Как измерить плотность аккумулятора: какая должна быть, как проверить, как поднять?

Содержание

Плотность аккумулятора: как измерить и повысить.

Аккумулятор состоит из отдельных гальванических элементов, преобразующих химическую реакцию в электрическую энергию. Каждый элемент имеет напряжение 2 V. Плотность аккумулятора (электролита) формируется шестью элементами, последовательно соединенными в одном пластмассовом корпусе. Работают они на повышение напряжения. А силу тока можно увеличить, соединив их параллельно.

Устройство

Аккумуляторная батарея (АКБ) является химическим источником тока, резервирующим электрическую энергию для питания стартера. Она же снабжает током приборы автомобиля. Считается хорошим подспорьем, когда наблюдается низкая мощность генератора.

К основным параметрам АКБ следует отнести:

  • номинальную емкость;
  • напряжение;
  • ток холодного запуска двигателя.

Данные маркируются на корпусе аккумулятора.

Практически все автомобильные аккумуляторы работают на свинцово — кислотных батареях. Материал корпуса из пропилена, изоляционный, стойкий к кислоте. Каждый аккумулятор содержит попеременно расположенные положительно и отрицательно заряженные электроды. Между пластинами (электродами) размещаются пластиковые сепараторы, отделяющие пластины друг от друга.

Сами электроды представляют собой свинцово–кальциевый сплав, рассчитанный на ограничение степени саморазряда. То есть, за полтора года он может разрядиться на 50%. Эти аккумуляторы относятся к категории не обслуживаемых, поскольку потеря воды в них составляет всего 1 гр/Ач. Кстати, добавление серебра или олова в электроды заметно повышает их коррозионную стойкость.

Структура решетки положительных и отрицательных элементов имеют разную технологию изготовления. Например, на отрицательных электродах делаются просечки свинцовой пластины, затем проводят растяжку. Положительные электроды состоят из опорной рамы с жилками конкретной направленности. Такая конструкция обеспечивает качественную жесткость и ограничивает их линейное расширение. Более того, положительные пластины покрываются диоксидом свинца, а отрицательные, губчатым свинцом. Отрицательные и положительные элементы помещаются в сернокислотный раствор, величина плотности которой зависит от уровня зарядки батареи.

Принцип работы

Действие аккумулятора является результатом способности его преобразовывать химическую реакцию в электрическую энергию при разряде, наоборот, при заряде. Исходя из этого принципа, все АКБ работают в циклическом режиме.

То есть, подключение потребителей вызывает разряд активной положительной и отрицательной масс, взаимодействующих с электролитом. В этом случае плотность падает, «садится». Но АКБ заряжается от генератора. Зарядку батарей можно получить и от зарядного устройства. Происходит процесс преобразования раствора в двуокись свинца и соединение серной кислоты, что приводит к повышению плотности раствора.

Нужно отметить, что работоспособность батареи во многом зависит от температуры среды. При повышенной температуре отдаваемая мощность повышается, что приводит к саморазряду, величина которого находится в прямой зависимости от температуры среды и конструкции электродов.

Продолжительность работы АКБ составляет 4÷5 лет и это средняя величина.

Плотность

Определяется визуально, так называемым, стеклянным глазом или цветным датчиком. Зеленый оттенок на нем свидетельствует о заряженности, черный цвет – среднем уровне зарядки и желтый означает низкую величину зарядки. Значит, принцип работы этого визуального прибора построен на плотности электролита.

Автомобильные батареи рассчитаны на жесткое крепление, посредством рамки, во избежание его опрокидывания или разлива.

Способ проверки

Плотность электролита в аккумуляторе проверяется простым автомобильным ареометром. Это стеклянная колбочка с резиновой грушей на верхнем конце и длинной резиновой трубкой снизу. Внутри колбы помещается обычный ареометр. Нажимая на грушу, выпускается из нее воздух. Резиновая трубка прибора опускается в банку как можно ниже. Расслабляя руку, выбирается из нее содержимое. При этом ареометр внутри колбы начинает всплывать и, не касаясь чего-либо, становится на отметке. Нижняя градуировка (мениск) и покажет плотность. Нажатием груши содержимое колбы сливается обратно. Процедура повторяется с каждой банкой.

Оптимальный уровень зарядки

Уровень зарядки автомобильного аккумулятора зимой достигает 25%. Это сигнал о необходимости произвести зарядку. Следует помнить, что зимой, при температуре среды–20° C и плотности 1г/см³, аккумулятор склонен замерзнуть. Поводом для подзарядки может стать и разная плотность отдельных банок в пределах 0,02 г/см³. При этом оптимальный ток не должен превышать 0,05 самой батареи. Например, для зарядки батареи, емкость которой составляет 60 Ач, сила тока будет 3,0 Ач. Лучше не доводить электролит до кипения сильным током. Кстати, слабый ток подзарядит батарею лучше. Если в течение двух часов раствор не закипает, а плотность остается без изменения, то считается аккумулятор полностью заряженным.

При исправной работе генератора и реле, аккумулятор получает наибольшую зарядку во время езды.

Нужно знать, что с запуском двигателя зимой аккумулятор начинает заряжаться только после достижения электролитом положительной температуры. Информация к тому, что зимние переезды, даже на короткие расстояния могут стать поводом полной разрядки источника тока.

Кстати, летом для плотности раствора достаточно 1.18

Проверка

Как проверить плотность аккумулятора денсиметром, если электролит уже разбавлялся дистиллированной водой. Здесь плотность замеряют через 40 минут после запуска двигателя. По наименьшему показателю плотности одной банки определяется, общая разрядка батареи. К примеру, если плотность электролита в аккумуляторе не удается измерить, степень разрядки проверяют нагрузкой стартера. Для этого используется специальная нагрузочная вилка. Посредством лапок, клемма каждой банки поочередно замыкается на 5 секунд, для фиксации показаний вольтметра. Разность по каждой банке не должна составлять более 0,2 V. При высокой разности, банка заменяется.

Повышение плотности

Вопрос как поднять плотность аккумулятора стоит всегда, когда стартер отказывает крутить маховик. Это, прежде всего, падение плотности батареи, которая может произойти по разным причинам. Что же делать? Нужно замерить показания электролита каждой банки, зная, что плотность его не должна превышать 1.29. Для северных реалий шкала может быть и выше. Но если цифра показывает, например, 1.18–1.20, добавка электролита с показателем 1.27 только повысит плотность. Процедура откачки старого остатка из одной банки выполняется при помощи клизмы–груши. Поочередно доливается новый раствор из расчета половины объема удаленного. После небольшой встряски, на предмет качественного смешения раствора, делается замер плотности. Если значение ее меньше нужного, доливается остальной объем. Процесс ведется до достижения необходимой плотности.

При всем желании, полная замена электролита не выдаст тех результатов, которые показывают новые батареи.

Влияние сульфатации

Это процесс окисления и затем кристаллизации, так или иначе, происходящих химических реакций. В результате элементы пластины становятся очагом высокого сопротивления внутри батареи. В этой ситуации имеет место резкое повышение сопротивления и закипание электролита. Незнание о появлении коричневых или бело–грязных пятен на пластинах вовсе не гарантирует нормальную работу аккумулятора.

Высокий уровень сульфатации приводит к скачкам температуры в момент запуска двигателя, повышению газовыделения. Фактор сказывается на емкости батареи, цвете и плотности раствора. Если оказия обнаружена своевременно, то можно воспользоваться процедурой разрядки–зарядки батареи.

Для этого нужно полностью зарядить ее и довести плотность до 1.285 г/см³, заправляя постепенно электролитом. Если переборщили, можно разбавить дистиллированной водой. Полностью зарядив батарею, начинают процесс разрядки, методом подключения лампы накаливания в пять ампер. Когда напряжение будет доведено до 10,2 V, нужно остановиться, поскольку эта величина равна напряжению 1,7 V каждой банки. При желании процесс можно повторить.

Есть утверждения о целесообразности этой методики спасения батареи.

Что ускоряет износ

  1. Использование некачественного раствора, непроверенной дистиллированной воды;
  2. длительное время хранения в разряженном состоянии;
  3. случаи замерзания раствора также весьма пагубно сказываются на работоспособности аккумулятора.

Но правильный, своевременный уход и обслуживание батарей всегда был залогом длительной ее эксплуатации

Как измерить плотность электролита и зарядить АКБ автомобиля | Блог автолюбителя Николая Вагано

Как вы помните из прошлых постов, после установки выносного регулятора напряжения проблема со стабильностью напряжения зарядки аккумулятора так и осталась нерешенной. Замена изношенного ремня генератора ничего не дала, поэтому проверим батарею на исправность, измерив плотность электролита в банках.

Для этого нам понадобится ареометр (денсиметр).

Рис.1

Рис.1

Но, для начала немного теории:

Измерение плотности электролита в сочетании с измерением напряжения под нагрузкой и без позволяет быстро установить причину неисправности в аккумуляторной батарее. При низкой плотности — это может быть дефект в какой-либо ячейке, глубокий разряд или обрыв цепи внутри АКБ. Плотность измеряется специальным прибором — ареометром (денсиметром).

В качестве электролита в аккумуляторных батареях применяют раствор серной кислоты, плотность которого измеряется в г/см3. В основном плотность зависит от концентрации раствора серной кислоты — чем больше концентрация раствора, тем больше плотность. Однако, она также зависит и от температуры раствора и от степени заряженности аккумулятора — при разрядке часть серной кислоты «уходит» в пластины, плотность снижается.

Рис.2

Рис.2

Поэтому измерение плотности принято проводить при 25 °С и полностью заряженном аккумуляторе. Плотность электролита в новой полностью заряженной батарее должна составлять 1.28±0.01 г/см3 для Средней зоны. Но может варьироваться в зависимости от климатической зоны (рис.3).

Рис.3

Рис.3

Линейно снижаясь, по мере разряда АКБ, она составляет 1.20±0.01 г/см3 у батарей, степень заряженности которых снизилась до 50%. У полностью разряженной батареи плотность электролита составляет 1.10±0.01 г/см3 (рис.4).

Рис.4

Рис.4

Если значение плотности во всех банках аккумулятора одинаково (±0.01 г/см3), это говорит о степени заряженности батареи и отсутствии внутренних замыканий. При наличии внутреннего короткого замыкания плотность электролита в дефектной ячейке будет значительно ниже (на 0.10-0.15 г/см3), чем в остальных.

Низкая плотность в одной из ячеек указывает на наличие дефекта в ней (короткое замыкание между пластинами в блоке). Одинаково низкая плотность во всех ячейках связана с глубоким разрядом всей батареи, ее сульфатацией или устареванием.

Все заливаемые аккумуляторные батареи во время заряда и работы теряют часть воды. При этом снижается уровень жидкости над пластинами и увеличивается концентрация кислоты в электролите. Работа аккумулятора с низким уровнем электролита отрицательно влияет на ресурс батареи. Поэтому перед проверкой плотности электролита необходимо проверить его уровень в банках аккумулятора. Принято считать нормальным уровень электролита на 10-15 мм выше верхней кромки пластин (сепараторов).

Существует три основных вида аккумуляторных батарей:

Малосурьмянистые (Sb/Sb) — это обычная «классическая» свинцовая батарея с добавками в пластины сурьмы, они подвержены наибольшему саморазряду и выкипанию воды из раствора электролита, но не боятся глубоких разрядов, их легко зарядить даже при низкой плотности электролита.

Кальциевые (Ca/Ca) — пластины легированы кальцием, они практически не требуют слежения за уровнем и плотностью электролита, виброустойчивы, застрахованы от длительного перезаряда до 14.8 В, терпят перепады напряжения в бортовой сети, обладают коррозионной стойкостью, имеют низкий саморазряд и больший срок службы. Однако, они имеют один недостаток — неустойчивы к глубоким разрядам. Дело в том, что при длительной глубокой разрядке их положительные пластины покрываются сульфатом кальция (сульфатация), блокирующим электрохимические реакции, вследствие чего падает емкость. Этот процесс, в отличие от образования сульфата свинца в малосурьмянистых батареях, необратим. Если разрядить кальциевую батарею ниже 11.5 В, то она уже не восстановит изначальную емкость, при разряде ниже 10.8 В потеряет до 50% своей емкости. Два-три таких разряда – и аккумулятор придется выбрасывать. Также, в связи с тем, что пластины в таких батареях упакованы в плотные пакеты, плотность электролита неравномерна — более тяжелая серная кислота скапливается внизу банок, а поверх пластин оказывается более «легкий» электролит. Из-за этого ареометр может показывать неадекватно низкую плотность при нормальной заряженности.

Такие батареи подходят тем, кто ездит регулярно на большие расстояния, кому нужны виброустойчивые аккумуляторы, хорошо переносящие постоянные перезаряды в пути.

Гибридные (Sb/Ca) — являются золотой серединой. Они довольно стойки к глубоким разрядам, при этом значительно меньше подвержены выкипанию и саморазряду по сравнению с малосурьмянистыми.

Далее разговор продолжится только о кальциевых батареях (Ca/Ca).

Для начала, проверим напряжение на клеммах аккумулятора мультиметром, чтобы определить степень ее заряженности. Измерения  необходимо проводить через 6-8 часов после выключения двигателя или отключения зарядного устройства. В нашем случае машина простояла около 4-х дней под сигнализацией — напряжение составляет 12 В, что указывает на то, что батарея почти полностью разряжена.

Рис.5

Рис.5

Теперь проверим выборочно плотность электролита в двух банках. Для этого опустим пипетку ареометра в заливное отверстие пока она не упрется в предохранительную сетку и всасываем резиновой грушей достаточное количество электролита, чтобы поплавок свободно плавал в вертикальном положении и не касался стенок колбы. Показания отсчитываются по нижнему мениску, что примерно на ~0.1 г/см3 ниже линии соприкосновения жидкости с ареометром. Измеренная плотность составляет 1.23 г/см3 при температуре окружающего воздуха 0°С, поэтому внесем поправку в показания ареометра (рис.6), приведя их к 25°С: 1.23-0.02=1.21 г/см3 — что говорит нам о том, что аккумулятор требует срочной подзарядки.

Рис.6

Рис.6

Снимаем аккумулятор и переносим в теплое помещение для подзарядки.

Еще немного теории: 

Для кальциевых батарей губительны старые «дедовские» методы зарядки, используемые для малосурмянистых АКБ с контрольно-тренировочным циклом заряда/разряда и «кипячением», а также малоэффективны некоторые автоматические зарядные устройства.

В наши дни в большинстве таких устройств используется комбинированный метод зарядки, когда в процессе заряда АКБ сила тока снижается со временем, а напряжение, наоборот, повышается. Это объясняется тем, что ЭДС аккумуляторной батареи направлена именно на напряжение, соответственно при его повышении нужно повышать и напряжение. А вот сила тока уменьшается из-за все увеличивающегося сопротивления батареи.

Для современных батарей рекомендуется начальный установочный заряд током в 5% от номинальной ёмкости напряжением 14.4 В и продолжительность зарядки не менее суток, однако, при экстренной зарядке допускается повышение заряда до 10% и продолжительностью до 12 часов. Допустимо кратковременное повышение напряжения до 16.5 В в конце цикла зарядки.

Батарея считается полностью заряженной, когда ток и напряжение при зарядке не изменяются в течение 1-2 часов. Ток должен упасть практически до нуля, а входящее напряжение может повысится до 16,5 В, в зависимости от устройства.

Если вы часто заводите двигатель, двигаетесь на небольшие расстояния, и автомобиль долго простаивает без движения, то для такой батареи необходима ежемесячная плановая зарядка аккумулятора специализированным зарядным устройством, подходящим именно для кальциевых батарей.

После того, как электролит прогрелся до 20-25°С еще раз замерим напряжение и плотность. Теперь мультиметр показывает напряжение 12.45 В, а плотность в банках от 1.22 до 1.24 г/см3, что также указывает на недозаряд батареи. 

Рис.7

Рис.7

Оставляем крышечки банок приоткрытыми для выхода образующихся газов при зарядке. Подключаем разъемы зарядного устройства к клеммам аккумулятора и включаем его в сеть. Устанавливаем переключатель зарядного тока согласно правилу в 10% от номинальной емкости. Так как в нашем случае батарея имеет емкость 60 А·ч, то устанавливаем переключатель в положение 6 А и оставляем заряжаться минимум на 10 часов.

Рис.8

Рис.8

Проверим напряжение зарядного тока на клеммах — оно составляет 14.9 В, что немного больше нормы в 14.4, но не критично. Так как зарядное устройство работает в автоматическом режиме, то оно само выставляет напряжение и сила тока уменьшается в зависимости от уровня зарядки батареи. Главное, чтобы аккумулятор не «закипел».

Рис.9

Рис.9

Спустя 10 часов стрелка амперметра зарядного устройства опустилась до 0.5 А. Батарея взяла основную емкость.

Рис.10

Рис.10

Снимаем разъемы и выжидаем от получаса до 2-х часов для уравновешивания плотности и напряжения на клеммах. И снова замеряем: напряжение показывает 13.2 В и плотность 1.24 г/см3.

