Плотность электролита в аккумуляторе (АКБ)

Концентрация серной кислоты в электролите характеризуется плотностью электролита. Плотность любой жидкости определяется как отношение ее удельного веса к удельному весу воды. Иными словами, чем удельный вес вещества (жидкости) больше, тем выше ее плотность. Эталоном плотности выбрана дистиллированная вода, плотность которой принята равной 1,000 при температуре 80°Ф (27°С). Плотность чистой серной кислоты составляет 1,835. Нормальная концентрация водного раствора серной кислоты (раствора, состоящего на 64% из воды и на 36% из серной кислоты, называемого электролитом) характеризуется плотностью электролита в пределах от 1,260 до 1,280 при температуре 80°Ф (27°С). Чем выше плотность электролита в аккумуляторной батарее, тем выше степень ее заряженности.

Рис. В процессе разряда аккумуляторной батареи плотность электролита снижается

Индикаторы степени заряженности аккумулятора

Некоторые типы аккумуляторных батарей оснащены встроенным индикатором степени заряженности. Такой индикатор представляет собой просто небольшой ареометр шарикового типа, вмонтированный в одну из ячеек аккумуляторной батареи. В этом ареометре используется пластмассовый шарик, который всплывает в электролите нормальной плотности (когда аккумулятор заряжен примерно на 65%). Когда шарик всплывает, он появляется в окошке ареометра, изменяя его цвет.

Рис. Типичный индикатор степени заряженности аккумуляторной батареи. При низкой плотности электролита (разряженная аккумуляторная батарея) шарик-поплавок тонет, соскальзывая с отражательной призмы. При достаточной степени заряженности аккумуляторной батареи шарик всплывает, и его цвет (обычно зеленый) приводит к изменению света, отражаемого призмой в сторону окошка индикатора, — оно темнеет

Рис. Аккумуляторная батарея с частично удаленным корпусом, в котором виден вмонтированный индикатор степени заряженности аккумулятора. Если уровень электролита опускается ниже дна призмы, окошко индикатора становится прозрачным (светлым). Производители аккумуляторных батарей предупреждают о том, что в случае снижения уровня электролита в герметизированной аккумуляторной батарее, такая аккумуляторная батарея подлежит немедленной замене. Попытка зарядить аккумуляторную батарею, имеющую недостаточный уровень электролита, может привести к скоплению в ней газов и закончиться взрывом аккумуляторной батареи

Поскольку ареометр контролирует плотность электролита только в одной из ячеек аккумуляторной батареи (а в 12-вольтовой аккумуляторной батарее их — шесть), и поскольку шарик ареометра может легко застрять в одном положении, полагаться на его показания, как на достоверную информацию о степени заряженности аккумуляторной батареи, не следует.

Связь между плотностью электролита, степенью заряженности и напряжением аккумуляторной батареи

Ниже в таблице приведены значения плотности электролита и соответствующие им значения степени заряженности и напряжения аккумуляторной батареи при температуре 80°Ф (27°С).

Плотность электролита	Степень заряженности аккумуляторной батареи	Напряжение аккумуляторной батареи (В)
1,265	Полностью заряжена	Не ниже 12,6
1,225	Заряжена на 75%	12,04
1,19	Заряжена на 50%	12,2
1.155	Заряжена на 25%	12
Ниже 1.120	Разряжена	11,9 и ниже

Крепление аккумуляторной батареи в автомобиле

Аккумуляторная батарея, во избежание ее повреждения, должна быть обязательно надежно закреплена в автомобиле. Под действием нормальной вибрации автомобиля активная масса может осыпаться с пластин аккумуляторной батареи. Зажимы и кронштейны крепления аккумуляторной батареи обеспечивают ослабление ее вибрации, которая может стать причиной значительного снижения емкости и ресурса любой аккумуляторной батареи.

Posted in АКБTagged АКБ, Электролит

Какая должна быть плотность электролита в аккумуляторе автомобиля?

Содержание

1. Оптимальные показатели в зависимости от времени года
2. Летом
3. Зимой
4. Почему происходит изменение плотности электролита?
5. Как можно откорректировать плотность электролита в банках батареи?
6. Чем грозит повышенная или пониженная плотность электролита?

