батареи, благодаря которому это происходит. На основе подробных моделей воды в различных электролитных средах, созданных с помощью более раннего компьютерного моделирования, исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) разработали новый аккумуляторный электролит, который может удерживать в тысячу раз больше воды, чем обычные электролиты, по словам старшего химика Аргонны. Чжэнчэн «Джон» Чжан.

«Мы всегда думали, что вода вызовет серьезные проблемы с литий-ионным аккумулятором. Однако оказывается, что наша формула может удерживать значительно больше, чем было известно ранее, что может помочь снизить затраты на производство батарей», — сказал Чжан.

Поскольку литий-ионные аккумуляторы представляют собой «сухие» аккумуляторы, они могут содержать только следовые количества влаги, что требует наличия специальных производственных помещений. Однако, используя электролит, состоящий из двух видов солей — соли лития и ионной жидкости — команда смогла создать ситуацию, в которой электролит может стабильно поглощать гораздо больше молекул воды.

Чтобы подтвердить результаты эксперимента и исследовать лежащий в основе химический механизм, ученый-вычислитель из Аргонны Вэй Цзян использовал суперкомпьютер Theta Аргоннского лидерского вычислительного центра (ALCF) для моделирования электролита вблизи поверхности электрода, чтобы получить представление о поведении воды. молекулы. ALCF – это объект пользователя Управления науки Министерства энергетики США.

«Моделирование этого сложного процесса, который включает в себя несколько масштабов длины и времени, требует мощности суперкомпьютера, такого как Theta», — сказал Цзян. «Моделирование дало нам представление о том, как вода влияет на производительность батареи, в атомном масштабе, предоставив информацию, которая была невозможна только в лабораторных экспериментах».

Даже небольшое количество воды снижает производительность батареи. Это связано с тем, что молекулы воды рядом с молекулами воды рядом с молекулами воды — наноразмерные «лужи» — реагируют с самим электролитом, образуя коррозионные побочные продукты, которые разъедают батарею.

Однако моделирование группы показало, что новый электролит, состоящий из литиевой соли и ионной жидкости, может разделять и связывать воду, изолируя отдельные молекулы воды. Экспериментальная работа аргоннской команды показывает, что этот новый электролит может содержать в тысячу раз больше воды, чем электролиты, используемые в настоящее время в батареях электромобилей и потребительских батареях.

Как показало компьютерное моделирование, ключ в том, что молекулы воды не собираются в «лужи» и тем самым не теряют реакционную способность.

«Даже на поверхностях электродов, которые подвержены скоплению воды, наши атомистические модели показывают, что отдельные молекулы воды очень стабильны», — сказал Цзян.

Анализируя кластеризацию молекул воды в матрице электролита, компьютерное моделирование выявило количественную связь между водостойкостью электролита и «соленостью» компонентов электролита.

«В определенной степени наличие соленого электролита позволяет нам удерживать воду», — сказал Чжан. «Молекула воды захватывается различными ионами в определенном диапазоне соотношений концентраций в соленой среде, что делает ее менее реактивной».

По словам Чжана, это исследование дает возможность производителям аккумуляторов использовать воду в процессе производства аккумуляторов, что позволяет сделать производство более дешевым и безопасным для окружающей среды.

Изготовление клеток для проверки было выполнено в Центре анализа, моделирования и прототипирования клеток в Аргонне (CAMP).

Статья, основанная на исследовании «Экологически безопасный электролит для литий-металлических аккумуляторов высокой энергии», опубликована в выпуске ACS Applied Materials & Interfaces от 19 ноября 2021 года.

Помимо Чжана и Цзяна, другими авторами статьи являются Цянь Лю из Аргонны и Чжэньчжэнь Ян.

Исследование финансировалось Отделом автомобильных технологий Министерства энергетики при Управлении энергоэффективности и возобновляемых источников энергии. Вычислительное время ALCF было присуждено в рамках ASCR Leadership Computing Challenge Министерства энергетики США.

Вычислительный центр Argonne Leadership Computing Facility предоставляет суперкомпьютерные возможности научному и инженерному сообществу для продвижения фундаментальных открытий и понимания в широком диапазоне дисциплин. ALCF, поддерживаемый Управлением науки Министерства энергетики США (DOE), программой передовых научных вычислительных исследований (ASCR), является одним из двух передовых вычислительных центров Министерства энергетики США, занимающихся открытой наукой.

Аргоннская национальная лаборатория  ищет решения насущных национальных проблем в области науки и техники.