Рис.11

Рис.11

Как мы видим, плотность немного подросла, но все равно не достигает нормы в 1.27-1.29 г/см3. Возможно произошла сульфатация пластин, поэтому доведем время зарядки до 24 часов и измерим все параметры снова.

Итак, прошло 24 часа, стрелка амперметра опустилась еще ниже до 0.25 А и больше не опускается. Зарядное напряжение выросло до 15.1 В, плотность в ячейках батареи также возросла и составляет 1.24-1.26 г/см3, что немного ниже расчетной. Но, так как в таких батареях плотность неравномерна и внутри блоков пластин должна быть выше, то примем как нормальную.

Рис.12

Рис.12

Рис.13

Рис.13

Тем более, батарея довольно старая и уже имела несколько полных разрядов, вследствие чего кислота могла «уйти» в пластины. Напряжение на клеммах составляет те же 13.2 В, что и после 10-часового цикла, а значит батарея полностью заряжена.

Рис.14

Рис.14

Все, ставим аккумулятор обратно на автомобиль и заново проверяем работу трехуровневого регулятора.

Ставьте лайк, комментируйте, подписывайтесь на канал! Удачи на дорогах!

каким прибором измерить параметры аккумулятора в домашних условиях

В процессе эксплуатации автомобиля у владельца часто возникает вопрос: как определить емкость аккумуляторной батареи и мощность блока питания, как проверить плотность аккумулятора. Первое и основное обследование прибора осуществляется при комплектации автомобиля и в период продажи транспортного средства. При возникновении сбоев работы двигателя и других энергозависимых приборов авто проверить заряд батареи можно дома или в сервисном центре

Этапы исследования электролита

Существует несколько причин снижения заряда прибора. Проверке подлежат только обслуживаемые АКБ, наиболее частым поводом проведения мероприятия является:

  1. Поездки по городу;
  2. Пользование системой обогрева в холодное время года;
  3. Сбои в работе генератора напряжения.

Возникновение любого из перечисленных признаков является показателем, чтобы мерить электролит для агрегата. Перед тем как проверить уровень электролита в аккумуляторной батарее, необходимо визуально оценить состояние прибора, проверить уровень электролита, измерить плотность и уровень напряжения батареи. Получить достоверные результаты поможет проверка АКБ с помощью клеммы нагрузочного тока.

Ареометр для проверки плотности

Проверка плотности аккумулятора ареометром осуществляется в несколько этапов. Прибор имеет простую конструкцию, позволяющую определить плотность жидкости по принципу закона Архимеда. По внешнему виду прибор напоминает герметично запаянную ампулу с нанесенной шкалой деления. Для калибровки ареометра используются дробь и ртуть. Прибор продается в наборе с резиновой «грушей» и стеклянной мерной колбой, позволяющей мерить раствор без риска для приспособлений

При работе с электролитом необходимо соблюдать меры индивидуальной защиты, использовать резиновые перчатки и прорезиненый фартук. Инструкция, как проверить плотность АКБ предусматривает следующий порядок:

  1. АКБ очищают от пыли и загрязнений;
  2. Размещают агрегат на ровной поверхности;
  3. Снимают с банок крышки;
  4. «Грушей» набирают электролит и сливают в колбу;
  5. Опускают ареометр в жидкость.

Важным условием проведения процедуры является обязательная полная зарядка аккумулятора перед проверкой плотности электролита. Владельцу автомобиля следует учесть, что процесс зарядки АКБ сопровождается выделением из банок химически активных вещество: водорода и кислорода, соединение которых может привести к взрыву. Избежать неприятной ситуации поможет принудительная вентиляция помещения. Время зарядки может длиться до 6 часов.

Оценка количества проводника

После завершения зарядки аккумулятор необходимо выдержать в покое не менее 6 часов. Условие является обязательным, так как после воздействия током плотность электролита остается повышенной, после «отдыха» раствор серной кислоты выдает более достоверные показатели.

Перед тем, как проверить электролит в аккумуляторе, необходимо взять пробу из банки аккумулятора в количестве, чтобы ареометр свободно плавал в жидкости.

В норме плотность электролита составляет от 1,24 кг/дм3 до 1,29 кг/дм3. Если полученный результат измерений ниже нормы, то поправить ситуацию может доливка свежего раствора. Методику выяснения, как правильно проверить плотность электролита в аккумуляторе, с последующими действиями необходимо повторить с каждой банкой АКБ с периодичностью 1 раз через каждые 3 месяца. По визуальной оценке жидкость должна быть прозрачной, обладать высокой степенью чистоты.

Неочищенная серная кислота может вызвать ускоренную самостоятельную зарядку аккумулятора. Обеспечить нормальный уровень электролита также поможет дистиллированная вода, повышенные показатели раствора снижает сроки службы аккумулятора.

На шкале ареометра полоски зеленого цвета показывают уровень допустимой плотности раствора. При цифровых значениях, отмеченных между верхним и нижним пределом жидкости, показатель считается нормальным, добавлять электролит не требуется.

Считывая показатели ареометра, необходимо помнить, что мерить концентрацию кислоты необходимо с поправкой на климатическую зону, так как существуют индивидуальные значения плотности.

Если плотность электролита падает до критического уровня, то никакие мероприятия, кроме как проверить плотность аккумулятора в домашних условиях с добавлением аккумуляторной кислоты, не помогут исправить ситуацию. Проверять электролит в аккумуляторе можно ранее описанным способом после добавления каждой порции кислоты. В случае, когда не удается получить нужный результат, то жидкость лучше всего просто заменить полностью.

Методика замены осуществляется после откачки раствора. Крышки банок и вентиляционные клапаны АКБ плотно закрываются, батарея укладывается на бок. В каждой банке делаются отверстия сверлом 3,5 мм, сливается остаток жидкости. Пустые банки тщательно промывают водой, проверяют на наличие осадка, отверстия запаиваются кислостойкой пластической массой, заливается свежий раствор с чуть большей плотностью, рекомендуемой для отдельно взятой климатической зоны.

Перед запуском прибора в работу рекомендуется еще раз померить концентрацию электролита.

Важная информация для автолюбителя

Так же без острой необходимости не следует заменять электролит полностью. Если кислоту необходимо разбавить водой, то следует помнить, что плотность жидкостей отличается. По этой причине кислоту вливают в воду тонкой струей с постоянным размешиванием.

Обращение с источником питания должно быть максимально осторожным, нельзя АКБ переворачивать вверх дном из-за возможного возникновения в процессе эксплуатации короткого замыкания. Перед завинчиванием крышек на банках необходимо воспользоваться рекомендацией специалистов, как проверить плотность аккумулятора ареометром перед эксплуатацией агрегата.

Как‌ ‌проверить‌ ‌плотность‌ ‌электролита‌ ‌аккумулятора‌

 

Если у автомобиля неисправный аккумулятор, то ездить на нем не рекомендуется. Профессиональные водители прекрасно понимают, какие проблемы за собой несет севшая акб. Чтобы избежать во время езды нештатных ситуаций, необходимо своевременно обслуживать аккумулятор. Для этого требуется знать, как измерить плотность электролита в аккумуляторе. Повышенные и пониженные показатели существенно уменьшают эффективность работы батареи.

Что такое плотность?

Свинцовые батареи включают в себя несколько элементов, одним из которых является электролит. Он представлен в виде серной кислоты, в составе которой присутствует дистиллированная вода. Воду добавляют в электролит из-за того, что концентрированная кислота имеет свойство растворять металлы. Разбавляют ее до такого состояния, чтобы состав не смог разрушить свинец. Плотность кислоты и воды разная — 1,84 г\\Мл и 1 г/мл соответственно.

Электролиз проходит сильнее, если плотность высокая, при этом разрушение свинца проходит еще быстрее. Для аккумуляторов, эксплуатируемых в разных условиях, должна быть своя плотность в диапазоне от 1,25 г/мл и выше. Также электролит можно купить и довести до требуемых значений.

В процессе эксплуатации акб и при постоянном недоразряде на пластинах формируется налет кислоты со свинцом. Иными словами происходит сульфация, которая негативно влияет на работоспособность батареи. Интенсивность электролиза становится низкой. При попытке подзарядить аккумулятор происходит кипение вещества.

Какой должна быть?

С точностью сказать, какой должна быть плотность акб нельзя, поскольку это значение зависит от климата. Если эксплуатация проходит в умеренном климате, то плотность электролита должна соответствовать 1,25-1,27. При работе в холодных регионах это значение должно быть выше на 0,01, а в жаркой местности — ниже на 0,01. Самой высокой должна быть плотность в аккумуляторе в регионах с экстремально низкими температурами (до – 50°С). Каждому автовладельцу стоит знать, что чем ниже плотность в заряженном акб, тем больше он проработает.

Как уже было выяснено, плотность электролита влияет на состояние батареи и на срок ее службы. Если автолюбитель имеет обслуживаемую акб, то он может замерить значение с помощью специального прибора. Но поднимать параметры своими руками не стоит, иначе есть риск испортить пластины.

К примеру, многие автолюбители доливают кислоту, не зная, что ее молекулы находятся и в растворе, и на пластинах. После процедуры зарядки молекулы открепляются и восполняют недостаток кислоты в веществе. Если произвести долив, то кислоты станет чрезмерно много, что приведет к разрушению пластин.

Подготовительная работа

Прежде чем произвести измерение плотности электролита в аккумуляторе самостоятельно, необходимо подготовиться.

Водителю нужно знать следующие нюансы работы:

 Для работы стоит использовать средства защиты.

 Перед измерением следует убедиться, что раствор присутствует. Если его мало, то доливают воду.

 Уровень плотности измеряют только после осмотра устройства со всех сторон.

 Клеммы стоит очистить от грязевого налета с помощью наждачки, щетки.

Иногда требуется произвести демонтаж акб, отключить клеммы и фиксирующие пластины. Перед выключением акб нужно также деактивировать электроприборы и систему зажигания. Чтобы в банки не попала грязь, аккумулятор очищают тряпкой.

Техника безопасности при проверке

Во время проверки плотности идет работа с кислотой. При несоблюдении техники безопасности водитель может получить кожные ожоги. Чтобы провести процедуру правильно, необходимо следовать рекомендациям:

 Работать в специальной одежде, которую не жалко выбросить.

 Замеры производятся только в резиновых перчатках.

 При приготовлении электролита возможно потребуются защитные очки.

 Помещение желательно чтобы было вентилируемое.

Делая замеры, водителю не стоит курить, поскольку кислота взрывоопасна из-за содержания водорода.

Ареометр — это?

Ареометр — прибор, работа которого основывается на законе Архимеда. Иными словами, это устройство помогает исследовать плотность электролита после погружения его в жидкость. Что касается плотности, то она представляет собой удельный вес кислоты и воды по отношению к общему объему.

Ареометр различается по видам, водителю потребуется автомобильный вариант. Его конструкция включает в себя трубку, резиновую грушу, пипетку и сам прибор. Пипетка прикреплена к трубке так, чтобы она доставала до пластин. Внутри трубки — ареометр, который также состоит из трубки, на конце которой находится груз. Другой конец трубки превращается в узкую палочку с измерительной шкалой на поверхности. Резиновая груша прикреплена с другого конца корпуса.

Как использовать для проверки ареометр?

Водители, которых интересует, как замерить плотность электролита в аккумуляторе, должны знать некоторые условия для создания правильных измерений. Перед процедурой нужно убедиться, что аккумулятор заряжен полностью, но после подзарядки замерять плотность запрещено. Значения прибора придется корректировать, отталкиваясь от t электролитической жидкости. Самыми правильными параметрами будут те, что были выполнены при t раствора в +27°С.

Инструкция по измерению плотности прибором:

 Для начала нужно собрать ареометр, то есть соединить корпус с пипеткой, туда же помещают денсимер и закрывают с обратного конца грушей.

 Плотность замеряют в каждой банке. Пипетку устанавливают внутрь и в ареометр набирают кислоту. Для получения информации не потребуется много жидкости.

 Показания прочитать можно, если взглянуть на шкалу прибора и место, где она пересекается с поверхностью жидкости.

Главное, разобраться, в каких измерениях на шкале отмечены значения. Бывают приборы с показаниями г/см3 и кг/см3.

Можно ли обойтись без прибора?

Если в наличии ареометра не оказалось, то проверку плотности осуществляют мультиметром. Сначала нужно собрать инструмент, подключив к корпусу провода с крокодилами. Тестер переключают на режим вольтметра, переводя переключатель на 20В. После этого прибор начнет демонстрировать значения ниже этого.

После этого кабеля присоединяют к выходам акб, то есть черный соединяют с отрицательной клеммой, а красный — с положительной. Далее нужно промониторить значения напряжения и сравнить информацию с «нормой». Заряженный аккумулятор покажет 12,7 вольт. Если значения ниже, то это говорит о том, что плотность ненормированная. В этой ситуации нужно дальнейшая диагностика акб или его замена.

Измерение самодельным устройством

Если у водителя нет ни ареометра, ни мультиметра, ему стоит соорудить прибор самостоятельно. Главной деталью устройства в обоих случаях является поплавок. Вместо емкости часто используют пробирку. Ее наполняют крупой или сыпучей смесью, а в качестве груза берут свинцовый кусок металла.

Емкость помещают в воду и отмечают «1» место, где возникнет уровень. Цифра означает, что жидкость обладает плотностью 1. Для дальнейшей «разметки» потребуется провести замеры с жидкостью более высокой плотности.

В результате, для проверки плотности электролита в аккумуляторе потребуется провести те же самые действия, что и со специальными приборами.

Проверка плотности в необслуживаемом акб

Необслуживаемый аккумулятор представляет собой батарею, у которой нет пробок для залива растворов. Получается, что автовладелец не имеет возможности заполучить доступ к банкам. Однако существует один способ, как проверить плотность электролита в аккумуляторе, не открывая банки.

Для начала водителю нужно открутить глазок индикатора жидкости, находящийся на крышке. Замер осуществляют через отверстие. Но полученные результаты будут соответствовать только одной банке. Из-за конструкции акб повысить плотность не получится никакими способами. Замеры в необслуживаемом аккумуляторе проводятся теми же самыми приборами.

Чаще всего повышение плотности осуществляют через ЗУ (зарядное устройство). Суть процедуры заключается в том, чтобы с помощью подачи минимального тока восстановить плотность электролитической жидкости. АКБ устанавливают на зарядку и ожидают до 3 суток. За это время излишки влаги выпарятся, увеличивая плотность.

Типичные неисправности

Прежде чем проверять значения плотности и повышать (понижать) ее, необходимо изучить типичные неисправности акб.

К ним относят:

 Осыпание. Иногда пластины осыпаются. Об этом свидетельствует присутствие на дне хлопьев или кусков свинца. Восстановить устройство не получится. Требуется замена.

 Низкая плотность жидкости. При обнаружении низких показателей, необходимо повысить их всеми доступными способами, а затем оценить состояние акб.

 Короткое замыкание. Если пластина внутри акб коснется дна, то батарея работать не будет. Обычно это происходит из-за большого количества осадка. Аккумулятор требует замены, поскольку выдать больше 10 вольт без нагрузки не сможет.

Всех этих проблем можно избежать, если правильно эксплуатировать батарею.

Какой ареометр купить в РФ?

Автомобильные ареометры также подразделяются на несколько видов по назначению. К примеру, с их помощью измеряют показатели антифриза. Рассмотрим, какие ареометры предназначены для определения плотности электролита.

 Jonnesway AR030001 — тайваньское изобретение с трехцветной шкалой. Прибор устойчив к агрессивной среде, герметичен и имеет небольшой вес. Отличается высокой стоимостью.

Heyner PREMIUM 925 010 — качественный прибор с пластиковым корпусом, определяющий плотность при минимальном количестве электролита.

 AUTOPROFI АКБ BAT/TST-118 — российская разработка с небольшим весом и простым управлением. На корпусе имеется цветная шкала. Разобраться в использовании сможет даже новичок. Долговечный прибор по мнению большинства пользователей.

 JTC 1041 — тайваньское бюджетное устройство, определяющее степень зарядки и плотность электролита.

 Вымпел АР-02 5002 — бюджетное российское изобретение. Его главным преимуществом является наличие стеклянной колбы. Способен проработать ни один десяток лет благодаря стеклу, которое не мутнеет.

Эксперты советуют покупать ареометры со стеклянной колбой, которая будет устойчива к органическим соединениям. Пластик также способен выдерживать агрессивную среду, но со временем он тускнеет. Для начинающих водителей понадобится прибор с цветной шкалой, для профессионалов — цифровая.

Заключение

Измерить плотность электролитической жидкости не так сложно, если использовать специальные инструменты. Во избежание получения ожогов, эксперты советуют надевать средства защиты, в том числе очки и перчатки. Если под рукой нет ареометра или мультиметра, то можно смастерить прибор самостоятельно. Однако для частых замеров лучше приобрести прибор отечественного или тайваньского производства. На рынке представлен широкий выбор моделей из разных ценовых категорий.

