Как замерить плотность электролита в аккумуляторе

Устройство аккумулятора

В целом описать устройство аккумулятора можно следующим образом:

• Корпус из инертного пластика, устойчивого к агрессивным воздействиям электролита.
• Внутри корпуса располагается некоторое количество герметичных модулей, называемых банками, обычно их шесть, соединенных между собой плюсовой и минусовой шинами. По своей сути, каждая банка — это небольшой аккумулятор, а АКБ их блок, собирающий и выдающий их общее напряжение.
• В каждой банке находятся пакеты, которые состоят из последовательно отделенных диэлектрическими разделителями катода и анода, обычно из свинцово-кальциевого сплава, которые залиты электролитом.
• На крышке находятся газоотводное отверстие, ручки для переноски, клеммы. В случае обслуживаемого аккумулятора заливные отверстия, закрытые пробками. Необслуживаемого — только глазок индикатора уровня электролита.

Зачем измерять плотность электролита в АКБ?

Некоторые автолюбители не понимают важности поддержания оптимальной плотности электролита внутри аккумулятора. Сделать это можно только при проведении её замеров с использованием различных приборов. Все дело в том, что при изменившейся плотности, а она зависит от соотношения серной кислоты и дистиллированной воды (35% и 65%), начинаются процессы, которые могут вызвать разрушение составляющих аккумулятора или нарушения в его работе. Если значения повышены, то это говорит об избытке кислоты, которая активно воздействует на пластины вплоть до полного их разрушения. При низкой плотности, количество кислоты снижено и из-за этого АКБ не сможет набрать свою полную емкость.

!Важно При длительном использовании разряженной АКБ зачастую происходит сульфитация пластин. Решить это проблему восстановлением плотности невозможно и придется отправлять аккумулятор на восстановление.

Таким образом, проводя измерение плотности электролита, выявляют возникшие проблемы и препятствуют выходу аккумулятора из строя.

Какие значения плотности электролита считают нормой?

Прежде чем приступать к замерам плотности электролита необходимо знать ее нормальное значение для полноценного функционирования аккумулятора. При изготовлении АКБ на заводах их заполняют электролитом со средней плотностью 1,26-1,27 г/см3. В целом этого достаточно для начала его эксплуатации. Но следует учитывать, что со временем этот показатель меняется и его приходится возвращать к оптимальным значениям. Основным фактором, определяющим величину плотности электролита, являются температурные условия эксплуатации автомобиля. Если это регионы с холодным макроклиматом, то она должна составлять 1,27–1,29 г/см3, если речь идет о средней полосе, то значение снижается до 1,25 – 1,27 г/см3, в теплых регионах 1,23 – 1,25 г/см3. Четко прослеживается закономерность, что чем ниже температура, при которой работает аккумулятор, тем выше необходимая для его нормальной работы плотность электролита.

!Справка При изготовлении состава для заливки рекомендуют отталкиваться от нижних значений допустимого диапазона. Также учитывают, что есть натриевые и калиевые электролиты и они используются в разных пропорциях.

Проверка плотности электролита – приборы и их действие

Перед тем как проверить концентрацию, необходимо убедится в том, что уровень раствора соответствует необходимому.

Делается это так:
Берут специальную стеклянную трубку (пипетку), опускают ее в аккумуляторную банку до упора и закрывают верхнее отверстие трубки пальцем. Трубку вынимают и замеряют высоту находящейся в ней жидкости. Она должна колебаться в пределах 10 — 15 см. Проводят это измерение для каждой банки. В случае если количество жидкости не совпадает с оптимальными значениями, электролит либо убирают, либо добавляют. После чего можно приступать непосредственно к измерению концентрации. Для этого необходимо соблюдать несколько простых правил:

• замеры проводят для каждой банки;
• крышка аккумулятора и пробки должны быть очищены от любых загрязнений;
• для получения максимально корректных результатов АКБ должна быть заряжена.
• непосредственно перед измерением аккумулятор выдерживают в комнатной температуре при 20 — 30 градусах.

Для измерения концентрации используют ареометр или, как его еще называют, денсиметр. Состоящий из:

• наконечника, который опускают в банки для забора жидкости;
• колбы, в которой будет находится ареометр;
• резиновой груши;
• ареометра.

