технические характеристики, свойства, особенности, как выбрать
Время на чтение: 4 мин
1420
Купить новый аккумулятор для мощного легкового авто не так уж и просто, как может показаться на первый взгляд. Это нередко становится проблемой для владельцев таких машин.
Стандартные изделия на 55-65 ампер/часов абсолютно не подходят, а АКБ для грузовиков не вмещаются (кроме того, не очень хорошо питаются от генератора).
Справиться с задачей обеспечения автомобиля нужным количеством электроэнергии можно благодаря 12-вольтным аккумуляторам на 110 А/ч.
Какой вес аккумулятора 110 А/ч
Свинец, из которого делают пластины кислотного аккумулятора, — металл t. В чистом виде он занимает порядка 75-80% изделия. Соответственно?вес такой батареи не может быть маленьким.
Заправленная электролитом и подпитанная на 100%, она весит от 25,5 до 27 килограмм. AGM или EFB вообще порой дотягивают и до 30 кило.
Именно по этой причине на корпусе батареи есть две крепкие ручки.
Размеры АКБ, разновидности клемм
Подобные изделия бывают с прямой (1) и обратной (0) полярностью.
Модели для грузовиков на 110 а/ч также бывают с двумя полярностями и обозначаются таким образом: обратная – 3, прямая – 4. АКБ имеет разные размеры, так как ее корпуса изготавливают в нескольких вариантах.
Перед покупкой лучше замерить место, куда будете устанавливать изделие. Дело в том, что некоторые модели могут иметь незначительные расхождения в размерах.
Все из-за того, что для изготовления АКБ на 110 а/ч используют более толстые свинцовые пластины. Вопрос всего в нескольких миллиметрах, но перестраховаться все же стоит.
У таких батарей бывает разное расположение минусовой клеммы на корпусе.
Поэтому для водителя (как мощного легкового авто, так и небольшого грузового) не будет проблемой выбрать модель, для установки которой не потребуется удлинение минусового проводника.
Какое количество электролита в батарее
Батарея состоит из 6 банок, внутри них свинцовые пластины, сепараторы, электролит. Каждую из банок заполняют жидкостью (слабым раствором серной кислоты), чтобы между отрицательными и положительными пластинами происходила химическая реакция.
От объема батареи зависит объем электролита (он необходим для нормального заряда и разряда). При 110 ампер/часов каждая банка заполняется приблизительно на 1,15-1,4 литра. В результате, получается объем порядка 7-8,4 литров.
Объем электролита зависит и от того, как сделан аккумулятор. Больше свинца – больше пластин и меньше объема для жидкости. Подобные изделия более тяжелые, они качественнее и надежнее.
Как питается аккумулятор
Заряжать любую АКБ нужно правильно, ведь при использовании маленького тока процесс подпитки может сильно затянуться.
Если же подать высокий ток, электролит может закипеть и вообще испариться, что приведет к осыпанию пластин.
Батареи на 110 А/ч в этом случае не исключение. Так что в этом деле очень важно выставить необходимые значения тока и напряжения. Рассчитать их несложно: берите 10% от емкости (11 ампер) и напряжение в 14,4-14,6 вольт.
При глубоком разряде подпитывайте АКБ более слабой силой тока (к примеру, 5 А) на протяжении суток.
Для каких авто подойдет АКБ 110 А/ч
Подобные изделия устанавливают на авто премиум-класса. У них сильный двигатель, для запуска которого нужен стартер хорошей мощности.
Для машин с системой запуска Start-Stop непременно необходим аккумулятор AGM или EFB, так как такие авто более требовательные к источнику питания.
Все дело в том, что обычная АКБ не успеет нормально напитаться в условиях пробок, ведь движок будет регулярно выключаться. В основном, изделия с такой емкостью используют как стартерные. Но есть модели, применяемые как тяговые.
Они могут выдержать неоднократные глубокие разряды и при этом надолго сохранить свои технические характеристики.
Как правильно выбирать подходящую батарею
Если вы хотите, чтобы батарея проработала подольше, лучше брать ее с легированным кальцием свинца.
Совершая покупку, учтите дату производства (она есть на корпусе). В зависимости от типа аккумулятора его максимальный срок хранения на прилавке — от полугода до 18 месяцев. Не стоит его покупать, если он пролежал в магазине дольше.
Также рекомендуется покупать продукцию проверенных брендов, в чьей надежности можно быть уверенным. Наиболее качественные АКБ 110Ач производят такие фирмы:
Кроме того, при покупке внимательно рассмотрите корпус – на нем не должно быть никаких повреждений, этикетка должна легко читаться.
Если вы использовали/используете аккумулятор 110Ач, поделитесь своим опытом. Это поможет другим водителям, которые в данный момент определяются с выбором, и дополнит статью реальными отзывами.
Мнения автомобилистов
Евгений, г. Воронеж
Купил батарею TITAN 110Ач, чтобы заменить штатную (емкостью 100). Могу с уверенностью сказать, что она хорошо справляется с большими объемами потребления электроэнергии.
Олег, г. Ростов
Мне была необходима более мощная АКБ, но такая, чтобы без проблем встала на место предыдущей. Купил Topla 110 А/ч. И это помогло решить проблему ампер/часов, которых обычно не хватало.
Владимир, г. Орел
У меня внедорожник. И такой аккумулятор прекрасно подошел на мою машину. Всем владельцам подобных авто рекомендую АКБ такой мощности.
Почему аккумулятор теряет емкость? — Информация
Если взять объем электрической энергии, полученной при разряде аккумуляторной батареи до определенного значения, то эта величина будет назваться номинальной или зарядной емкостью АКБ. Она учитывается при подборе аккумулятора по марке автомобиля и другим характеристикам.
Зависимость разрядной емкости батареи от огромного количества факторов очевидна. Так, она может варьироваться, в зависимости от конструктивных особенностей, технологии изготовления, условий эксплуатации АКБ. Среди самых значимых конструктивных нюансов этого типа можно назвать следующие категории:
- количество имеющейся активной массы;
- объем электролита, залитого в АКБ;
- толщина пластин;
- геометрические размеры электродов.