Как проверить плотность аккумулятора

На чтение 3 мин. Просмотров 500

Автомобильный аккумулятор – это источник тока, который используется для обеспечения энергией различного оборудования, в том числе стартера для запуска двигателя. Это крайне важный элемент, которому многие водители не уделяют должного внимания. В целом конструкция аккумулятора довольно простая и состоит из внешней части или корпуса, внутри которого находятся электроды, шины и сепараторы-конверторы. Сверху размещена крышка с клеммами и выходными отверстиями. Помимо всего прочего, аккумулятор включает в себя электролит, без которого работать он не будет.

Электролит представляет собой смесь дистиллированной воды и серной кислоты, содержащейся в доле 1.25 к 1. Параметр 1.25 и является плотностью электролита аккумулятора. От этого показателя напрямую зависит работоспособность батареи, ведь чем он выше, тем лучше состояние АКБ и тем ниже температура ее замерзания. Отслеживая плотность электролита можно контролировать состояние устройства и заряжать его при необходимости. Сегодня мы поговорим о том, как правильно проверить плотность электролита и можно ли это сделать в домашних условиях.

Если плотность электролита упала существенно ниже нормы, то это может свидетельствовать о глубоком разряде аккумулятора или возникновении проблемы с какой-то ячейкой. Иногда возникает ситуация, когда АКБ не держит заряд. Как правило, проблема заключается в электролите и в его концентрации.

Крайне важно поддерживать нормальное состояние электролита в батарее, причем в зависимости от определенного климата будут колебаться и значения параметра. В холодном климате плотность электролита должна быть 1.27-1.29 г/см. куб. В регионах с более теплой погодой плотность может составлять 1.23-1.25 г/см. куб.

Особенности проверки состояния электролита

Довольно часто неопытные автолюбители сталкиваются с проблемой, когда длительный перезаряд приводит к закипанию и испарению электролита. В таком случае рекомендуется доливать дистиллированную воду. При этом крайне важно не забыть проверить уровень электролита, поскольку он напрямую влияет на работу аккумулятора. Дело в том, что в процессе кипения испаряется не только вода, но и кислота, а это создает неоптимальное соотношение веществ. Это неизбежно приведет к ухудшению состояния АКБ и его работы.

Чтобы проверить плотность электролита, необходимо использовать прибор под названием денсиметр, который состоит из следующих элементов:

  • Стеклянная трубка.
  • Ареометр.
  • Наконечник и резиновая груша.

Процедура замеров происходит следующим образом: находим заливное отверстие аккумулятора и вставляем в него наконечник денсиметра. После этого с помощью груши набираем вещество внутрь корпуса. Далее оставляем прибор в спокойствии, причем ареометр должен плавать в жидкости и не касаться стенок.

Если у вас нет денсиметра, то можно попытаться проверить плотность другим способов – с помощью вольтметра. Для этого нужно подключить устройство к клеммам и измерить напряжение, которое должно находиться в пределах от 11.9 до 12.5 В. Далее нужно включить зажигание и раскрутить мотор до 2500 оборотов. При этом уровень напряжения должен подскочить к 13.9 В, но не превышать 14.4 В. Если ничего не происходит, то это может свидетельствовать о том, что аккумулятор необходимо зарядить.

Меры предосторожности

При работе с электролитом нужно соблюдать максимальную осторожность, а все работы необходимо проводить в очках и перчатках. Помните, что если вы самостоятельно разводите электролит, то нужно вливать кислоту в воду, но не наоборот. Поскольку плотность этих веществ сильно отличается, то ошибка может стать результатом серьезных ожогов.

Помимо этого, никогда не переворачивайте аккумулятор вверх дном, поскольку это может стать причиной короткого замыкания АКБ. В общем, всегда выполняйте все операции осторожно и согласно инструкциям. Это позволит вам быть уверенным в состоянии аккумулятора на все 100%. Удачи!

Как проверить плотность аккумулятора и уровень электролита

Иногда владельцы автомобилей спрашивают о том, как проверить плотность аккумулятора. Если выражаться корректнее и точнее, речь идет о том, как проверить плотность электролита в аккумуляторе. Как известно, уровень электролита в батарее измеряется в том случае, если АКБ относится к категории обслуживаемых. Для того чтобы научиться делать это самостоятельно, как в гараже, так и в домашних условиях, нужно знать о том, что представляет из себя жидкий электролит и как устроена внутри обслуживаемая автомобильная батарея.

Что находится внутри АКБ

Внутри аккумуляторной батареи автомобиля в определенной последовательности расположены шесть отсеков, или «банок». Каждый отсек имеет свинцовые пластины с положительными и отрицательными зарядами. «Банка» устроена герметично, и ее контакт с другими элементами происходит через общее полярное соединение.

Уровень напряжения в каждом отсеке АКБ составляет 2, максимум — 2,1 вольт. Все элементы соединяются друг с другом в последовательную электрохимическую цепь, имея на выходе общее напряжение 12 вольт.

Благодаря тому, что каждая «банка» заполнена особым химическим соединением, имеющим жидкую консистенцию, автомобильный аккумулятор обладает способностью накопления и отдачи электрического заряда. Эта жидкость получила название «электролит», а такие простые теоретические знания из области физики и химии помогут разобраться в том, как проверить плотность аккумулятора (точнее, электролита) правильно.

Для чего необходимо проверять плотность электролитической жидкости

Любой электролит представляет собой не что иное, как химическую смесь, состоящую из дистиллированной воды и серной кислоты в определенной пропорции: вода 65%, 35% — кислота. Именно такое процентное соотношение и позволяет электролиту осуществлять накопление электрического заряда без нанесения урона чувствительным свинцовым пластинам АКБ.

В процессе постоянной эксплуатации батареи происходят постоянные изменения плотности электролита, что определенным образом может сказаться на ее рабочих функциях. Само понятие плотности, кстати, означает не что иное, как процентное соотношение серной кислоты к дистилляту.

Если уровень серной кислоты внутри аккумулятора становится слишком высоким, это может печально закончиться для его пластин. Бывают ситуации, когда кислота попросту разъедает свинец, и пластины разрушаются.

Если же кислоты слишком мало, это означает, что АКБ разряжена или близка к тому, чтобы разрядиться полностью. Аккумулятор не может работать в режиме той емкости, которая указана в его технических характеристиках. Например, энергии может просто не хватить в условиях холодного запуска двигателя внутреннего сгорания.

Также, если водитель долго пытается ездить на разряженном аккумуляторе, процесс оседания сульфатов на пластинах неизбежен. На них образуется плотный белый налет, убрать который порой бывает весьма проблематично. При критичном уровне сульфатов произойдет либо разрушение пластин, либо короткое замыкание. Потребуется десульфатация аккумулятора.

Принцип работы аккумуляторной батареи

Чтобы знать, как правильно измерять уровень электролита, важно помнить — любая АКБ работает по цикличному принципу. Вначале она осуществляет накопление заряда внутри, а затем, при запуске двигателя, начинает его постепенно отдавать автомобилю, приводя его в движение. При отдаче заряда аккумулятором кислота выделяет те самые сульфаты (соли), оседающие на пластины «банок». А в «банках» происходит образование воды. Это приводит к тому, что уровень электролита значительно снижается.

Что потребуется сделать в данном случае:

  • когда уровень плотности выше требуемого, нужно разбавить электролит дистиллированной водой;
  • когда плотность снижается, батарея срочно нуждается в полноценной зарядке в течение, как минимум, 10-12 часов.

Как проверить электролит и измерить его плотность

Перед тем как проверить электролит в аккумуляторе, очистите его поверхность от грязи и пыли, чтобы при снятии крышек с батарейных отсеков они не попали внутрь. Возьмите тонкую трубку из стекла, ее диаметр может составлять от 4 до 5 миллиметров. Теперь нужно опустить трубку в отсек до конца, так, чтобы она коснулась его дна. Отверстие можно закрыть с помощью пальца (предварительно не забудьте обезопасить себя, надев технические перчатки!).

Достаньте из банки трубку: в нее должно попасть небольшое количество электролитической жидкости. Ориентируйтесь на ее высоту — сколько места она занимает в трубке. Если высота жидкости 10-15 миллиметров — плотность в пределах нормы, а когда уровень больше, либо меньше — плотность необходимо откорректировать.

Перед тем как приступить к корректировке плотности, нужно произвести ее точные замеры — в каждом аккумуляторном отсеке по отдельности, так как они между собой не сообщаются. Обязательно зарядите АКБ перед измерением, иначе результаты могут оказаться неверными. Кроме этого, незадолго до процесса батарею нужно на 3-4 часа оставить в помещении с комнатной температурой (от 20°С, можно чуть выше). Ведь химическая жидкость имеет прямую зависимость от температурного фактора.

Для измерения уровня плотности электролита применяется такой простой инструмент, как ареометр. Его еще иногда называют более сложным словом — денсиметр. Но по сути это одно и то же. Ареометр состоит из наконечника, поочередно опускаемого в аккумуляторные отсеки, колбы, резиновой груши для отсасывания жидкости и шкалы измерений, которая расположена внутри колбы.

Алгоритм действий проверки будет таким:

  • вытрите наконечник насухо чистой тряпочкой;
  • опустите его в аккумуляторный отсек;
  • резиновой грушей наберите небольшое количество жидкости;
  • следите за «поведением» электролита: когда он перестанет двигаться — замерьте плотность по шкале;
  • слейте жидкость обратно в «банку».

Как видите, техника снятия показаний очень проста. Главное — не забывать защитить руки с помощью перчаток.

Цифровые показатели, на которые нужно ориентироваться

Поскольку химическая составляющее АКБ напрямую зависит от температурных факторов, существуют общепринятые цифровые показатели, обозначающие уровень оптимальной концентрации электролита. На юге РФ это 1,25, в районах средней полосы — 1,27, а в северных регионах — 1,29 гр/см3.

Итак, как проверить уровень электролита в аккумуляторе и его плотность? Отнесите батарею в помещение с комнатной температурой, удалите с нее загрязнения, откройте банки и воспользуйтесь стеклянной трубочкой и ареометром. Не забудьте надеть перчатки. Проверку аккумулятора нужно осуществлять регулярно для обеспечения наилучшего уровня его работы.

Как проверить плотность аккумулятора и какой она должна быть

В качестве электролита в свинцово-кислотных аккумуляторах выступает серная кислота и дистиллированная вода. Плотность электролита представляет собой соотношение этих двух компонентов, которое измеряется с помощью специального прибора под названием ареометр.

Плотность является очень важным параметром аккумулятора, и любой владелец автомобиля обязан следить за ее уровнем и знать, как его поднять при необходимости.  Фото: onlinetrade.ru

Какая плотность является нормой

В свинцовых АКБ плотность может зависеть не только от соотношения кислоты и воды, но и от температуры раствора (при высокой температуре плотность будет низкая и наоборот). Автовладельцу обязательно нужно следить за тем, чтобы показатели плотности электролита всегда были в норме. Следует учитывать, что данные показатели очень сильно зависят от климатической области.

  • Оптимальная плотность в районах с холодным климатом, где температура может понижаться до минуса тридцати градусов и ниже, составляет от 1,26 до 1,30 гм/см3,
  • В зонах с умеренным микроклиматом это значение должно быть около 1,24-1,26 гм/см3. В теплой климатической зоне оптимальная плотность равна 1,22-1,24 гм/см3. А там где зима особенно холодная и температура падает до пятидесяти градусов стоит придерживаться значения 1,29-1,31 гр/см3.

АКБ обычно заряжена только на восемьдесят-девяносто процентов от ее общей вместимости, так что плотность в этом случае будет несколько меньше, чем если бы аккумулятор был заряжен на 100%.

Это происходит из-за того, что во время заряда, АКБ поглощает воду из электролита и плотность возрастает. Кроме того, осуществляется разрушение солей сернистой кислоты, оседающей на пластинах. У батареи, которая заряжена максимально, плотность равняется 1,26-1,28 г/см3. Через некоторое время аккумулятор начинает разряжаться, и значение падает примерно до 1,17 г/см3.

Во время разряда АКБ происходит поглощение серной кислоты, и она, превращаясь в кристаллы сульфатов, со временем покрывает всю поверхность пластин. Вследствие этого уменьшается емкость, и снижаются электрохимические характеристики АКБ. Этот процесс носит название сульфатации, он является одной из наиболее распространенных причин выхода из строя аккумулятора.


Об особенностях применения смазки Литол 24 можно узнать из этого материала.

Также у нас вы найдете подробности о ремонте резонатора двигателя.

Сульфатация начинается при плотности около 1,16-1,1,18, так что в этой ситуации необходимо незамедлительно зарядить аккумулятор. 

Как плотность влияет на работу АКБ

Плотность АКБ во время эксплуатации подвержена постоянным изменениям. Благодаря измерению плотности электролита, ареометром, совместно с измерением напряжения, можно определить состояние аккумулятора.

Значительное понижение уровня плотности, скорее всего, указывает на то, что какая-то из ячеек имеет дефект либо указывает на разрыв цепи или на сильную разрядку АКБ (в этом случае все ячейки будут обладать низкой плотностью).  

Стоит отметить, что чем ниже плотность электролита, тем более длительный срок сможет проработать батарея. Но при этом низкое значение нередко приводит к сульфатации пластин. Помимо этого в таких условиях АКБ может и вовсе замерзнуть, а после такого, скорее всего, аккумулятор восстановлению уже подлежать не будет и придется приобретать новый.

  • Повышенный уровень плотности электролита способствуют понижению срока эксплуатации АКБ. Пониженная же плотность в батареи может привести к затруднениям с запуском силового агрегата.

Если аккумулятор перестает держать заряд, необходимо осуществить проверку состояния жидкости внутри него. Когда батарея функционирует, происходит испарение воды, вследствие этого электролит становится концентрирование, это также отрицательно влияет на работу аккумулятора.

Как измерить плотность

Плотность электролита оценивают, как правило, используя ареометр – измерительный прибор в виде стеклянной колбы с ареометром внутри, грушей из резины на одном конце и резиновой трубкой на другом. Фото: akbshop.in.ua

Для измерения плотности необходимо проделать следующие действия:

  • Прежде чем начать делать замер, нужно нажать на грушу, чтобы выпустить из нее воздух;
  • После этого максимально глубоко опускаем трубку в электролит;
  • Затем, не спеша, набираем из нее содержимое, понемногу разжимая грушу, при этом ареометр начнет плавать, не прикасаясь ко дну и к стенкам;
  • Устанавливаем прибор в вертикальном положении и смотрим на нижнюю градуировку, которая и покажет плотность электролита;
  • В завершении осуществляем нажатие на грушу, дабы слить жидкость обратно в электролит;
  • Проделываем данную процедуру со всеми оставшимися банками.

Также можно измерить плотность при помощи вольтметра. К клеммам батареи нужно подключить автоматический тестер и померить напряжение. Оно должно составлять двенадцать-двенадцать с половиной вольт. Затем следует повернуть ключ в зажигании и набрать 2500 оборотов. Напряжение должно скакнуть до четырнадцати вольт, но не превысить четырнадцати с половиной. Если изменения отсутствуют, значит нужно просто подзарядить батарею.

Большинство аккумуляторов, которые выпускаются сегодня, оборудованы специальным цветным датчиком.

Зеленый цвет датчика указывает на то, что батарея полностью заряжена, а желтый – что осталось совсем немного зарядки.

Как повысить плотность

Чтобы повысить плотность электролита можно воспользоваться следующими методами:

  • Поменять электролит на новый;
  • Зарядить аккумулятор;
  • Добавить серную кислоту;
  • Залить корректирующий электролит.

Перед тем как приступить к процессу, нужно подготовить все то, что нам может потребоваться, а именно – емкость для разведения электролита, клизма-груша, дрель, дистиллированная вода и непосредственно сам корректирующий электролит.

В самом начале рекомендуется осуществить зарядку батареи и проверить ее напряжение. Если после набора оборотов ничего не поменялось, необходимо оставить АКБ подзаряжаться примерно на десять часов. При этом ток должен быть меньше емкости аккумулятора в 10 раз, то есть если емкость составляет шестьдесят ампер/час, хватит тока в шесть ампер.

Эта таблица поможет выбрать плотность аккумулятора в зависимости от времени года и климата. Фото: prosdo.ruует снизить значения в два раза и заряжать батарею еще на протяжении двух часов. Благодаря этому и выравнивается  плотность электролита. Если при запущенном силовом агрегате напряжение становится больше четырнадцати с половиной ватт, залейте в АКБ воду и затем подзарядите его.

Если же это не помогло и заряд батареи продолжает стремительно понижаться, придется работать с электролитом.

Чтобы повысить плотность аккумулятора самостоятельно, необходимо выполнить следующие действия:

  • Отобрать немного электролита с банки АКБ;
  • Добавить такой же объем корректирующего электролита, если необходимо прибавить плотность либо воду, если нужно ее понизить;
  • Затем около тридцати минут заряжать батарею, чтобы жидкость могла перемешаться;
  • После зарядки, нужно подождать 1-2 часа, это позволит плотности всех банок сравняться. За это время также понизиться температура и выйдут все газы;
  • Далее нужно проверить плотность и если она не соответствует норме повторить все шаги заново и вновь померить ее.

