Плотность электролита в аккумуляторах: какая должна быть, как проверить, как поднять?

Содержание

Плотность электролита в аккумуляторе, график приведения плотности

Электролит в автомобильном свинцово-кислотном аккумуляторе представляет собой 30% раствор серной кислоты в дистиллированной воде. Аккумуляторная серная кислота, поступающая в продажу, содержит 94% химически чистой кислоты. Она прозрачна, не имеет цвета и запаха, кипит при температуре 33°С, имеет плотность 1,83 г/см. Чаще в торговую сеть поставляется электролитный раствор с плотностью 1,4 г/см или чтобы плотность электролита являлась требуемой для данного климатического региона.

Плотность электролита в автомобильном аккумуляторе, выбор плотности и приготовление электролита, график приведения плотности электролита.

Под плотностью электролитного раствора (или кислоты) понимают отношение массы вещества (в граммах) к занимаемому им объему (в см3). Таким образом, плотность электролита — это параметр электролита, подобный его удельному весу.

Плотность электролит в 1,10–1,30 г/см3 соответствует массовой концентрации серной кислоты в 28-40%. В исправной автомобильной аккумуляторной батарее плотность электролита может находиться в пределах от 1,07–1,3 г/см3. Разброс значений плотности электролита в банках полностью заряженной исправной АКБ не должен превышать 0,01 г/см3. Если батарея разряжена, значение плотности в банках АКБ может быть различным.

Это зависит от:

— Состояния разряженности данного аккумулятора.
— Его технического состояния.
— Плотности первоначально залитого в него электролита.

При выборе плотности электролита для первоначальной заливки приходится выбирать между продолжительностью срока службы АКБ, который с уменьшением плотности увеличивается, и емкостью батареи, которая с понижением плотности электролита уменьшается.

Кроме того, с увеличением плотности электролита до 1,30 г/см3 батарея может храниться при более низкой температуре. Без причинения ей ущерба и без размораживания активных масс электродов.

В рабочем свинцово-кислотном аккумуляторе плотность электролита ниже 1,07 г/см3 недопустима. И не только из-за раннего замерзания электролита (Т = –5°С), но и по причине падения емкости аккумулятора при нормальных температурных условиях (T > 10°С). Таким образом, плотность электролита во всех аккумуляторных банках автомобильной стартерной батареи должна поддерживаться одинаковой и в определенных границах в соответствии с заданными условиями эксплуатации, которые значительно отличаются для разных климатических регионов.

ГОСТ 16360-80 определяет климатические регионы по среднемесячной температуре воздуха в январе. С учетом требований ГОСТ составлена таблица. Проводить сезонное изменение плотности электролита необходимо только в широтах, где средняя температура января ниже –30°С.

Среднемесячная температура воздуха в январе по ГОСТ 16360-80.

Приготовление электролита.

Электролит приготавливают вливанием кислоты в воду, а не наоборот. Важно отметить, что в начале составляют электролит в пропорции 0,42 литра 94% кислоты и 0,65 литра дистиллированной воды. При этом получается электролит с плотностью 1,4 г/см3 (при T = 25°С). Далее электролит разбавляют до нужной плотности в дистиллированной воде.

Для получения одного литра электролита требуемой плотности при эксплуатации батареи в средних широтах России 0,6 литра электролита с плотностью 1,40 г/см3 необходимо влить в 0,4 литра дистиллированной воды. Получится электролит с плотностью 1,24 г/см3. После полной зарядки плотность электролита во всех банках АКБ достигает номинального значения 1,26 г/см3. Для Московского региона круглогодичная плотность электролита в полностью заряженной батарее несколько выше — 1,27 г/см3.

Повышение плотности электролита непосредственно в аккумуляторе.

Если необходимо повысить плотность электролита непосредственно в аккумуляторе, то доливают не кислоту, а электролит с плотностью 1,43 г/см3. При этом производят также выравнивание плотности и уровня электролита в разных банках. Это делают в процессе заряда батареи. Измеряют уровень с помощью стеклянной мерной трубочки, а плотность электролита — с помощью денсиметра (аэрометра) или с помощью поплавкового плотномера. Необходимо также наличие градусника.

График приведения плотности электролита автомобильного аккумулятора.

После измерения плотности и температуры электролита измеренную плотность электролита приводят к температуре 25°С по формуле:

γ25 = γт + 0,0007 (Т-25)

Или с помощью графика, показанного выше. На нем слагаемое 0,0007 (Т-25) обозначено как величина температурной поправки Δγ (г/см3). Из графика видно, что в интервале температур (20–30°С) величина поправки Δγ незначительна и ею можно пренебречь. Если же плотность электролита измеряется за пределами указанного диапазона, приведенная плотность электролита определяется с учетом поправки:

γ25 = γт + γ25

где γт — плотность электролита при температуре измерения Т.

Например.

Если измеренная при температуре Т = –5°С плотность γт = 1,28 г/см3, то согласно графику это означает, что при температуре 25°С плотность γ25 = 1,28–0,02 = 1,26 (г/см3).

Возможно и обратное использование графика:

Если известно, что при температуре 25°С плотность электролита 1,26 г/см3, то при температуре 40°С она изменится и определится как:

γ40 = γ25 – γт = 1,26 – 0,01 = 1,25.

Разность между плотностью полностью заряженного аккумулятора и полностью разряженного (γз) при температуре 25°С всегда равна 0,16 г/см3. Тогда, если известна начальная плотность γн полностью заряженной аккумуляторной батареи, по измеренной плотности γт электролита можно определить степень разряженности (%) каждого аккумулятора в отдельности:

ΔСр = 625(γн – γт + Δγ)%.

Следует помнить, что серная кислота, входящая в состав электролита, исключительно активное химическое вещество. Она способна вызвать опасные кислотные ожоги на теле человека. Парами кислоты можно отравиться. Работа с электролитом требует особой осторожности, специальной химической посуды и индивидуальных средств защиты.

По материалам учебного пособия «Автомобильная электроника и электрооборудование»
Ю. А. Смирнов, В. А. Детистов.

Центр Аккумуляторных Батарей.

Главная

Более 15 лет профессиональной работы в сфере продаж, обслуживания и ремонта аккумуляторных батарей и дополнительного оборудования.

Тяговые аккумуляторы
Стартерные аккумуляторы
Стационарные аккумуляторы

Тяговые аккумуляторы

Тяговые аккумуляторы предназначены для снабжения энергией электродвигателей транспортных средств разнообразного назначения, как промышленного и бытового использования, так и применяемых на железной дороге и метрополитене.

Мы предлагаем тяговые аккумуляторные батареи различной ёмкости и напряжения, используемые на погрузчиках, штабелерах, электротележках и другой технике с электродвигателями.

Стартерные аккумуляторы

Стартерные аккумуляторные батареи – предназначены для пуска различных двигателей. Все остальные функции электрификации техники, выполняет генераторная установка.

Наша компания может предложить Вам аккумуляторные батареи различной емкости и для разной техники, а также мы предоставляем услуги по обслуживанию и ремонту стартерных аккумуляторных батарей.

Стационарные аккумуляторы

Стационарный аккумулятор – это свинцово-кислотная аккумуляторная батарея, используемая в качестве источника постоянного тока в установках электропитания аппаратуры связи, промышленного оборудования и систем безопасности.

Наша компания предоставляет широкий выбор стационарных аккумуляторных батарей различных типов, а также полный спектр услуг по восстановлению и ремонту.

Трансформаторные зарядные устройства
Высокочастотные зарядные устройства

Трансформаторные зарядные устройства

Зарядные устройства трансформаторного типа, предназначенные для заряда тяговых аккумуляторных батарей большой ёмкости. Так же поставляются в комплекте с различной погрузочной техникой.

Трансформаторные зарядные устройства громоздки и имеют довольно тяжелый вес, но отличаются своей надежностью и неприхотливостью к условиям работы.

Высокочастотные зарядные устройства

Зарядные устройства без больших трансформаторов, устроенные на микропроцессорных схемах. На некоторых высокочастотных зарядных устройствах, присутствует возможность сменить напряжение, для заряда аккумуляторных батарей другого напряжения.

Благодаря программным модулям, существует множество универсальных зарядных устройств для проведения различных тренировочных зарядов и десульфатации. Наши специалисты помогут Вам подобрать необходимое оборудование.

Запчасти для аккумуляторов
Инструмент и оборудование
Спецодежда

Запчасти для аккумуляторов

В процессе эксплуатации тяговых аккумуляторов, иногда происходят различные поломки, такие как плохой контакт между элементами или сломалась крышка от банки и многое другое.

Мы рады предложить Вам самый большой на сегодняшний день выбор запчастей для аккумуляторных батарей различных типов и конструкций. Наши специалисты помогут подобрать и установить необходимые комплектующие в самые кратчайшие сроки.

Инструмент и оборудование

Всегда в наличии большой выбор инструментов и оборудования для диагностики и обслуживания свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.Также, у нас, Вы можете приобрести различное оборудование для аккумуляторных мастерских, такое как: дистилляторы и деионизаторы, ёмкости для хранения электролита и других химических веществ, оборудование для транспортировки аккумуляторных батарей и многое другое.

Спецодежда

Спецодежда для различных специальностей. Кислотостойкая спецодежда, щелочестойкие фартуки и комплекты одежды.

Мы напрямую работаем с производителями различной спецодежды и средств персональной защиты.

Оплывание активной массы, оголение решеток электродов.
Электролит имеет темный цвет. Напряжение батареи при работе стартера быстро снижается.
Замерзание электролита при отрицательных температурах.
Вздутие стенок корпуса или его разрушение.
Взрыв смеси кислорода и водорода (гремучего газа).
Трещины на крышке и стенках аккумулятора или полное разрушение корпуса.
Коррозия решеток положительных электродов.
Быстро снижается напряжения батареи при работе стартера. Батарея плохо заряжается.
Короткое замыкание между электродами.
В дефектной банке плотность ниже, чем в остальных. При заряде дефектная банка не выделяет газ и не «кипит». При работе стартера в банке происходит интенсивное газовыделение.

Короткое замыкание между положительными и отрицательными электродами.
В дефектной банке плотность ниже, чем в остальных, а во время заряда аккумулятор совсем слабо “Кипит“. Обильное газовыделение появляется под нагрузкой.
Недоформованные пластины.
Полностью заряженная батарея не может обеспечить более 2-3 пусков двигателя, а при заряде и разряде интенсивно «кипит».
Разрыв электрической цепи внутри АКБ.
В этом случае, как правило, попытка включения любой нагрузки при обрыве цепи приводит к падению напряжения на выводах батареи до нуля.
Отрыв электродов от соединительных мостиков.
При работе стартера электролит в такой банке “кипит”. При бездействии батареи плотность электролита не снижается.

Ремонт и обслуживание

Диагностика аккумулятора
Долив воды
Очистка корпуса батареи
Очистка контактов от коррозии
Протяжка болтов

Обслуживание аккумуляторной батареи – важнейшее действие при эксплуатации различных аккумуляторов. Своевременно проведенное обслуживание, помогает выявить все имеющиеся отклонения и исключить возникновение непредвиденных ситуаций.

Наши специалисты предложат меры по немедленному устранению неисправностей, а также озвучат стоимость обслуживания. При предоставлении дополнительных сведений о марке, характеристиках, дате выпуска и состоянии аккумуляторной батареи, наши менеджеры смогут озвучить точную стоимость ремонта или замены со всеми нюансами.

Имя / Название компании *

Email *

Телефон

Напряжениебатареи *

Емкость батареи *

Габаритные размеры *

Имя

Отчество

Фамилия

Логин / Имя пользователя*

Фамилия

E-mail*

Пароль*

Подтвердить Пароль*

Поля со звездочкой (*) ОБЯЗАТЕЛЬНЫ к заполнению.

Only fill in if you are not human

Мы перезвоним через 5-10 минут!

Имя

Фамилия

Name

Ваше имя, а так же, если Вы представитель компании, укажите её название. *

Представьтесь пожалуйста.

Укажите Ваш номер телефона и E-mail: *

Имя

Фамилия

Название оборудования: *

Чем больше информации Вы укажете, тем более точно Мы сможем указать стоимость работ.

Описание:

Если оборудование работает неправильно, напишите чем это выражается.

Phone

Наш сайт использует файлы cookies, чтобы улучшить работу и повысить эффективность сайта. Продолжая работу с сайтом, вы соглашаетесь с использованием нами cookies и политикой конфиденциальности.

Принять

Литий-ионный аккумулятор — Институт чистой энергии

Что такое литий-ионный аккумулятор и как он работает?

Литий-ионный (Li-ion) аккумулятор представляет собой передовую технологию аккумуляторов, в которой ионы лития используются в качестве ключевого компонента электрохимии. Во время цикла разряда атомы лития в аноде ионизируются и отделяются от своих электронов. Ионы лития движутся от анода и проходят через электролит, пока не достигнут катода, где они рекомбинируют со своими электронами и электрически нейтрализуются. Ионы лития достаточно малы, чтобы проходить через микропроницаемый разделитель между анодом и катодом. Отчасти из-за небольшого размера лития (уступая только водороду и гелию) литий-ионные батареи способны иметь очень высокое напряжение и запас заряда на единицу массы и единицы объема.

В литий-ионных батареях в качестве электродов могут использоваться различные материалы. Наиболее распространенной комбинацией является комбинация оксида лития-кобальта (катод) и графита (анод), которая чаще всего встречается в портативных электронных устройствах, таких как мобильные телефоны и ноутбуки. Другие катодные материалы включают оксид лития-марганца (используемый в гибридных электрических и электрических автомобилях) и фосфат лития-железа. В литий-ионных батареях в качестве электролита обычно используется эфир (класс органических соединений).

Применение аккумуляторов

Математические модели эффективности батарей

Каковы некоторые преимущества литий-ионных батарей?

По сравнению с другими высококачественными аккумуляторами (никель-кадмиевыми или никель-металлогидридными) литий-ионные аккумуляторы имеют ряд преимуществ. У них одна из самых высоких плотностей энергии среди аккумуляторных технологий на сегодняшний день (100-265 Втч/кг или 250-670 Втч/л). Кроме того, литий-ионные аккумуляторные элементы могут выдавать напряжение до 3,6 В, что в 3 раза выше, чем у таких технологий, как Ni-Cd или Ni-MH. Это означает, что они могут обеспечивать большое количество тока для мощных приложений, в которых литий-ионные батареи также сравнительно просты в обслуживании и не требуют плановых циклов для продления срока службы батареи. Литий-ионные аккумуляторы не имеют эффекта памяти, пагубного процесса, при котором повторяющиеся циклы частичной разрядки/зарядки могут привести к тому, что аккумулятор «запомнит» более низкую емкость. Это преимущество как перед Ni-Cd, так и перед Ni-MH, которые проявляют этот эффект. Литий-ионные аккумуляторы также имеют низкую скорость саморазряда, составляющую около 1,5-2% в месяц. Они не содержат токсичного кадмия, что облегчает их утилизацию по сравнению с Ni-Cd батареями.

Благодаря этим преимуществам литий-ионные аккумуляторы вытеснили никель-кадмиевые аккумуляторы и заняли лидирующие позиции на рынке портативных электронных устройств (таких как смартфоны и ноутбуки). Литий-ионные батареи также используются для питания электрических систем в некоторых аэрокосмических приложениях, в частности, в новом и более экологичном Боинге 787, где вес является значительным фактором стоимости. С точки зрения экологически чистой энергии большая часть перспектив литий-ионных технологий исходит из их потенциального применения в автомобилях с батарейным питанием. В настоящее время самые продаваемые электромобили Nissan Leaf и Tesla Model S используют литий-ионные аккумуляторы в качестве основного источника топлива.

Каковы недостатки литий-ионных аккумуляторов?

Несмотря на свои технологические перспективы, литий-ионные аккумуляторы по-прежнему имеют ряд недостатков, особенно в отношении безопасности. Литий-ионные аккумуляторы имеют тенденцию к перегреву и могут быть повреждены при высоких напряжениях. В некоторых случаях это может привести к тепловому разгону и возгоранию. Это вызвало серьезные проблемы, в частности, остановку парка самолетов Boeing 787 после того, как поступили сообщения о возгорании бортовых батарей. Из-за рисков, связанных с этими батареями, ряд транспортных компаний отказываются выполнять массовые перевозки батарей самолетами. Для литий-ионных аккумуляторов требуются защитные механизмы для ограничения напряжения и внутреннего давления, что в некоторых случаях может увеличить вес и ограничить производительность. Литий-ионные аккумуляторы также подвержены старению, а это означает, что они могут терять емкость и часто выходят из строя через несколько лет. Еще одним фактором, ограничивающим их широкое распространение, является их стоимость, которая примерно на 40% выше, чем у Ni-Cd. Решение этих проблем является ключевым компонентом текущих исследований в области технологии. Наконец, несмотря на высокую плотность энергии литий-ионных аккумуляторов по сравнению с другими типами аккумуляторов, они по-прежнему имеют примерно в сто раз меньшую плотность энергии, чем бензин (который содержит 12 700 Втч/кг по массе или 8760 Втч/л по объему).

Взносы CEI

Основные результаты исследований

Одним из способов, которым CEI работала для достижения этой цели, является прямая визуализация, в частности, с использованием рентгеновской спектроскопии. Недавно в лаборатории профессора Джерри Зайдлера был разработан метод проведения рентгеновской спектроскопии ближней краевой структуры (XANES) на рабочем столе. Этот метод может позволить относительно подробные измерения определенных характеристик внутреннего состояния батареи без необходимости вскрывать ее и, таким образом, нарушать работу системы. Раньше XANES можно было реализовать только с чрезвычайно высоким потоком излучения от таких инструментов, как синхротрон. Это чрезвычайно большие и дорогие установки стоимостью до 1 миллиарда долларов, которые пользуются таким большим спросом среди ученых, что многомесячные списки ожидания становятся нормой. Используя преимущества новых передовых оптических технологий, лаборатория Зайдлера смогла изготовить небольшой прибор стоимостью 25 000 долларов, который может имитировать измерения, проводимые на синхротроне. С помощью этого нового инструмента ученые могут получать результаты в течение нескольких часов без значительного времени ожидания, что значительно увеличивает скорость разработки нестандартных технологий.

Другой аспект исследования аккумуляторов CEI включает создание физических, математических и вычислительных моделей внутреннего состояния аккумулятора. Это может помочь оптимизировать производительность батареи и циклы зарядки/разрядки, а также прогнозировать и предотвращать опасные отказы батареи. Профессор Венкат Субраманян, руководитель Лаборатории моделирования, анализа и управления технологическими процессами для электрохимических систем (MAPLE), разрабатывает и переформулирует физические модели батарей, а также работает над методами моделирования и решения этих моделей с большей эффективностью и точностью. Создав более эффективную, универсальную и точную модель технологии литий-ионных аккумуляторов, M.A.P.L.E. Исследования лаборатории могут помочь в разработке аккумуляторов более точно для более безопасной и эффективной работы.

Другие направления

Большая часть текущих исследований CEI направлена на разработку способов лучшего понимания и управления важными внутренними состояниями литий-ионных аккумуляторов. Понимание внутренней работы батареи имеет важное значение для улучшения конструкции и оценки режимов ее отказа.

Другим крупным направлением исследований CEI является разработка новых материалов для улучшения характеристик аккумуляторов. В центре внимания CEI находятся как наука о материалах высокого уровня, такая как разработка и замена альтернативных материалов в литий-ионных батареях, так и характеристика и дизайн наноструктурированных материалов или материалов, свойства которых определяются даже с точностью до нанометра. . Исследователи CEI также изучают материалы, которые могут предложить альтернативу технологиям литий-ионных аккумуляторов.

Кремний исследуется в качестве анодного материала, поскольку он может образовывать трехмерную клетку, обладающую большей способностью поглощать литий.

Узнать больше

Веб-сайт, посвященный батареям и их повторному использованию, создан студентом Clean Energy Bridge to Research Алеком Лазарски
На веб-странице исследовательской группы Субраманиана есть свежие публикации о нелинейном прогнозирующем управлении с помощью моделей для литий-ионных аккумуляторов и других электрохимических систем.
Институт чистой энергии (UW) ускоряет масштабные исследования чистой энергии, включая солнечную энергию следующего поколения, материалы для аккумуляторов, а также их интеграцию с системами и сетью. У него также есть информационно-пропагандистские программы, чтобы заинтересовать студентов в области STEM и чистой энергии. http://www.cei.washington.edu/ & http://www.cei.washington.edu/education/products/
Университет аккумуляторов, спонсируемый Cadex Electronics Inc., предоставляет бесплатные учебные материалы по аккумуляторам. http://batteryuniversity.com/

«Батареи в портативном мире. Справочник по перезаряжаемым батареям для не инженеров», опубликованный основателем Cadex Electronics Inc. На веб-сайте есть примечания к книге. http://www.buchmann.ca/buchmann/
В Википедии содержится хороший обзор химии литий-ионных аккумуляторов и их разработки. https://en.wikipedia.org/wiki/Литий-ионная_батарея

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

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

Полученные данные потенциально могут значительно повысить плотность энергии литиевых батарей.

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

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

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

Повышенная кулоновская эффективность (CE, вертикальная ось) может быть получена при смещении вверх окислительно-восстановительного потенциала металлического лития (ELi/Li+, горизонтальная ось), что снижает термодинамическую движущую силу для восстановления электролита на поверхности металлического лития.

На вставке представлены окислительно-восстановительные кривые соединения ферроцена (Fc/Fc+), введенного для оценки изменения окислительно-восстановительного потенциала металлического лития в данных электролитах. Сравнивая окислительно-восстановительный потенциал металлического лития в 74 различных электролитах, исследователи обнаружили корреляцию между окислительно-восстановительным потенциалом и кулоновской эффективностью. Основываясь на этих выводах, несколько электролитов, обеспечивающих высокую кулоновскую эффективность (до 99,4 %), легко развивались. Предоставлено: Лаборатория Ямада и Китада, Департамент инженерии химических систем, Токийский университет,

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

Работа команды может открыть новые возможности в разработке электролитов следующего поколения для литий-металлических аккумуляторов.

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

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

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

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

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

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

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

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

Это исследование было проведено в сотрудничестве с Нагойским технологическим институтом.

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

Разное