Оптимальные показатели в зависимости от времени года

Плотность является важным параметром всех аккумуляторных батарей, значение которого рекомендуется удерживать на оптимальном уровне. Такое положение объясняется двумя основными причинами. Во-первых, значение параметра зависит от периода времени, в течение которого батарея будет стабильно функционировать. Во-вторых, уровень плотности определяет качество ёмкости АКБ, которое может постепенно падать из-за неоптимальной величины параметра.

Плотность электролита в аккумуляторе равна 1,27–1,31 г/см3. Однако такие значения соответствуют норме в регионах с умеренным климатическим режимом. Если эксплуатировать автомобиль в районах, в которых температурный режим может достигать -50, то плотность электролита в АКБ там от 1,29 до 1,31 г/см3. Норма устанавливается в зависимости от климатических особенностей района и времени года.

Также у водителей может появиться вопрос, какая плотность электролита в аккумуляторе должна быть в разное время года. Проанализируем этот показатель летом и зимой.

Летом

Нормальная плотность электролита в аккумуляторе изменяется в интервале от 1,25 до 1,27 г/см3 в жаркий сезон. Но летом АКБ может работать нестабильно, так как существует вероятность возникновения проблем, связанных с потерей значительного количества жидкости. Специалисты советуют удерживать значение параметра на 0,02–0,03 г/см3 ниже оптимального. Нельзя не отметить, что данная рекомендация преимущественно относится к южным регионам нашей страны.

Приводим таблицу плотности электролита в аккумуляторе в летнее время.

Регион	Величина плотности, г/см3
Центральный	1,27
Южный	1,25
Северный	1,27
Крайний Север	1,27

Зимой

Какая должна быть плотность аккумулятора в зимний сезон? Она не должна опускаться ниже 1,27 г/см3. Исключением являются южные регионы, в которых значение показателя может составлять 1,25 г/см3.

Если рассматривать районы Крайнего Севера, то плотность аккумулятора должна находиться в промежутке от 1,31 г/см3 до 1,35 г/см3. Такое положение объясняется несколькими причинами. Во-первых, если значение показателя будет слишком маленьким, то электролит внутри АКБ при крепком морозе может превратиться в ледышку, так как доля жидкости в нём в несколько раз превышает норму. Во-вторых, основные части и механизмы автотранспортного средства замерзают при минусовых температурах. Чтобы этого не произошло, необходимо усилить электродвижущую силу, с помощью которой можно осуществить запуск двигателя внутреннего сгорания. Даже современные машины не смогут это реализовать без дополнительной энергии. Следовательно, если уменьшить значение показателя, то произойдёт замерзание АКБ.

Таким образом, отвечая на вопрос о том, сколько должно быть электролита в аккумуляторе, приведём следующую таблицу плотности.

Регион	Величина плотности, г/см3
Центральный	1,27
Южный	1,25
Северный	1,29
Крайний Север	1,31

Но нужно помнить, что представленные цифры относятся лишь к АКБ с полным зарядом. Если он находится на недостаточном уровне, то значения показателя будут больше на несколько единиц.

Почему происходит изменение плотности электролита?

Даже многие водители со стажем не знают, почему падает плотность электролита в аккумуляторе. Это происходит в результате уменьшения заряда АКБ. Подобные перемены характерны для зимы, когда при потере значительной величины энергии значение рассматриваемого показателя становится критическим. Единственным решением этой проблемы является регулярный контроль состояния аккумулятора.

Специалисты рекомендуют время от времени отслеживать взаимосвязь между уровнем заряда и водным соотношением в составе электролита. К примеру, рассмотрим возможное развитие событий при сокращении аккумулятора на 25 % и 50 %:

1. При первоначальной плотности в 1,30 г/см3 она снизится до 1,26 г/см3 и 1,22 г/см3.
2. При начальном значении показателя в 1,27 г/см3 объём уменьшится до 1,23 г/см3 и 1,19 г/см3.
3. При исходной величине в 1,23 г/см3 плотность упадёт до 1,19 г/см3 и 1,15 г/см3.