Обязательно следите за тем, чтобы плотность не превышала 1,35 г/см, в противном случае кислота начнет «съедать» пластины.

Видео-инструкцию по повышению плотности электролита вы найдете здесь:

Итог

Итак, плотность является очень важным параметром, который оказывает влияние на функционирование аккумулятора и может либо продлить срок его эксплуатации либо наоборот сократить. Поэтому владельцу любого транспортного средства рекомендуется регулярно проверять плотность АКБ и при необходимости поднимать либо понижать ее уровень.

Добавьте FBM.ru в избранноеДобавьте ПроКроссоверы в избранное

Tesla Musk намекает на увеличение емкости аккумуляторов перед отраслевым событием

SEOUL (Reuters) — Генеральный директор Tesla Inc TSLA.O Илон Маск предположил, что американский производитель электромобилей сможет массово производить аккумуляторы с удельной мощностью на 50% больше за три-четыре лет, что могло бы позволить даже электрические самолеты.

ФОТО ФАЙЛА: Генеральный директор Tesla Inc Илон Маск выступает на церемонии открытия китайской программы Tesla Model Y в Шанхае, Китай, 7 января 2020 года. REUTERS / Aly Song

Его комментарии появились в связи с растущими слухами об объявлениях на ожидаемой выставке Tesla Мероприятие «День батареи», на котором ожидается, что компания продемонстрирует, как улучшилась производительность батареи.

“400 Вт · ч / кг * с * большим сроком службы, произведено в больших количествах (а не только в лаборатории), недалеко. Вероятно, 3–4 года », — написал Маск в понедельник в Твиттере в ответ на ветку в Твиттере Сэма Коруса, аналитика ARK Investment Management LLC, о том, почему Маск все время намекает на электрический самолет Tesla.

Исследователи заявили, что удельная энергия аккумуляторов Panasonic 6752.T «2170», используемых в Tesla Model 3, составляет около 260 Втч / кг, что означает скачок на 50% от текущей плотности энергии, что является ключом к увеличению дальности движения.

Маск сказал в прошлом году, что для того, чтобы электрический полет работал, удельная энергия аккумуляторов должна повыситься до более чем 400 Втч / кг, порог, который может быть достигнут через пять лет.

Производитель электромобилей также показал изображение, на котором несколько точек сгруппированы в линии, что вызвало спекуляции среди СМИ и фанатов о том, что будет показано на мероприятии. (здесь)

Южнокорейский эксперт по аккумуляторным батареям Пак Чул-ван сказал, что изображение может намекать на «кремниевый нанопроволочный анод», революционную технологию, которая потенциально может резко увеличить как плотность энергии батареи, так и срок ее службы.

Компания Panasonic Corp 6752.T ранее сообщила агентству Рейтер, что планирует повысить удельную мощность оригинальных аккумуляторных батарей «2170», которые она поставляет Tesla, на 20% за пять лет.

Tesla также работает с китайской компанией Contemporary Amperex Technology Ltd (CATL) 300750.SZ, чтобы представить новую недорогую батарею с длительным сроком службы для своего седана Model 3 в Китае в конце этого или в начале следующего года с батареями, предназначенными для Reuters сообщило в мае.

Tesla заявила, что ее День батареи состоится в тот же день, что и годовое собрание акционеров 2020 года.22.

«Очень ограниченное количество акционеров» сможет присутствовать на обоих мероприятиях из-за ограничений, связанных с пандемией, сказал Тесла, и будет проведена лотерея для выбора участников.

Репортаж Хёнджу Джина и Макико Ямазаки; Редакция Жаклин Вонг и Дэвида Эванса

Батарея

Сравнение плотности энергии

Рисунки на этой странице были получены из разного количества источников при различных условиях.Сравнение аккумуляторных элементов затруднено, и любое фактическое сравнение должно использовать проверенные данные для конкретной модели аккумулятора.

Батареи

работают по-разному из-за различных процессов, используемых разными производителями. Даже ячейка другой модели от того же производителя будет работать по-разному в зависимости от того, для чего они оптимизированы.

Вы также должны принять во внимание фактическое приложение, в котором используется аккумулятор. Это может существенно повлиять на производительность батареи, поэтому при выборе аккумуляторной батареи для вашего продукта необходимо учитывать множество факторов.

Для получения дополнительной информации см. Сообщение в нашем блоге о том, как выбрать тип элемента для использования в аккумуляторной батарее.


Сравнение плотности энергии в аккумуляторных элементах

Эта сравнительная таблица аккумуляторов показывает объемную и гравиметрическую плотности энергии на основе голых аккумуляторных элементов.

Фото предоставлено НАСА — Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства


Плотность энергии, сравнение размеров и веса

Приведенная ниже сравнительная таблица батарей показывает объемную и удельную плотности энергии, показывая меньшие размеры и меньший вес ячеек.


Спецификации Battery Chemistry

Технические характеристики Свинцово-кислотный NiCd никель-металлгидридный Литий-ионный
Кобальт Марганец Фосфат
Удельная энергия (Втч / кг) 30-50 45-80 60-120 150-190 100-135 90-120
Внутреннее сопротивление (мОм) <100
12В в упаковке
100-200
Упаковка 6 В
200-300
Упаковка 6 В
150-300
7.2В
25-75
на ячейку
25-50
на ячейку
Жизненный цикл (разряд 80%) 200-300 1000 300-500 500–1000 500–1000 1 000–2 000
Время быстрой зарядки 8-16ч 1 час стандартно 2-4 часа 2-4 часа 1 ч или меньше 1 ч или меньше
Допуск перезарядки Высокая Умеренный Низкий Низкий.Не выносит непрерывного заряда
Саморазряд / месяц (комнатная температура) 5% 20% 30% <10%
Напряжение элемента (номинальное) 2V 1,2 В 1.2В 3,6 В 3,8 В 3,3 В
Напряжение отключения заряда (В / элемент) 2,40
Поплавок 2,25
Обнаружение полного заряда
по сигнатуре напряжения
4,20 3,60
Напряжение отключения разряда (В / элемент, 1С) 1.75 1,00 2,50–3,00 2,80
Пиковый ток нагрузки
Лучший результат
5C
0,2C
20C
1C
5C
0,5C
> 3C
<1C
> 30C
<10C
> 30C
<10C
Температура заряда от -20 до 50 ° C
от -4 до 122 ° F
от 0 до 45 ° C
от 32 до 113 ° F
от 0 до 45 ° C
от 32 до 113 ° F
Температура нагнетания от -20 до 50 ° C
от -4 до 122 ° F
от -20 до 65 ° C
от -4 до 149 ° F
от -20 до 60 ° C
от -4 до 140 ° F
Требования к техническому обслуживанию 3-6 месяцев
(доплата)
30-60 дней
(выписка)
60-90 дней
(выписка)
Не требуется
Требования безопасности Термостойкость Термостойкость, общий предохранитель Обязательная схема защиты
Используется с Конец 1800-х годов 1950 1990 1991 1996 1999
Токсичность Очень высокий Очень высокий Низкий Низкий

Ремонт и обслуживание аккумуляторных батарей | Energic Plus

Что означает восстановление аккумуляторной батареи и почему это полезно?

Свинцово-кислотные аккумуляторы в основном страдают от сульфатации аккумуляторов.Это явление происходит, когда аккумулятор полностью разряжен, но возвращается в нормальное состояние при подзарядке аккумулятора. Однако естественные процессы не эффективны на 100%. Сульфатные детали прикрепляются к пластинам, что влияет на общую емкость аккумулятора. Для зарядки требуется больше энергии, и температура батареи повышается, что сокращает срок ее службы. Это результат того, что технология зарядки не совсем эффективна.

Восстановление батареи или последующая процедура могут восстановить или продлить срок службы батареи.Предыдущий анализ предоставляет информацию о состоянии батареи и позволяет нам диагностировать возможность восстановления батареи. Эта услуга позволит батарее прослужить дольше, что будет финансово выгодно для работодателя.

У нас есть инструменты для извлечения аккумуляторных вилочных погрузчиков, тележек для гольфа, лодок, поездов, телекоммуникационных компаний, распределительных компаний, производства электроэнергии и т. Д. Наше устройство для восстановления аккумуляторных батарей удаляет сульфат свинца с помощью процесса электрической высокочастотной пульсации.

Восстановление батареи также называется восстановлением батареи или десульфатацией батареи .

Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию о нашем решении для восстановления аккумуляторов и нашем регенераторе аккумуляторов.

Как происходит восстановление аккумулятора?

1) Ежегодное техническое обслуживание снижает потерю емкости из-за сульфатации аккумулятора

Когда емкость аккумулятора уменьшается, это, вероятно, происходит из-за кристаллов сульфата, которые постепенно накапливаются на электродах.Это предотвращает эффективную подачу тока батареей, поскольку кристаллы «задыхают» батарею.

Сульфат свинца увеличивает внутреннее сопротивление и снижает плотность электролита. Неизбежен процесс нарастания сульфатирования. Что еще хуже, через 3-4 года процесс существенно ускоряется (отсюда и быстрое падение производительности вашего аккумулятора). Если ваша батарея страдает от этого типа сульфатации, наш регенератор батареи будет очень эффективным.

Если вы обслуживаете аккумулятор раз в год с помощью нашего регенератора аккумуляторов, сульфатация аккумулятора никогда не будет иметь шансов!

2) Чистка + разбор + ремонт АКБ

Перед процессом десульфатации батареи очень важно убедиться, что батарея, соединения батареи и батарейный отсек не имеют дефектов.Нам также необходимо убедиться, что поверхность аккумулятора нейтрализована (AQ Steam), чтобы накопление сульфата на разъемах не влияло на производительность аккумулятора. Необработанная поверхность батареи может вызвать токи утечки, что отрицательно скажется на сроке службы батареи.

Когда все соединения проверены и поверхность обработана, мы можем продолжить сам процесс регенерации.

3) Восстановление свинцово-кислотных аккумуляторов с помощью Energic Plus

Устройство для восстановления аккумуляторов выполняет 2 цикла зарядки, стабилизации и разрядки.Во время этого процесса сульфат свинца удаляется за счет процесса электрической высокочастотной пульсации регенератора батареи. Это дает следующие результаты:

— удельный вес электролита увеличится,
— уменьшится внутреннее сопротивление,
— увеличится емкость аккумулятора (Ач) и
— увеличится напряжение элемента

Если регенератор батареи объединен с нашей системой мониторинга батареи (BMS-система), вы даже можете выполнить полный анализ каждого элемента батареи.Поистине уникальная особенность!

4) Анализ батареи после процесса восстановления батареи

После завершения процесса восстановления батареи состояние батареи анализируется повторно. Улучшения обрабатываются, и все ячейки проверяются, чтобы увидеть, нуждается ли какая-либо из них в замене. Отчеты о состоянии батареи (в pdf, Word или Excel) и отчеты BMS-системы (в pdf, Word или Excel) генерируются, чтобы вы точно знали, каково текущее состояние вашей батареи.

5) Ввод свинцово-кислотного аккумулятора в работу

После завершения процесса десульфатации аккумулятор можно снова использовать! Хватит тратить деньги, начни пользоваться регенератором аккумуляторов Energic Plus!

Когда нужно восстанавливать аккумулятор?

Регенерация батареи может быть произведена в любое время. Обычно это происходит, когда батарея разряжается на 30-40%. Тогда его обычно можно полностью восстановить. Хотя в некоторых случаях невозможно достичь полной загрузки, такое восстановление часто дает невероятные результаты.Помимо сульфатирования, аккумуляторы часто повреждаются из-за естественного процесса старения. Потерянные части положительных пластин и сильная коррозия не подлежат восстановлению.

Почему Energic Plus является инновационным по сравнению с другими вариантами?

Оборудование для регенерации батарей

Energic Plus сочетает в себе различные эффективные методы регенерации батарей с интегрированной рекуперацией энергии в одном устройстве. О технологии: для достижения оптимальных результатов вам нужны правильное напряжение, сила тока, время обновления и температура.Мы делаем это с помощью компьютеризированного процесса: каждая батарея разряжается и восстанавливается индивидуально, в зависимости от ее состояния и размера, в то время как максимальные импульсы напряжения регулируются с помощью переменных кривых и циклов. Процесс разряда также меняется на импульсных минимальных расстояниях. Он защищает аккумуляторы и подготавливает их к регенерации. Эти комбинации и методы уникальны и защищены мировыми патентами. В зависимости от размера батареи требуются огромные токи и напряжения, которые могут быть обеспечены только трансформаторами соответствующего размера.Особой изюминкой является возврат энергии в процессе разряда. Энергопотребление остается на самом низком уровне.

Можно ли получить обновление и сульфатредукцию с помощью специальной жидкости?

Да и нет. Добавки кобальта, марганца и других веществ не новость. Он широко использовался во время 2-й мировой войны на батареях подводных лодок. Результатом является высвобождение поверхностных отложений сульфата. Уровень кислоты повышается до нормального, а емкость несколько увеличивается.Этот эффект возникает в зависимости от степени сульфатирования и возраста аккумулятора через короткий промежуток времени. Кроме того, в электролите остаются загрязнения. Структурные повреждения поверхности не фиксируются и могут даже увеличиться. Кроме того, твердые кристаллы сульфата не растворяются полностью, и они могут вызвать дальнейшее загрязнение и разрушение батареи. В долгосрочной перспективе соединения серебра и / или кобальта вызывают необратимые повреждения батареи.

Есть ли польза от регенерации «молодой» батареи?

Да.Десульфатация батарей может улучшить состояние батарей, возраст которых составляет 1-2 года, поскольку сульфатирование происходит с момента изготовления батареи. Батареи, прошедшие процесс регенерации, сохраняют и обеспечивают постоянную емкость на уровне 90–100% в течение 8–10 лет.

Технологии регенерации аккумуляторов, подходящие для нескольких применений

Регенерация аккумулятора для вилочных погрузчиков
Регенерация аккумулятора для автомобилей
Регенерация аккумулятора для грузовиков
Регенерация аккумулятора для гольф-каров
Регенерация аккумулятора для поездов
Регенерация аккумулятора для автобусов
Регенерация аккумулятора для тракторов
Регенерация аккумулятора для квадроциклов
Регенерация аккумулятора для телекоммуникаций

Как начать бизнес по ремонту аккумуляторов

Вы ищете новую возможность? Станьте дилером систем восстановления аккумуляторов Energic Plus и начните бизнес по ремонту аккумуляторов! Заинтересованы? Применить сейчас!

Магическое число, которое делает электрический полет жизнеспособным | Анализ

Чуть больше года назад Илон Маск вмешался в разговор в Твиттере об электрической авиации, заметив: «FWIW, на основе расчетов, которые я сделал 10 лет назад, точка перехода для литий-ионного керосина составляет ~ 400 Вт · ч. /кг.Аккумуляторы с высоким циклом заряда сегодня составляют всего 300 Втч / кг, но, вероятно, превысят 400 через ~ 5 лет ». Этим летом он добавил: «Объем производства 400 Вт · ч / кг * с * большим сроком службы (не только в лаборатории) — это недалеко. Наверное, от 3 до 4 лет ».

Если магическая емкость литий-ионных аккумуляторов в 400 Втч / кг (ватт-час на килограмм) действительно так близка, можно было бы ожидать, что Маск к настоящему времени основал компанию по производству электрических самолетов — правда, между автомобилями, ракетами, туннелями и другими экзотическими предприятиями. как имплантаты интерфейса мозг-компьютер, даже у него может хватить на тарелку.Но независимо от того, намерены ли магнаты Tesla и SpaceX присоединиться к нескольким десяткам существующих проектов электрических полетов на разных этапах разработки, его цифры подчеркивают проблемы, которые мешают полетам с нулевым уровнем выбросов. Накопление энергии, скорость выработки, масса и технология производства — все это влияет на осуществимость и экономичность полета с батарейным питанием, поэтому возникает вопрос: достаточно ли хороши современные батареи для этого?

Кажется, ответ: да, вроде того.

Экономическое обоснование того, что обычно представляют собой электрические летательные аппараты с вертикальным взлетом и посадкой (eVTOL), способные работать с вертолетных площадок в центре небольшого города, — это мечта избежать дорожных заторов, отсюда и общий термин «городская воздушная мобильность».Это видение отражено в названии, данном его проекту одним из крупнейших игроков в авиации: CityAirbus. Гораздо меньше, но не менее амбициозно — это британский стартап Vertical Aerospace, который представил свой дизайн VA-1X в конце августа с обещанием вывести на рынок воздушное такси уже в 2024 году.

VA-1X использует ключевую привлекательность электрических конструкций, способность распределять тягу шире, чем это возможно с традиционными двигателями внутреннего сгорания или реактивными двигателями. С четырьмя моторами наклона, распределенными по крыльям обычной компоновки, машина будет взлетать и приземляться вертикально, но переходит на более эффективный полет на неподвижном крыле для крейсерского полета.Vertical Aerospace не комментирует свои батареи, но обещает перемещать груз массой 450 кг — пилот плюс четыре пассажира — на «крейсерской скорости 150 миль в час (130 узлов) с полезной дальностью полета до 100 миль (160 км)». Крайне важно, что Vertical заявляет, что ее «конечная цель — сделать VA-1X значительно дешевле, чем полеты на вертолете, устраняя одно из основных препятствий на пути к экологически безопасным авиаперелетам».