Пожалуй, основными среди технологических параметров, оказывающих влияние на емкостные характеристики батареи, можно назвать состав активных материалов и рецептуру их приготовления, а также степень их пористости.
Что касается эксплуатационных параметров, влияющих на разрядную емкость, то здесь необходимо отметить температуру электролита, а также силу разрядного тока.
От теории к практике
Перейдем к конкретным параметрам, от которых зависит емкость и их подробному описанию:
Величина электродов
Чем тоньше пластины, тем более равномерной является нагрузка на все слои активной массы. Это позитивно сказывается на разрядной емкости. Толстые электроды – напротив, не дают использовать внутренние слои активной массы максимально эффективно.
Плотность активной массы
Чем меньше данный параметр, тем больше степень пористости, благодаря чему существенно улучшается диффузия электролита, направленная вглубь активной массы пластины. Таким образом, увеличивается и истинная поверхность, необходимая для протекания реакции образования тока а, соответственно, и разрядная емкость.
Материал сепаратора
Наличие большого количества пор вместе с увеличением высоты его ребер способствует повышению запаса электролита, находящегося в межэлектродном зазоре.
Таким образом, улучшается и условия его диффузии.
Плотность электролита
Чем больше в растворе серной кислоты, тем выше емкость положительных электродов. Емкость же отрицательных пластин – напротив, снижается за счет ускорения процесса пассивации поверхности. Следует отметить, что слишком высокая плотность – также не очень хороша. Из-за повышенной концентрации серной кислоты уменьшается антикоррозийная устойчивость металла.
Разрядный ток
Для того чтобы добиться более высокой емкости АКБ, нужно использовать разрядные токи меньшей мощности. Кстати, используя зарядное устройство для автомобильного аккумулятора, не злоупотребляйте ускоренным режимом. Несмотря на то, что заряд достигается быстро, он так же быстро и расходуется при запуске авто.
Температура электролита
Чем ниже температурные показатели раствора серной кислоты и дистиллированной воды, тем ниже емкость батареи. Это обусловлено тем, что при увеличении вязкости электролита повышается и электрическое сопротивление, а это, в свою очередь, приводит к замедлению диффузии.
Регулирование концентрации электролита Повышение стабильности хранения цинка катода большой емкости K0,486V2O5 для гибких квазитвердотельных цинк-ионных аккумуляторов
1. Liu J, Guan C, Zhou C, Fan Z, Ke Q, et al. Гибкая квазитвердотельная никель-цинковая батарея с высокой плотностью энергии и мощности на основе трехмерной конструкции электродов. Доп. Матер. 2016;28:8732. doi: 10.1002/adma.201603038. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
2. Li N, Meng T, Ma L, Zhang H, Yao J, et al. Сокращение использования углерода с добавлением функционализированного NiFe 2 O 4 квантовые точки: к более практичным S-катодам для Li-S элементов. Нано-Микро Летт. 2020;12:145. doi: 10.1007/s40820-020-00484-4. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
3. Zuo W, Zhu W, Zhao D, Sun Y, Li Y, et al. Оксид висмута: универсальный электродный материал большой емкости для перезаряжаемых металлоионных аккумуляторов на водной основе. Энергетическая среда.
науч. 2016;9:2881–2891. doi: 10.1039/C6EE01871H. [CrossRef] [Google Scholar]
4. Pan H, Shao Y, Yan P, Cheng Y, Han KS, et al. Обратимое накопление энергии водного оксида цинка/марганца в результате конверсионных реакций. Нац. Энергия. 2016;1:16039. doi: 10.1038/nenergy.2016.39. [CrossRef] [Google Scholar]
5. Li C, Xie X, Liang S, Zhou J. Проблемы и будущие перспективы металлического цинкового анода для перезаряжаемых водных цинк-ионных батарей. Энергетическая среда. Матер. 2020;3:146. doi: 10.1002/eem2.12067. [CrossRef] [Google Scholar]
6. Gheytani S, Liang Y, Wu F, Jing Y, Dong H, et al. Водная ионно-кальциевая батарея. Доп. науч. 2017;4:1700465. doi: 10.1002/advs.201700465. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
7. Zhang W, Liang S, Fang G, Yang Y, Zhou J. Катод со сверхвысокой массовой нагрузкой для водной цинк-ионной батареи на основе нанолент из ванадата алюминия, обернутых графеном. Нано-Микро Летт. 2019;11:69. doi: 10.1007/s40820-019-0300-2.
[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
8. Xu W, Wang Y. Недавний прогресс в области цинк-ионных перезаряжаемых батарей. Нано-Микро Летт. 2019;11:90. doi: 10.1007/s40820-019-0322-9. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
9. Lei P, Liu K, Wan X, Luo D, Xiang X. Химия сверхбыстрой интеркаляции Na Na 2 Ti 3/2 Mn 1/2 (PO 4 ) 3 наноточки, внедренные в углеродную матрицу в качестве дешевого анода для водных натрий-ионных батарей. хим. коммун. 2019;55:509–512. doi: 10.1039/c8cc07668e. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
10. W. Zhou, D. Zhu, J. He, J. Li, H. Chen et al., Масштабируемая нисходящая стратегия для практических показателей Ni-Zn водные батареи с общей плотностью энергии 165 Вт ч кг -1 и 506 Вт ч л -1 . Энергетическая среда. науч. (Предварительная статья, 2020 г.). https://doi.org/10.1039/d0ee01221a
11. Jiang Y, Ba D, Li Y, Liu J.
Неинтерференционное выявление «послойного» механизма хранения цинка δ-MnO 2 по отношению к нейтральным Zn-Mn батареям с превосходными характеристиками. Доп. науч. 2020;7:15. doi: 10.1002/advs.2015. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
12. Liu F, Chen Z, Fang G, Wang Z, Cai Y, et al. В 2 О 5 наносферы со смешанной валентностью ванадия в качестве высокоэлектрохимически активного водного катода цинк-ионного аккумулятора. Нано-Микро Летт. 2019;11:25. doi: 10.1007/s40820-019-0256-2. [Статья PMC бесплатно] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
13. Zhang Y, Liu G, Zhang C, Chi Q, Zhang T, et al. Недорогие катодные материалы MgFe x Mn 2-x O 4 для высокопроизводительных водных перезаряжаемых магниево-ионных аккумуляторов. хим. англ. Дж. 2020; 392:123652. doi: 10.1016/j.cej.2019.123652. [CrossRef] [Google Scholar]