Таким образом, необходимо своевременно осуществлять зарядку аккумулятора, чтобы избежать падения показателя. Однако перед этим рекомендуется обратить внимание на уровень жидкости, который мог уменьшиться в процессе функционирования автомобиля. Если это произошло, требуется долить очищенную воду без содержания каких-либо добавок.

Как можно откорректировать плотность электролита в банках батареи?

Часто возникают ситуации, в которых наблюдается разная плотность электролита в банках аккумулятора. Эту проблему нужно решать незамедлительно. Как тогда выровнять плотность электролита в банках аккумулятора? Рекомендуется два варианта действий:

1. Применить электролит, обладающий высокой концентрацией серы.
2. Долить кислоты вспомогательного характера.

Корректировка плотности электролита в аккумуляторе осуществляется с использованием следующих предметов:

• специальная ёмкость с делениями;
• резервуар для образования новой субстанции;
• кислота, электролит;
• очищенная жидкость.

Инструкция по изменению значения показателя включает в себя следующие действия:

1. Взять небольшое количество электролита с банки аккумуляторной батареи.
2. Добавить корректирующий раствор в количестве, которое соответствует взятому на первом действии – если необходимо увеличить плотность электролита. Для противоположного результата регулирующий раствор замените на дистиллированную жидкость.
3. Аккумулятор следует подзарядить специальным устройством, так как номинальный ток позволит поступившей воде перемешаться.
4. Отключив АКБ от батареи, целесообразно выждать в районе 2 часов. Это позволит плотности во всех банках встать на один уровень, что сделает вероятность возникновения погрешностей при контрольном измерении минимальной.
5. Заново измерить значение электролита. Если оно прежнее – повторить предыдущие действия сначала.

Не всегда можно изменить показатель. И тогда единственное решение – купить новый аккумулятор. Если электролит приобретает чёрный оттенок при осуществлении зарядки, то это свидетельствует о невозможности восстановления работы АКБ.

Чем грозит повышенная или пониженная плотность электролита?

Если рассматриваемый показатель выше допустимого значения, то значит, норма превышена, что отрицательно сказывается на функционировании авто. Это в большинстве случаев приводит к возникновению различных неисправностей АКБ. Следовательно, слишком высокая плотность электролита в аккумуляторе опасна для состояния автомобиля.

Если значение показателя занижено, машина может просто не завестись. В первую очередь это касается зимнего сезона, так как батарея замёрзнет при минусовых температурах.

Таким образом, необходимо осуществлять регулярную проверку плотности электролита. Это поможет избежать возникновения непредвиденных обстоятельств. Однако сделать подобное проблематично, так как плотность изменяется при разных уровнях заряда аккумулятора. Например, при её уменьшении происходит поглощение дистиллированной жидкости батареей, что приводит к увеличению концентрации показателя. В обратных ситуациях возникает процесс сульфатации, ведущий к снижению уровня плотности. Главный исход – выход из строя АКБ.

Аккумуляторы из Na-металла с высокой плотностью энергии на основе специально разработанного электролита на карбонатной основе

Цзявэй Чен, ^и Ю Пэн, ^и Юэ Инь, ^и Минчжу Лю, ^б Чжун Клык, ^а Ихуа Се, ^и Боуэн Чен, ^с Юнцзе Цао, ^и Лидан Син, ^б Цзяньхан Хуанг, ^а Юнган Ван,

и Сяоли Донг * ^и и Юнъяо Ся * ^и

Принадлежности автора

* Соответствующие авторы

^и Кафедра химии и Шанхайская ключевая лаборатория молекулярного катализа и инновационных материалов, Институт новой энергии, iChEM (Совместный инновационный центр химии энергетических материалов), Фуданьский университет, Шанхай, 200433, Китай
Электронная почта:

xldong@fudan. edu.cn, [email protected]

^б Национальный и местный объединенный инженерно-исследовательский центр MPTES в области высоких энергий и безопасности LIB, Инженерно-исследовательский центр MTEES (Министерство образования), Исследовательский центр BMET (провинция Гуандун), Key Lab. ETESPG (GHEI), Инновационная платформа для ITBMD (муниципалитет Гуанчжоу), Школа химии, Южно-китайский педагогический университет, Гуанчжоу 510006, Китай

^с

i-Lab, Центр передового опыта CAS в области нанонауки, Сучжоуский институт нанотехнологий и нанобионики (SINANO), Китайская академия наук (CAS), Сучжоу 215123, Китай

Аннотация

rsc.org/schema/rscart38″> Высоковольтные натриево-металлические батареи (SMB) предлагают реальный путь к высокой плотности энергии. Однако они одновременно предъявляют высокие требования к электролиту из-за пресловутой реакционной способности металла Na и каталитического характера агрессивных высоковольтных химий. Здесь мы изготавливаем специальный электролит на карбонатной основе с использованием дифторбис(оксалато)фосфата лития (LiDFBOP) в качестве многофункциональной добавки, где DFBOP

⁻ анионы могут образовывать стабильные и прочные межфазные границы как на аноде, так и на катоде. Между тем, Li ⁺ -ионы могут принимать участие в структуре сольватации, чтобы регулировать стабильность электролита, а также противостоять дендритному отложению посредством электростатического экранирования . Такая оптимизация эффективно реализует высокую кулоновскую эффективность (98,6%) и длительный срок службы (2600 ч) покрытия/зачистки Na вместе с улучшенной обратимостью Na ₃ V ₂ (PO ₄ ) ₂ F 3 908091 900 Кроме того, собранный 4,5 В. NA || NA ₃ V

2 (PO ₄ ) ₂ F ₃ SMB STALID после 220 циклов и высокой плотности энергии 295 Вт ч кг ⁻¹ с ограниченным содержанием Na. Предлагаемая стратегия электролитов может пролить свет на дальнейшую оптимизацию высокоэнергетических химических реакций с металлическим натрием.

Оценка плотности энергии · Мэтт Лейси

Помогите мне обеспечить будущее этого сайта! В последние годы становится все труднее поддерживать и развивать этот веб-сайт и научный контент на нем, как я недавно обсуждал в теме в Твиттере. Сейчас я активно изучаю варианты разработки научного контента для его улучшения, расширения и обеспечения того, чтобы он продолжал оставаться полезным ресурсом для сообщества аккумуляторных батарей.

Чтобы помочь мне в этом, если вы нашли эти страницы интересными, я был бы очень признателен вам за несколько минут, потраченных на заполнение этого краткого опроса. Заранее большое спасибо,
/ Мэтт

Вы здесь: Дом » Наука » Литий-серные батареи » Оценка плотности энергии

Пару лет назад я сделал электронную таблицу Excel, чтобы оценить, на чем будет основана гравиметрическая плотность энергии (или, точнее, *удельная энергия*) увеличенного литий-серного (Li-S) элемента. различные параметры и показатели эффективности из экспериментальных испытаний. В то время я работал над проектом с заявленной целью производства элемента мощностью 400 Втч/кг в конце проекта (амбициозная цель, и хотя в целом проект был очень успешным и продуктивным, далеко от этой цели).

Недавно я перевел эту таблицу в приложение Shiny, и теперь она доступна здесь. Я подумал, что было бы интересно связать это приложение со страницей, описывающей различные параметры, откуда берутся значения по умолчанию, которые я выбрал, и какие значения кажутся реалистичными с учетом текущей литературы.

Я надеюсь, что это приложение будет весьма поучительным и, возможно, даст некоторое представление о том, почему так сложно сделать аккумулятор с такой высокой энергией.

Откройте приложение здесь

Приложение довольно простое и должно выглядеть так, как показано на скриншоте ниже. Просто измените значения, как вам нравится, и посмотрите, что произойдет.

Плотность энергии рассчитывается очень просто:

$$\text{плотность энергии} = \frac{Q_d \cdot E_{\text{mean}}}{\sum m_x}$$

где \(Q_d\) — «поверхностная емкость» (или площадь разрядной емкости) электрода в мАч/см2, \(E_\text{mean}\) — среднее напряжение разряда, а \(\sum m_x\) есть сумма всех масс всех компонентов в г/см2. Произведение Q и E дает энергию, а деление на сумму всех масс дает плотность энергии для всего пакета ячеек.

Можно изменить следующие параметры:

• Использование серы (мАч/г) – более узнаваемо, разрядная емкость, выраженная на единицу массы серы. Значение по умолчанию равно 900, что примерно соответствует тому, что мы получаем в типичных тестовых батареях, которые мы создавали в течение последних 18 месяцев. Теоретически это 1672. Литературные значения встречаются повсюду, обычно между 600 и 1000, но иногда сообщалось о значениях ~ 1200 и выше, но реже.
• Среднее напряжение разряда (В) — по умолчанию 2,13, что также характерно для наших элементов. Теоретическая, по свободной энергии образования Гиббса, равна 2,24.
• Содержание серы (мг/см ² ) — Количество серы на положительном электроде. Значение по умолчанию равно 3, что является типичным для нашего текущего исследования и разумным минимальным значением для практической системы. Литературные значения чаще всего составляют от 0,5 до 2, но относительно редко сообщаются значения >4.
• Доля серы (%) — Доля композита положительного электрода, которая представляет собой элементарную серу. Оставшаяся фракция обычно представляет собой проводящие добавки и связующие вещества. По умолчанию 65, это то, что мы используем. Литературные значения чаще всего находятся между 40 и 60, при этом сообщается до 80.
• Отношение электролит/сера (мкл/мг) — Отношение объема электролита к массе серы в электроде. Значение по умолчанию — 5, что является наименьшим целочисленным значением, при котором наши клетки работают более нескольких циклов (мы использовали 6 в большинстве наших недавних публикаций). Литературные значения чаще всего не сообщаются, но варьируются от 6 до 100. В нескольких недавних статьях сообщается, что «оптимальное» значение находится между 10 и 20. До сих пор я не видел значений ниже 6 ни в одной опубликованной статье. за исключением статьи Sion Power 2010 года [здесь] — работая в обратном направлении от рисунка в этой статье, описывающего элементы емкостью 2,8 Ач, можно оценить отношение E / S примерно. 2.4 соответствовали батареям со сроком службы ~50 циклов.
• Плотность электролита (г/см ³ ) — не требует пояснений. Значение по умолчанию — 1,09, это то, что я ранее оценил плотность нашего стандартного электролита (1 M LiTFSI, 0,25 M LiNO ₃ , 1:1 DME:DOL — более точное число может быть где-то там).
• Масса сепаратора (мг/см ² ) – по умолчанию 0,894, что соответствует массе пористых полиэтиленовых сепараторов, которые мы использовали в последние годы.
• Толщина лития (мкм) — Толщина литиевого отрицательного электрода. Значение по умолчанию — 50, что приемлемо для практичной батареи. Мы используем литиевую фольгу толщиной 125 и 30 мкм. Литературные ценности встречаются редко. Литиевая фольга продается в широком диапазоне толщин. Наиболее часто используемая фольга в академических лабораториях, вероятно, находится в диапазоне 100–1000 мкм.
• Толщина алюминия (мкм) — Толщина алюминиевого (положительного) токосъемника. Значение по умолчанию — 14, приемлемое для типичных литий-ионных аккумуляторов.
• Толщина меди (мкм) – Толщина медного (отрицательного) токосъемника. Значение по умолчанию — 9, приемлемое для типичных литий-ионных аккумуляторов. Было высказано предположение, что если избыток литиевого отрицательного электрода достаточно высок, он может быть его собственным токосъемником, и поэтому медь не потребуется; плотность металлического лития составляет часть плотности меди и (очевидно) дешевле на единицу площади.

Попробуйте изменить параметры в диапазонах, которые я предложил для начала. Есть над чем подумать: насколько высокой будет плотность энергии при значениях в этих диапазонах? Какая часть клетки составляет активную массу (т. е. Li и серу?) Какой самый большой вклад в массу? Что еще нам нужно улучшить, чтобы достичь, скажем, 400 или 500 Втч/кг?

Внимание! Упаковка ячеек (в настоящее время) не включена в эти расчеты! Плотность энергии ячейки, конечно, будет зависеть от массы упаковки. Это частично зависит от формата (размера, типа и т. д.) ячейки. Я бы предположил, что разумная оценка клеточной упаковки составляет около 10% от общей массы клетки, но это всего лишь обоснованное предположение.