Доктор Джеймс Робинсон, старший научный сотрудник в области химического машиностроения в Университетском колледже Лондона, считает цели Vertical выполнимыми, но «агрессивными».Сегодняшние литий-ионные батареи — знакомый источник энергии для всего, от личной электроники до дорожных транспортных средств, таких как автомобили Tesla, — отражают технологию 30-летней давности, говорит он; они хорошо изучены, приемлемо низкая стоимость и могут быть адаптированы для обеспечения надлежащего баланса между исходной выходной мощностью, необходимой для поднятия eVTOL от земли или плавного опускания его назад, и для продвижения вперед в относительно маломощном, но длительном режиме. Крейсерская фаза на выносливость.

Но в то время как литий-ионные аккумуляторы могут обеспечить короткие полеты, а также имеют достаточно привлекательное время перезарядки и срок службы в циклах зарядки-разрядки, дальность действия — их слабость, — говорит он Flight.Действительно, Робинсон указывает на статью 2018 года из журнала Energy Letters Американского химического общества о характеристиках батарей, которые в конечном итоге необходимы для eVTOL. Там авторы (в том числе представитель инновационного центра Airbus «Acubed» в Кремниевой долине) анализируют «типовой самолет с переходом с вертикального на неподвижное крыло» и делают вывод, основываясь на современной литий-ионной технологии, что для самолета с полным взлетная масса 1000–2500 кг, «рабочий диапазон 73–100 миль (40–60 км) представляет собой верхний предел».

Действительно, беглый взгляд на технические характеристики автомобилей подчеркивает недостатки литий-ионных аккумуляторов в авиации. Согласно данным Car and Driver, Tesla Model S имеет запас хода почти 650 км и снаряженную массу 2200 кг. BMW 530i сопоставимого размера имеет запас хода до 950 км, но при снаряженной массе всего 1700 кг. Tesla может обладать отличной производительностью и иметь маломощные электродвигатели, не требующие особого обслуживания, но батареи весят буквально тонну.

Как подробно описал Робинсон в своей статье для Института Фарадея, исследовательской группы по технологиям аккумуляторов, базирующейся в высокотехнологичном кластере Харвелл недалеко от Оксфорда, Робинсон сообщил, что сегодня литий-ионные технологии могут обеспечивать максимум около 250 Вт-часов на килограмм (Втч / кг), стандартная сравнительная мера плотности энергии батареи.Но несмотря на то, что есть возможности для увеличения плотности энергии литий-ионных аккумуляторов, что явно является критически важной мерой для самолетов, которые должны минимизировать вес, Робинсон описывает эту технологию как «достаточно хорошо оптимизированную» и находящуюся на «плато» с перспективой только постепенных улучшений. . Более того, эти цифры Втч / кг относятся к клеточному уровню; Эта ячейка мощностью 250 Вт / кг обеспечивает, возможно, 170 Вт / кг при упаковке в батарею с подходящим корпусом. Так что, как он пишет в июльском выпуске журнала Faraday Insights, для отказа авиации от ископаемого топлива необходимы «батареи, которые выходят за пределы литий-ионных технологий».

Возможно, технология следующего поколения уже под рукой. По словам Робинсона, литий-серные элементы находятся на «докоммерческой» стадии разработки, но обещают резкий скачок в плотности энергии. Аккумуляторы Li-S имеют теоретический предел плотности энергии 2700 Вт-ч / кг и уже были продемонстрированы на уровне 470 Вт-ч / кг, при этом ожидается, что к началу 2021 г. ожидается 500 Вт-ч / кг.

Элементы Li-S

сегодня быстро разрушаются при использовании и поэтому страдают от короткого срока службы, но эта технология позволяет обойти литий-ионную потребность в тяжелом, дорогостоящем и экологически опасном никеле и кобальте; сера — один из самых распространенных элементов на Земле.Li-S элементы также по своей природе более безопасны, с гораздо меньшей вероятностью перегрева и возгорания, и в отличие от литий-ионных аккумуляторов их можно хранить и отправлять в полностью разряженном состоянии.

Сегодня у Li-S есть два серьезных недостатка для авиации. Одним из них является относительно низкая мощность на единицу объема, поэтому Робинсон ожидает, что первые приложения на транспорте будут применяться в больших транспортных средствах, таких как автобусы и грузовики, хотя в следующие пять лет они могут появиться в нишевых приложениях, таких как спутники или дроны.

Для eVTOLS серьезным недостатком Li-S является слишком медленная скорость разряда, чтобы обеспечить выброс, необходимый для полета.В июле этого года британские разработчики аккумуляторов OXIS Energy и Texas Aircraft объявили о ранней попытке построить самолет на основе Li-S энергии, чтобы преобразовать в Бразилии свой Colt S-LSA с высоким крылом в двухместный учебно-тренировочный самолет с двухчасовой выдержкой. / 200 нм диапазон.

Робинсон подчеркивает, что преобразующая сила этой новой технологии будет зависеть от оптимизации всего самолета, а не только от лучших аккумуляторов: «Самолеты необходимо будет модернизировать, чтобы приспособить к работе электрическую авиацию». Он считает, что Li-ion eVTOL, летающие в середине 2020-х годов, могут стать мостом к более амбициозным самолетам 2030-х годов, построенным на основе технологии Li-S; Гибриды, использующие литий-ионную энергию для полета и литий-ионную батарею для обеспечения дальности полета, являются привлекательной идеей.

Между тем, он описывает 400 Втч / кг Илона Маска как «интересное число. Я бы хотел поговорить с ним об этом ».

Прорыв литий-металлической батареи: 400 Втч / кг

Компания Sion Power of Phoenix объявила на прошлой неделе, что ее элемент Licerion® (EV) достиг значительного прорыва в области аккумуляторов с плотностью энергии 400 Втч / кг в ячейке мешочка.

Эта плотность энергии совпадает с объявленными результатами для твердотельной батареи QuantumScape, поддерживаемой Volkswagen / Биллом Гейтсом (380-500 Втч / кг), и 380 Втч / кг, которые компания Tesla нацелена на объявленную батарею следующего поколения. в августе прошлого года.Современные блоки Tesla имеют плотность энергии около 260 Втч / кг.

Что такое плотность энергии?

Проще говоря, плотность энергии — это мера того, сколько энергии может хранить батарея. Обычно он измеряется по весу или по объему: ватт-часы (или киловатт-часы) на килограмм материала для хранения, или ватт-часы или киловатт-часы на литр материала для хранения. Чтобы быть более правильным, измерение объема называется плотностью энергии, а мера по весу (фактически масса) называется удельной энергией или гравиметрической плотностью.

Свинцово-кислотные батареи имеют плотность 35–40 Втч / кг и 80–90 Втч / л, а литий-ионные батареи обычно имеют плотность примерно в три-шесть раз больше: 100–265 Втч / кг 250–700 Втч / л. Думайте об этом как о литий-ионной батарее, которая увезет вашу электрическую лодку в 3-6 раз дальше, чем свинцово-кислотная батарея, которая весит такое же количество или занимает такое же место.

При плотности энергии 400 Втч / кг продукт Sion Licerion® может продвинуть вас еще дальше — в 10 раз больше, чем свинцово-кислотный.

Вес и размер вещей, очевидно, имеют большое значение на лодке, поэтому очевидно, что предпочтительнее использовать аккумулятор, сохраняющий больше энергии в меньшем / более легком блоке. Не так очевидно, как этого добиться.

Всемирная охота на прорыв аккумуляторных батарей

Есть разные компании и исследователи, работающие над корректировкой различного химического состава батарей, покрытием химикатов другими химикатами, над созданием батарей различными способами, такими как 3D-печать… и множеством других методов, которые тестируются каждый день.

Вероятно, наиболее распространенным вариантом является твердотельная батарея, в которой твердый электролит заменяет материал жидкого или гелевого электролита, который есть почти во всех современных батареях. (Электролит — это материал, который обеспечивает прохождение электрического заряда между двумя электродами — анодом (отрицательным) и катодом (положительным).

По многим причинам твердотельный электролит обеспечивает более высокую плотность энергии, чем жидкая или гелевая версия, но есть и другие вещи, которые необходимо решить помимо плотности, например, как быстро можно заряжать аккумулятор, сколько раз можно заряжать, безопасность, стоимость … и вы можете себе представить, что работать над этой химией непросто.

Sion начал свою деятельность в 1989 году как дочернее предприятие Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США и сконцентрировалось на одном из менее известных химических компонентов — литий-серных (Li-S) батареях. Они произвели самую высокую в мире плотность энергии и удельную энергию Li-S аккумулятор, а в 2014 году установили мировой рекорд по продолжительности полета на космическом корабле Zephyr® 7 HAPS (высокогорный псевдоспутник) Airbus Defense and Space.

Отлично подходил для одного непрерывного полета, но для чего эта ячейка не годилась, так это то, что ее можно было заряжать сотни раз, как того требует владелец электромобиля.Поэтому в 2015 году Сион начал изучать старую технологию 1980-х годов — литий-металлические аноды — отчасти из-за «случайного» эксперимента, как сказал в интервью Tucson News главный операционный директор Sion доктор Джефф Бритт.

Бритт рассказывает, как исследователи экспериментировали с различными материалами, чтобы заменить углерод в анодах батарей. Когда они сохранили материалы катода, но использовали металлический литий в аноде, он говорит: «Мы обнаружили, что можем также использовать те же типы катодов, которые используются с ионно-литиевыми элементами, и получили гораздо лучшие результаты, чем с серой. поэтому компания перешла на эту новую технологию.”

Решение дилеммы дендритов

Проблемой металлического лития 25 лет назад были дендриты — микроскопические волокна, которые накапливались на анодах, как пол пещеры, из зазубренных острых сталактитов и снижали эффективность зарядки, а также могли вызывать опасные пожары. стал предпочтительным источником энергии для компьютеров и мобильных телефонов, вариант с металлическим литием не понравился исследователям.

Пересмотрев технологию металлического лития, Сион успешно преодолел проблему дендритов, разработав тонкий химически стабильный керамический барьер на аноде.Элементы Licerion® также содержат добавки в запатентованной системе электролита, которая технически является жидкой, но в «незначительном количестве по сравнению с традиционными литий-ионными элементами». Все это означает больше энергии при меньшем весе.

Для тех, кто хочет более глубоко погрузиться в технологию, на веб-сайте Sion имеется много информации. Для тех из нас, кто больше озабочен тем, что делает технология, а не тем, как она это делает, вот что означает прорыв компании в области аккумуляторов.

Прежде всего, необходимо всегда подчеркивать, что этот аккумулятор не поступит в вашу местную пристань на следующей неделе. С одной стороны, целью Sion является рынок электромобилей, а с другой стороны, чтобы эти вещи попали на рынок, требуется время.

Клетки выпускаются товарных размеров

При этом был достигнут невероятный прогресс даже с февраля прошлого года, когда было объявлено об успешных испытаниях гораздо меньших по размеру ячеек Licerion®.

Компания отмечает в последнем выпуске, что «Масштабирование до полезных размеров ячеек является проблемой для технологий высокоэнергетических батарей.Sion Power успешно выполнила этот процесс масштабирования. Ячейки Licerion®-EV на 17 Ач и 6 Ач обычно производятся на пилотной линии Sion Power и проходят валидационные испытания сторонними организациями.

Доктор Урс Шуп, технический директор Sion Power, сказал: «Менее года назад компания Sion Power продемонстрировала эту технологию на батарее на 1,8 Ач. Сегодня мы доказали результаты на кюветах большого формата. Хотя в новостях мы видели много компаний, производящих батареи с высоким энергопотреблением, лишь немногие из них заявляют, что производят элементы большой емкости в коммерческих масштабах.”

Итак, когда вы увидите батарею Licerion® в корпусе своей электрической лодки? Что ж, это может занять время, потому что сейчас на рынке электромобилей гораздо больше возможностей, чем у электромобилей. Но на веб-сайте говорится, что они разрабатывают аккумуляторные блоки, включающие аккумуляторные блоки на 1 кВтч, 12 В и 24 В, аккумуляторные блоки на 2 кВтч, 24 В и « пользовательских аккумуляторных блоков, также доступны ».

границ | Влияние толщины электрода и электролита на характеристики твердотельной батареи, анализируемое с помощью уравнения для песка

Введение

Батареи

являются одними из наиболее широко используемых электрохимических накопителей энергии благодаря их высокой энергии, позволяющей работать устройствам в течение длительного периода времени (Kim et al., 2015). Литий (Li) -ионная система является преобладающим решением для питания многих приложений, от небольших электронных устройств до электромобилей (Kurzweil and Garche, 2017). Поскольку потребность потребителей в выработке энергии постоянно увеличивается, необходимо разрабатывать и оптимизировать новые аккумуляторные системы в зависимости от требований приложения. В этом контексте металлический литий является идеальным в качестве отрицательного электрода из-за его высокой удельной емкости и низкого рабочего напряжения (Xu et al., 2014). Однако в сочетании с обычным жидким электролитом электроосаждение Li на металлическом Li неравномерно, что приводит к низкой кулоновской эффективности и росту дендритов (Tarascon and Armand, 2001; Wu et al., 2019). Замена жидкого электролита твердым полимерным электролитом (ТПЭ) позволяет создать безопасные батареи с высокой плотностью энергии (Armand, 1994; Agrawal and Pandey, 2008).

С точки зрения конструкции, практическая батарея Li-Metal должна быть оптимизирована за счет ее состава положительного электрода и общей сборки материала, в частности, для снижения стоимости элементарной ячейки (Gallagher et al., 2014). Цель состоит в том, чтобы создать долговечную батарею с высокими характеристиками для получения увеличенной удельной энергии (Eftekhari, 2017; Schnell et al., 2018; Zeng et al., 2019). Что касается ТФЭ, достаточная ионная проводимость порядка 1 мСм · см -1 достигается при 80 ° C для электролита на основе ПЭО (Devaux et al., 2012). PEO обладает достаточно высокими механическими свойствами и гибкостью, чтобы его можно было обрабатывать методами горячего прессования, экструзии или заливки растворителем с образованием тонких пленок размером от 10 до 100 мкм (Baudry et al., 1997; Porcarelli et al., 2016; Schnell et al., 2018; Yang et al., 2019). Цели заключаются в том, чтобы минимизировать толщину SPE для уменьшения омических потерь и увеличить плотность тока, ограниченную диффузией, во время работы от батареи.Кроме того, PEO обладает другими преимуществами, такими как хорошая адгезия, а также электрохимическая и химическая стабильность по отношению к металлическому Li (Armand, 1983). Действительно, ПЭО обычно используется в качестве основного кирпича для ТФЭ, который также будет содержать другие полимеры или добавки для улучшения желаемых свойств — числа переноса, механической прочности, электрохимического окна и т. Д. (Bouchet et al., 2013; Zhang et al., 2017 ). LiFePO 4 является референсным кандидатом в качестве положительного активного материала благодаря его двухфазной окислительно-восстановительной реакции при примерно 3.43 В по сравнению с Li + / Li °, что обеспечивает безопасность (Padhi et al., 1997). Наконец, для данного состава электрода плотность энергии напрямую связана с нагрузкой активного материала (Du et al., 2017). Таким образом, для данного активного материала увеличение толщины электрода — самый простой способ достичь более высокой удельной энергии.

Состав электрода важен из-за загрузки активного материала и пористости электрода для достижения наилучших энергетических характеристик при оптимальной толщине электрода (Newman, 1995; Yu et al., 2006, 2013). Zheng et al. сообщили о положительных электродах из LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (NCM) или LiFePO 4 и показали, что диффузия ионов Li в электролите в электроде была ограничение процесса разряда (Zheng et al., 2012). Интересно, что они показали, что конкретная скорость C , при которой емкость начинает падать, характерна для общей скорости заряда батареи. Емкость электрода и, следовательно, загрузка активного материала подчиняется закону отрицательной степени с коэффициентом C .Следовательно, как и ожидалось, электроды с низкой нагрузкой обеспечивают более высокую производительность, чем их аналоги с более высокой нагрузкой. К аналогичному выводу в основном пришли Gallagher et al. которые объединили экспериментальный и симуляционный подходы, а также Heubner et al. на толстых электродах NCM (Gallagher et al., 2016; Heubner et al., 2019). Как следствие, процессы ионной диффузии, о которых идет речь в аккумуляторной системе, должны быть полностью охарактеризованы, поскольку они определяют расхождение напряжения аккумуляторной батареи до полного восстановления емкости, поскольку концентрация литий-ионных ионов достигает нулевой концентрации на катоде.Все другие электрохимические процессы (миграция ионов и электронов, перенос заряда и т. Д.) В основном связаны с «омическими» каплями, которые просто увеличивают поляризацию батареи при увеличении скорости.