Итак, сам процесс измерения. Наконечник ареометра протирают и погружают в открытое заливное отверстие. Используя грушу, набирают в колбу некоторое количество раствора кислоты. Для определения значения плотности денсиметр держат на уровне глаз, при этом сам ареометр должен быть в состоянии покоя и свободно плавать в растворе, не соприкасаясь ни с одной из стенок колбы. Как только эти условия будут достигнуты, отмечают число со шкалы ареометра, определяемое по уровню жидкости.

В том случае, если нет возможности использовать ареометр, проверку проводят используя вольтметр автотестера. Его подключают к клеммам батареи и измеряют напряжение. В норме оно должно колебаться в пределах 11,9 — 12,5 вольт. После этого заводят двигатель и набирают 2500 оборотов. По достижении этой отметки напряжение должно быть в пределах 13,9 — 14,4 вольта. Если значения соответствуют рекомендуемым, то и значение плотности должно быть в норме.

Как повысить плотность рабочего электролита 

В том случае, если в результате измерений было выяснено, что концентрация кислоты ниже требуемой, возникает необходимость в её повышении. Для это есть несколько способов:

• перезарядка аккумулятора;
• полная замена раствора электролита на новый;
• добавление более концентрированного раствора;
• добавление кислоты.

Для работы могут понадобится: мерная емкость, груша, паяльник, дрель. Весь инструментарий должен быть вымыт и высушен. Также нужно держать под рукой дистиллированную воду и электролит.

Если после набора оборотов вольтаж не изменился как описано выше, то начинать стоит с попытки перезарядить аккумулятор. 10 часов батарею заряжают с силой тока в 10 раз меньше чем его емкость. После этого её понижают вдвое и продолжают заряжать еще 2 часа.

В случае если изначальное напряжение после набора оборотов будет выше 14,4 вольта, то в АКБ заливается вода и её ставят на зарядку.

В случае если аккумулятор все равно быстро разряжается, то приходит время полной замены раствора. Чтобы это сделать, нужно выкачать из каждой банки максимально возможное количество жидкости, а её остаток аккуратно слить. Для этого все отверстия устройства в корпусе полностью герметично закрывают. Затем его кладут на бок и сверлят отверстия для слива для каждой банки. После чего жидкость из них сливают. 

!Важно Категорически запрещено устанавливать АКБ на крышку. В противном случае может произойти короткое замыкание. И это приведет к осыпанию поверхностей пластин. После того как старый электролит будет удален, внутренности батареи тщательно промывают дистиллятом. Затем паяльником запаивают просверленные отверстия, до полной герметичности и заливают новый раствор через предназначенные для этого отверстия.

В целом, повысить или понизить плотность для каждой отдельно взятой банки можно доливая раствор электролита высокой концентрации или дистиллированной воды.

Если плотность выше чем 1,18 г/см3, то добавляют концентрированный раствор. Из банки выбирают столько жидкости, сколько возможно и заменяют половину на концентрат. Его плотность должна быть выше, чем та, которая нужна для нормальной работы.

Получившийся раствор заливают обратно и аккуратно перебалтывают для перемешивания. Через небольшой промежуток времени проводят проверку. Зачастую с первого раза не получается достичь необходимых значений. Поэтому процедуру повторяют, но подменяют только четвертую часть исходной жидкости. До тех пор, пока результат не будет достигнут действия повторяют с каждым разом уменьшая объем подмены в 2 раза. Если получится концентрация выше оптимальной, то просто разбавляют очищенной водой.

Если же измерения показали значения ниже 1,18 г/см3, то используют кислоту. Проводят те же действия, что и при разбавлении концентратом, но подменяют меньшую часть, чтобы не превысить норму уже в первом цикле.

При приготовлении растворов кислота вливается в воду, в противном случае высок риск разбрызгивания концентрата. Все работы проводятся в рабочей робе с защищенными руками и глазами.

Что делать если аккумулятор необслуживаемый

На таком типе аккумуляторов отсутствуют пробки для залива жидкости и, соответственно, доступ к банкам, поэтому проверить плотность электролита можно только одним способом. Для это выкручивают находящийся на крышке глазок индикатора электролита и через отверстие для его крепления проводят замеры. Нужно помнить, что полученные показатели будут точными только для одной банки, так сказать эмпирически усредненными для всего устройства. Самостоятельно их повысить не представляется возможным из-за конструктивных особенностей аккумулятора.