14. Zhang N, Cheng F, Liu Y, Zhao Q, Lei K, et al.
Катиондефицитная шпинель ZnMn 2 O 4 катод в Zn(CF 3 SO 3 ) 2 электролит для перезаряжаемой водной Zn-ионной батареи. Варенье. хим. соц. 2016; 138:12894–12901. doi: 10.1021/jacs.6b05958. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
15. Chao D, Zhou W, Xie F, Ye C, Li H, et al. Дорожная карта для передовых водных батарей: от дизайна материалов до приложений. науч. Доп. 2020;6:4098. doi: 10.1126/sciadv.aba4098. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
16. Luo D, Lei P, Tian G, Huang Y, Ren X, et al. Изучение электрохимических свойств и механизма реакции аналога катода, богатого кобальтом, берлинской лазури в электролите NaSO 3 CF 3 для водных натрий-ионных аккумуляторов. Дж. Физ. хим. C. 2020; 124: 5958–5965. doi: 10.1021/acs.jpcc.9b11758. [CrossRef] [Google Scholar]
17. Сонг М., Тан Х., Чао Д., Фань Х.Дж. Последние достижения в области Zn-ионных аккумуляторов.
Доп. Функц. Матер. 2018;28:1802564. doi: 10.1002/adfm.2018025649. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
18. Zhang L, Rodríguez-Pérez IA, Jiang H, Zhang C, Leonard DP, et al. ZnCl 2 Электролит «вода-в-соли» преобразует характеристики оксида ванадия в качестве катода цинкового аккумулятора. Доп. Функц. Матер. 2019;29:1
3. doi: 10.1002/adfm.2013. [CrossRef] [Google Scholar]19. Jiang H, Zhang Y, Xu L, Gao Z, Zheng J, et al. Изготовление наночастиц (NH 4 ) 2 V 3 O 8 , инкапсулированных в аморфный углерод, для электродов большой емкости в водных цинк-ионных батареях. хим. англ. Дж. 2020; 382:122844. дои: 10.1016/j.cej.2019.122844. [CrossRef] [Google Scholar]
20. Tang B, Zhou J, Fang G, Liu F, Zhu C, et al. Разработка межплоскостного расстояния ванадатов аммония в качестве высокопроизводительного катода водной цинк-ионной батареи. Дж. Матер. хим. А. 2019;7:940–945. doi: 10.1039/C8TA09338E. [CrossRef] [Google Scholar]
21.
Кунду Д., Адамс Б.Д., Даффорт В., Ваджаргах С.Х., Назар Л.Ф. Высокоемкая и долговечная водная перезаряжаемая цинковая батарея с катодом из оксида металла. Нац. Энергия. 2016;1:16119. doi: 10.1038/nenergy.2016.119. [CrossRef] [Google Scholar]
22. Yang W, Dong L, Yang W, Xu C, Shao G и другие. Трехмерные кислородно-дефектные сети ванадата калия/углеродных нанолент в качестве высокоэффективных катодов для водных цинк-ионных аккумуляторов. Малые методы. 2020;4:10. doi: 10.1002/smtd.2010. [CrossRef] [Google Scholar]
23. Sambandam B, Soundharrajan V, Kim S, Alfaruqi MH, Jo J, et al. K 2 V 6 O 16 ·2.7H 2 O Наностержневой катод: передовая система интеркаляции для высокоэнергетических водных перезаряжаемых Zn-ионных аккумуляторов. Дж. Матер. хим. А. 2018;6:15530–15539. doi: 10.1039/C8TA02018C. [CrossRef] [Google Scholar]
24. Cai Y, Liu F, Luo Z, Fang G, Zhou J, et al. Pilotaxitic Na 1,1 V 3 O 7,9 наноленты/графен в качестве высокопроизводительного катода для натрий-ионной батареи и водного катода для ионно-цинковой батареи.
Материя накопления энергии. 2018;13:168–174. doi: 10.1016/j.ensm.2018.01.009. [CrossRef] [Google Scholar]
25. Wan F, Niu Z. Стратегии проектирования водных цинк-ионных аккумуляторов на основе ванадия. Ангью. хим. Междунар. Эд. 2019;58:16358–16367. doi: 10.1002/anie.2011. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
26. Shi HY, Song Y, Qin Z, Li C, Guo D, et al. Ингибирует разложение и растворение VOPO 4 ⋅xH 2 O в перезаряжаемых цинковых батареях на водной основе для обеспечения стабильности напряжения и емкости. Ангью. хим. Междунар. Эд. 2019;58:16057–16061. doi: 10.1002/anie.201908853. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
27. Wan F, Zhang L, Dai X, Wang X, Niu Z и др. Водные перезаряжаемые цинково-ванадатные батареи с повышенной производительностью за счет одновременной установки двух носителей. Нац. коммун. 2018;9: 1–11. doi: 10.1038/s41467-018-04060-8. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
28. Peng Z, Wei Q, Tan S, He P, Luo W, et al.
Новый слоистый катод на основе ванадата железа для перезаряжаемых цинковых аккумуляторов на водной основе большой емкости. хим. коммун. 2018;54:4041–4044. doi: 10.1039/C8CC00987B. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
29. Wu X, Xu Y, Zhang C, Leonard DP, Markir A, et al. Реверсивная двухионная батарея через водно-солевой электролит ZnCl 2 . Варенье. хим. соц. 2019;141:6338–6344. doi: 10.1021/jacs.9b00617. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
30. Dou Q, Lei S, Wang D-W, Zhang Q, Xiao D, et al. Безопасные и высокопроизводительные суперконденсаторы на основе гибридного электролита «ацетонитрил/вода в соли». Энергетическая среда. науч. 2018;11:3212–3219. doi: 10.1039/C8EE01040D. [CrossRef] [Google Scholar]
31. Bu X, Su L, Dou Q, Lei S, Yan X. Недорогой электролит «вода-в-соли» для высокопроизводительного углеродного суперконденсатора на 2,3 В. Дж. Матер. хим. А. 2019;7:7541–7547. дои: 10.1039/C9TA00154A. [CrossRef] [Google Scholar]
32. Zhang C, Holoubek J, Wu X, Daniyar A, Zhu L, et al.
Водно-солевой электролит ZnCl 2 для обратимого металлического цинкового анода. хим. коммун. 2018;54:14097–14099. doi: 10.1039/C8CC07730D. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
33. Deng L, Niu X, Ma G, Yang Z, Zeng L, et al. Ванадат калия слоистый K 0,5 V 2 O 5 в качестве катодного материала для неводных калий-ионных аккумуляторов. Доп. Функц. Матер. 2018;28:1800670. doi: 10.1002/adfm.201800670. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
34. Meng J, Liu Z, Niu C, Xu X, Liu X, et al. Синергетический эффект между конфигурацией поверхности слоя и ионами K нанопроводов ванадата калия для повышения эффективности накопления энергии. Дж. Матер. хим. А. 2016;4:4893–4899. doi: 10.1039/C6TA00556J. [CrossRef] [Google Scholar]
35. Wan F, Huang S, Cao H, Niu Z. Отдельные пленки ванадата калия/углеродных нанотрубок для сверхдолговечных водных цинк-ионных аккумуляторов. АКС Нано. 2020;14:6752–6760. doi: 10.1021/acsnano.9b10214.
[PubMed] [CrossRef] [Академия Google]
36. Yan M, He P, Chen Y, Wang S, Wei Q, et al. Водяная прослойка в V 2 O 5 ·nH 2 O для высокоемких и быстродействующих водных цинковых аккумуляторов. Доп. Матер. 2018;30:1703725. doi: 10.1002/adma.201703725. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
37. He P, Quan Y, Xu X, Yan M, Yang W, et al. Высокоэффективная водная цинк-ионная батарея на основе слоистого катода H 2 V 3 O 8 нанопроволоки. Маленький. 2017;13:1702551. doi: 10.1002/smll.201702551. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]
38. Hu P, Zhu T, Wang X, Wei X, Yan M, et al. Высокопрочный Na 2 V 6 O 16 ·1.63H 2 O Катод из нанопроволоки для водной цинк-ионной батареи. Нано Летт. 2018;18:1758–1763. doi: 10.1021/acs.nanolett.7b04889. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
39. Tang B, Fang G, Zhou J, Wang L, Lei Y, et al. Ванадаты калия со стабильной структурой и каналом быстрой диффузии ионов в качестве катода для перезаряжаемых водных цинк-ионных аккумуляторов.
Нано Энергия. 2018;51:579–587. doi: 10.1016/j.nanoen.2018.07.014. [CrossRef] [Google Scholar]
40. He P, Yan M, Zhang G, Sun R, Chen L, et al. Многослойный VS 2 катод на основе нанолиста на основе водного Zn-ионного аккумулятора. Доп. Энергия Матер. 2017;7:1601920. doi: 10.1002/aenm.201601920. [CrossRef] [Google Scholar]
41. He P, Zhang G, Liao X, Yan M, Xu X, et al. Катод из нанопроволоки из оксида ванадия, стабилизированный ионами натрия, для высокоэффективных цинк-ионных аккумуляторов. Доп. Энергия Матер. 2018;8:1702463. doi: 10.1002/aenm.201702463. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
42. Альфаруки М.Х., Мэтью В., Сонг Дж., Ким С., Ислам С. и др. Электрохимическая интеркаляция цинка в оксид лития-ванадия: катод цинк-ионного аккумулятора большой емкости. хим. Матер. 2017;29:1684–1694. doi: 10.1021/acs.chemmater.6b05092. [CrossRef] [Google Scholar]
43. Li G, Yang Z, Jiang Y, Jin C, Huang W, et al. К поливалентным ионным батареям: Ионно-цинковая батарея на основе структуры NASICON Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 .
Нано Энергия. 2016;25:211–217. doi: 10.1016/j.nanoen.2016.04.051. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
44. Чжан Л., Чен Л., Чжоу С., Лю З. К высоковольтным металл-ионным батареям на водной основе выше 1,5 В: система гексацианоферрата цинка/цинка. Доп. Энергия Матер. 2015;5:1400930. doi: 10.1002/aenm.201400930. [CrossRef] [Google Scholar]
45. Jiang Y, Zhao D, Ba D, Li Y, Liu J. «Углеродный клей» позволил получить высокостабильный и высокоскоростной Fe 3 O 4 наностержневой анод для гибкого квазитвердотельная никель-медно-железная щелочная батарея. Доп. Матер. Интерфейсы. 2018;5:1801043. doi: 10.1002/admi.201801043. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
46. Yu D, Goh K, Wang H, Wei L, Jiang W, et al. Масштабируемый синтез иерархически структурированных углеродных нанотрубок-графеновых волокон для емкостного накопления энергии. Нац. нанотехнологии. 2014;9:555. doi: 10.1038/nnano.2014.93. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
47.
Li R, Wang Y, Zhou C, Wang C, Ba X, et al. Стабилизированный углеродом массив наностержней из ферроферрооксида высокой емкости для гибкого гибридного устройства твердотельной щелочной батареи и суперконденсатора с высокой экологической безопасностью. Доп. Функц. Матер. 2015;25:5384–5394. doi: 10.1002/adfm.201502265. [CrossRef] [Google Scholar]
48. Эль-Кади М., Стронг В., Дубин С., Канер Р. Лазерное скрайбирование высокопроизводительных и гибких электрохимических конденсаторов на основе графена. Наука. 2012; 225:1326–1330. doi: 10.1126/science.1216744. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
49. Shi M, Yang C, Song X, Zhao L, Liu J и др. Интегрированный устойчивый сбор энергии ветра и суперконденсаторы в форме проволоки со сверхвысокой плотностью энергии на основе вертикально ориентированных углеродных волокон, покрытых массивом нанолистов. Доп. Поддерживать. Сист. 2017;1:1700044. doi: 10.1002/adsu.201700044. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
50. Ян П., Сяо Х.
, Ли Ю., Дин Ю., Цян П. и др. Гидрогенизированные нанокабели ZnO сердечник-оболочка для гибких суперконденсаторов и систем с автономным питанием. АКС Нано. 2013;7:2617–2626. doi: 10.1021/nn306044d. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
51. Luo J, Cui W, He P, Xia Y. Повышение циклической стабильности литий-ионных аккумуляторов на водной основе путем удаления кислорода из электролита. Нац. хим. 2010;2:760–765. doi: 10.1038/nchem.763. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
52. Guo Z, Ma Y, Dong X, Huang J, Wang Y, et al. Экологически чистая и гибкая водно-цинковая батарея с органическим катодом. Ангью. хим. Междунар. Эд. 2018;130:11911–11915. doi: 10.1002/ange.201807121. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
53. Chang J, Huang Q, Zheng Z. Достоинство гибких батарей. Джоуль. 2020; 4: 1346–1349. doi: 10.1016/j.joule.2020.05.015. [CrossRef] [Google Scholar]
Обзор | Chunsheng Wang
Резюме исследований и влияниеБезметалловые графитовые интеркаляционно-галогенные катоды
Механизм преобразования-интеркаляции и электрохимические характеристики катода LBC-G в водно-гелевом электролите WiBS.
Последующее окисление и интеркаляция Br- (около 4,0 В) и Cl- (около 4,2 В) в графитовую загрузку. Разряд — это обратный процесс заряда.
Слоистый оксид переходного металла LiNi 1-x-y Mn x Co y O 2 Катоды приближаются к своему пределу плотности энергии, а стоимость быстро растет из-за высокой цены Co и Ni. Доктор Ван и его сотрудники сообщили о катодах интеркаляции-конверсии LiBr-LiCl-графита (LBC-G), не содержащих переходных металлов, которые сочетают в себе высокую энергию конверсионных химических процессов с длительным сроком службы интеркаляционных химических реакций [1] . Принцип работы заключается в том, что LiBr-LiCl поглощает крошечную воду из водно-солевого электролита и превращается в Li 9.0035 + и Br – /Cl – на поверхности частиц LBC. В процессе заряда Br – и Cl – последовательно интеркалируют в графитовый катод, а Li + диффундируют через водно-солевой электролит и затем интеркалируют в графитовый анод.
Водно-солевой электролит разделен по фазам католитом LiBr-LiCl, что предотвращает диффузию Br – и Cl – и их молекул к стороне графитового анода. Катод LiBr-LiCl-Графит (LBC-G) в водно-солевых электролитах показал плотность энергии 1000 Втч·кг -1 (емкость 240 мАч·г -1 при 4,2 В) на 200 циклов. Гравиметрическая плотность энергии LBC-G выше, чем у современных катодов NMC, а объемная плотность энергии LBC-G выше, чем у серных катодов. Команда доктора Ванга разработала неводный электролит для катодов LBC-G, теперь катод LBC-G может использоваться в текущем производстве литий-ионных аккумуляторов.
Д-р Ван также внес значительный вклад в разработку катодов PAN-Sulphur, еще одного катода, не содержащего переходных металлов, увеличив содержание серы в углероде до >60 мас.% и утилизацию серы до >87% за счет диспергирования серы в богатом кислородом плотном углероде. хозяин на молекулярном уровне [2] . В полностью фторированном обедненном органическом электролите катод C/S подвергается твердофазной реакции литирования/делитирования после образования межфазной фазы твердого электролита при первом глубоком литировании, полностью избегая челночной реакции.
Химически стабилизированный композит C/S сохраняет высокую обратимую емкость 541 мА·ч·г -1 (от общего веса композита C/S) в течение 200 циклов в условиях бедного электролита, что соответствует высокой плотности энергии 974 Втч·кг -1 [2] .
Репрезентативные публикации:
К. Ян, Дж. Чен, С. Цзи, Т. П. Поллард, С. Лю, К. Сунь, С. Хоу, К. Лю, К. Лю, Т. Цин, Ю. Ван, О. Бородин, Ю. Ren, K. Xu,
C. Wang , Водная литий-ионная батарея на основе химии превращения-интеркаляции галогенов в графит, Nature , 2019, 569, 245К. Луо, Э. Ху, К. Дж. Гаскелл, X. Фан, Т. Гао, К. Цуй, С. Гхош, X-Q. Ян,
К. Ван , Катод из химически стабилизированной серы для литий-серных аккумуляторов с обедненным электролитом. Труды Национальной академии наук , 2020, 117, 14712-14
Мультивалентные батареи для хранения возобновляемой энергии
Изменения давления в элементах Zn-O2 с использованием электролитов Zn(OTf)2 и ZnSO4 во время процесса разрядки в чистой атмосфере O2 рост доли возобновляемых источников энергии.
Проточные окислительно-восстановительные батареи (RFB) использовались для хранения возобновляемой энергии, поскольку они имеют длительный срок службы при низкой стоимости и могут разделить масштабирование мощности и энергии. Большинство современных химий RFB основаны на дорогих ионах переходных металлов или синтетических органических соединениях. Группа доктора Ванга использовала обратимый Cl 9.0005 2 /Cl – проточная окислительно-восстановительная батарея путем электролиза водного электролита NaCl, полученный Cl 2 хранится и извлекается с использованием уайт-спирита. Безмембранная конструкция RFB обеспечивает энергоэффективность > 90,6% и плотность энергии 171 Втч·л -1 , что является самым высоким показателем среди всех систем с проточными батареями, о которых сообщалось [1] . При изначально низкой стоимости активных материалов (~5 $·кВтч -1 ) и высокообратимой окислительно-восстановительной реакции Cl 2 /Cl – , проточная батарея соответствует строгим требованиям по цене и надежности для стационарных накопителей энергии.
Кроме того, недорогие мультивалентные батареи с высоким содержанием Zn, Mg, Al также потенциально могут конкурировать в области хранения возобновляемой энергии. Воздушно-цинковые перезаряжаемые батареи страдают от роста дендритов Zn и вялого 4-электронного (e – )/кислородного (O 2 ) химического состава. Для катодов O 2 группа доктора Ванга сообщила о соотношении цинк/O 2 химия, которая протекает через процесс 2e – /O 2 в нещелочных водных электролитах, который обеспечивает высокообратимые окислительно-восстановительные реакции в воздушно-цинковых батареях. Эта химия ZnO 2 стала возможной за счет бедного водой и богатого ионами цинка (Zn 2+ ) внутреннего слоя Гельмгольца на воздушном катоде, вызванного гидрофобными анионами трифторметансульфоната [2] . Сконструированная таким образом нещелочная воздушно-цинковая батарея не только выдерживает стабильную работу в условиях окружающего воздуха, но также демонстрирует значительно лучшую обратимость, чем ее щелочной аналог.
Чтобы подавить рост дендритов Zn, группа доктора Ванга разработала разбавленный и кислый водный электролит с добавкой соли алкиламмония, который позволяет формировать прочный Zn 9.0035 2+ -токопроводящий и водонепроницаемый SEI [3] . Наличие этого SEI обеспечивает отличные характеристики: цинкование без дендритов с кулоновской эффективностью 99,9% в асимметричной ячейке Ti||Zn в течение 1000 циклов; и высокой плотностью энергии (136 Втч·кг -1 в Zn||VOPO 4 полная батарея с сохранением 88,7% в течение >6000 циклов, 325 Втч·кг -1 в Zn||O 2 900 06 полная батарея для >300 циклов и 218 Втч·кг -1 в Zn||MnO 2 полная батарея с сохранением 88,5% в течение 1000 циклов) с использованием ограниченного количества цинка [3] . Недорогие водные батареи Mg и Ca также могут соответствовать требованиям для хранения возобновляемой энергии [4] .
Представительские публикации:
Л.
Чен, С. Хоу, С. Фань, С. Цзи, Б. Ван, К. Цуй, Дж. Чен, К. Ян, В. Ван, К. Ван , Nature Communications , отправлена редакция.В. Сун, Ф. Ван, Б. Чжан, М. Чжан, В. Куперс, С. Цзи, К. Тейле, П. Бикер, К. Сюй,
C. Wang , M. Winter, Воздушно-цинковая аккумуляторная батарея на основе химии пероксида цинка. Наука , 2021, 371, 46-51.Л. Цао, Д. Ли, Т. Поллард, Т. Дэн, Б. Чжан, К. Ян, Л. Чен, Дж. Ватаману, Э. Ху, М. Дж. Хурвиц, Л. Ма, М. Дин, К. Ли, С. Хоу, К. Гаскелл, Дж. Т. Фуркас, X-Q. Yang, K. Xu, O. Borodin,
C. Wang , Фторированная межфазная фаза обеспечивает обратимый химический состав водных цинковых батарей, Nature Nanotechnology , 2021, 1730. Выделено Наука , 28, 372, 890-891.С. Тан, Д. Чжоу, Б. Чжан, С. Ван, П. Ли, Х. Лю, С. Го, П. Жомо, С. Гао, Ю.
Фу, С. Ван , Г. Ван , Универсальная стратегия в отношении высокоэнергетических многовалентных ионных батарей на водной основе, Nature Communications , 2021, 12, 2857.
Чен, С. Хоу, С. Фань, С. Цзи, Б. Ван, К. Цуй, Дж. Чен, К. Ян, В. Ван, К. Ван , Nature Communications , отправлена редакция.
Фу, С. Ван , Г. Ван , Универсальная стратегия в отношении высокоэнергетических многовалентных ионных батарей на водной основе, Nature Communications , 2021, 12, 2857.Конструкция электролита для высокоемких анодов из сплава и лития
Схема циклированного кремниевого анода с нанесенным на поверхность SEI с высоким содержанием LiF
Карбонатные электролиты на основе ЭК позволяют графиту достигать высокой кулоновской эффективности (КЭ) >99,98 %, поскольку восстановление растворителя ЭК (с незначительным вкладом анионов) образует межфазную границу органического и неорганического твердого электролита (SEI) [1] , который прочно связывается с графитом микроразмеров (с низкой межфазной энергией) и имеет достаточную способность к пластической деформации, чтобы выдерживать небольшое изменение объема (12%) графита во время циклов заряда/разряда. Однако эти прочно связанные органо-неорганические SEI не могут выдержать большого изменения объема анодов микроразмера из сплава или металлического лития (> 300% для кремниевых анодов и инфинитив для лития).
Приходится использовать предварительно литированный наноразмерный кремний по высокой цене. Доктор Ван сообщил, что повреждение оболочки SEI можно предотвратить, уменьшив связь между оболочкой SEI и сердцевиной из сплава (или лития), чтобы внутренний сплав (или литий) мог свободно сжиматься/расширяться во время делитирования/литирования. Для литиевых анодов меньшая связь между SEI и Li также способствует росту Li вдоль границы раздела Li/SEI, а не вертикально к SEI, поскольку высокая энергия границы раздела SEI/Li значительно увеличивает потерю энергии, когда ионы Li проникают в SEI. Среди всех компонентов SEI LiF SEI имеет самую низкую связь со сплавом и литием. Доктор Ван и его сотрудники продемонстрировали, что LiF SEI может быть сформирован в полностью фторированных 9электролиты 0035 [2] и 2,0 М LiPF 6 -mixTHF [3–4] . Более поздний электролит позволяет микроразмерным сплавам (Si, Al и Bi) [3] и Li [4] достигать повторно упорядоченного высокого КЭ >99,9% и 99,8% соответственно.
CE анионного LiF SEI для литиевых анодов также подтвержден группами PNNL с использованием электролитов сверхконцентрации и локальных электролитов высокой концентрации. При поддержке DOE EERE группа доктора Ванга расширяет окно электрохимической стабильности и снижает термостабильность электролитов. Используя фторированный растворитель и добавки, доктор Ван и его сотрудники расширили окно стабильности негорючих полностью фторированных электролитов до 5,0 В [5] , и позволяет батареям Li/NCA работать от -90 o C до +60 o C [6] . Эта конструкция электролита использовалась многими исследовательскими группами, и LiquaLith коммерциализирует кремниевые аноды. Принцип конструкции электролита для анодов большой емкости применим к другим батареям, включая батареи K, Na и Zn.
Представительские публикации:
Ван Л., Менакат А., Хан Ф., Ван Ю., Завали П., Гаскелл К., Бородин О., Луга Д., Браун С.,
C. Wang , K. Xu, B. Eichhorn, Идентификация компонентов твердого электролита на границе раздела фаз в литий-ионных батареях, Nature Chemistry , 2019, 11, 789.С. Фан, Л. Чен, О. Бородин, С. Цзи, Дж. Чен, С. Хоу, Т. Дэн, Дж. Чжэн, К. Ян, С. Лю, К. Амин, К. Сюй,
C. Wang , Невоспламеняющийся электролит позволяет использовать литий-металлические батареи с агрессивным химическим составом катода, Nature Nanotechnology , 2018, 13, 715-722.Чен, С. Фан, К. Ли, Х. Ян, М. Р. Хоши, Ю. Сюй, С. Хван, Л. Чен, С. Цзи, К. Ян, Х. Хе, К. Ван, Э. Гарфанкель, Д. Су, О. Бородин,
, С. Ван, , Разработка электролитов для интерфейсов твердого электролита с высоким содержанием литий-ионного фтора для создания высокопроизводительных анодов из микроразмерных сплавов для аккумуляторов. Энергия природы , 2020, 5, 386–397.Chen, Q. Li, TP Polland, X.
Fan, O. Borodin, C. Wang , Дизайн электролита для литиевых безметалловых литиевых батарей. Материалы Сегодня , 2020, 39, 118-126.Чен, С. Фань, Э. Ху, С. Цзи, Дж. Чен, С. Хоу, Т. Дэн, Дж. Ли, Д. Су, С. Ян,
С. Ван , Достижение высокой плотности энергии за счет увеличения выходного напряжения: высокореверсивная батарея 5,3 В, Chem , 2019, 5, 896.Fan, X. Ji, L. Chen, J. Chen, T. Deng, F. Han, J. Yue, N. Piao, R. Wang, X. Zhou, X. Xiao, L. Chen,
C. Wang , Всетемпературные аккумуляторы с фторсодержащими электролитами и неполярными растворителями, Энергия природы , 2019, 4, 882.
Xu, B. Eichhorn, Идентификация компонентов твердого электролита на границе раздела фаз в литий-ионных батареях, Nature Chemistry , 2019, 11, 789.
Fan, O. Borodin, C. Wang , Дизайн электролита для литиевых безметалловых литиевых батарей. Материалы Сегодня , 2020, 39, 118-126.Электролиты вода-в-соли с высоким окном электрохимической стабильности
Доктор Ван и его сотрудники значительно расширили окно электрохимической стабильности аккумуляторов на водной основе до 3,0 В, изобретя стратегию «вода-в-соли» для снижения активности воды и способствуют образованию твердоэлектролитной межфазной фазы [1] .
Последующая работа показала, что окно стабильности может быть расширено до> 3,3 В и широкого диапазона химических элементов батареи LiMn 9.и ЛиВПО 4 Ф/Г [ 5] были продемонстрированы. Поскольку в электролите вода-в-соли вся вода связана литий-ионом, подавляющим испарение воды, а кислород имеет очень низкую растворимость, при использовании геля-воды была продемонстрирована внутренняя безопасная открытая ячейка с суперпроизводительностью. солевые электролиты [6] . Электролит гелеобразной воды в соли LiMn 2 O 4 /Li 4 Ti 5 O 12 ячейки с открытыми мешочками можно разрезать на воздухе [4] , и технология открытых ячеек была выбрана DOE ARPA-E для продемонстрировано на выставке инноваций на Капитолийском холме (Вашингтон, округ Колумбия) в апреле 2019 г. [7] , а также на саммите инноваций, посвященном 10-летию ARPA-E, в Денвере 9 июля 2019 г. В 2019 г. на выставке инноваций ARPA-E на на Капитолийском холме ARPA-E выбрала шесть команд ARPA-E для демонстрации своих технологий членам Конгресса, заинтересованным сторонам отрасли и руководителям Министерства энергетики.
Недавно команда доктора Ванга уменьшила концентрацию соли с 21 млн до 4,5 млн, что позволило использовать LiMn 9.0005 2 O 4 /Li 4 Ti 5 O 12 мешочные элементы для достижения срока службы 1000 циклов при P/N=1,14 и поверхностной емкости 1,5-2,5 мА·ч·см -2 [ 8] . В настоящее время в сотрудничестве с компаниями Saft American и AquaLith при финансовой поддержке обоих Министерство обороны и Министерство энергетики ARPA-E. Этот химический состав батареи устранит ограничение герметичности литий-ионных аккумуляторов, налагаемое чувствительными к влаге неводными электролитами. После нашей Science , электролиты вода-в-соли были тщательно исследованы сообществом аккумуляторных и электрохимиков, при этом ряд ведущих групп в мире занимались фундаментальным и применением электролита вода-в-соли для Li-ion, Na -ion, K-ion, Zn аккумуляторы.
Представительские публикации:
Л. Суо, О. Бородин, Т.
Гао, М. Ольгин, Дж. Хо, X. Фан, К. Луо, К. Ван , К. Сюй, Электролит вода-в-соли позволяет получать водный литий под высоким напряжением -ионной химии, Наука , 2015, 350, 938К. Ян, Л. Суо, О. Бородин, Ф. Ван, В. Сунь, Т. Гао, С. Фан, С. Хоу, З. Ма, К.л Амин, К. Сюй и
К. Ван , Уникальная водная химия литий-иона/серы с высокой плотностью энергии, Proceedings of the National Academy of Sciences , 2017,114, 6197–6202F. Wang, O. Borodin, T. Gao, X. Fan, W. Sun, F. Han, A. Faraone, J. Dura, K. Xu и
C. Wang , Высокообратимый цинково-металлический анод для Водные батареи, Природные материалы , 2018, 17, 543-549К. Ян, С. Цзи, С. Фан, Т. Гао, Л. Суо, Ф. Ван, В. Сунь, Дж. Чен, Л. Чен, Ф. Хань, Л. Мяо, К. Сюй, К. , Gerasopoulos and
C. Wang , Гибкая литий-ионная батарея на водной основе с высокой плотностью энергии и мощности, Advanced Materials , 2017, 29, 1701972C.
Yang, J. Chen, T. Qing, X. Fan, W. Sun, A. v. Cresce, M.S. Ding, M.A. Schroeder, N. Eidson, C. Wang , К. Сюй, литий-ионные аккумуляторы на водной основе 4,0 В, Дж . 2017, 1, 122–132L. Chen, L. Cao, X. Ji, S. Hou, Q. Li, J. Chen, C. Yang, N. Edison,
C. Wang , Включение безопасных водных литий-ионных открытых батарей путем подавления Реакция восстановления кислорода. Связь с природой , 2020, 11,1-8- Обзор презентации инноваций ARPA-E
.
Дж. Сюй, С. Цзи, Дж. Чжан, К. Ян, П. Ван, С. Лю, Ф. Чен,
C. Wang , Водный электролит для сверхстабильного LiMn 2,5 В 2 O 4 ||Li 4 Ti 5 O 12 Пакетные ячейки, 90 227 Nature Energy , пересмотренная версия отправлена.
Гао, М. Ольгин, Дж. Хо, X. Фан, К. Луо, К. Ван , К. Сюй, Электролит вода-в-соли позволяет получать водный литий под высоким напряжением -ионной химии, Наука , 2015, 350, 938
Yang, J. Chen, T. Qing, X. Fan, W. Sun, A. v. Cresce, M.S. Ding, M.A. Schroeder, N. Eidson, C. Wang , К. Сюй, литий-ионные аккумуляторы на водной основе 4,0 В, Дж . 2017, 1, 122–132Твердотельные электролиты: образование и подавление литиевых дендритов
Отложение литиевых дендритов внутри твердотельного электролита
Твердые электролиты (ТЭ) широко рассматриваются как «активаторы» литиевых анодов для высокоэнергетических батарей.
Однако недавние сообщения показывают, что образование дендритов Li в Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZO) и Li 2 S-P 2 S 5 (LPS) на самом деле намного проще чем в жидких электролитах литиевых батарей, механизмами, которые оставаться неуловимым. Доктор Ван определил литиофильные SEI, образующиеся в твердотельных электролитах LLZO и LPS, как основную причину, способствующую образованию литиевого дендрита [1, 2] , в отличие от литофобных SEI, богатых LiF, образующихся в жидких фторированных электролитах. Кроме того, твердотельные электролиты (LLZO и LPS) также имеют гораздо более высокую электронную проводимость (10 -9 См·см -1 ), чем жидкий органический электролит (изолятор), который потенциально может снизить потенциал твердотельного электролита до <0,0 В при высоком токе литиевого покрытия, что приводит к отложению лития внутри SSE [3, 4] . Основываясь на механизме образования литиевых дендритов, д-р Ван ввел тонкую литофобную прослойку Li 3 N-LiF между LPS и Li, которая увеличила критический ток до 6,0 мА·см -2 при высокой емкости 6,0 мАч· см -2 за счет эффективного подавления роста дендритов Li [4] .
Литиофобная прослойка, которая является либо ионным, либо смешанным электронно-ионным проводником, может предотвратить осаждение лития на поверхности твердого электролита. Следовательно, потенциал твердотельного электролита не упадет до потенциалов осаждения лития внутри электролита. Кроме того, литофобная прослойка также может препятствовать проникновению Li в твердотельные электролиты. Предложенный механизм подавления дендритов лития также был одобрен компанией Samsung [Nature Energy, 5, 29].9–308(2020)] со смешанной проводящей литионфобной углерод-серебряной прослойкой между Li и LPSCl, где Li осаждался не на поверхность LPSCl, а на дно слоя C-Ag. Многие ведущие исследовательские группы мира используют предложенный механизм для подавления роста дендритов Li в твердотельных электролитах.
Из-за плохого контакта между твердым токосъемником и твердым электролитом электрохимическая стабильность твердотельных электролитов, измеренная с использованием традиционного блокирующего электрода, выше фактического значения.
Доктор Ван повысил точность с помощью трехмерного токосъемника, добавив электронный проводник в твердый электролит 9.0035 [5] .
Представительские публикации:
Ji, S. Hou, P. Wang, X. He, N. Piao, X. Fan,
C. Wang , Конструкция твердотельного электролита для подавления дендритов лития, Advanced Materials , 2020, 32, 202002741Fan, X. Ji, F. Han, J. Yue, J. Chen, L. Chen, T. Deng, J. Jiang,
C. Wang , Промежуточная фаза с фторированным твердым электролитом обеспечивает высокообратимую твердотельную литий-металлическую батарею , Достижения науки , 2018, 4, eaau9245Лю, Р. Гарсия-Мендез, А. Р. Люпин, Ю. Ченг, З. Д. Худ, Ф. Хан, А. Шарафи, Дж. К. Идробо, Н. Дж. Дадни,
К. Ван , К. Ма, Дж. Сакамото, М. Чи , Изменение локальной электронной структуры, приводящее к образованию литиевой «нити» в твердых электролитах, Nature Materials , 2021, https://doi. org, 10.1038/s41563-021-01019-xХан, А. Вестовер, Дж. Юэ, С. Фан, Ф. Ван, М. Чи, Д. Леонард, Н. Дадни, Х. Ван,
C. Wang , Высокая электронная проводимость как причина образования дендритов лития в твердых электролитах, Nature Energy , 2019, 4, 187-196Хан, Т. Гао, Ю. Чжу, К. Дж. Гаскелл,
К. Ван . Батарея из одного материала. Передовые материалы , 2015, 27, 3473
org, 10.1038/s41563-021-01019-xИсследовательский центр «Лидерство и предпринимательство»
Основание Национального центра исследований экстремальных батарей (CREB)
Доктор Ван является соучредителем, директором UMD и членом руководящего комитета CREB. В консорциум CREB входят 5 государственных лабораторий (ARL, Национальный институт стандартов и технологий, Военно-морская исследовательская лаборатория, НАСА, Аргоннская национальная лаборатория), 5 университетов (UMD, UMBC, JHU, UVA, Drexel) и 5 отраслей (Saft, DuPont).