Обычно соотношение между разрядной емкостью и скоростью C одинаково для каждой аккумуляторной технологии. При низкой скорости C производительность максимальная и постоянная. При C — скорости выше порогового значения емкость быстро падает (Gallagher et al., 2016).Такое поведение ограничивает возможности высокой скорости с точки зрения быстрой зарядки и быстрой разрядки (Doyle and Newman, 1997; Kang and Ceder, 2009). В литературе был разработан ряд эмпирических и полуэмпирических уравнений, основанных на феноменологической растянутой экспоненциальной функции затухания, чтобы соответствовать сигмоидальной форме кривой емкости- C / скорость (Gallagher et al., 2016; Wong et al., 2017; Heubner et al., 2018b; Tian et al., 2019). Физический смысл этих уравнений состоит в том, чтобы рассмотреть зависящий от времени процесс релаксации, описывающий здесь единственное явление диффузии, ограничивающее скорость.Таким образом, эти уравнения используют в качестве основных параметров (i) постоянную времени и (ii) значение эмпирической экспоненты, чтобы растянуть экспоненциальную функцию. Значение показателя неясно, поскольку некоторые исследования устанавливают этот параметр на постоянное значение 2 или позволяют ему лучше соответствовать. Неопределенность в отношении этого эмпирического параметра аналогична той, что возникла с показателем Пойкерта (Doerffel and Sharkh, 2006).

Таким образом, ионная диффузия в электролите и внутри активных материалов, как известно, является основными физическими ограничениями, влияющими на емкость аккумулятора (Jiang and Peng, 2016).Таким образом, сочетая экспериментальный и симуляционный анализ, многие исследования направлены на улучшение мощности и энергии от одиночной ячейки до уровня стека (Yu et al., 2006; Safari and Delacourt, 2011; Singh et al., 2015). Наиболее распространенной теоретической моделью является модель, разработанная Ньюманом и соавторами на основе теории концентрированных растворов (Дойл и др., 1993; Фуллер и др., 1994; Ньюман, 1995; Сринивасан и Ньюман, 2004). Требуется полное описание данной аккумуляторной системы, чтобы соответствовать данным о цикле, которые требуют множества параметров.Некоторые из этих параметров, такие как число переноса, коэффициенты ионной диффузии, термодинамические факторы или извилистость, и многие другие, трудно получить должным образом, поскольку их определение довольно жесткое и однозначное, что может привести к большому приближению. Кроме того, каждый набор параметров должен определяться заново каждый раз, когда производится химическая модификация (добавки, связующие, состав электродов, активные материалы…), что может занять много времени.

На практике быстрое определение разрядной емкости в зависимости от скорости C представляет интерес для серии аккумуляторов, в которых настраиваются многие параметры, такие как пористость, состав и загрузка активного материала электродов или даже характер токоприемников.Еще в 1994 году был предложен протокол, состоящий из последовательных разрядов, начиная с наивысшей скорости C до самой низкой без промежуточного этапа зарядки (Doyle et al., 1994). Совсем недавно Heubner et al. представили методику, основанную на измерении хроноамперометрии (Heubner et al., 2018a). При запуске от заряженных литий-ионных аккумуляторов вместо приложения постоянного тока в качестве этапа разрядки выполняется этап постоянного напряжения при более низком напряжении отключения аккумулятора. Зарегистрированный кратковременный ток затем преобразуется посредством интегрирования текущего времени в относительную емкость.Этот метод, медленная зарядка плюс хроноамперометрия, занимает около десятка часов, но имеет некоторые ограничения для полного определения емкости батареи, когда активные материалы претерпевают различные фазовые изменения при зарядке (соответственно при разрядке). Как отмечают авторы, типичным примером такого материала является LiFePO 4 с двухфазным механизмом.

Здесь, во-первых, для сокращения затратных по времени мер, необходимых для проверки мощности батареи в зависимости от всех параметров, процедура циклирования, аналогичная той, что была у Doyle et al.(Дойл и др., 1994). Посредством этой процедуры быстрой смены циклов соотношение между разрядной емкостью и плотностью тока определяется с хорошей точностью, по крайней мере, в 8 раз быстрее, чем при обычном чередовании циклов гальваностатического заряда-разряда. Затем мы предлагаем две дополнительные методологии для быстрой оценки эффективного коэффициента диффузии рассматриваемого процесса ограничения скорости, что позволяет путем сравнения его с коэффициентом диффузии в электролит или частицы активного материала определить, какой компонент может быть оптимизирован.Эти методологии основаны на ограничении текущего и песочного времени (Sand, 1901; Bard and Faulkner, 2001). Для этого использовались модельные твердотельные батареи из металлического Li, электролита на основе ПЭО, выполняющего роль ТФЭ, и положительного электрода на основе LFP. Сохранение отрицательного электрода в избытке позволяет четко понять взаимосвязь между толщиной положительного электрода и SPE и предоставить общие правила для определения оптимального баланса толщины между SPE и положительным электродом. Цель состоит в том, чтобы обеспечить простую физическую интерпретацию практических кривых характеристик мощности на основе уравнения Сэнда, что позволяет определять эффективные процессы предельной диффузии в реальной системе.

Экспериментальный

Металлическая фольга Li была предоставлена ​​компанией Blue Solutions. Li хранился в перчаточном ящике, заполненном аргоном (Campus, Jacomex), со значениями менее ppm H 2 O и O 2 . Твердый полимерный электролит (ТПЭ) представляет собой статистический сополимер, содержащий ПЭО для обеспечения движения ионов и поли (пропиленоксид) для обеспечения гибкости полученной мембраны и легированный солью бис-трифторметансульфонимида лития (LiTFSI). Концентрация соли Li была добавлена ​​для достижения молярного отношения этиленоксида к соли Li, равного 25.Соль Li и металлическая фольга Li хранятся в перчаточном ящике, заполненном аргоном (Campus, Jacomex), со значением менее промилле H 2 0 и O 2 . Полимер и LiTFSI растворяли в диметилформамиде (ДМФ) путем перемешивания при 350 об / мин и 80 ° C в течение 3 часов во флаконе. Когда раствор стал прозрачным и прозрачным, его вылили на чашку Петри из тефлона и дали высохнуть при температуре окружающей среды ( T ) в течение 8 часов. Затем для удаления растворителя чашку Петри помещали в печь при 60 ° C как минимум на 3 дня.Полученную в результате мембрану SPE снимали с тефлоновой подложки и помещали внутрь перчаточного бокса Ar по крайней мере на неделю перед любыми дальнейшими манипуляциями. Все еще внутри перчаточного ящика SPE были разрезаны на широкие части и несколько из них помещены в горячий пресс. Затем SPE прессовали в течение нескольких минут при 80 ° C и давлении 200 бар, регулируя количество SPE. После прессования и охлаждения из прессованных деталей для ТФЭ были выбиты диски ТПЭ. Это привело к получению диска SPE с толщиной ( y ) 18, 36, 54, 108 и 216 мкм.Положительные электроды с низкой пористостью (<5%) с использованием LiFeO 4 в качестве активных материалов были специально изготовлены Blue Solutions посредством процесса экструзии. Толщина положительного электрода ( x ) составляла 20, 33, 48 и 60 мкм поверх алюминиевого токосъемника. Емкость электродов пропорциональна их толщине.

Внутри шарового ящика из литиевой фольги был вырублен диск диаметром 14 мм. Затем также был вырезан слой ТФЭ в форме диска диаметром 16 мм.Два материала ламинировали при 80 ° C и 3 барах несколько раз с использованием самодельной ламинатной машины до тех пор, пока SPE полностью не прикрепился к Li. Толщина электролита проверялась после процесса ламинирования, и никаких изменений не наблюдалось. Из электродной фольги также вырубался диск положительного электрода диаметром 12 мм. Было сделано несколько проходов через ламинатор, чтобы гарантировать адгезию между тремя слоями материала, составляющими литий-полимерную батарею. Аккумуляторные сборки различались по толщине положительного электрода и ТПЭ.Итак, по всему тексту литий-полимерные батареи (LMP) обозначаются LMP ( x y ) с x и y , соответствующими толщине электрода и SPE соответственно. Для каждой системы LMP ( x y ) собирали от 4 до 6 повторов.

После сборки аккумулятор был помещен в монетный элемент из нержавеющей стали CR2032 с использованием прокладок из нержавеющей стали и волновой пружины. Ячейка для монет была запломбирована с помощью обжимной машины внутри перчаточного ящика.В среднем на аккумуляторную батарею с активной поверхностью S , соответствующей геометрической поверхности положительного электрода, прикладывается 1,2 полоски. Затем элементы батареи вынимали из перчаточного ящика и помещали в держатель для монетоприемников. Круглые элементы поместили в печь (Memmert), поддерживаемую при 80 ° C, и подключили к мультипотенциостату VMP3 (Bio-Logic SAS) с возможностью измерения сопротивления.

Циклическая процедура состоит из серии гальваностатических циклов заряда-разряда между двумя.5 и 3,7 В относительно Li + / Li °. По всему тексту потенциал аккумулятора E относится к паре Li + / Li °. Первоначально батареи подвергаются 8 циклам кондиционирования при низкой плотности тока ( Дж 0 ), идентичной заряду и разряду, так что доставленная удельная емкость соответствует эффективной емкости LiFePO 4 , 160 мАч. G — 1 . После этой начальной процедуры выполняется обычное гальваностатическое циклирование для получения характеристики мощности батареи.Он состоит из серии последовательных этапов зарядки и разрядки путем постоянной зарядки с плотностью тока Дж 0 и увеличения плотности тока разряда Дж n . Между каждым циклом заряда / разряда используется 30-минутный период отдыха, чтобы ослабить градиенты концентрации. Принимая во внимание периоды отдыха, эта обычная процедура езды на велосипеде требует более чем недельного периода времени. На каждом шаге поверхностная зарядовая емкость ( Q n ) была рассчитана путем интегрирования плотности тока Дж n во времени ( t ) во время гальваностатических шагов в соответствии с:

Qn = ∫Jn (t) · dt (1)

Для процедуры быстрого питания после гальваностатических циклов кондиционирования при Дж 0 , описанных ранее, батареи полностью заряжаются также при Дж 0 , затем мы накапливаем несколько разрядов, разделенных периодом покоя продолжительностью 30 минут до расслабьте градиенты концентрации.Мы начинаем с максимальной плотности тока, после чего следует 30 минут релаксации, затем выполняется разряд с немного меньшей плотностью тока и так далее, пока не завершится этап разрядки при Дж 0 (самая низкая плотность тока). Это делается без зарядки аккумулятора между этапами разрядки. Для ясности, циклическое поведение, эволюция E в зависимости от доли δ Li, вставленного в фазу Li δ FePO 4 , с 0 <δ <1, для репрезентативного LMP (48-18) батарея представлена ​​на дополнительном рисунке 1.Эта быстрая процедура включения питания занимает около 1 дня для полного завершения от этапа зарядки до заключительной разрядки, что по крайней мере в восемь раз короче, чем обычная процедура цикла. Основное предположение этой процедуры циклирования состоит в том, что при запуске от полностью заряженной батареи разрядная емкость при заданной плотности тока Дж n является суммой разрядных емкостей, полученных при более высоких плотностях тока, Дж > Дж. n , плюс полученный при применении J n .Другими словами, Q n ( J n ) вычисляется на основе следующего уравнения:

Qn = ∑N≥n [JN.ΔtN] (2)

с Δ t N время, необходимое для разряда батареи при постоянной плотности тока Дж N .

Для обеих процедур циклирования емкости, рассчитанные для каждых Дж n копий батареи, лежат в пределах типичного отклонения ниже 1%, что показывает очень хорошую воспроизводимость наших элементов.Это обязательное условие для дальнейшего анализа данных.

Наконец, чтобы получить независимую оценку транспортных свойств нашего электролита, была проведена спектроскопия электрохимического импеданса на Li-симметричной ячейке, содержащей SPE (Bouchet et al., 2003). Этот метод позволяет определять различные сопротивления элементов, такие как электронное ( R c ), электролитное ( R el ), интерфейсное ( R int ) и диффузионное ( R d). ) сопротивления.Li-симметричные элементы были собраны с помощью процесса ламинирования, аналогичного описанному для аккумуляторов LMP, и запечатаны в плоских элементах CR2032. После помещения клеток в печь при 80 ° C была проведена импедансная спектроскопия с использованием сигнала возбуждения 40 мВ в диапазоне частот от 10 МГц до 0,1 Гц. Типичный график Найквиста, показывающий противоположность мнимой части импеданса [-Im ( Z )] как функцию действительной части [Re ( Z )], представлен на дополнительном рисунке 2. Электрическая эквивалентная схема отображается на вставка дополнительного рисунка 2, включающая сопротивления элементов ( R c , R el , R int ), индуктивность кабеля ( L c ) на высокой частоте, a элемент постоянной фазы для интерфейса ( CPE int ) и короткий элемент Варбурга ( W d ) для диффузионной петли на низких частотах, позволяет моделировать график Найквиста.Из элемента Варбурга извлекаются два основных параметра, соответствующих R d и времени релаксации (τ r ) в максимуме четверти лемнискаты. R d и R el связаны с числом катионного переноса ( t + ), а τ r связано с коэффициентом амбиполярной диффузии ( D amb ) и SPE толщиной и по следующим уравнениям (Соренсен и Якобсен, 1982; Росс Макдональд, 1992; Буше и др., 2003):

t + = RelRel + Rd (3) τr = 2.54 · (y2) 2Damb (4)

Кроме того, D amb связано с коэффициентом диффузии Li + (DLi +) соотношением.

DLi + = Damb2. (1-t +) (5)

Результаты и обсуждение

Циклическое поведение типичной батареи LMP (48-18) показано на Рисунке 1, который представляет E как функцию доли? Li, введенного в фазу Li ? FePO 4 , с 0 Дж 0 = 0,1 мА · см −2 , представлен на Рисунке 1, и указаны некоторые значения плотности тока разряда. Заряд батареи представляет собой типичное длинное плато примерно при 3,44 В, соответствующее окислению материалов LFP (Padhi et al., 1997), за которым следует ступень потенциостатики при 3,7 В для достижения полной емкости электрода. Во время разряда наблюдается более низкое плато потенциала около 3,40 В, соответствующее уменьшению LFP.Это плато менее выражено для шагов разряда, выполняемых при J n выше 0,3 мА · см -2 из-за увеличения градиента концентрации батареи. Более того, эти наблюдения за обычным циклическим поведением типичной батареи LMP (48-18) остаются в силе для всех других рассматриваемых батарей LMP ( x y ) и связанных с ними копий.

Рисунок 1 . Типичные циклические профили, потенциал E как функция доли δ Li, вставленного в Li δ FePO 4 , при обычном испытании мощности для батареи LMP (48-18).Пунктирная синяя кривая — шаг заряда.

Для обычного цикла (см. Рисунок 1) и быстрого теста мощности (см. Дополнительный рисунок 1) разрядные емкости были получены с помощью уравнений (1) и (2) соответственно. Затем каждое значение Q n было нормализовано разрядной емкостью, полученной при Дж 0 , обозначенной Q 0 . Таким образом, на рисунке 2 представлена ​​нормализованная разрядная емкость, отношение Q n / Q 0 , как функция плотности тока разряда, Дж n , для двух циклических процедур LMP ( 48-18) батарейки.Значения, представленные на Рисунке 2, соответствуют средним значениям с их стандартными отклонениями от различных копий батареи. Для обеих процедур и для низких значений J n , ниже 0,3 мА · см −2 , Q n остается близким к Q 0 на 3%. Для обеих процедур и для высоких значений Дж n , выше 0,3 мА · см −2 , отношение Q n / Q 0 быстро падает линейно с увеличением Дж n до значений ниже 0.2, когда Дж n > 1 мА · см −2 . Как и в случае литий-ионных аккумуляторов (Gallagher et al., 2014), соотношение между разрядной емкостью и плотностью тока твердотельных литиевых аккумуляторов представляет собой переходный режим при критическом значении плотности тока. Более того, точка данных, зарегистрированная при наивысшем значении J n , при 2,8 мА · см −2 , отклоняется от линейного тренда Q n / Q 0 с J n , когда J n > 0.3 мА · см −2 из-за эффекта суперконденсатора, возникающего из-за высокоповерхностных углеродных наполнителей и покрытия частиц LFP. Такой емкостный эффект наблюдается только для самых высоких плотностей тока батарей LMP ( x y ) и не учитывается при анализе данных, представленных в оставшейся части текста. Эволюция нормализованной разрядной емкости с плотностями тока отлично согласуется с обычным циклированием и быстрым тестом мощности.Действительно, различия в значениях Q n / Q 0 обычно лежат в пределах полосы ошибок, когда J d > 0,3 мА · см −2 . Кроме того, соответствие между двумя процедурами также наблюдается для каждой исследуемой батареи LMP ( x y ). Таким образом, экспресс-тест мощности является надежным инструментом для быстрого отображения характеристик мощности аккумулятора с высокой точностью по сравнению с традиционной процедурой включения велосипеда.В литературе можно найти другие интересные циклы, но они будут менее точными в отношении активных материалов с положительным фазовым переходом, таких как LFP (Heubner et al., 2018a).