Можно подытожить, что проверка плотности аккумулятора — это необходимые сервисные действия для его нормальной работы и длительности сохранения заряда. Если отказываться это делать, то вполне возможно, что вместо несложных придется приобретать новый аккумулятор взамен ставшего непригодным к эксплуатации.

Какая должна быть плотность электролита в аккумуляторе

Всем привет, дорогие читатели, сегодня расскажу какая должна быть плотность электролита в аккумуляторе. Электролит – основной компонент аккумуляторной батареи, от его плотности зависит накопление и удержание батареей заряда. Низкая концентрация не позволяет АКБ нормально заряжаться, а разрядка наоборот происходит слишком быстро. При низкой плотности машина плохо заводится с утра и может не завестись совсем, остановившись где-нибудь в поле. Неприятный момент, не правда ли? Чтобы его избежать, разберемся какая должна быть концентрация и как её повышать.

Содержание

1. Причины и последствия
2. К чему приводит безответственность
3. Какая нужна плотность
4. Повышаем плотность
5. Техника безопасности
6. Обслуживание батареи

Причины и последствия

Почему падает плотность электролита? Она понижается в результате испарения из секций батареи. Больше всего это происходит при закипании его при перезарядке. Постепенно испаряется электролит и вода естественным путем через дренажные отверстия. Есть такие в крышках банок АКБ, чтобы его не разорвало избытком газа или паров.

О необходимости доливать воду по уровню в обслуживаемых батареях знают многие владельцы машин. Но вот о том, что необходимо доливать и электролит, когда его концентрация низкая, знают далеко не все. Частично кислота выпаривается вместе с водой, частично разлагается, вступая в реакцию с веществом пластин АКБ.

Разумеется это происходит не быстро, поэтому проверять электролит ежедневно не имеет смысла. А вот ежемесячная проверка, для обслуживаемого аккумулятора будет не лишней.

Тем более что проверка дело быстрое и совсем не трудное. Для проверки нужно лишь снять АКБ. Открутить пробки и проверить ареометром все банки. После этого закрутить пробки обратно, и вернуть батарею на место. Займет не более 10 минут, даже если все делать не спеша.

К чему приводит безответственность

Когда водитель постоянно доливает по уровню лишь воду в батарею, нормальная плотность электролита падает, зимой такой аккумулятор просто разорвет льдом. Воды в нем больше чем кислоты, значит при понижении температуры она перейдет в лед. А лед, как известно расширяется, вот и происходит разрыв корпуса АКБ

Летом такая батарея быстро разряжается, не смотря на исправный генератор и постоянные стационарные подзарядки.   С похолоданием, при температуре около нуля машина не заводится. Так как плотность снижается и от снижения температуры. Уровень заряда падает автоматически.

Какая нужна плотность

Понятие летней и зимней плотности относительное, поддержание нужной концентрации необходимо и зимой и летом. В областях с более холодным климатом —  плотность должна быть несколько выше, но все равно в определенных пределах. Поддерживать концентрацию помогает систематическая проверка. Вот график плотности и температур, который поможет вам сориентироваться, нужно ли повышать плотность электролита в вашей батарее.

Из графика видно, что даже при относительно нормальной плотности летом, с наступлением холодов все равно возникнут проблемы. Если электролит в аккумуляторе помутнел или почернел, лучше его заменить полностью, отрегулировав плотность в процессе замены. Как правильно это сделать сейчас расскажу.

Повышаем плотность

Начнем с того, что для этого необходимо:

• Ареометр – прибор для измерения плотности.
• Резиновая груша.
• Мерная колба или стакан.
• Емкость, куда сливать электролит.
• Бутылка с электролитом для аккумуляторов.
• Бутылка дистиллята.

Техника безопасности

Техника безопасности тоже на первом месте, вы же не хотите остаться слепыми? Я точно этого не хочу. Поэтому работайте в плотных резиновых перчатках, для защиты глаз приобретите специальные защитные очки, закрытые со всех сторон.

 

Если приходится разводить электролит своими руками, тогда помните: сначала в сосуд наливается вода, а потом в воду постепенно доливается кислота. Если сделать наоборот, происходит мгновенный нагрев жидкости и кипение. Сосуд может лопнуть, и тогда точно получите ожоги. А вам ведь это не нужно?

Если полностью менять электролит, нужно слить из АКБ старый раствор. При этом запрещено сильно наклонять или переворачивать корпус АКБ. Это может привести к осыпанию материала пластин и замыканию их. Тогда батарею можно выбросить.

Замеры плотности выполняют при температуре в помещении 20 градусов, или чуть выше. Когда на улице мороз, батарею нужно принести в отапливаемое помещение. Дайте ей постоять и согреться. Учтите, что чем сильнее разряжена батарея, тем ниже её концентрация электролита. Поэтому перед замерами необходимо будет зарядить АКБ на максимум.

Как поднять плотность в не обслуживаемой батарее, я рассматривать не буду, лучше её просто сдать на свинец. Все манипуляции с такой батареей вы будете делать на собственный страх и риск, потому что её конструкция не позволяет выполнять обслуживание. Если вы любите риск и советы «очумельцев», помешать я вам не смогу, однако все же не советую.

Емкость для старого электролита лучше брать стеклянную или резиновую. Выливать его на землю или в водоем запрещено категорически. В канализацию тоже не рекомендуется. Лучше сдать на утилизацию, во избежание неприятностей, чем утилизировать самому, тем более что сейчас это сделать просто. В Интернете множество фирм, которые этим занимаются.

Обслуживание батареи

Процесс повышения плотности объясню на примере кислотной АКБ, как более распространенной. Показатели для щелочного типа будут отличаться, от приведенных мной.

Плотность для электролита приводится в граммах на кубический сантиметр (г/см3). Измеряется она ареометром, поочередно во всех банках. Допустимая плотность 1,25-1,29.Допустимый разброс между измерениями в банках 0,01. Как выровнять в банках уровень плотности? Конечно же не водой.

Когда показатель 1,20 или ниже, тогда нужно повышать концентрацию добавлением электролита.  Добавляемый электролит должен быть с плотностью 1,27.

Действуйте следующим образом:

• Сначала, при помощи резиновой груши выкачиваете из одной банки старый электролит, как можно больше, и сливаете в мерный стаканчик, чтобы измерить его количество.
• После этого заливаете в ту же банку новый электролит, только ½ откачанного объема.
• Теперь нужно покачать батарею, не переворачивая, и сильно не наклоняя, чтобы старый электролит перемешался с новым.

• Затем снова замеряете плотность, если её не хватает, доливаете вторую половину откачанного объема.
• Так поступаете поочередно со всеми банками, пока не получите нужную плотность.
• Как увеличить плотность, если показатели ниже 1.18? Рекомендуется доливать уже не электролит, а кислоту аккумуляторную по описанной выше схеме. Пока не получим нужную концентрацию. Превышение плотности не желательно, будут быстрее разлагаться пластины аккумулятора и снижаться его ресурс.
• После достижения нужной концентрации, заряжаете АКБ.
• После зарядки снова измеряете концентрацию и выравниваете по необходимости дистиллятом или электролитом.

В общем, как повысить плотность электролита вы теперь знаете, работа это кропотливая. Зато АКБ потом отлично работает в течение года, а может и дольше, если избегать закипаний и замыканий. Если рассыпались пластины хотя бы одной банки, тогда поможет только замена АКБ.

Спасибо всем, подписывайтесь на обновления и делитесь с друзьями, будет еще много познавательного. До встречи.

Аккумулятор 101: Ваш путеводитель по свинцово-кислотным аккумуляторам

От утренних поездок до работы на поле для гольфа солнечным субботним днем ​​аккумуляторы доставят ваших клиентов туда, куда им нужно.

Наиболее популярными типами аккумуляторов для питания транспортных средств являются свинцово-кислотные аккумуляторы. Хотя они восходят к 19 веку, свинцово-кислотные двигатели по-прежнему являются технологией, на которую больше всего полагаются водители, чтобы поддерживать их движение. Но свинцово-кислотные аккумуляторы не универсальны. На самом деле, аккумулятор, который вы должны выбрать, сильно зависит от вашего автомобиля и типа необходимой ему мощности.

Продолжайте читать, чтобы узнать о мощности свинцово-кислотных аккумуляторов.

Что такое свинцово-кислотная батарея?

В своей простейшей форме батарея представляет собой устройство, которое накапливает химическую энергию и преобразует ее в электрическую энергию.

Аккумуляторы состоят из трех основных компонентов: 

• Анод (отрицательная сторона), через который из аккумулятора выходит энергия.
• Катод (положительная сторона), по которому энергия поступает в батарею.
• Электролит, жидкость или гель, реагирующий с анодом и катодом.

В свинцово-кислотной батарее анод соединен со свинцовыми пластинами на одной стороне коробки, а катод соединен с пластинами из диоксида свинца на противоположной стороне. Середина состоит из чередующихся пластин свинца и диоксида свинца, окруженных серной кислотой (электролитом).

Когда начинается реакция, ток течет от катода из оксида свинца к свинцовому аноду. Свинец отдает электроны, которые принимает диоксид свинца, превращая обе пластины в твердый сульфат свинца. Подача энергии и внешнее сопротивление разряжают батарею.

Мощность в сравнении с энергией

По словам инженера Билла Хэммака, батареи спроектированы так, чтобы иметь либо высокую плотность энергии, либо высокую плотность мощности. «Разница в том, что батареи с высокой плотностью энергии могут хранить большое количество энергии и надежно высвобождать ее в течение длительных периодов времени, тогда как батареи с высокой плотностью мощности быстро выделяют большое количество энергии».

Свинцово-кислотные аккумуляторы, которые имеют перекос в сторону конца спектра с высокой плотностью мощности, используются для обеспечения быстрого всплеска мощности, например, когда вы поворачиваете ключ в зажигании вашего автомобиля.

Аккумуляторы с высокой плотностью энергии разработаны с учетом долговечности. Эти батареи питают такие вещи, как тележки для гольфа или спортивные автомобили, которые нуждаются в длительном источнике энергии. Они также эффективны в приложениях с возобновляемыми источниками энергии, где энергия, полученная от солнечных панелей, должна храниться в течение длительного периода времени.

Высокая мощность: пусковые, осветительные, запальные батареи

Пусковые, осветительные, запальные (SLI) батареи относятся к категории повышенной мощности. Это аккумуляторы, которые вы найдете в своем автомобиле или мотоцикле. Они предназначены для обеспечения мощного выброса энергии для запуска воспламенения. Аккумуляторы SLI не предназначены для поддержания работы вашего автомобиля; это работа двигателя. Во время движения автомобиля генератор подзаряжает аккумулятор. Аккумуляторы SLI не должны быть глубоко разряжены. На самом деле, если вы несколько раз доведете аккумулятор SLI до нуля, вы, скорее всего, получите разряженный аккумулятор.

Основные области применения аккумуляторов SLI включают: 

• Легковые и грузовые автомобили
• Мотоциклы

Внутри: аккумуляторы SLI имеют тонкие пластины из свинца и диоксида свинца, плотно упакованные между листами серной кислоты. Больше пластин означает большую площадь поверхности, что соответствует большей стартовой мощности.

Высокая энергия: аккумуляторы глубокого разряда

Задача аккумуляторов глубокого разряда заключается в том, чтобы поддерживать работу автомобиля с постоянной величиной тока в течение длительного периода времени. В отличие от аккумуляторов SLI, аккумуляторы глубокого цикла рассчитаны на разрядку до 75% их встроенной емкости.

Основные области применения аккумуляторов глубокого цикла включают: 

• тележки для гольфа
• Автомобили для отдыха
• Троллинговые моторы для рыбацких лодок
• Поломоечные машины
• Вилочные погрузчики и подъемные платформы
• Решения для хранения возобновляемой энергии

Внутри: В батареях глубокого разряда используются более толстые электроды, расположенные дальше друг от друга. В некоторых случаях под пластинами имеется больше места для сбора остатков серной кислоты, которые падают с пластин при глубоком разряде. Другие имеют анкерное соединение, то есть они прикреплены к нижней части корпуса, чтобы пластины не раскачивались в условиях высокой вибрации.

Типы свинцово-кислотных аккумуляторов

Как SLI, так и аккумуляторы глубокого цикла можно разделить на подкатегории в зависимости от их конструкции.

Залитые (или мокрые) батареи содержат жидкость, представляющую собой смесь серной кислоты и дистиллированной воды. Залитые батареи выделяют газ при разрядке, и их необходимо размещать вертикально, чтобы предотвратить утечку. Залитые батареи также необходимо время от времени поливать водой, чтобы они оставались в хорошем рабочем состоянии.

В герметичных свинцово-кислотных батареях (SLA) электролит или аккумуляторная кислота либо абсорбируется в пластинчатом сепараторе, либо превращается в гель. Поскольку их не нужно поливать и они защищены от проливания, они считаются малообслуживаемыми или не требующими обслуживания. SLA обычно имеют более длительный срок хранения, чем залитые батареи, и заряжаются быстрее. Однако они могут быть дороже.

SLA далее разбиты на категории: 

• Аккумуляторы с абсорбирующим стекловолокном (AGM) содержат сепараторы из стекломата, которые поглощают аккумуляторную кислоту. Коврики хранят электролит и передают его на пластины аккумуляторной батареи во время движения автомобиля.
Гелевые аккумуляторы
• содержат диоксид кремния, вещество, используемое для придания жесткости раствору электролита. Гель удерживает электролит и переносится на пластины аккумулятора, подобно AGM. Гелевые аккумуляторы можно устанавливать в любом положении.

Обслуживание вашей свинцово-кислотной батареи

Свинцово-кислотные батареи могут служить от трех до 10 лет в зависимости от производителя, использования и технического обслуживания. Чтобы максимально продлить срок службы аккумулятора: 

• Не позволяйте аккумулятору разряжаться ниже 20 %.
• Не перезаряжайте аккумулятор.
• Держите аккумулятор в чистоте, включая клеммные соединения и кабели, во избежание коррозии.
• Избегайте перегрева батареи.

Утилизация отработанных свинцово-кислотных аккумуляторов

По данным Агентства по охране окружающей среды, 99% перезаряжаемых свинцово-кислотных аккумуляторов перерабатываются, что делает их наиболее перерабатываемым потребительским товаром в США. Переработка отработанных батарей не только полезна для окружающей среды, но и проще, чем вы думаете. Во многих штатах действуют законы, требующие, чтобы розничные продавцы аккумуляторов принимали бывшие в употреблении свинцово-кислотные аккумуляторы (такие, которые используются в автомобилях).

Компания Continental Battery Systems стремится не допускать попадания батарей на свалку. На самом деле, мы перерабатываем больше батарей, чем продаем. Посетите один из наших пунктов переработки использованных аккумуляторов.

Новый дизайн литий-воздушной батареи может обеспечить гораздо больший запас хода по сравнению с литий-ионной батареей

К

Джозеф Э. Хармон

|

22 февраля 2023 г.

Новая более безопасная батарея, испытанная на тысячу циклов в тестовой ячейке, может хранить гораздо больше энергии, чем обычные сегодня литий-ионные батареи.

На схеме показан элемент литий-воздушной батареи, состоящий из металлического литиевого анода, воздушного катода и твердого керамического полимерного электролита (CPE). При разряде и заряде ионы лития (Li+) перемещаются от анода к катоду, а затем обратно. (Изображение Аргоннской национальной лаборатории.)

Многие владельцы электромобилей мечтали о аккумуляторной батарее, которая могла бы проехать более тысячи миль без подзарядки. Исследователи из Иллинойского технологического института (IIT) и Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) разработали литий-воздушную батарею, которая может воплотить эту мечту в реальность. Новая конструкция батареи, разработанная командой, однажды сможет питать отечественные самолеты и дальнемагистральные грузовики.

Основным новым компонентом этой литий-воздушной батареи является твердый электролит вместо обычного жидкого. Аккумуляторы с твердыми электролитами не связаны с проблемой безопасности, поскольку жидкие электролиты, используемые в литий-ионных и других типах аккумуляторов, могут перегреться и загореться.

«Литий-воздушная батарея имеет самую высокую расчетную плотность энергии среди всех аккумуляторных технологий, рассматриваемых для следующего поколения аккумуляторов помимо литий-ионных». — Ларри Кертис, заслуженный научный сотрудник Аргонны

Что еще более важно, химический состав батареи с твердым электролитом потенциально может повысить плотность энергии в четыре раза по сравнению с литий-ионными батареями, что приводит к увеличению запаса хода.

«Более десяти лет ученые в Аргонне и других местах работали сверхурочно, чтобы разработать литиевую батарею, которая использует кислород воздуха, — сказал Ларри Кертис, почетный научный сотрудник Аргонны. «Литий-воздушный аккумулятор имеет самую высокую прогнозируемую плотность энергии среди всех аккумуляторных технологий, рассматриваемых для следующего поколения аккумуляторов, помимо литий-ионных».

В предыдущих литий-воздушных конструкциях литий в литий-металлическом аноде перемещается через жидкий электролит, чтобы соединиться с кислородом во время разряда, образуя пероксид лития (Li ₂ O ₂ ) или супероксид (LiO ₂ ) на катоде. Затем перекись или супероксид лития снова расщепляется на литий и кислород во время зарядки. Эта химическая последовательность сохраняет и высвобождает энергию по требованию.

Новый твердый электролит команды состоит из керамического полимерного материала, изготовленного из относительно недорогих элементов в форме наночастиц. Это новое твердое вещество позволяет проводить химические реакции, в результате которых образуется оксид лития (Li ₂ О) при выписке.

«Химическая реакция для супероксида или пероксида лития включает только один или два электрона, хранящихся на молекулу кислорода, тогда как для оксида лития участвуют четыре электрона», — сказал аргоннский химик Рашид Амин. Больше сохраненных электронов означает более высокую плотность энергии.

Литий-воздушная батарея, разработанная командой, является первой литий-воздушной батареей, в которой достигнута четырехэлектронная реакция при комнатной температуре. Он также работает с кислородом, поступающим с воздухом из окружающей среды. Возможность работы с воздухом позволяет избежать необходимости использования кислородных баллонов, что было проблемой более ранних конструкций.

Команда использовала множество различных методов, чтобы установить, что на самом деле происходит четырехэлектронная реакция. Одним из ключевых методов была просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) продуктов разряда на поверхности катода, которая была проведена в Аргоннском центре наноразмерных материалов, пользовательском объекте Управления науки Министерства энергетики США. Изображения ПЭМ предоставили ценную информацию о механизме четырехэлектронного разряда.

Прошлые испытательные литий-воздушные элементы имели очень короткий срок службы. Команда установила, что этот недостаток не относится к их новой конструкции батареи, создав и проработав тестовую ячейку в течение 1000 циклов, продемонстрировав ее стабильность при многократном заряде и разряде.

«При дальнейшем развитии мы ожидаем, что наша новая конструкция литий-воздушной батареи также достигнет рекордной плотности энергии 1200 ватт-часов на килограмм», — сказал Кертис. «Это почти в четыре раза лучше, чем у литий-ионных аккумуляторов».

Это исследование было опубликовано в последнем номере журнала Science. Аргоннские авторы включают Ларри Кертисса, Рашида Амина, Лей Ю, Цзянго Вэня, Тунчао Лю, Сянь-Хау Вана, Пола С. Редферна, Кристофера Джонсона и Халила Амина. Среди авторов из IIT Мохаммад Асади, Мохаммадреза Эсмаилирад и Ахмад Мосен Харзанди. Среди авторов из Иллинойсского университета в Чикаго Реза Шахбазиан-Яссар, Махмуд Тамадони Сарай, Наннан Шан и Ан Нго.

Исследование финансировалось Управлением автомобильных технологий Министерства энергетики США и Управлением фундаментальных энергетических наук через Объединенный центр исследований в области накопления энергии.

Об Аргоннском центре наноразмерных материалов
Центр наноразмерных материалов является одним из пяти научно-исследовательских центров Министерства энергетики США по наноразмерам, ведущих национальных пользовательских учреждений для междисциплинарных исследований в наномасштабе при поддержке Управления науки Министерства энергетики США. Вместе NSRC составляют набор дополнительных объектов, которые предоставляют исследователям самые современные возможности для изготовления, обработки, определения характеристик и моделирования наноразмерных материалов и представляют собой крупнейшие инвестиции в инфраструктуру Национальной инициативы по нанотехнологиям. Центры NSRC расположены в национальных лабораториях Министерства энергетики США в Аргонне, Брукхейвене, Лоуренсе Беркли, Ок-Ридже, Сандии и Лос-Аламосе. Для получения дополнительной информации о NSRC DOE, пожалуйста, посетите https://​sci​ence​.osti​.gov/​U​s​e​r​-​F​a​c​i​l​i​t​ i​e​s​/​U​s​e​r​-​F​a​c​i​l​i​t​i​e​s​-​a​t​-​a​-​ Гланс.

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.

Аргоннская национальная лаборатория занимается поиском решений насущных национальных проблем в области науки и техники.