Как поднять плотность в аккумуляторе (почему электролит падает ниже нормы)

Содержание

1. Почему падает плотность электролита в аккумуляторе
2. Домашние способы повышения плотности
3. Что делать, если плотность ниже минимума

Контроль состояния электролита – важная сервисная операция, позволяющая содержать аккумулятор автомобиля в исправном состоянии. Периодические замеры плотности (удельного веса) позволяют выявить проблемы с батареей и принять предупредительные меры.

Почему падает плотность электролита в аккумуляторе

Плотность электролита определяется соотношением его составляющих:

• серной кислоты;
• воды.

При оптимальной концентрации H₂SO₄ плотность составляет 1,27 г/ см³ (при температуре +25 град.С). Если содержание кислоты повышается, растет и плотность. При понижении концентрации H₂SO₄ плотность, соответственно, уменьшается.

Это относится и к ситуации, когда концентрация кислоты уменьшена естественным для аккумулятора путем – если АКБ не заряжена полностью. При разряде батареи в результате электрохимических реакций из серной кислоты, свинца, диоксида свинца образуются вода и сульфат свинца. При заряде реакции текут в обратном порядке. Если бы все протекало строго симметрично, то сульфат и вода полностью превращались бы в свинец, его диоксид и H₂SO₄. В реальности такого равновесия достигнуть не получается. Например, в результате недозаряда происходят два нежелательных явления:

1. Непрореагировавший сульфат свинца покрывает активную площадь пластин.
2. Исходная концентрация кислоты в электролите не восстанавливается (плотность падает).

Статья в тему: Какая должна быть плотность в автомобильном аккумуляторе

Другая распространенная причина снижения концентрации H₂SO₄ – бесконтрольный долив дистиллированной воды при снижении уровня жидкости в элементе батареи. Стремление восполнить количество жидкости «на глаз», без замера ареометром, приводит к разбавлению жидкого реагента ниже нормы.

Измерение удельного веса денсиметром.

Также удельный вес электролита может оказаться вне установленных пределов, если его замерять при температуре, заметно отличающейся от +25 град.С. При повышении температуры плотность электролита падает, а при снижении – растет, хотя соотношение кислоты и воды остается прежним. Значения параметров при различных температурах указаны в таблице.

Температура окружающей среды, град.С	-5	0	+4	+15	+25	+30	+40	+50
Напряжение полностью заряженного аккумулятора, В	12,58	12,6	12,606	12,634	12,65	12,655	12,657	12,663
Плотность электролита, г/см3	1,291	1,285	1,281	1,273	1,265	1,262	1,254	1,249

Большинство прочих проблем с жидким реагентом (последствия кипения, испарения воды из-за неплотно затянутых пробок и т. п.) ведут не к понижению, а к повышению удельного веса. Это тоже вредное явление, оно ускоряет коррозию пластин, снижая срок службы АКБ.

Домашние способы повышения плотности

Самое первое действие, которое надо предпринять, чтобы повысить плотность электролита – пополнить запас энергии до максимума. Это можно сделать любым зарядным устройством, предназначенным для 12-вольтовых свинцово-кислотных аккумуляторов. Если содержание снизилось исключительно в результате разряда, этого будет достаточно для восстановления состояния электролита. Удостовериться в этом можно, измерив параметры жидкости ареометром.

Если батарея полностью заряжена, а удельный вес электролита ниже нормы даже с учетом поправки на температуру, надо увеличить его плотность до номинальной путем добавления серной кислоты. Для этих целей служит корректирующий электролит, представляющий собой 45% раствор H₂SO₄ в воде. Его удельный вес составляет от 1,34 до 1,4 г/см³, что заведомо выше потребной плотности жидкого реагента аккумулятора для любых условий.

Надо забрать из банки некоторое количество жидкости и добавить соответствующее количество кислотного раствора. Ориентировочное количество забираемого и добавляемого раствора с удельным весом 1,4 г/см³ для получения заветной цифры 1,27 г/см³ приведено в таблице.

Исходный удельный вес жидкости, г/см3	Объем удаляемой жидкости, мл	Объем добавляемого кислотного раствора, мл
1,24	173	175
1,25	118	120
1,26	65	66

Эти цифры приведены для 1 литра электролита (1000 мл), их надо умножить на объем одного элемента в литрах. Для батареи емкостью 45 А*ч он составляет 0,5 л, емкостью 55 А*ч – 0,633 л.

Для доливки кислоты удобнее и безопаснее использовать воронку.

Эта операция проводится с каждым элементом, после чего батарея ставится на зарядку на 30 минут в стандартном режиме. Это нужно для выравнивания плотности по объему банки за счет конвекционных процессов. Далее АКБ должна постоять хотя бы полчаса, после чего надо замерить удельный вес жидкого реагента. Если в одной или нескольких банках попасть в пределы не удалось, операцию надо повторить. После чего надо провести полную зарядку батареи, а лучше – контрольно-тренировочный цикл. После чего снова выполнить замер параметров электролита. При необходимости корректировку придется повторить. Работа это долгая и кропотливая, но по-другому не получится.

Что делать, если плотность ниже минимума

Если удельный вес электролита окажется ниже 1,1 г/см³, его, скорее всего, не удастся довести до нормы предложенными способами. Есть смысл полностью заменить жидкий реагент. Сделать это можно самостоятельно.

Сначала грушей (например, от денсиметра) надо как можно более полностью выбрать старый реагент из элемента. Возможно, понадобятся удлиняющие трубочки на носик, чтобы добраться до дна. Полностью слить жидкость вряд ли получится, а переворачивать АКБ вниз пробками категорически не рекомендуется – это может привести к осыпанию обмазки и окончательной гибели батареи.

Переворачивать АКБ нельзя.

Поэтому есть смысл аккуратно положить батарею набок, просверлить отверстия в дне каждого элемента (делать это надо осторожно, чтобы при выходе сверла не задеть пластины), и, вернув аккумулятор в исходное положение, дождаться вытекания электролита. Далее надо промыть два-три раза каждый элемент большим объемом дистиллированной воды и дождаться ее полного стекания. Потом отверстия надо запаять с помощью мощного паяльника и кусочков подходящего пластика. Удобно использовать в качестве донора крышки от клемм или другие неиспользуемые и декоративные элементы батареи.

Готовый жидкий реагент 1,27 г/см³.

Можно купить готовый электролит в необходимом объеме или сделать его самостоятельно. Для этого понадобится корректирующий раствор и дистиллированная вода. Приготовить жидкий реагент надо заранее, чтобы не допустить пересыхания пластин – это также может привести к осыпанию активной массы. Надо смешать компоненты до получения необходимой плотности.

Этикетка с правилами безопасной работы с корректирующим раствором 1,4 г/см3.

Чтобы получить 1 литр жидкости плотностью 1,26..1,28 см³. надо смешать 357 мл корректирующего раствора 1,4 г/см³ и 652 мл дистиллированной воды. Все операции надо проделывать в химически инертной посуде – стеклянной или пластиковой.

Лить воду в кислоту опасно.

Размешивать раствор надо стеклянной или пластиковой палочкой. Во время смешивания жидкость нагревается, поэтому надо дать ей время остыть до комнатной температуры. Далее надо измерить удельный вес. Если все в порядке, залить получившийся жидкий реагент в каждую банку до необходимого уровня и дать батарее постоять не менее часа. Потом надо полностью зарядить АКБ (или провести КТЦ) и проконтролировать параметры электролита в каждой банке. При необходимости придется провести небольшую корректировку плотности по методике, указанной выше.

После замены электролита аккумулятор надо зарядить.

Восстановленная таким образом батарея может прослужить еще некоторое время. Но срок ее службы предсказать невозможно – может год, а может быть месяц. Он зависит от состояния АКБ перед заливкой нового электролита. При сливе жидкости можно заодно провести операцию десульфатации – это повысит шансы батареи на продление жизни. Но лучше не допускать АКБ до такого состояния и вовремя принимать корректирующие меры. Своевременно поднять плотность жидкости в аккумуляторе гораздо выгоднее, чем купить новый источник питания.

Для наглядности рекомендуем тематические видеоролики.

Поднятие плотности и устранение саморазряда батареи.

Почему не повышается плотность после доливки дистиллированной воды.

Как повысить плотность электролита в автомобильном аккумуляторе

Аккумуляторная батарея в автомобиле является важной частью в его электрической схеме. Многие автолюбители сталкивались с проблемой, когда они не могли завести свой автомобиль, особенно, после длительного простоя. Связано это с тем, что аккумулятор теряет свою мощность и не может раскрутить стартер. Виной всему является понижение плотности электролита. В этой статье попробуем разобраться, как поднять его плотность своими силами.

Содержание:

• Причины снижения плотности электролитической жидкости
• Что понадобится для повышения плотности электролита
• Процедура обновления аккумулятора
• Повышение плотности с помощью зарядного устройства
• Видео

Причины снижения плотности электролитической жидкости

Определимся сначала, что такое электролит. Это вещество, проводящее электрический ток в результате распада на ионы. В аккумуляторных батареях автомобилей в качестве жидкости выступает раствор серной кислоты и дистиллированной воды. Все автолюбители знают, что во время эксплуатации автомобиля периодически надо следить за уровнем жидкости в аккумуляторе. При низком уровне все доливают дистиллированную воду, но редко кто замеряет плотность раствора.

Во время пуска стартера происходит разряд АКБ, который потом восстанавливается в процессе зарядки от генератора. Во время зарядки происходит частичное выкипание электролитического раствора. Таким образом, добавляя дистиллированную воду, мы понижаем общую плотность жидкости. Очень часто происходит выкипание электролитического раствора и в результате — поломки реле зарядки генератора. При понижении плотности электролитической жидкости аккумулятор просто не сможет выдать пусковой ток для запуска стартера, и в итоге мы не сможем завести двигатель. В этом случае надо повышать плотность электролитической жидкости.

Что понадобится для повышения плотности электролита

Перед тем как приступить к восстановлению нормальной плотности, надо произвести следующие приготовления.

• Приобрести средства индивидуальной защиты (резиновые перчатки, прорезиненый фартук и очки, а лучше стеклянный щиток).
• Приготовить серную кислоту и дистиллированную воду.
• В автомагазине купить ареометр и небольшую воронку. Понадобится еще медицинская груша.
• Приготовить раствор кислоты повышенной плотности. Для этого надо приготовить подходящую емкость, обычно берут пустой корпус от старого аккумулятора. Еще одну емкость надо приготовить для отработанного раствора. В него сначала налить дистиллированную воду, а затем тонкой струйкой серную кислоту. Так как этот процесс довольно длительный, его надо произвести заранее. В результате реакции раствор будет нагреваться, поэтому надо подождать пока он полностью остынет. Показание ареометра, должно быть, при этом около 1,40 г/см³.

Весь объем старого электролита мы все равно не сможем откачать, поэтому такая плотность как раз должна нам подойти.

Процедура обновления аккумулятора

Итак, приступаем непосредственно к повышению плотности электролита в нашем аккумуляторе. Аккумуляторная батарея состоит из шести емкостей, изолированных друг от друга, поэтому процедуру ее повышения надо производить с каждой последовательно. Не забываем надеть средства индивидуальной защиты. Затем последовательно открываем пробки всех банок. Рядом с рабочим аккумулятором ставим емкость для старого электролита.

Медицинской грушей из первой банки, желательно в мерный стакан, откачиваем отработанный электролит и сливаем в приготовленную емкость. Затем сначала в мерный стакан набираем такой же объем приготовленного электролита. В отверстие банки вставляем воронку и заливаем электролит повышенной плотности. Затем замеряем ее ареометром. Если она ниже нормативного показателя, то повторяем всю процедуру заново.

То есть откачиваем получившуюся смесь и опять добавляем электролитическую жидкость. Если мы делаем эту процедуру летом, то надо будет вывести летнюю норму 1,25—1,27 г/см³. Для зимы ее надо будет поднять до 1,28—1,30 г/см³, в зависимости от климатических условий.

Некоторые нюансы, которые обязательно надо запомнить:

• плотность электролита замеряется у полностью заряженной аккумуляторной батареи, потому что в этом случае показания ее не изменяются;
• показания ареометра в каждой банке не должны отличаться более чем на 0,01 г/см³;
• нельзя переворачивать аккумулятор, чтобы не получить короткого замыкания;
• после замены электролитической жидкости надо произвести кратковременную зарядку аккумулятора для лучшего размешивания раствора.

Повышение плотности с помощью зарядного устройства

Если вы столкнулись с тем, что у вас очень маленькое показание ареометра, допустим, ниже 1,18 г/см³, то способ, описанный выше, нам не поможет. В этом случае нам придется воспользоваться не электролитом, а серной кислотой. То есть, откачав из банки отработанную электролитическую жидкость, взамен надо будет влить кислоту. Делать это надо очень осторожно.

Повысить плотность можно и с помощью зарядного устройства, но это очень длительный процесс. Аккумулятор надо поставить на зарядку, выставив минимальное значение тока подзарядки. Со временем аккумулятор закипит и дистиллированная вода начнет испаряться. Вместо нее надо добавлять электролит.

Если у вас аккумулятор давно в эксплуатации, есть еще способ продлить ему жизнь. Это способ полной замены старого электролита на новый. Для этого надо откачать грушей старый электролит. Затем аккумулятор аккуратно положить набок. Внизу каждой банки дрелью просверлить отверстия. Через них слить оставшуюся часть жидкости. Затем, чтобы промыть батарею, залить дистиллированную воду в каждую банку и слить. Далее, берем пластмассу со старых корпусов батарей и с помощью паяльника запаиваем все шесть отверстий. Заливаем нормальную электролитическую жидкость и ставим аккумулятор на зарядку. Такой аккумулятор долго не проработает, но до покупки нового должен еще послужить.

Видео

Из этого видео вы узнаете, как самостоятельно повысить плотность электролита в аккумуляторе.

Химические добавки улучшают стабильность литий-ионных аккумуляторов высокой плотности

Диаграммы на этом рисунке показывают состав катода, взаимодействие катода и электролита (CEI) и сольватную оболочку, то есть то, как различные химические молекулы в растворителе взаимодействуют друг с другом. На графиках показано поведение электролита при высоких и низких температурах, включая график, показывающий емкость в зависимости от времени и емкость при различных напряжениях. Кредит: Нано Исследования

Поскольку наша потребность в батареях высокой плотности увеличивается с широким распространением электромобилей и альтернативных источников энергии, повышение стабильности и емкости литий-ионных батарей является необходимостью. Современная технология литий-ионных аккумуляторов, в которой часто используется никель, менее стабильна при экстремальных температурах, что приводит к перегреву как из-за температуры, так и из-за высокого напряжения. Эти батареи также имеют тенденцию быстро портиться.

Чтобы решить эту проблему, исследователи изучают новые химические комбинации, которые могут устранить эти недостатки. В недавнем исследовании ученые продемонстрировали, как растворитель и добавка неорганического соединения могут улучшить стабильность и производительность литий-ионных аккумуляторов с никелевыми катодами.

Они опубликовали свои результаты 12 сентября в Nano Research .

Основы работы батарей одинаковы, независимо от того, думаете ли вы о промышленной литий-ионной батарее или обычной бытовой батарее типа АА. Катод — это положительный электрод, анод — отрицательный электрод, а между ними внутри батареи находится раствор, называемый электролитом. Положительно и отрицательно заряженные ионы проходят через электролит, а химическая реакция генерирует электрическую энергию.

В этом исследовании исследователи определили жидкий электролит на основе сульфолана с добавленным к нему перхлоратом лития как потенциальное решение общих недостатков литий-ионных аккумуляторов.

«Для катодов на основе никеля хорошие низкотемпературные электрохимические характеристики обычно достигаются в ущерб имуществу и безопасности при комнатных температурах. Это связано с тем, что электролиты с легкоплавкими растворителями резко портятся. Высокая летучесть и воспламеняемость этих электролитов также ограничивают их применение при высоких температурах», — сказал профессор Фан Лянь из Школы материаловедения и инженерии Пекинского университета науки и технологии в Пекине, Китай. Исследователи обнаружили, что добавление перхлората лития к сульфолану может устранить многие из этих недостатков.

Сульфолан — это растворитель, изначально созданный для использования в нефтяной и газовой промышленности, но теперь он используется во многих различных промышленных условиях, поскольку остается стабильным при повышенных температурах.

Перхлорат лития представляет собой неорганическое соединение, которое в сочетании с сульфоланом помогает поддерживать стабильность электролита. Третий химикат добавляется для разбавления электролита и повышения стабильности электролита в широком диапазоне температур.

Чтобы проверить, насколько хорошо работает предложенный электролит, исследователи создали батарею с использованием электролита и провели серию тестов и теоретических расчетов.

Они обнаружили, что растворитель способен сохранять проводимость в широком диапазоне температур от –60 до 55 градусов Цельсия. Для сравнения, традиционные электролиты имеют тенденцию затвердевать при температурах ниже -20 градусов Цельсия. Добавление перхлората лития в электролит усиливает взаимодействие различных химических веществ в электролите друг с другом и снижает количество необходимой энергии, облегчая работу электролита при более низких температурах.

«Разбавленный электролит высокой концентрации на основе сульфолана с добавкой перхлората лития реализует широкотемпературное применение в высоковольтных элементах. Эта комбинация улучшает перенос ионов лития и снижает энергию десольватации, одновременно подавляя непрерывное разложение электролита и острое износ катода при высоких температурах», — сказал Лиан. «Наша работа обеспечивает всестороннее понимание молекулярной структуры электролита, способствуя разработке литиевых батарей с высокой плотностью энергии».

Дополнительная информация: Yixin Zhu et al, Жидкий электролит на основе сульфолана с добавкой LiClO4 для широкотемпературного рабочего тройного катода с высоким содержанием никеля,

Nano Research (2022). DOI: 10.1007/s12274-022-4852-y

Предоставлено Издательство Университета Цинхуа

Цитата : Химические добавки повышают стабильность литий-ионных аккумуляторов высокой плотности (2022, 14 сентября) получено 2 июля 2023 г. с https://phys.org/news/2022-09-chemical-additives-stability-high-density-lithium-ion.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Ученые открыли новый электролит для твердотельных литий-ионных аккумуляторов

В поисках идеального аккумулятора ученые преследуют две основные цели: создать устройство, способное хранить большое количество энергии и делать это безопасно. Многие батареи содержат жидкие электролиты, которые потенциально легко воспламеняются.

В результате твердотельные литий-ионные батареи, состоящие из полностью твердых компонентов, становятся все более привлекательными для ученых, поскольку они предлагают привлекательное сочетание более высокой безопасности и повышенной плотности энергии — именно столько энергии может хранить батарея. на заданный объем.

Исследователи из Университета Ватерлоо, Канада, которые являются членами Объединенного центра исследований в области хранения энергии (JCESR) со штаб-квартирой в Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США, обнаружили новый твердый электролит, который предлагает несколько важных преимущества.

Этот электролит, состоящий из лития, скандия, индия и хлора, хорошо проводит ионы лития, но плохо проводит электроны. Эта комбинация необходима для создания полностью твердотельной батареи, которая работает без существенной потери емкости в течение более ста циклов при высоком напряжении (выше 4 вольт) и тысяч циклов при промежуточном напряжении. Хлоридная природа электролита является ключом к его стабильности при рабочих условиях выше 4 вольт, что означает, что он подходит для типичных катодных материалов, которые составляют основу современных литий-ионных элементов.

«Главная привлекательность твердотельного электролита заключается в том, что он не может загореться и позволяет эффективно размещать его в аккумуляторной ячейке; мы были рады продемонстрировать стабильную работу при высоком напряжении», — сказала Линда Назар, заслуженный профессор химии Университета Ватерлоо и давний член JCESR.

Текущие версии твердотельных электролитов в значительной степени сосредоточены на сульфидах, которые окисляются и разлагаются при напряжении выше 2,5 вольт.

Следовательно, они требуют включения изолирующего покрытия вокруг материала катода, которое работает при напряжении выше 4 вольт, что ухудшает способность электронов и ионов лития перемещаться из электролита в катод.

«С сульфидными электролитами у вас есть своего рода головоломка — вы хотите изолировать электролит от катода электронным способом, чтобы он не окислялся, но вам все еще требуется электронная проводимость в материале катода», — сказал Назар.

Хотя группа Назара не была первой, кто изобрел хлоридный электролит, решение заменить половину индия на скандий, основанное на их предыдущей работе, оказалось выигрышным с точки зрения более низкой электронной и более высокой ионной проводимости. «Хлоридные электролиты становятся все более привлекательными, потому что они окисляются только при высоких напряжениях, а некоторые из них химически совместимы с лучшими катодами, которые у нас есть», — сказал Назар. «Недавно сообщалось о нескольких из них, но мы разработали один с явными преимуществами».

Одним из химических ключей к ионной проводимости является пересекающаяся трехмерная структура материала, называемая шпинелью. Исследователи должны были сбалансировать два конкурирующих желания — загрузить шпинель как можно большим количеством ионов, несущих заряд, но также оставить участки открытыми для движения ионов. «Вы можете думать об этом, как о попытке устроить танец — вы хотите, чтобы люди пришли, но вы не хотите, чтобы было слишком много людей», — сказал Назар.

По словам Назар, идеальной ситуацией было бы, чтобы половина мест в структуре шпинели была занята литием, а другая половина оставалась открытой, но она объяснила, что создать такую ​​ситуацию сложно.

В дополнение к хорошей ионной проводимости лития, Назар и ее коллеги должны были убедиться, что электроны не могут легко перемещаться через электролит, чтобы вызвать его разложение при высоком напряжении. «Представьте себе игру в классики», — сказала она. «Даже если вы просто пытаетесь перепрыгнуть с первого квадрата на второй, если вы можете создать стену, которая затрудняет перепрыгивание электронов, в нашем случае, это еще одно преимущество этого твердого электролита. ».

Назар сказал, что пока неясно, почему электронная проводимость ниже, чем у многих хлоридных электролитов, о которых сообщалось ранее, но это помогает установить чистую поверхность раздела между материалом катода и твердым электролитом, факт, который в значительной степени отвечает за стабильную работу даже при высоких температурах. количества активного вещества на катоде.

Статья, основанная на исследовании «Высокая емкость, длительный срок службы керамических полностью твердотельных литий-ионных аккумуляторов 4 В на основе хлоридных твердых электролитов», появилась в онлайн-издании Nature Energy 9 от 3 января.0065 .

Другие авторы статьи включают аспиранта Назара, Лайдонга Чжоу, члена JCESR, который отвечал за большую часть работы, а также Се Ён Ким, Чун Юэн Квок и Абдельджалил Ассуд, все из Университета Ватерлоо. Среди других авторов были Тонг-Тонг Зуо и профессор Юрген Янек из Университета Юстуса Либиха, Германия, и Цян Чжан из Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики.

Исследование финансировалось Управлением науки Министерства энергетики, Управлением фундаментальных энергетических наук при некоторой поддержке Канадского национального совета по науке и инженерным исследованиям.

Объединенный центр исследований в области хранения энергии (JCESR) , Центр инноваций в области энергетики Министерства энергетики США, представляет собой крупное партнерство, объединяющее исследователей из многих дисциплин для преодоления критических научных и технических барьеров и создания новой революционной технологии хранения энергии. В число партнеров, возглавляемых Аргоннской национальной лабораторией Министерства энергетики США, входят национальные лидеры в области науки и техники из академических кругов, частного сектора и национальных лабораторий. Их совместный опыт охватывает весь спектр процессов разработки технологий, от фундаментальных исследований до разработки прототипов, разработки продуктов и доставки их на рынок.