Рисунок 2 . Средняя нормализованная емкость, отношение Q n / Q 0 , батареи LMP (48-18) как функция плотности тока разряда, Дж, , , n , для двух циклических процедур. Символы соответствуют (♢) стандартному циклическому тесту и (⃝) быстрому тесту мощности.

Чтобы понять влияние толщины электродов на мощность батареи, на рисунке 3A представлена ​​средняя нормализованная разрядная емкость как функция Дж n для батарей LMP ( x -18) со значениями x , равными 20, 33 , 48 и 60 мкм, в то время как толщина SPE поддерживается на уровне 18 мкм. Для каждой батареи LMP ( x y ), представленной на рисунке 3A, эволюция Q n / Q 0 с J d аналогична той, которая уже подробно описана на рисунке 2. .Основное различие между каждой батареей заключается в расположении переходного режима между режимом плотности тока, где Q n остается близким к Q 0 и режимом, где Q n / Q 0 уменьшается на J d . Как показано на рисунке 3A, самый тонкий положительный электрод, более поздний Q n будет сильно отклоняться от Q 0 . Аналогичный вывод можно сделать для всех других LMP ( x y ) батарей, в которых x является постоянным, а x составляет 20, 33, 48 или 60 мкм.Для полноты картины на дополнительном рисунке 3 показано отношение Q n / Q 0 как функция от J n для LMP ( x -36) и LMP ( x -54 ) батареи. Влияние толщины положительного электрода на мощность тогда аналогично тому, о котором сообщалось для литий-ионных аккумуляторов, содержащих жидкий электролит (Cornut et al., 2015; Heubner et al., 2018b). В качестве дополнительного случая на рис. 3B показана средняя нормализованная разрядная емкость как функция Дж, n для батарей LMP (33- y ) со значениями y 18, 36 и 54 мкм, в то время как положительные значения толщина электрода постоянна и составляет 33 мкм.Для заданной толщины положительного электрода переходный режим происходит при более низкой плотности тока при увеличении толщины ТПЭ. Это наблюдение остается в силе для всех других батарей LMP ( x y ), в которых x являются постоянными, а y составляют 18, 36, 54, 108 и 216 мкм. Для полноты картины на дополнительном рисунке 4 показано отношение Q n / Q 0 как функция от J n для LMP (20- y ), LMP (48- y ) и LMP (60- y ).Из рисунков 3A, B видно, что характеристики мощности твердотельных литиевых батарей зависят как от толщины положительного электрода, так и от толщины SPE. Интересно, что в большинстве исследований стандартных литий-ионных аккумуляторов изменялась только толщина электрода, чтобы не отражать влияние толщины электролита. Точное понимание разделения этих двух параметров на характеристики батареи представляет первый интерес для представления оптимизированной сборки батареи.

Рисунок 3 . Средняя нормализованная емкость, отношение Q n / Q 0 , как функция плотностей тока разряда Дж n . (A) батареи LMP ( x -18) с толщиной положительного электрода x : 20 мкм (оранжевый), 33 мкм (синий), 48 мкм (зеленый) и 60 мкм (розовый); и батареи (B) LMP (33- y ) с толщиной SPE y из (⃝) 18, (□) 36 и (△) 54 мкм.

От каждого Q n / Q 0 против . На графиках J n мы определяем плотность тока, соответствующую переходному режиму, как плотность тока, при которой Q n / Q 0 = 1 базовая линия (низкий режим J n ) пересекает линейную интерполяцию Q n / Q 0 vs.J n (высокий J n режим ). Это падение емкости связано с ограничением диффузии ионов лития, поэтому плотность тока, соответствующая этой точке данных, называется током ограничения диффузии и обозначается J lim . Для ясности графическое определение J lim показано на дополнительном рисунке 5 для батарей LMP (20-18). Чтобы лучше понять J lim , мы предлагаем методологию, основанную на уравнении Сэнда для метода контролируемого тока (Sand, 1901; Rosso et al., 2006). По определению, для плотности тока выше Дж lim время Sand (τ с ) соответствует времени перехода, при котором поток ионных частиц недостаточно велик для удовлетворения приложенного тока. Уравнение Сэнда (Brissot et al., 1999) теоретически определяется следующим образом:

τs = π.Damb. (n.F.CLi2. (1-t +). Jn) 2 (6)

с n числом обмениваемых электронов ( n = 1 для LFP), F постоянной Фарадея (9,648 10 4 C.моль −1 ), C Li концентрация Li в ТФЭ (Devaux et al., 2012), расположенном в электролите и в положительном электроде (882 моль.м −3 для обоих), t + число катионного переноса и D amb коэффициент амбиполярной диффузии. Использование этого уравнения является приближением, поскольку граничные условия плоского электрода не полностью соблюдаются на катодной стороне.

Для Дж n Дж lim , τ с можно оценить как эквивалент времени разряда.Другими словами, τ с при определенной плотности тока определяется как:

τs (Jn) = QnJn, когда Jn≥Jlim (7)

D amb и t + соли Li в ПЭО можно измерить или рассчитать с использованием многих методов, таких как электрохимические методологии, основанные на поляризации (Shi and Vincent, 1993; Geiculescu et al., 2006) или релаксация (Mullin et al., 2011), импедансная спектроскопия (Bouchet et al., 2003), ЯМР в импульсном поле (Hayamizu et al., 1999) или молекулярно-динамическое моделирование (Diddens et al., 2010) и многие другие. Изучив литературные данные и сосредоточив внимание на высокомолекулярном электролите на основе ПЭО, при 80 ° C, D amb находится в диапазоне 5 10 −8 см 2 .s −1 и t + около 0,15. Кроме того, была проведена импедансная спектроскопия на Li-симметричных ячейках, имеющих толщину SPE 18, 36 и 54 мкм. Электрическая эквивалентная схема (см. Вставку на дополнительном рисунке 2) использовалась для подбора всех спектров импеданса, чтобы извлечь значения t + и D amb .DLi +, рассчитанный с использованием уравнения (5), и t + не зависят от толщины SPE со средним значением, согласующимся с литературным анализом, равным 3,4 ± 0,7 10 −8 см 2 .s −1 и 0,15 ± 0,02 соответственно.

График τ s как функции Jn-2 показывает линейное поведение для точек данных, для которых выполняется условие J n J lim , что подтверждает поведение песка.В качестве примера на дополнительном рисунке 6 показана зависимость τ s от Jn-2 для батареи LMP (48-18), включая линию линейной регрессии. Тогда наклон линии регрессии прямо пропорционален D amb и, следовательно, DLi +. Учитывая t + 0,15, как определено спектроскопией импеданса, DLi + был рассчитан для каждой батареи LMP ( x y ). DLi + не зависит от положительного электрода и толщины SPE со средним значением 3.1 ± 0,6 10 −8 см 2 .s −1 . Таким образом, коэффициент диффузии Li + , определяемый уравнением Сэнда при применении к данным о циклической работе батареи, довольно похож на коэффициент диффузии Li + в SPE. Следовательно, явление ограничения мощности в этих полностью твердотельных батареях представляет собой диффузию катиона Li + в электролите, простирающемся от литиевого отрицательного электрода до алюминиевого токосъемника положительного электрода, а не диффузию Li . + в активном материале LFP (Doyle and Newman, 1995).Таким образом, использование уравнения песка является эффективным инструментом для быстрого определения эффективного ограничивающего процесса диффузии в батареях, когда J > J lim , то есть со скоростью, при которой восстанавливается только часть полной емкости.

Чтобы пойти дальше и сравнить все батареи LMP ( x y ) вместе, J lim было извлечено из каждого Q n / Q 0 vs.J n участков. На рисунке 4 представлена ​​средняя нормализованная емкость как функция отношения J lim / J n для LMP (20-18), LMP (33-36), LMP (48-216) и Батарейки LMP (60-54). Все экспериментальные кривые нормализованной емкости батарей LMP ( x y ) перекрываются простой кривой, которая демонстрирует, что рассматриваемое здесь ограничивающее явление одинаково независимо от толщины электрода и электролита и связано с диффузией в полимерный электролит.В литературе обычно получают простую кривую, когда нормализованная емкость представлена ​​как функция от скорости C или ее обратной величины. Затем простая кривая аппроксимируется экспоненциальной функцией затухания, растянутой на эмпирическое значение, обычно равное 2, и корректируется с использованием параметра времени релаксации (Heubner et al., 2018b; Tian et al., 2019). В нашем случае полуэмпирическая функция не используется, поскольку единственный параметр соответствует физическому параметру J lim , определяемому графически.Следующий шаг — предоставить простую модель, чтобы лучше понять разделение J lim из-за диффузии в электролит и / или в электролит, проникающий в положительный электрод.

Рисунок 4 . Средняя нормализованная производительность, соотношение Q n / Q 0 , как функция J lim / J n для (⃝) LMP (20-18), (□ ) Батареи LMP (33–36), (∇) LMP (48-36) и (△) LMP (60-54).

На рис. 5 представлено среднее значение Дж lim для различных батарей LMP ( x y ) в зависимости от толщины положительного электрода x . Для данной толщины положительного электрода J lim увеличивается с уменьшением толщины SPE. Значения J lim находятся в пределах значений, полученных для положительного электрода толщиной 20 мкм от 0,06 до 0,48 мА · см −2 , когда y равно 216 и 18 мкм, соответственно.Когда y = 18 мкм, J lim линейно уменьшается с x . Для более высокого значения y наклон J lim распада с x менее выражен, поскольку y увеличивается до значения плато для наивысших заявленных толщин SPE 216 мкм. Таким образом, наилучшие энергетические характеристики ожидаются от батареи, содержащей тонкий положительный электрод и тонкий слой SPE. Однако, глядя на взаимодействие между значениями x и y , можно собрать батарею с более высокой удельной энергией без значительного ухудшения энергетических характеристик.Действительно, J lim является индикатором начала снижения емкости аккумулятора от номинального значения, то есть Q 0 . На рисунке 5 батарея LMP (60-18) показывает значение J lim выше, чем у батареи LMP (20-36). Это означает, что J lim является слабой функцией толщины положительного электрода и сильной функцией толщины SPE. Следовательно, для батарей LMP ( x y ) удельную объемную плотность энергии на одну ячейку можно увеличить, просто выбрав наилучший компромисс между толщиной положительного электрода и толщиной SPE.

Рисунок 5 . Средний предельный ток, Дж lim , как функция толщины положительного электрода, x . Пунктирные линии — это ориентиры для глаз в зависимости от толщины SPE, и . Символы соответствуют толщине и SPE из () 18, (□) 36, (△) 54, (♢) 108 и (∇) 216 мкм. Цвета символов соответствуют толщине положительного электрода x : (оранжевый) 20, (синий) 33, (зеленый) 48 и (розовый) 60 мкм.

Слабую зависимость J lim относительно x можно понять, если учесть, что эффективная поверхность, обеспечивающая диффузионный поток Li + на границе раздела композитный электрод / электролит, ниже, чем геометрическая поверхность электрода. из-за наличия активного материала и частиц углерода в композитном электроде. Таким образом, плотность тока, соответствующая потоку Li + в SPE, расположенном внутри электрода, выше, чем в электролите.Кроме того, диффузионная длина Li + зависит от извилистости электрода. Эти эффекты можно описать, введя параметр α с 0 <α ≤ 1, в котором полный путь диффузии Li + соответствует α. х + у . Можно ожидать, что диффузионный путь в композитном электроде должен быть больше толщины электрода из-за его извилистости. Однако здесь мы измеряем эффективное значение, и похоже, что диффузия в электролите, расположенном в электроде, кажется выше, чем диффузия исходного электролита, вероятно, из-за содержания влаги.Это приводит к значению α ниже единицы. На Рисунке 6 J lim построена как функция от α. х + у . Установив α на значение 0,35, все данные J lim свернутся на эталонную кривую, которая аппроксимируется с использованием обратной функции, показанной пунктирной кривой на рисунке 6, которая дает следующее уравнение:

Jlim = K (α · x + y) (8)

с K = 13,2 мА · см −1 на основе аппроксимации методом наименьших квадратов ( R 2 > 0.99).

Рисунок 6 . Предельная плотность тока Дж lim как функция от α. х + у . Пунктирная кривая соответствует аппроксимации, полученной с использованием обратной функции. Символы соответствуют толщине и SPE из () 18, (□) 36, (△) 54, (♢) 108 и (∇) 216 мкм. Цвета символов соответствуют толщине положительного электрода x : (оранжевый) 20, (синий) 33, (зеленый) 48 и (розовый) 60 мкм.

Чтобы обеспечить физический смысл параметра K в уравнении (8), LMP ( x y ) можно смоделировать с помощью одномерного подхода, который широко применялся группой Doyle et al.(1993). Таким образом, можно просто применить закон Фика в 1-D, в котором ток диффузии пропорционален градиенту концентрации Li + , толщине процесса диффузии и коэффициенту диффузии ограничивающего явления. Согласно результатам, полученным на рисунке 6, J lim является обратной функцией суммы α. x + y и, таким образом, соответствует значению тока, при котором градиент концентрации Li по всей батарее падает до нулевого значения на алюминиевом токосъемнике / положительном электроде. J lim затем можно выразить как функцию эффективного коэффициента диффузии Li + (DLieff) согласно:

Jlim = n · F · DLieff · (CLiα · x + y) (9)

Объединение уравнения (9) в (8) позволяет напрямую вычислить соответствующее значение DLieff 1,6 10 −8 см 2 .s −1 на основе параметра K . Тогда эффективный коэффициент диффузии находится в том же диапазоне, что и коэффициент диффузии Li + , определенный по методологии Sand time.Следовательно, эффективный коэффициент диффузии DLieff соответствует эффективному коэффициенту диффузии DLi + Li + в SPE от положительного электрода до слоя электролита. Методология J lim менее точна, чем методология Sand time, но ее гораздо быстрее реализовать, чтобы быстро определить ограничивающие явления диффузии в батареях. Кроме того, параметр α представляет интерес, поскольку он зависит от состава и извилистости электрода, а также от ионного транспорта внутри ТФЭ, используемого в положительном электроде.Вариабельность этих параметров в зависимости от состава электрода является инструментом для оптимизации состава и текстуры электрода, но выходит за рамки нашего исследования.

Заключение

Сигнатура заряда батареи быстро определяется с помощью экспресс-теста мощности. Этот метод заключается в применении последовательного шага гальваностатического разряда от высокой до низкой плотности тока. Результаты, полученные этим методом, идентичны результатам, полученным при обычном гальваностатическом циклировании, т.е.е., последовательность этапов заряда-разряда. При плотности тока выше, чем предельная плотность тока ( Дж lim ), применение уравнения Сэнда для метода контролируемого тока доказало свою эффективность при определении коэффициента диффузии ограничивающего процесса. В этом случае в литий-полимерных батареях диффузия Li + в твердом полимерном электролите, действующем как разделитель батареи и связующее вещество положительного электрода, ограничивает характеристики батареи. Помимо быстрого определения J lim , предоставляется физический смысл этого параметра. J lim напрямую связано с эффективным коэффициентом диффузии Li + по всей батарее, который аналогичен коэффициенту, определяемому уравнением Сэнда. Следовательно, быстрое испытание мощности является эффективным методом для сравнения серий батарей, которые различаются по своей сборке, и для определения основного ограничивающего фактора и, таким образом, оптимизации, в свою очередь, сборки батарей. Конструкция батареи должна учитывать совокупный эффект как от толщины слоя SPE, так и от толщины положительного электрода.Например, в наших батареях LMP для электролита толщиной 54 мкм можно использовать положительный электрод до 48 мкм без ухудшения характеристик мощности батареи. Для полноты картины следует также учитывать другие факторы, помимо характеристик мощности, особенно в случае батареи на основе Li-металла с влиянием гетерогенного электроосаждения Li на этапе зарядки. Чтобы пойти дальше, эту методологию следует применить к литий-полимерным батареям, имеющим различную формулу положительного электрода, а также к другим технологиям аккумуляторов.

Заявление о доступности данных

Все наборы данных, созданные для этого исследования, включены в статью / Дополнительные материалы.

Взносы авторов

RB, DD, MD и ML разработали проектное исследование. МД и МЛ изготовили композитные электроды. DD, PD и HL проводили эксперименты. RB, DD и HL проанализировали данные. РБ и Д.Д. написали рукопись. Все авторы прокомментировали рукопись.

Финансирование

Работа выполнена в рамках французского фонда FUI20 (Fond Unique Interministériel) в рамках совместного проекта ALEPH.

Конфликт интересов

MD и ML используются компанией Blue Solutions.

Остальные авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы благодарим BPI (Banque Publique d’Investissement) и компанию Blue Solutions за их финансовую поддержку.

Дополнительные материалы

Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https: // www.frontiersin.org/article/10.3389/fenrg.2019.00168/full#supplementary-material

Список литературы

Агравал, Р. К., и Пандей, Г. П. (2008). Твердые полимерные электролиты: разработка материалов и применение твердотельных аккумуляторов: обзор. J. Phys. D Прил. Phys. 41: 223001. DOI: 10.1088 / 0022-3727 / 41/22/223001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Арманд, М. (1983). Полимерные твердые электролиты — обзор. Ионика твердого тела 9–10, 745–754.DOI: 10.1016 / 0167-2738 (83) -8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бард А. Дж. И Фолкнер Л. Р. (2001). Основы и приложения электрохимических методов, 2-е изд. . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: John Wiley Sons, Inc.

Google Scholar

Baudry, P., Lascaud, S., Majastre, H., and Bloch, D. (1997). Разработка литий-полимерных аккумуляторов для электромобилей. J. Power Sour. 68, 432–435. DOI: 10.1016 / S0378-7753 (97) 02646-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Буше, Р., Ласко, С., и Россо, М. (2003). Исследование EIS анода Li / PEO-LiTFSI литиевой полимерной батареи. J. Electrochem. Soc. 150, A1385 – A1389. DOI: 10,1149 / 1,1609997

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Bouchet, R., Maria, S., Meziane, R., Aboulaich, A., Lienafa, L., Bonnet, J.-P., et al. (2013). Одноионные триблок-сополимеры БАБ как высокоэффективные электролиты для литий-металлических аккумуляторов. Нат. Матер. 12, 452–457. DOI: 10.1038 / nmat3602

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бриссо, К., Россо, М., Чазалвьель, Ж.-Н., и Ласко, С. (1999). Механизмы дендритного роста в литиево-полимерных клетках. J. Power Sour. 81–82, 925–929. DOI: 10.1016 / S0378-7753 (98) 00242-0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Корнут Р., Лепаж Д. и Шугаард С. Б. (2015). Интерпретация кривых разряда литиевых батарей для легкого определения источника ограничений производительности. Электрохим. Acta 162, 271–274. DOI: 10.1016 / j.electacta.2014.11.035

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дево Д., Буше Р., Гле Д. и Денойель Р. (2012). Механизм ионного транспорта в комплексах ПЭО / LiTFSI: влияние температуры, молекулярной массы и концевых групп. Ионика твердого тела 227, 119–127. DOI: 10.1016 / j.ssi.2012.09.020

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дидденс, Д., Хойер, А., Бородин, О. (2010). Понимание транспорта лития в рамках модели Роуза для полимерного электролита PEO / LiTFSI. Макромолекулы 43, 2028–2036. DOI: 10.1021 / ma3h

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Doerffel, D., и Sharkh, S.A. (2006). Критический обзор использования уравнения Пейкерта для определения остаточной емкости свинцово-кислотных и литий-ионных аккумуляторов. J. Power Sour. 155, 395–400. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2005.04.030

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дойл М., Фуллер Т. и Ньюман Дж. (1993). Моделирование гальваностатического заряда и разряда литиево-полимерного / вставочного элемента. J. Electrochem. Soc. 6, 1526–1533. DOI: 10.1149 / 1.2221597

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дойл М. и Ньюман Дж. (1995). Использование математического моделирования при проектировании литий-полимерных аккумуляторных систем. Электрохим. Acta 40, 2191–2196. DOI: 10.1016 / 0013-4686 (95) 00162-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дойл М. и Ньюман Дж. (1997). Анализ данных о емкости литиевых батарей с использованием упрощенных моделей процесса разряда. J. Appl. Электрохим. 27, 846–856. DOI: 10.1023 / A: 1018481030499

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дойл М., Ньюман Дж. И Реймерс Дж. (1994). Быстрый метод измерения емкости в зависимости от скорости разряда для двойной литий-ионной аккумуляторной батареи, подвергающейся циклическому воздействию. J. Источники энергии 52, 211–216. DOI: 10.1016 / 0378-7753 (94) 02012-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Du, Z., Wood, D. L., Daniel, C., Kalnaus, S., и Ли, Дж. (2017). Понимание ограничивающих факторов производительности толстых электродов применительно к литий-ионным батареям с высокой плотностью энергии. J. Appl. Электрохим. 47, 405–415. DOI: 10.1007 / s10800-017-1047-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эфтехари, А. (2017). Литий-ионные аккумуляторы с высокой емкостью. ACS Sustain. Chem. Англ. 5, 2799–2816. DOI: 10.1021 / acssuschemeng.7b00046

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фуллер, Т.Ф., Дойл М. и Ньюман Дж. (1994). Моделирование и оптимизация двойной ионно-литиевой ячейки. J. Electrochem. Soc. 141, 1–10. DOI: 10.1149 / 1.2054684

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Галлахер, К.Г., Гебель, С., Греслер, Т., Матиас, М., Элерих, В., Эроглу, Д., и др. (2014). Количественная оценка перспективности литий-воздушных аккумуляторов для электромобилей. Energy Environ. Sci. 7, 1555–1563. DOI: 10.1039 / c3ee43870h

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Галлахер, К.Г., Траск, С. Е., Бауэр, К., Вёрле, Т., Люкс, С. Ф., Чеч, М., и др. (2016). Оптимизация емкости за счет понимания ограничений литий-ионных электродов. J. Electrochem. Soc. 163, A138 – A149. DOI: 10.1149 / 2.0321602jes

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гейкулеску, О. Е., Раджагопал, Р., Крегер, С. Е., Де Марто, Д. Д., Чжан, X. W., и Федкив, П. (2006). Транспортные свойства твердых полимерных электролитов, полученных из олигомерных солей фторсульфонимида лития, растворенных в высокомолекулярном полиэтиленоксиде. J. Phys. Chem. B 110, 23130–23135. DOI: 10.1021 / jp062648p

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хаямизу, К., Айхара, Ю., Араи, С., и Мартинес, К. Г. (1999). Импульсно-градиентное спин-эхо 1H, 7Li и 19F ЯМР-диффузия и измерения ионной проводимости 14 органических электролитов, содержащих LiN (SO 2 CF 3 ) 2 . J. Phys. Chem. B 103, 519–524. DOI: 10.1021 / jp9825664

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хойбнер, К., Леммель, К., Николь, А., Либманн, Т., Шнайдер, М., и Михаэлис, А. (2018a). Сравнение хроноамперометрического отклика и скоростных характеристик пористых вставных электродов: к тесту на ускоренную скорость. J. Power Sour. 397, 11–15. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2018.06.087

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Heubner, C., Nickol, A., Seeba, J., Reuber, S., Junker, N., Wolter, M., et al. (2019). Понимание влияния толщины и пористости на электрохимические характеристики LiNi 0.6 Co 0,2 Mn 0,2 O 2 катода на основе для литий-ионных аккумуляторов высокой энергии. J. Power Sour. 419, 119–126. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2019.02.060

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Heubner, C., Seeba, J., Liebmann, T., Nickol, A., Börner, S., Fritsch, M., et al. (2018b). Концепция полуэмпирической эталонной кривой, описывающей быстродействие литиевых электродов. J. Источники энергии 380, 83–91. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2018.01.077

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзян Ф. и Пэн П. (2016). Выявление ограничений производительности литий-ионных аккумуляторов из-за видов и переноса заряда с помощью пяти характерных параметров. Sci. Rep. 6: 32639. DOI: 10.1038 / srep32639

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким, Дж. Г., Сон, Б., Мукерджи, С., Шупперт, Н., Бейтс, А., Квон, О. и др. (2015). Обзор твердотельных батарей на литиевой и нелитиевой основе. J. Power Sour. 282, 299–322. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2015.02.054

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Курцвейл П. и Гарче Дж. (2017). «Обзор аккумуляторов для автомобилей будущего», в Свинцово-кислотные аккумуляторы для автомобилей будущего , ред. Дж. Гарче, Э. Карден, П. Т. Мозли и Д. А. Дж. Рэнд (Амстердам: Elsevier BV), 27–96. DOI: 10.1016 / B978-0-444-63700-0.00002-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Муллин, С.А., Стоун, Г. М., Пандай, А., Бальсара, Н. П. (2011). Коэффициенты диффузии солей в блок-сополимерных электролитах. J. Electrochem. Soc. 158, A619 – A627. DOI: 10.1149 / 1.3563802

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ньюман Дж. (1995). Оптимизация пористости и толщины электрода батареи с помощью модели реакционной зоны. J. Electrochem. Soc. 142, 97–101. DOI: 10.1149 / 1.2043956.

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Падхи, А.К., Нанджундасвами, К. С., и Гуденаф, Дж. Б. (1997). Фосфооливины как материалы положительных электродов для литиевых аккумуляторных батарей. J. Electrochem. Soc. 144, 1188–1194. DOI: 10,1149 / 1,1837571

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Поркарелли, Л., Гербальди, К., Белла, Ф., и Наир, Дж. Р. (2016). Сверхмягкий полимерный электролит на основе оксида этилена для надежных твердотельных литиевых батарей. Sci. Rep. 6: 19892. DOI: 10,1038 / srep19892.

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Росс Макдональд, Дж.(1992). Импеданс / адмиттансная характеристика бинарного электролита. Электрохим. Acta 37, 1007–1014. DOI: 10.1016 / 0013-4686 (92) 85216-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Россо М., Бриссо К., Тейссо А., Долле М., Саннье Л., Тараскон Ж.-М. и др. (2006). Короткое замыкание дендритов и влияние предохранителя на Li / Polymer / Li ячейки. Электрохим. Acta 51, 5334–5340. DOI: 10.1016 / j.electacta.2006.02.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сафари, М.и Делакур К. (2011). Математическое моделирование литий-железо-фосфатного электрода: гальваностатический заряд / разряд и зависимость от пути. J. Electrochem. Soc. 158, A63 – A73. DOI: 10.1149 / 1.3515902

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Санд, Х. Дж. С. (1901). О концентрации на электродах в растворе, с особым акцентом на выделение водорода при электролизе смеси сульфата меди и серной кислоты. Фил. Mag. 1, 45–79.DOI: 10.1080 / 14786440109462590

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Schnell, J., Günther, T., Knoche, T., Vieider, C., Köhler, L., Just, A., et al. (2018). Полностью твердотельные литий-ионные и литий-металлические батареи — путь к крупносерийному производству. J. Power Sour. 382, ​​160–175. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2018.02.062

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ши Дж. И Винсент К. А. (1993). Влияние молекулярной массы на подвижность катионов в полимерных электролитах. Ионика твердого тела 60, 11–17. DOI: 10.1016 / 0167-2738 (93) -8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сингх М., Кайзер Дж. И Хан Х. (2015). Толстые электроды для литий-ионных аккумуляторов высокой энергии. J. Electrochem. Soc. 162, A1196 – A1201. DOI: 10.1149 / 2.0401507jes

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Соренсен П. Р. и Якобсен Т. (1982). Электропроводность, перенос заряда и число переноса — исследование полимерного электролита LiSCN-поли (этиленоксид). Электрохим. Acta 27, 1671–1675. DOI: 10.1016 / 0013-4686 (82) 80162-X

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шринивасан В., Ньюман Дж. (2004). Модель разряда для литиево-железо-фосфатного электрода. J. Electrochem. Soc. 151, A1517 – A1529. DOI: 10,1149 / 1,1785012

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тиан Р., Парк С.-Х., Кинг П. Дж., Каннингем Дж., Коэльо Дж., Николози В. и др. (2019). Количественная оценка факторов, ограничивающих быстродействие электродов батареи. Нат. Commun. 10: 1933. DOI: 10.1038 / s41467-019-09792-9

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вонг, Л. Л., Чен, Х., Адамс, С. (2017). Конструирование материалов катода с быстрой ионной проводимостью для натриево-ионных аккумуляторных батарей. Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 7506–7523. d. DOI: 10.1039 / C7CP00037E

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wu, X., Song, K., Zhang, X., Hu, N., Li, L., Li, W., et al.(2019). вопросы безопасности в литий-ионных батареях: материалы и конструкция элементов. Фронт. Energy Res. 7:65. DOI: 10.3389 / fenrg.2019.00065

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Xu, W., Wang, J., Ding, F., Chen, X., Nasybulin, E., Zhang, Y., et al. (2014). Литий-металлические аноды для аккумуляторных батарей. Energy Environ. Sci. 7, 513–537. DOI: 10.1039 / C3EE40795K

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ян Дж., Ван Х., Чжан Г., Ма, А., Чен, В., Шао, Л. и др. (2019). Высокопроизводительный твердый композитный полимерный электролит для всех твердотельных литиевых батарей благодаря легкому регулированию микроструктуры. Фронт. Chem. 7: 388. DOI: 10.3389 / fchem.2019.00388

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Yu, D. Y. W., Donoue, K., Inoue, T., Fujimoto, M., and Fujitani, S. (2006). Влияние параметров электродов на катоды LiFePO 4 . J. Electrochem. Soc. 153, A835 – A839.DOI: 10.1149 / 1.2179199

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ю. С., Ким С., Ким Т. Ю., Нам Дж. Х. и Чо В. И. (2013). Прогнозирование модели и эксперименты для оптимизации конструкции электродов LiFePO 4 / Графитовые электроды в литий-ионных батареях большой емкости. Бык. Korean Chem. Soc. 34, 79–88. DOI: 10.5012 / bkcs.2013.34.1.79

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзэн, X., Ли, М., Абд Эль-Хади, Д., Альшитари, В., Аль-Богами, А.С., Лу, Дж. И др. (2019). Коммерциализация технологий литиевых батарей для электромобилей. Adv. Energy Mater. 9: 1

1. DOI: 10.1002 / aenm.201

1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhang, H., Li, C., Piszcz, M., Coya, E., Rojo, T., Rodriguez-Martinez, L.M, et al. (2017). Одиночные литий-ионные проводящие твердые полимерные электролиты: достижения и перспективы. Chem. Soc. Ред. 46, 797–815. DOI: 10.1039 / C6CS00491A

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжэн, Х., Ли, Дж., Сун, X., Лю, Г., и Батталья, В. С. (2012). Исчерпывающее понимание влияния толщины электродов на электрохимические характеристики катодов литий-ионных аккумуляторов. Электрохим. Acta 71, 258–265. DOI: 10.1016 / j.electacta.2012.03.161

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Плотность энергии в зависимости от плотности мощности

Плотность энергии — это количество энергии в данной массе (или объеме), а плотность мощности — это количество энергии в данной массе.Различие между ними аналогично разнице между энергией и мощностью. Батареи имеют более высокую плотность энергии, чем конденсаторы, но конденсатор имеет более высокую плотность мощности, чем батарея. Эта разница возникает из-за того, что батареи могут хранить больше энергии, но конденсаторы могут отдавать энергию быстрее.

Плотность энергии

полная статья

Если система имеет высокую плотность энергии, то она способна хранить много энергии при небольшом количестве массы.Высокая плотность энергии не обязательно означает высокую плотность мощности. Объект с высокой плотностью энергии, но низкой плотностью мощности может выполнять работу в течение относительно длительного периода времени. [1] Примером такого типа накопителя энергии является мобильный телефон. Его питания хватит на большую часть дня, но для подзарядки устройства его необходимо подключить к другому источнику питания на час и более.

Рисунок 1. Это демонстрирует взаимосвязь между плотностью энергии и удельной мощностью. Например, топливные элементы будут иметь очень высокую плотность энергии при относительно низкой плотности мощности. [2]

Плотность мощности

полная статья

Если система имеет высокую плотность мощности, она может выдавать большое количество энергии в зависимости от ее массы. Например, крошечный конденсатор может иметь такую ​​же выходную мощность, что и большая батарея. Однако, поскольку конденсатор намного меньше, он имеет более высокую удельную мощность. Поскольку они быстро выделяют свою энергию, системы с высокой удельной мощностью также могут быстро перезаряжаться. Примером применения этого типа накопителя энергии является вспышка камеры.Он должен быть достаточно маленьким, чтобы поместиться внутри камеры (или мобильного телефона), но иметь достаточно высокую выходную мощность, чтобы осветить объект вашей фотографии. это делает систему с высокой удельной мощностью идеальной.

Пример

Чтобы лучше понять плотность энергии, представьте, что люди зажигают огонь в походе. Настал вечер, и пришло время S’mores, так что пора развести костер. Естественно, огонь сначала разжигают растопкой. Его высокое отношение площади поверхности к объему означает, что он быстро сгорает — высокая удельная мощность.Когда огонь тухнет, растопка больше не является хорошим выбором топлива, потому что она горит слишком быстро. Теперь огонь горит лучше бревнами, потому что они имеют высокую плотность энергии. Одиночное полено хорошо горит долго.

Для дальнейшего чтения

Список литературы

  1. ↑ Б. Э. Лейтон, «Сравнение плотностей энергии преобладающих источников энергии в единицах джоулей на кубический метр», Int. J. Green Energy , т. 5, вып. 6. С. 438-455, декабрь 2008 г.
  2. ↑ «Файл: Схема ионно-литиевых конденсаторов.png — Wikimedia Commons », Commons.wikimedia.org, 2018. [Online]. Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lithium_Ion_Capacitor_Chart.png. [дата обращения: 13 июля 2018 г.].
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *