Чем измерить плотность электролита: Как‌ ‌проверить‌ ‌плотность‌ ‌электролита‌ ‌аккумулятора‌

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

Содержание

1. Этапы исследования электролита
2. Ареометр для проверки плотности
3. Оценка количества проводника
4. Важная информация для автолюбителя

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,

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.

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 в аккумуляторе ареометром и без него в домашних условиях

Автор Акум Эксперт На чтение 7 мин Просмотров 8.5к. Опубликовано 17.06.2020 Обновлено 13. 03.2022

Аккумуляторная батарея постоянно работает в режиме разряда-заряда. Чтобы продлить время её эксплуатации, следует поддерживать её заряд на максимальном уровне. А для этого время от времени необходимо проверять уровень заряда АКБ. Сделать это можно разными способами, но самый надёжный — измерить плотность электролита. Поэтому многие водители задаются вопросом, как проверить плотность аккумулятора.

Содержание

1. Что такое плотность и на что она влияет
2. Как пользоваться ареометром — подробная инструкция
3. Можно ли измерить без ареометра
4. Можно ли проверить плотность в необслуживаемом аккумуляторе

Что такое плотность и на что она влияет

Обязательным элементом свинцово-кислотной батареи является электролит. Это серная кислота, разбавленная дистиллированной водой. Плотность воды составляет 1 грамм на миллилитр (г/мл). У серной кислоты она выше, чем у воды, и составляет 1,84 г/мл. Концентрированная кислота способна растворить многие металлы, в том числе и свинец, поэтому её следует разбавлять водой. Разбавленная водой кислота называется электролитом. Разбавляют её до пропорции, при которой она неспособна растворить свинец, но позволяет протекать химическому процессу, называемому электролитической диссоциацией (разновидность электролиза).

Чем выше плотность, тем сильнее электролиз, но тем быстрее идёт разрушение свинца. Наиболее оптимальная плотность для аккумуляторов 1,27 г/мл для районов умеренного климата со средней температурой от -20 до +30°С.  Такую плотность имеет полностью (100 %) заряженный новый аккумулятор. Для северных регионов это значение составляет 1,29 г/мл, для южного жаркого климата — 1,25 г/мл.

В продажу поступает серная кислота уже в виде электролита плотностью 1,3 г/мл. С учётом условий эксплуатации аккумулятора её доводят до нужных параметров.

Как уже отмечалось выше, чем больше плотность электролита, тем сильнее электролиз и тем выше потенциал на выводах батареи. Новая АКБ имеет плотность 1,27 г/мл и напряжение на клеммах 12,8 В. За время эксплуатации батареи при регулярном недозаряде на её свинцовых пластинах образуется нерастворимый сульфат свинца, соединение серной кислоты со свинцом. Называется это сульфатацией пластин. При заряде батареи уже не вся кислота высвобождается, и плотность электролита снижается. А следовательно, снижается и интенсивность электролиза. Напряжение на клеммах будет уже меньше 12,8 В. А попытка зарядить батарею до начального значения напряжения лишь приводит к кипению электролита — активному выделению пузырьков водорода и кислорода. Это процесс разложения воды. Потеря воды приводит к повышению плотности.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос

Слишком высокая или низкая плотность одинаково недопустимы и значительно снижают срок эксплуатации АКБ.

В условиях эксплуатации автомобиля с частыми пусками двигателя и коротким пробегом происходит ускоренная сульфатация пластин и снижение плотности электролита. При эксплуатации машин в дальних рейсах с длительной работой двигателя происходит перезаряд батареи и разложение воды на газы, а плотность электролита повышается. Напряжение на клеммах уже не отражает степень заряженности батареи. И чтобы точно узнать состояние аккумулятора, нужно произвести измерение плотности электролита. Для этого используют ареометр.

Ареометр — прибор для измерения плотности жидкостей и твёрдых тел, принцип работы которого основан на Законе Архимеда.

Как пользоваться ареометром — подробная инструкция

Ареометр представляет собой стеклянную колбу (пипетку) с помещённым внутрь измерительным грузом-поплавком (ареометром), на котором нанесены деления с указанием величин от 1,1 в верхней точке поплавка до 1,3 и даже 1,32 г/мл внизу шкалы. Нижняя часть колбы имеет тонкую трубку, которую легко можно опустить через отверстие аккумулятора в его банку для забора электролита. На верхнюю часть колбы надевается резиновая груша, которая применяется для всасывания раствора в колбу.

У некоторых ареометров несколько поплавков разного веса, которые всплывают при заполнении колбы. Плотность будет соответствовать поплавку, всплывшему частично или не всплывшему первому после всплывших. Встречаются дешёвые пластиковые изделия иной формы, но принцип их действия такой же.

Измерение ареометром производят при температуре электролита +20 … +30°C. Если температура иная, то необходимо применять корректировочные поправки к показанию ареометра.

Пользование ареометром настолько простое, что даже можно проверить плотность электролита в домашних условиях. Чтобы проверить плотность аккумулятора, необходимо выполнить следующие действия:

1. Подготовить ареометр, собрать прибор, если он находится в разобранном виде в футляре.
2. Подготовить аккумулятор, выкрутить пробки из отверстий в крышках банок, либо снять общую планку с пробками на ней.
3. Подготовить стеклянную банку или пластиковый сосуд с дистиллированной водой для промывки и продувки ареометра между замерами.
4. Опустить носик прибора в банку аккумулятора до касания с пластинами сепаратора.
5. Сжать грушу для выдавливания воздуха из колбы.
6. Освободить грушу для принятия начальной формы и забора электролита из банки батареи в колбу.
7. Наполнить колбу жидкостью так, чтобы поплавок всплыл.
8. Отметить визуально уровень шкалы поплавка на границе поверхности электролита в колбе. Указанное на шкале значение соответствует плотности электролита.
9. Выдавить жидкость обратно в банку батареи.
10. Ареометр опустить в сосуд с дистиллированной водой и пару раз промыть остатки электролита в колбе путём нажатия и отпускания груши.

Следует добавить, что при помощи ареометра можно корректировать плотность электролита, добавляя дистиллированную воду или электролит плотностью 1,3 г/мл. по необходимости в банки и произведя измерения. Только для выравнивания плотности в банке требуется время после каждой добавки, а такую корректировку проводят на полностью заряженном аккумуляторе с температурой электролита около +25 °C.

Можно ли измерить без ареометра

Измерить плотность без ареометра не получится. Но можно изготовить ареометр самому, самым важным элементом которого является измерительный поплавок-грузик. Изготовить можно из полой пластиковой трубки, например соломинки для напитков, в которую помещается груз. Точность измерения будет зависеть от точности нанесения шкалы на грузик и известной плотности измеряемых эталонов жидкости. Сначала поплавок помещается в дистиллированную воду и отмечается линия окружности поверхности воды на поплавке. Эта линия соответствует 1,0 г/мл. Затем поплавок помещается в электролит, купленный в магазине с удельным весом, например, 1,3 г/мл. Линия поверхности электролита на поплавке будет соответствовать плотности 1,3 г/мл. Расстояние между двумя полученными значениями измеряется в мм и делится на разницу значений — 30. Теперь на поплавок можно нанести шкалу с любым шагом, но лучше для значений 1,27; 1,25; 1,23; 1,2; 1,15; 1,1.

Отбор электролита можно произвести обычной резиновой грушей в стеклянный стакан, куда помещается изготовленный поплавок-грузик.

Можно ли проверить плотность в необслуживаемом аккумуляторе

У необслуживаемых аккумуляторов нет откручиваемых пробок на банках. Однако при изготовлении батареи отверстия присутствуют. После заполнения электролитом эти отверстия закрываются одноразовыми пробками, иногда расположенными на общей планке, и запаиваются или заклеиваются. При необходимости можно аккуратно эти пробки снять, и аккумулятор превратится в обслуживаемую батарею. В некоторых случаях отверстия в месте расположения пробок выполняют при помощи сверла, что также позволяет произвести забор электролита и его корректировку.

Важно в ходе таких действий заранее понимать, как после окончания обслуживания эти отверстия вновь надёжно закрыть. Это можно сделать с применением того же пластика, из которого изготовлен корпус батареи, или подобного. Пластик легко клеится, плавится и спаивается.

Если вскрыть необслуживаемую батарею удалось, то проверить плотность электролита в аккумуляторе можно так же, как описывалось выше.

Сейчас читают:

Плотность электролита в аккумуляторе — как измерить и увеличить + Видео

Аккумулятор является самой важной частью автомобиля. Именно благодаря нему отпала необходимость в раскручивании коленчатого вала двигателя вручную, как это делали раньше. Аккумулятор позволяет осуществить запуск стартера, который раскрутит двигатель сам, прилагая, при этом, минимум усилий – поворачивая ключ в замке зажигания. Кроме того, аккумулятор позволяет использовать свою энергию, чтобы добраться до станции технического обслуживания, когда генератор внезапно вышел из строя.

Одна из самых главных и распространенных проблем любого аккумулятор – это падение плотности электролита, который находится в специальных банках аккумулятора. Эта величина имеет большое влияние на емкость аккумулятора и если она упадет до крайней отметки, то аккумулятор будет очень быстро разряжаться. Кроме того, его дальнейшая подзарядка не будет иметь никакого смысла, после чего, батарею можно смело сдать в утиль.

Падение плотности электролита, в основном, связано с обильным испарением газов из его химического состава. Такое часто происходит, если оставить аккумулятор заряжаться на слишком длительное время. После чего, можно заметить, что аккумулятор стал разряжаться раньше положенного срока.

Чтобы продлить жизнь батареи, многие водители доливают в банки аккумулятора специальную дистиллированную воду, таким образом, повышая уровень электролита. Однако, при испарении воды, выделяется и сам электролит, который, постепенно, теряет свою плотность и оставляет на свое месте только воду. В этом случае, необходимо провести контроль плотности и, если есть такая нужда, восстановить ее.

Прежде чем восстанавливать работоспособность аккумулятора, рекомендуем вам ознакомиться с некоторыми советами.

1. Допустимая температура окружающей среды при определении плотности электролита составляет 20 градусов Цельсия. Однако, допускаются отклонения +2 градуса.

2. При работе с кислотой примите ряд мер безопасности. Среди средств вашей защиты должны быть, как минимум: перчатки и специальные очки.

3.Емкости для разведения и замены электролита должны быть подобраны заранее.

4. Так как вода и кислота имеют абсолютно разную плотность, придерживайтесь распространенного правила среди химиков: лейте кислоту в воду, а не воду в кислоту. Старайтесь никогда не нарушать этого правила, иначе рискуете получить химические ожоги.

5. Запомните еще одно очень важное правило: никогда не переворачивайте батарею. Электролит может стечь вниз, а его остатки попадут на вашу кожу. Кроме того, проведение дальнейших замеров и доливки может стать еще сложнее.

Все эти советы и следующие за ними действия распространяются только на кислотные аккумуляторы. Применение всех этих инструкций на других типах аккумуляторов не гарантирует вам правильной работоспособности батареи в дальнейшем.

Видео — Как проверить плотность электролита в аккумуляторе

Чтобы проводить замеры плотности и доливку недостающего количества электролита, необходимо приобрести следующие инструменты: ареометр, паяльник, дрель, емкость для замеров, груша резиновая, пищевая сода, электролит, дистиллированная вода и специальная кислота для АКБ.

Быстрее всего, вода испаряется летом. В этот период рекомендуется проверять уровень электролита в банках не реже одного раза в месяц. Многие аккумуляторы снабжаются прозрачными корпусами, которые позволяют сделать это визуально. Другие виды аккумуляторов обладают даже специальными индикаторами. После осмотра и выявления недостаточного уровня воды, происходит ее доливка.

Если ваша батарея не оборудована подобными элементами, то на этот случай есть специальная измерительная трубка. Ее вставляют в банку до того момента, когда коснется тонкой сетки. Как только это произойдет, закройте пальцем верхнее отверстие и вытащите трубку.  Самым допустимым уровнем электролита будет считаться диапазон от 10 до 15 миллиметров.

Как увеличить плотность электролита

1. С помощью ареометра замерьте плотность электролита в банках. Нормой значений принято считать 1,27, однако, это число может меняться, в зависимости от региона страны. Разница плотности между банками не должна превышать 0,01. Если результатом измерений стало значение 1,18, то просто долейте в банку электролит с плотностью 1,27.

2. Откачайте из банки как можно больше электролита с помощью резиновой груши. После выкачки, обязательно измерьте объем.

3. Добавьте новый раствор, но с количеством в 2 раза меньшим, чем прежний.

4. Покачайте аккумулятор в разные стороны, чтобы жидкости хорошо перемешались.

5. Замерьте плотность и, в случае необходимости, добавьте еще электролита. Снова потрясите аккумулятор. Данная процедура выполняется до тех пор, пока плотность не поднимется до номинальных значений.

6. После получения плотности 1,27, выполните доливку дистиллированной воды.

Если плотность превысит электролита, вдруг, превысит нормируемые значения на 0,05, то выполнять эту процедуру придется сначала.

Это все, что нужно знать о плотности электролита в аккумуляторе. Стоит еще раз напомнить, что при работе с кислотами следует соблюдать особую осторожность, так как они могут стать причиной химических ожогов, лечить которые достаточно трудно. Удачи  на дорогах!

Как измерить удельный вес

Что такое удельный вес и как его проверить?

Удельный вес используется для проверки состояния заряда батареи, по сути, это отношение веса раствора к весу равного объема воды. Проверка удельного веса ячейки выполняется с помощью ареометра, лучшие из них автоматически компенсируют температуру. Поскольку отношение воды к серной кислоте внутри батареи изменяется в зависимости от активности, плотность электролита также изменяется, это то, что измеряет ареометр. Еще один тест, который следует выполнять вместе с тестами на удельный вес, — это проверка напряжения холостого хода вашей батареи. Вот шаги, которые Trojan Battery рекомендует для проведения тестов удельного веса своих аккумуляторов:

1. Испытание на удельный вес

(используется только для залитых аккумуляторов)
1. Не добавляйте воду в это время.
2. Заполните и слейте воду из ареометра 2–4 раза, прежде чем брать пробу.
3. В ареометре должно быть достаточно электролита пробы, чтобы полностью поддерживать поплавок.
4. Снимите показания, запишите их и верните электролит обратно в ячейку.
5. Чтобы проверить другую ячейку, повторите 3 шага выше.
6. Проверьте все ячейки в аккумуляторе.
7. Установите на место вентиляционные крышки и вытрите пролитый электролит.
8. Скорректируйте показания до 80°F:
   1. Добавляйте 0,004 к показаниям на каждые 10° выше 80°F
   2. Вычтите 0,004 на каждые 10° ниже 80°F.
9. Сравните показания.
10. Проверьте уровень заряда по таблице ниже

Показания должны быть на уровне или выше заводской спецификации 1,277 +/- 0,007. Если какие-либо показания удельного веса регистрируются как низкие, выполните следующие действия.

1. Проверьте и запишите уровень(и) напряжения.
2. Полностью зарядите батареи.
3. Снова измерьте удельный вес.

Если какие-либо показания удельного веса по-прежнему регистрируются как низкие, выполните следующие действия.

1. Проверить уровень(и) напряжения.
2. Выполнить уравнительный заряд. Правильную процедуру см. в разделе «Выравнивание моих батарей».
3. Снова измерьте удельный вес.

Если какое-либо значение удельного веса по-прежнему ниже, чем заводская спецификация 1,277+/- 0,007, то может иметь место одно или несколько из следующих условий:

1. Батарея старая, срок службы подходит к концу.
2. Аккумулятор слишком долго находился в разряженном состоянии.
3. Электролит был потерян из-за утечки или перелива.
4. Развивается слабая или поврежденная клетка.
5. Аккумулятор был чрезмерно залит водой перед тестированием.
Аккумуляторы в условиях 1-4 должны быть доставлены специалисту для дальнейшей оценки или изъяты из эксплуатации.

2. Проверка напряжения холостого хода

Для получения точных показаний напряжения аккумуляторы должны оставаться бездействующими (не заряжаться и не разряжаться) не менее 6 часов, а лучше 24 часа.

1. Отключите все нагрузки от аккумуляторов.
2. Измерьте напряжение с помощью вольтметра постоянного тока.
3. Проверьте состояние заряда по таблице 1.
4. Зарядите аккумулятор, если он заряжен от 0% до 70%.

Если уровень заряда батареи ниже значений, указанных в Таблице 1, могут существовать следующие условия:

1. Аккумулятор слишком долго находился в разряженном состоянии.
2. Батарея неисправна.

Аккумуляторы в этих условиях должны быть доставлены специалисту для дальнейшей оценки или изъяты из эксплуатации.

ТАБЛИЦА 1. Состояние заряда в зависимости от удельного веса и напряжения холостого хода

Процент заряда	Удельный вес скорректирован до 80°F	Напряжение холостого хода
		6В	8В	12 В	24 В	36В	48В
100	1,277	6,37	8,49	12,73	25,46	38,20	50,93
90	1,258	6,31	8,41	12,62	25,24	37,85	50,47
80	1,238	6,25	8,33	12. 50	25.00	37,49	49,99
70	1,217	6,19	8,25	12.37	24,74	37.12	49,49
60	1,195	6.12	8.16	12.24	24,48	36,72	48,96
50	1,172	6,05	8.07	12.10	24.20	36,31	48.41
40	1,148	5,98	7,97	11,96	23,92	35,87	47,83
30	1,124	5,91	7,88	11,81	23,63	35,44	47,26
20	1,098	5,83	7,77	11,66	23,32	34,97	46,63
10	1,073	5,75	7,67	11,51	23. 02	34,52	46.03

(!ЯЗЫК:Как измерить плотность электролита ареометром. Как использовать ареометр для измерения плотности электролита. Пошаговое руководство по измерению плотности электролита в аккумуляторе

Ваш автомобиль не работает правильно, а уровень электролита в пределах нормы, первым делом необходимо измерить его плотность, а для этого каждый автомобилист должен уметь пользоваться ареометром.0005

Что такое ареометр и как он работает

Ареометр — прибор, предназначенный для определения плотности жидкости. Принцип его действия основан на знаменитом открытом еще в III в. до н.э. и согласно которой на тело, плавающее в жидкости, действует выталкивающая сила, величина которой равна весу жидкости, вытесненной этим телом. А как пользоваться ареометром для измерения плотности жидкости, человечество известно с 4-5 веков нашей эры. (считается, что именно тогда он и был изобретен).

Теория измерения плотности

Полярность: Батарея имеет два полюса с противоположными знаками. Считается, что положительный полюс элемента, батареи или электрической цепи имеет положительную полярность; отрицательная клемма имеет отрицательную полярность. Ареометр: Терминал источника электрической энергии, такого как элемент, батарея или генератор, от которого течет ток. Обычно обозначается «поз.».

Сообщение: часть ремня, проходящая через крышку ячейки, через которую она соединяется с соседней ячейкой или с цепью автомобиля. Термин является синонимом стресса. Скорость: количество ампер для зарядки или разрядки. Также используется для выражения времени для обоих.

Ареометры бывают разных видов: все зависит от плотности измеряемой жидкости. Наиболее практичную ценность для рядового автомобилиста представляет автомобильный ареометр, предназначенный для измерения плотности как электролита, так и охлаждающей жидкости. Его можно приобрести в любом магазине автозапчастей или на рынке.

Пошаговое руководство по измерению плотности электролита в аккумуляторе

Реверс: изменение полярности элемента или аккумулятора из-за чрезмерной разрядки или зарядки в неправильном направлении. Сепаратор: изолятор между пластинами противоположной полярности; обычно из дерева, резины или их комбинации. Сепараторы обычно гофрированные или ребристые, чтобы обеспечить правильное расстояние между пластинами и избежать слишком большого вытеснения электролита.

Короткое замыкание: низкоомное соединение между двумя точками электрической цепи. Короткое замыкание возникает, когда ток имеет тенденцию течь через участок с низким сопротивлением, минуя остальную часть цепи. Удельный вес: Стандартная плотность электролита по сравнению с водой. Он указывает на прочность электролита и измеряется ареометром.

Автомобильный ареометр конструктивно представляет собой обычную цилиндрическую стеклянную трубку (колбу) с кислым электролитом, плотность которого необходимо измерить, и герметически закрытый стеклянный поплавок. Внизу поплавка находится груз, а вверху шкала, по которой, собственно, его и определяют. Как пользоваться ареометром? Да, очень легко! С помощью резиновой груши в трубку набирается электролит. Через некоторое время, когда жидкость в трубке успокоится и поплавок в ней свободно плавает, нужно визуально определить плотность в месте пересечения шкалы с уровнем электролита. Плотность электролита батареи, введенной в эксплуатацию, зависит от конкретных условий эксплуатации и находится в пределах 1,20 — 1,30 кг/см 3 . Измерение плотности следует производить при температуре 18-22 градуса. Так как плотность электролита напрямую связана с температурой, при которой производится это измерение, необходимо сделать поправку с помощью специальной таблицы для определения его действительной плотности.

Ремень: свинцовая отливка, к которой крепятся ленточные пластины. Сульфат: общий термин для сульфата свинца. Сульфатированные: термин, используемый для описания элементов в условиях недостаточного заряда, либо из-за разрядки без соответствующих длительных зарядов, либо из-за того, что они остаются бездействующими в течение определенного времени и саморазряжаются.

Терминал: это электрическое подключение аккумуляторов к внешней цепи. Каждая клемма соединена с положительным или отрицательным при последовательном соединении элементов в батарее. Это позволяет избежать образования газов, образующихся в ячейке, предотвращает утечку электролита и оставляет грязь из ячейки.

Соблюдайте меры безопасности

При измерении плотности электролита важно не только уметь пользоваться ареометром, но и соблюдать технику безопасности. Все работы следует выполнять в защитных перчатках, очках, соответствующей одежде и обуви. Ни в коем случае электролит не должен попадать в отверстия корпуса и в глаза. Все работы с батареями необходимо проводить в теплом проветриваемом помещении, так как при зарядке выделяется ядовитый газ.

Напряжение измеряется вольтметром. Это аналогично давлению или потоку воды по трубам. Уменьшение размеров труб увеличивает сопротивление и уменьшает поток воды. Введение сопротивления в электрическую цепь уменьшает ток при заданном напряжении или давлении. Обычно существует довольно твердое предположение, что любая «революционная новая химия батарей», только что появившаяся в новостях, упадет и сгорит — иногда буквально. Может быть, эта штука использует в качестве катализатора какой-то необычайно дорогой металл, или ее нужно переохладить, чтобы она была хорошей, или вам нужно тщательно избегать дегазации, чтобы она не взорвалась.

Если кислота попала в глаза или на кожу, промойте это место большим количеством воды. Ни в коем случае нельзя пытаться нейтрализовать попавшую на организм кислоту (например, содой). Это только усугубит ситуацию. Тогда нужно как можно скорее обратиться в медицинское учреждение.

При работе с антифризом также необходимо соблюдать меры безопасности. Крышку радиатора можно открывать только после полного остывания охлаждающей жидкости, чтобы она не выбрасывалась и, как следствие, не сгорала.

Goodenough: Тот самый парень, который придумал катод из оксида кобальта, который питает литий-ионный аккумулятор, который мы знаем и любим. Гуденау предсказывает, что новая химия будет иметь тройную плотность энергии по сравнению с литий-ионными элементами. Недавно в новостях появились литий-ионные аккумуляторы. У них даже было несколько стиральных машин. Так что, вероятно, разумно оставить суждение, пока что-то не будет произведено в масштабе. Другие химические батареи были там раньше, и они не сработали. Воздушно-литиевые аккумуляторы — отличный пример очень интересной химии аккумуляторов, которую мы не можем использовать, потому что ее разработке препятствуют технические проблемы, которые мы пока не можем решить.

После измерения плотности ареометр необходимо тщательно промыть в проточной воде до окончательного удаления остатков кислоты или охлаждающей жидкости. При соблюдении этого условия ареометр для измерения плотности электролита (антифриза) прослужит вам не один десяток лет.

В одном из предыдущих материалов о зарядке автомобильных аккумуляторов мы уже писали о том, что определенным преимуществом обслуживаемых аккумуляторов является возможность контроля состояния и уровня электролита, что позволяет продлить срок службы аккумулятора и даже реанимировать его после длительного простоя без подзарядки . Этот вопрос стоит рассмотреть подробнее – хотя все больше автовладельцев выбирают необслуживаемые аккумуляторы, спрос на аккумуляторы классической конструкции остается. Проверка электрических параметров аккумулятора актуальна для всех типов.

Эта новая химия имеет одно важное отличие от литий-ионной модели: вместо натрия используется натрий. Натрий и литий — щелочные металлы с одинаковым зарядом 1. Но натрия гораздо больше в литии, что может сделать новый химический состав батарей менее дорогостоящим, чем литий-ионные элементы.

Литий-ионные батареи страдают от образования «дендритов» металлического лития, которые «растекаются, как кудзу» между анодом и катодом, вызывая неконтролируемую реакцию и закрывая элемент. У этого есть несколько возможных преимуществ по сравнению с большинством жидких электролитов, а именно то, что он не прольет на вас ужасную жидкую батарею, если корпус каким-то образом сломается.

Основными параметрами, важными для владельца, являются поведение аккумулятора при реальной нагрузке (падение напряжения, максимальный ток) и его реальная емкость. Даже полностью заряженный аккумулятор (по вольтметру или грубо — по встроенному «глазку») не гарантирует уверенного пуска — при значительных отклонениях уровня и плотности электролита, «осыпавшихся» пластин он будет не в состоянии поддерживать нормальную скорость стартера, медленно набирает заряд. Диагностика поможет точно определить, в чем причина проблем – в аккумуляторе, плохом контакте провода массы или в самом стартере.

Стеклянные маты также не поддаются образованию дендритов, потому что анод никогда не вступает в реакцию с матами. Гуденаф и его коллеги использовали листы стекловолокна в качестве электролитной матрицы и покрыли их металлическим натрием в качестве анода. Затем их конструкция заполнила оставшиеся полости углеродом.

Контактная поверхность между металлическим анодом и стеклянным матом настолько плотная, что фактически классифицируется как смачиваемая. По его словам, безопасный, недорогой, полностью твердотельный элемент с огромной емкостью, обеспечивающий высокую плотность энергии и длительный срок службы, подходит для питания полностью электрического транспортного средства или для хранения электроэнергии от энергии ветра или солнечной энергии. Эти энергосберегающие протоколы в сочетании с конструкциями энергосберегающих микросхем позволяют некоторым беспроводным устройствам работать без технического обслуживания до 40 лет.

Уже опираясь на знания о некорректной работе аккумулятора, можно (если он, конечно, обслуживаемый) узнать, устранима ли проблема — потратив некоторое время, возможно, удастся сэкономить ощутимую сумму. В проверке плотности электролита зимой есть особый смысл — например, полностью заряженный (то есть имеющий нормальную плотность электролита) аккумулятор замерзнет при температуре около -54 градусов, а при снижении плотности всего на 0,15 г/см 3 — уже при -8.

Потребительские беспроводные устройства расширились, и рынок промышленной беспроводной связи расширился так же быстро. Что касается выбора правильного источника питания, то устройства промышленного класса обычно сопряжены с гораздо более сложными техническими задачами, чем электроника бытового уровня, в том числе.

Надежность: Дистанционные датчики могут располагаться в труднодоступных местах, что затрудняет замену батареи. Долгий срок службы: скорость саморазряда батареи может быть больше, чем использование батареи. Широкий диапазон рабочих температур: промышленные устройства обычно находятся в очень холодных или жарких местах. Небольшой размер: приборы с батарейным питанием должны быть везде.

• Разряженные батареи не должны прерывать передачу данных от датчика.
• Начальная емкость батареи должна быть максимально возможной.

Определение идеального источника питания.

Видео: Как проводить обслуживание аккумулятора

Как проверить уровень электролита

Состав и качество электролита во многом определяют как эффективность аккумулятора, так и срок его службы. Сам электролит представляет собой разбавленную серную кислоту, которая участвует в химических реакциях на поверхности пластин: при разряде расходуется (образуется сульфат свинца), при заряде восстанавливается.

Видео: как выполнять техническое обслуживание батареи

Удаленное беспроводное устройство так же надежно, как и его источник питания, а потребности оптимизированы с учетом требований конкретных приложений. В то время как первичные батареи питают подавляющее большинство удаленных беспроводных устройств, некоторые приложения могут быть идеальными для устройств сбора энергии, используемых в сочетании с перезаряжаемыми батареями или суперконденсаторами, которые хранят собранную энергию и обеспечивают высокие импульсы, необходимые для обеспечения расширенной связи.

Для правильной реакции движения и достижения нужного ресурса плотность полностью заряженного аккумулятора нормируется на уровне 1,27-1,28 г/см 3 для умеренного климата, для более низких температур плотность принято увеличивать, тем самым компенсирующие замедление протекания химических реакций на морозе (до 1,31 г/см 3 ).

Процесс выбора аккумулятора часто включает следующие параметры. Энергия, потребляемая в активном режиме; энергия, потребляемая в спящем режиме; время хранения; тепловые среды; напряжение отсечки оборудования; скорость саморазряда батареи; и соображения стоимости. Выбор основных батарей.

Если долгий срок службы батареи не является серьезной проблемой, может потребоваться щелочная батарея. В основном это относится к потребительским товарам, таким как фонарики, телевизионные пульты дистанционного управления и игрушки, где батареи легко доступны. Щелочные батареи имеют определенные недостатки, в том числе низкое напряжение, ограниченный температурный диапазон, высокую скорость саморазряда, что сокращает срок службы до двух-трех лет и сдавливает уплотнения, которые могут протекать.

При работе от аккумуляторов уровень электролита неизбежно падает: неизбежный электролиз воды, происходящий при , снижает уровень и увеличивает плотность. При длительном разряде часть кислоты остается израсходованной в виде крупных кристаллов сернокислого свинца, которые при последующей зарядке не восстановятся — плотность упадет.

Щелочные батареи необходимо заменять каждые несколько месяцев, что увеличивает общую стоимость владения. Это особенно актуально, если беспроводное устройство развернуто в удаленном, недоступном месте, где трудозатраты, связанные с заменой батареи, могут быть значительно выше, чем стоимость самой батареи.

Литий остается предпочтительным выбором для удаленных беспроводных приложений из-за присущего ему отрицательного потенциала, который превосходит другие металлы. Литий является самым легким негазообразным металлом и имеет самую высокую удельную энергию и плотность энергии среди всех доступных химических элементов для аккумуляторов. Отсутствие воды позволяет литиевым батареям выдерживать более экстремальные температуры. Доступны многочисленные первичные химические вещества лития, в том числе дисульфат железа, диоксид лития-марганца, тионилхлорид лития и химический состав оксида лития.

Видео: Как проверить уровень электролита в аккумуляторе

Не менее важен уровень электролита в каждой банке — электролит должен с запасом покрывать пластины, чтобы полностью использовать их полезную площадь даже при колебаниях (банки, острые ускорения или торможения). Проверить это проще всего – в батареях с полупрозрачными стенками обычно даже нанесены метки, по которым можно увидеть минимальный и максимальный уровень. В непрозрачных батареях можно использовать любую прозрачную трубку, отвинтив заглушку и вставив трубку в отверстие до упора в пластины: зажав верхний край трубки пальцем и вытащив ее, можно увидеть, на сколько электролит выше пластин. В норме это превышение должно составлять 10-15 миллиметров.

Батареи с жидким литий-железо-дисульфатом относительно недороги и обеспечивают высокие импульсы, необходимые, например, для питания фотовспышки. Литий-тионилхлоридные элементы являются предпочтительным выбором для удаленных беспроводных приложений, требующих исключительно длительного срока службы батареи даже в экстремальных условиях окружающей среды. Основными примерами являются электронные таблички с надписями на лобовом стекле, которые должны выдерживать экстремальные циклические перепады температур, и датчики окружающей среды, устанавливаемые в условиях арктического климата.

Уровень низкий? Что ж, стоит пополнить. По идее достаточно долить дистиллированной воды, так как она расходуется в первую очередь. Но на практике, особенно если батарея уже давно отработала, такая доливка может привести к падению плотности — как мы писали выше, часть кислоты будет расходоваться на нерастворившийся сульфат свинца. Поэтому нужно точно убедиться, какова плотность электролита в текущий момент.

Выбор батареи с минимально возможной скоростью саморазряда может снизить общую стоимость владения за счет устранения необходимости в будущих батареях. Если бы в сантехнической установке, использующей инфраструктуру автоматизированных счетчиков, использовались батареи с более длительным сроком службы для питания передатчиков на тысячу метров, исключая всего одну замену системы за 20-летний период, это потенциально могло бы сэкономить миллионы долларов без ущерба для надежности. системы.

Что такое ареометр и как он работает

Увеличенный срок службы батареи особенно полезен для труднодоступных устройств, таких как структурные датчики, прикрепленные под фермами моста, поскольку затраты на рабочую силу и безопасность, необходимые для замены этих батарей, намного превышают стоимость самих аккумуляторов.

Как узнать плотность электролита?

Для контроля плотности электролита используется простой прибор — ареометр. Это прозрачная трубка с грушей для отбора электролита, в которой плавает стрелочный груз заданной плотности. Напротив этой гири проградуирована шкала — соответственно, в зависимости от соотношения плотностей гири и проверяемого электролита, она будет указывать разные деления шкалы, что нам и нужно. Примерно так же, но гораздо грубее, работают встроенные «глаза» — в световоде индикатора становится виден зеленый шарик, плавающий в плотном электролите, но если он тонет (плотность упала) — чернота в глазу.

Поэтому важно проверять точность любых заявлений производителя батареи, касающихся ожидаемого срока службы батареи.

Специализированные батареи обеспечивают большой ток. Изготовленные с использованием углеродного анода, полиметаллического катода и органического электролита, литий-оксидные батареи могут достигать 20-летнего срока службы при годовой скорости саморазряда менее 1% в год. Литий-оксидные аккумуляторы также имеют широкий температурный диапазон и герметичную герметизацию. Приложения с высоким импульсом предлагают уникальные задачи.

Ареометр

Поскольку плотность электролита существенно зависит от его температуры, лучше всего измерять ее на прогретом аккумуляторе. Если это невозможно, принимаются следующие изменения:

Измерение плотности начинается, когда батарея полностью заряжена. Носик ареометра опускают в банку, затем грушей набирают в нее электролит. Плотность тока определяется стрелкой. Если уровень в пределах нормы, то и плотность должна соответствовать норме.

Видео: Как проверить плотность электролита

При значительном снижении уровня электролита состав доливки определяют по плотности: если она выше нормы, то добавляют дистиллированную воду, если ниже, тогда еще и кислоту надо будет добавить. Однако как определить нужное его количество, не зная, сколько электролита осталось в банке? Самый оптимальный и надежный метод – полностью слить электролит из банки и заменить его готовым с нормированной плотностью.

Безопаснее всего наливать электролит в широкий пластиковый таз, наполненный несколькими литрами воды — в этом случае будет распыляться вода, а не кислота, и конечная концентрация кислоты будет достаточно низкой для безопасной утилизации. Слив электролита позволит одновременно проверить наличие осадка в банке: он однозначно укажет на разрушение пластин. Обнаружив осадок в одной из банок, нужно слить электролит из всех, затем промыть все банки, залив их два-три раза дистиллированной водой, и только потом заливать свежий электролит.

Контроль уровня заряда батареи

Контроль плотности удобен тем, что позволяет оценить состояние каждой ячейки аккумулятора. Но не у всех есть ареометр, и даже в необслуживаемых аккумуляторах этот способ неприменим. Зная характеристики свинцово-кислотного аккумулятора, можно примерно оценить его заряд с помощью вольтметра — без нагрузки его показания должны быть в пределах 12,8-13,2 В, так как в 12-вольтовом аккумуляторе 6 последовательно соединенных банок, а при полностью заряженные, каждый имеет напряжение на клеммах 2,2-2,4 В. Аккумулятор считается разряженным, если напряжение на банке падает ниже 2,03 В (то есть всего 12,18 В).

Видео: Проверка заряда аккумулятора нагрузочной вилкой

Неровность данного метода оценки в том, что суммируется напряжение на всех банках, вне зависимости от их состояния. Например, если пять банок из шести полностью исправны и заряжены, а в шестой произошло короткое замыкание, то на вольтметре мы увидим 10,75В — казалось бы, аккумулятор в глубоком разряде, но попытки его зарядить приведет лишь к «выкипанию» электролита в исправных банках.

Но даже если напряжение на клеммах в норме, не факт, что батарея сможет отдать требуемый ток. Для контроля токовой отдачи применяют нагрузочные устройства — в простейшем случае это обычная нагрузочная вилка, состоящая из мощного низкоомного резистора и вольтметра, самые сложные устройства (используются, в частности, в дилерских автотехцентрах) имеют встроенные электронные схемы, по падению напряжения на менее мощной нагрузке, исходя из заранее введенной номинальной емкости, определяющие состояние аккумуляторной батареи. Поскольку цена таких устройств делает их покупку неоправданной для рядового автомобилиста (в частности, тестер аккумуляторов Micro 568 стоит около 16 тысяч рублей), мы остановимся на нагрузочных вилках традиционной конструкции.

Подключив штепсельные клеммы к аккумулятору, можно увидеть напряжение на нем — по приведенным выше значениям можно примерно определить степень его заряда, для удобства многие устройства отмечены цветовыми кодами (зеленый/желтый/красный диапазон ). Нажатием тумблера или кнопки на корпусе подключаем к аккумулятору нагрузку, сопротивление которой составляет десятые доли ома — тем самым имитируется включение стартера мощностью около киловатта. В этот момент напряжение на клеммах резко упадет и начнет снижаться еще больше. Аккумулятор можно считать исправным, если нагрузка не вызывает падения напряжения более чем на 2 вольта (для часто используемых аккумуляторов на 55-65 Ач чем больше емкость, тем меньше должна быть просадка), и дальнейшее снижение напряжения происходит медленно и плавно. Резкое падение напряжения является явным признаком того, что батарея больше не способна отдавать большой ток, а его быстрое снижение в течение нескольких секунд означает значительное падение емкости батареи.

Как использовать ареометр для измерения удельного веса

Вы можете измерить удельный вес с помощью ареометра, если вы имеют залитые свинцово-кислотные аккумуляторы с крышками сверху, Вы можете снять, чтобы добраться до жидкости (электролита) внутри. Затем посмотрите удельный вес в следующей таблице, чтобы найти Глубина разряда (DOD) ячейки батареи, которую вы взяли электролит из. Если у вас герметичные аккумуляторы, то нет съемных колпачков, и вы не можете этого сделать.

ДОД	Батарея 2 В	Аккумулятор 12 В	Аккумулятор 24 В	Аккумулятор 48 В	удельный вес
0%	2.10	12,70	25.40	50,80	1,265
10%	2,09	12,58	25,16	50,32	1,249
20%	2,08	12,46	24,92	49,84	1,233
30%	2,06	12,36	24,72	49,44	1,218
40%	2,05	12,28	24. 56	49.12	1.204
50%	2,03	12.20	24.40	48,80	1.190
60%	2,02	12.12	24.24	48,48	1,176
Выписан	1,75	11,90	23,80	47,60	1.120

Электролит содержит смесь серной кислоты и дистиллированной воды.

Предупреждение: Эти батареи содержат серный кислота. Всегда надевайте защитные очки и резиновые перчатки или перчатки из ПВХ при работе с их.

Показания не будут точными, если вы только что добавили воду. Подожди при этом перед испытанием, чтобы новая вода успела смешаться с имеющийся электролит.

Каждая батарея состоит из одной или нескольких ячеек. На фото ниже там три клетки. Чтобы получить доступ к электролиту, просто снимите крышку, как правило, отвинчивая ее. Убедитесь, что вы не уроните что-нибудь в клетку.

Ячейки аккумулятора.

Шапка снята.

Самый лучший, простой в использовании и доступный тип ареометра – это тот, который представляет собой герметичный цилиндр с выжимной грушей на одном конце и небольшая гибкая трубка на другом конце (см. схему ниже). поплавок, что-то похожее на то, что вы видите в ртути термометр. Убедитесь, что вы получили тот, который говорит вам значения для удельный вес и не только цвета на нем. Следующее схема показывает, как его использовать.

Использование ареометра поплавкового типа.

Если на поплавке ареометра есть числовые значения для конкретных силы тяжести, запишите значение и аккумуляторную батарею, которую вы бы измерено. Если значений нет, зеленый цвет означает, что ячейка заряжена, белый цвет означает, что она нуждается в зарядке, а красный означает, что он сильно разряжен и нуждается в зарядке, но это очень грубые показатели. Наличие фактических значений гораздо предпочтительнее так как вы можете сравнивать значения для разных ячеек и лучше контролировать здоровье каждой клетки.

Температурные поправочные коэффициенты

Удельный вес будет варьироваться в зависимости от температуры внутри батареи. Инструкция к вашим аккумуляторам подскажет, какая коррекция применять. Например, вот что написано в руководстве Surrette/Rolls. для температур в диапазоне от 0 до 130°F или от -17,8 до 54,4°C. Используйте приведенные ниже уравнения или для температур ниже 70°F (21°C) вычтите 0,03 на каждые 10°F (5°C) температуры ниже 70°F, а для температур выше 70°F добавить 0,03 для каждые 10°F выше 70°F.

• Поправочный коэффициент (по Фаренгейту) = (0,331 x Температура_батареи_в_F — 23) / 100
• Поправочный коэффициент (по Цельсию) = (0,595 x Battery_temperature_in_C — 12,5) / 100

Многие инверторы или контроллеры заряда имеют температуру батареи. датчик, который вы прикрепляете к аккумулятору где-то для контроля температура. Обычно у них есть ЖК-дисплей, который вы можете запросить. выясни это. Направляя инфракрасный термометр сбоку одна из батарей в середине вашего блока батарей также будет дайте температуру.

Ареометр стрелочного типа для измерения удельного веса

Ниже показан другой тип ареометра с циферблатом вместо поплавка. Это немного менее надежно, потому что циферблат может немного залипать, когда превращение.

Ареометр циферблатного типа.

Крупный план циферблата.

Всасывание электролита в ареометр.

Чтение циферблата.

Другие темы

Использование аккумуляторного ареометра | Блог

Поскольку напряжение батареи меняется в зависимости от заряда или тока нагрузки, измерения с помощью вольтметра мало что говорят о состоянии батареи, за исключением очень специфических условий. В большинстве случаев измерение удельного веса смеси воды и серной кислоты (электролита) в аккумуляторе является наилучшим способом определения уровня заряда и состояния элемента.

Свинцово-кислотный элемент имеет активный электролит, который участвует в электрохимическом процессе при зарядке его концентрацией серной кислоты. Поскольку это изменение концентрации напрямую отражает изменение состояния заряда элемента (гораздо точнее, чем напряжение элемента), измерение кислотности электролита можно использовать в качестве индикатора заряда.

Хотя существует много способов определить, сколько серной кислоты растворено в воде, самым простым и наименее дорогим методом для полевых работ является ареометр. Ареометр не измеряет концентрацию серной кислоты напрямую, но отвечает на этот вопрос, показывая удельный вес электролита, то есть его плотность по сравнению с плотностью чистой воды.

Неверные показания

Измерения плотности обеспечивают точную индикацию концентрации кислоты, но плотность раствора кислоты/воды может отличаться по другим, несвязанным причинам, что может повлиять на точность. На любое измерение плотности влияет температура, и большинство ареометров откалиброваны для правильного считывания только при нормальной рабочей температуре 77 F. Например: при температуре электролита 125 F (максимум для работы от батареи) ареометр показывает на 16 пунктов меньше; при 26 F значение составляет 16 баллов.

Метод ареометра также предполагает, что мы измеряем плотность только чистой серной кислоты в чистой воде. Все остальное, растворенное в электролите, увеличит общую плотность и даст ложные показания.

Если аккумулятор только что залили водой, не ждите точных показаний ареометра до тех пор, пока аккумулятор не будет заряжен. Зарядка взбудоражит электролит и смешает его с водой. В противном случае чистая вода с более низкой плотностью будет плавать поверх остального электролита, и ваш ареометр сможет взять пробу только этой части.

Показания ареометра во время зарядки отстают от фактического уровня заряда батареи. Только когда аккумулятор подходит к концу своего 8-часового заряда, ареометр дает хорошее представление о состоянии аккумулятора. Аккумуляторы, которые неоднократно переполнялись из-за переполнения водой, имеют тенденцию иметь ослабленный, разбавленный электролит из-за потери серной кислоты. (Если перелива не происходит, при нормальном использовании в виде пара выходит только чистая вода и потери кислоты минимальны). Показания ареометра плохо разбавленного электролита не являются полезным индикатором состояния батареи.

Старый аккумулятор с признаками перелива кислоты (сильная коррозия, отложения в салоне автомобиля) должен обслуживаться специалистом по аккумуляторам, который может определить степень разбавления электролита и довести концентрацию до исходных значений. Как только это будет сделано, показания ареометра станут надежным показателем состояния заряда и общего состояния батареи.

Выбор и использование

Доступны несколько типов ареометров для свинцово-кислотных аккумуляторов, и даже те, которые предназначены для использования с аккумуляторами с автоматическим запуском, подходят и для промышленных аккумуляторов. Лучше всего использовать ареометр, который показывает числовое значение удельного веса. Типичный диапазон значений: от 1.100 до более 1. 300 (для облегчения чтения десятичная точка обычно не ставится на шкале, например: от 1100 до 1300)

Цифры, показанные ареометром, представляют собой значения удельного веса или плотности жидкости по сравнению с плотностью воды, удельный вес которой равен 1.000. Электролит в светодиодно-кислотном аккумуляторе имеет самую высокую концентрацию серной кислоты, когда аккумулятор полностью заряжен. Типичное значение полного заряда промышленной батареи составляет 1,275, но многие батареи работают с более сильным электролитом. Проверьте данные производителя для каждой батареи, чтобы проверить рекомендуемое значение удельного веса при полной зарядке — оно может достигать 1300 и более. Свинцово-кислотная батарея готова к перезарядке, когда она достигает точки разрядки 80%, на что указывают показания ареометра примерно между 1,140 и 1,180. Работа от батарей ниже 1.120 не рекомендуется.

Лучшее время для использования ареометра для обнаружения проблемных элементов в проблемном аккумуляторе — это время проблем: в то время в течение смены, когда производительность погрузчика начинает падать. Плохие элементы обычно выделяются гораздо более низкими показаниями удельного веса, чем остальные, после использования, даже если эти же элементы имели приемлемые показания, когда батарея была полностью заряжена.

Полностью заряженный аккумулятор с хорошо смешанным электролитом должен показывать показания ареометра на всех элементах в пределах 25 пунктов друг от друга. Если после уравнительного (длительного) заряда несоответствие, превышающее это значение, сохраняется, батарею должен проверить опытный специалист по батареям.

Советы по правильному использованию ареометра

1) Измерьте более одной ячейки при проверке уровня заряда

2) Не ожидайте точных показаний сразу после орошения батареи

3) Температура батареи влияет на точность показаний— электролит должен иметь нормальную комнатную температуру

4) Надевайте защитные очки, когда наклоняетесь над батареей

5) Остатки электролита, оставшиеся в ареометре, вызывают коррозию — промойте и храните ареометр в кислотостойком контейнере.

Как химический состав батареи определяет производительность

Хорошо спроектированные батареи обеспечивают эффективное, надежное и безопасное питание вашего оборудования в течение длительного срока службы. Чтобы достичь этой комбинации идеалов, инженеры оценивают определенные параметры конструкции, включая требуемое напряжение и мощность, продолжительность рабочего цикла, температурные условия, цену и многое другое, чтобы определить свой выбор конструкции.

Химический состав аккумуляторов, возможно, является наиболее фундаментальным выбором при проектировании. По своей сути все батареи представляют собой удобно упакованные электрохимические реакции. Способность батареи накапливать и разряжать электричество напрямую зависит от типа химической реакции.

В этой статье мы подробно рассмотрим, как химия влияет на производительность. Затем мы рассмотрим свойства некоторых распространенных химических веществ.

Для разработка, тестирование и производство нестандартного аккумуляторного блока выберите Ave. Мы создадим аккумуляторные блоки, идеально подходящие для вашего конкретного применения. Свяжитесь с нами по телефону для получения дополнительной информации о процессе или запросите предложение сегодня .

Аккумуляторная батарея состоит из одного или нескольких упакованных аккумуляторных модулей. Батарейный модуль состоит из гальванических элементов, расположенных параллельно или последовательно. Электрохимический элемент, также называемый гальваническим элементом, состоит из трех основных частей: анода , катода и электролита . Вместе анод, катод и электролит обеспечивают произойдет реакция окисления/восстановления .

Реакции окисления/восстановления основаны на потоке электронов . Когда железо окисляется, атомы железа отдают электроны, а молекулы кислорода приобретают электроны. Разница между ржавым куском металла и батареей заключается в разделении этих двух событий. Это заставляет электроны течь по цепи, чтобы завершить реакцию. При разряде анод теряет электроны, а катод их приобретает. Электролит способствует этим реакциям и позволяет ионам существовать в растворе.

Во время разрядки батареи анод окисляется и отдает электроны. Электроны текут по цепи к катоду, вызывая реакцию восстановления. Электролит обеспечивает обмен ионами. При зарядке аккумулятора процесс обратный. Состав анода, катода и электролита изменяет многие свойства батареи.

Вот некоторые электрические свойства, которые зависят от химического состава батареи:

Напряжение элемента

Все гальванические элементы одного химического состава производят одинаковое номинальное напряжение . Это связано с тем, что напряжение напрямую связано с благоприятностью реакции окисления/восстановления. Более благоприятные реакции производят более высокие напряжения. Например, литий-ионные аккумуляторы имеют номинальное напряжение около 3,6 В.

Плотность энергии

Напряжение — не единственный показатель ценности батареи. Вы можете получить любое необходимое вам напряжение и ток при правильном расположении ячеек последовательно и параллельно. В зависимости от ваших потребностей, это может быть тяжелым, громоздким и дорогим. Плотность энергии измеряет энергию, запасенную батареей, по отношению к ее размеру. Гравиметрическая плотность энергии измеряется в ватт-часах на килограмм (Втч/кг).

Перезаряжаемость

Общеизвестно, что химические реакции протекают в двух направлениях. Вы можете начать с реагентов и получить продукты или использовать продукты для повторного получения реагентов. Если вы примените обратное напряжение и ток, вы можете заставить анод принимать электроны, а катод отдавать их, перезаряжая батарею — по крайней мере, в теории. На практике отменить некоторые реакции может быть чрезвычайно сложно. Первичные элементы — это батареи, химический состав которых делает их перезарядку неэкономичной или небезопасной. Это одноразовые батарейки. Вторичные элементы , также известные как перезаряжаемые батареи, основаны на легко обратимой электрохимии. В этой статье мы сосредоточимся на химии вторичных клеток.

Саморазряд и срок службы

В идеальном мире мы могли бы заряжать и разряжать батареи снова и снова без потери производительности или оставлять их на полке на месяцы без потери заряда. В реальном мире гальванические элементы страдают от нежелательных химических реакций. Пока батарея лежит на полке, происходят спонтанные химические реакции, которые истощают заряд батареи. это называется саморазряд .

Аналогичным образом, когда батарея заряжается и разряжается, происходят нежелательные химические реакции, которые снижают способность батареи накапливать электричество. Количество циклов, которое батарея может использовать до того, как она перестанет работать должным образом, составляет циклов жизни .

Как скорость саморазряда, так и продолжительность срока службы зависят от химического состава батареи. Однако они также зависят от условий использования и хранения.

Экономика, окружающая среда и безопасность

Наконец, примите во внимание экологические и экономические соображения. Некоторые химические вещества для аккумуляторов просто дороже других. Литий-ионные элементы популярны и не зря, но нехватка металлического лития делает их дорогими.

В своих экономических расчетах также следует учитывать вопросы охраны окружающей среды и безопасности. Некоторые химические вещества аккумуляторов очень токсичны или вызывают коррозию, что может осложнить утилизацию.

Будучи доступными и проверенными, химические вещества на основе никеля имеют множество применений. В этой статье мы сосредоточимся на трех основных химических соединениях никеля: никель-кадмий, никель-металлогидрид и никель-железо. Химия никель-цинк и никель-водород также существуют, хотя они нашли меньшее применение. Никель-водородные батареи особенно широко используются на спутниках из-за их широкого диапазона допустимых температур.

Никель-кадмиевые

Никель-кадмиевые (NiCd) батареи прочные, эластичные и обеспечивают длительный срок службы. Их напряжение также очень стабильно, настолько, что состояние заряда нельзя определить по падению напряжения, как у других аккумуляторов. NiCd элементы можно заряжать очень быстро без ущерба для безопасности. Наконец, никель-кадмиевые аккумуляторы являются одними из самых доступных вторичных аккумуляторов на рынке.

Однако никель-кадмиевые аккумуляторы имеют некоторые недостатки. Во-первых, хотя они превосходят свинцово-кислотные батареи по плотности энергии, они работают хуже, чем другие современные химические батареи. Во-вторых, они испытывают высокие скорости саморазряда .

В NiCd батареях наблюдается интересное, но неудобное явление: эффект памяти . Эффект памяти заключается в том, что со стороны никель-кадмиевые батареи «вспоминают», насколько глубоко они были разряжены в прошлом, и обеспечивают только такую ​​глубину разряда в будущих циклах. Это вызвано накоплением кристаллов соли, которые блокируют электрод.

Образование кристаллов вызывает эффект памяти. Наросты кристаллов блокируют активную часть анода. Верхнее изображение показывает нормальное образование кристаллов на аноде. На нижнем изображении видны крупные обструктивные кристаллы. Источник: Aero Electric

Наконец, и это, пожалуй, самое главное, никель-кадмиевые элементы представляют опасность для окружающей среды. Кадмий очень токсичен, а электролитом является гидроксид калия, очень сильное основание. Эти опасности затрудняют правильную утилизацию NiCd элементов. Хотя NiCd-элементы иногда считаются устаревшими, они по-прежнему используются в нишевых приложениях, таких как авиация.

Check out these nickel-cadmium battery specifications:

• Nominal cell voltage : 1.2 V
• Energy density : ~45-80 Wh/kg
• Anode : Nickel hydroxide
• Cathode : Гидроксид кадмия
• Электролит : гидроксид калия
• Самостоятельный разряд : ~ 10%
• Опасности окружающей среды : токсичный, коррозивный

Никлевая гидрийс.0013

Никель-металлогидридные (NiMH) элементы представляют собой более современную версию NiCd элементов. На первый взгляд, элементы NiMH все еще очень похожи на элементы NiCd — в них по-прежнему используется щелочной электролит, такой как гидроксид калия, а в качестве катода по-прежнему используется гидроксид никеля.

Основное отличие состоит в том, что в ячейках NiMH токсичный кадмий заменен на более эффективные аноды. Точный состав варьируется — отсюда и использование слова «металл», — но все аноды представляют собой сплавы редкоземельных металлов. Такая замена увеличивает стоимость, но делает их более экологичными и обеспечивает более высокая емкость , уменьшает эффект памяти , а снижает чувствительность к температуре .

Проверьте эти спецификации батареи никель-кадмия:

• 1,2 В
• ~ 60-120 Вт/кг
• 20% за 24 часа, затем 10% в месяц

Никель-железо

Никель-железные элементы встречаются редко, возможно, из-за их высокой цены, низкой плотности энергии и высокого саморазряда. Тем не менее, они эластичны, долговечны и устойчивы к высоким температурам.

Проверьте эти спецификации никеля-железа батареи:

• Номинальное напряжение ячейки : ~ 1,2 В
• Энергетическая плотность : ~ 50 WH/кг
• Anode : железо
• Cathode : Nickel Nickel. гидроксид
• Электролит : Гидроксид калия
• Саморазряд : 20-30% в месяц
• Опасность для окружающей среды : Коррозийные

9011 кислотные1 дешевые и надежные свинцово-кислотные батареи

• 014

  Свинцово-кислотные аккумуляторы — рабочие лошадки. Эти прочные и надежные батареи обеспечивают питание по низкой цене и имеют низкий уровень саморазряда. Помимо экологических проблем, связанных со свинцовыми и сильнокислотными электролитами, основными недостатками свинцово-кислотных аккумуляторов являются вес и низкая плотность энергии. Это делает их идеальными для ситуаций, когда вес не имеет большого значения, например, автомобили, тележки для гольфа, вилочные погрузчики и источники бесперебойного питания.

  Химический состав свинцово-кислотных аккумуляторов различается. Свинец составляет большую часть анода в виде сетки. Однако свинец слишком мягок, чтобы выдерживать собственный вес, поэтому для улучшения структурной целостности и электрохимических свойств используются такие металлы, как сурьма, кальций, олово или селен.

  Проверьте эти спецификации батареи в свинцовом кислоте:

  • Номинальное напряжение ячейки : ~ 2 В
  • Плотность энергии : 30-50 Вт/кг
  • Анод : свинец (с другими)
  • Катод : диоксид свинца
  • Электролит : серная кислота
  • Самостоятельный разряд : 5% в месяц
  • Экологическая опасность : Токсичный, коррозное
  Lithim-Ion Chemist технология

  Сегодня литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы являются самой популярной вещью в области хранения энергии. Они обеспечивают высокую плотность энергии и при этом остаются легкими, что делает их востребованными для телефонов, компьютеров, электромобилей и многого другого.

  В литий-ионных батареях фактически не используется чистый металлический литий. Как и натрий, литий обладает высокой реакционной способностью, и ранние литий-металлические батареи были склонны к возгоранию и взрыву — знакомая проблема для литиевых батарей.

  Вместо этого литий-ионные аккумуляторы имеют катоды из ионных соединений лития. Существует несколько химических катодов, включая оксид лития-кобальта (LiCoO2), фосфат лития-железа (LiFePO4), оксид лития-марганца (LiMn2O4) и оксид лития-никель-марганца-кобальта (LiNiMnCoO2).

  Аноды для литий-ионных аккумуляторов состоят из пористого материала, такого как графит, который связывает ионы лития и высвобождает их в электролит во время разрядки аккумулятора. Силиконовые аноды также являются перспективными анодными материалами. В будущем графен (листы углерода толщиной в один атом) может использоваться в качестве анодов.

  В качестве электролитов в литий-ионных элементах используются соли лития, растворенные в (воспламеняющихся) органических соединениях. Твердые керамические электролиты могут предложить многообещающую альтернативу.

  У литий-ионной химии есть два основных недостатка: стоит и хрупкость . Литий может быть дорогостоящим, а добыча лития является интенсивным и вредным для окружающей среды процессом. Однако такие металлы, как кобальт, используемые в литий-ионной химии, повышают цены на аккумуляторы не меньше, а то и больше, чем одноименный литий.

  Помимо дороговизны, литий-ионные аккумуляторы требуют особых условий эксплуатации, поскольку они чувствительны к перезарядке и быстрому разряду. Литий-ионные аккумуляторы приобрели репутацию огневых или взрывоопасных отказов . Благодаря правильному проектированию и тестированию, защите цепи, правильному использованию и предотвращению повреждений этих проблем можно избежать. Но факт остается фактом: литий-ионные аккумуляторы хрупкие.

  В этом видео из EE World Online показано, что происходит, когда вы удаляете защитные схемы и игнорируете рекомендации по безопасности для литий-ионных аккумуляторов:

  Ознакомьтесь со следующими характеристиками литий-ионных аккумуляторов:

  • Номинальное напряжение элемента : 3,6 В
  • Плотность энергии : 110-265 Втч/кг
  • Анод : углерод, кремний, другие
  • Катод : соединения лития
  • Электролит : соли лития в органических растворителях0010
  • Саморазряд : от 0,35% до 2,5% в месяц
  • Опасность для окружающей среды : Горючий органический электролит элементов в систему управления температурным режимом, многие факторы определяют производительность аккумуляторной батареи. Химический состав батареи является фундаментальным выбором при проектировании и выборе батареи.

    Состав анода, катода и электролита определяет напряжение батареи, плотность энергии, саморазряд, срок службы и многое другое. Конечно, химический состав батареи сложным образом взаимодействует с другими переменными. Посетите наш блог, чтобы узнать больше о том, как температура влияет на работу батареи.[PD1]

    Конструкция аккумуляторной батареи включает в себя множество переменных, одним из которых является химический состав батареи. Наши высококвалифицированные инженеры и техники могут разработать аккумулятор, отвечающий конкретным потребностям вашего производства. Свяжитесь с нами по телефону , чтобы обсудить детали проекта, или по телефону , запросите предложение , чтобы начать разработку индивидуального аккумуляторного блока.

    Гибкие твердые электролиты на основе Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12 толщиной 20 мкм для полностью твердотельных литиевых батарей

    Легированные твердые электролиты типа граната вызывают большой интерес благодаря высокой ионной проводимости и превосходной электрохимической стабильности по отношению к металлическому литию. Однако толстый слой электролита и жесткая природа, а также плохой межфазный контакт являются огромными препятствиями для его применения в полностью твердотельных литиевых батареях. Здесь ультратонкий гибкий Li _6,4 La ₃ Zr _1,4 Ta _0,6 O ₁₂ — (ЛЛЗТО-) на основе твердого электролита с 9Содержание 0 мас.% LLZTO реализуется с помощью процедуры без растворителя. Полученная пленка на основе LLZTO толщиной 20  мкм и толщиной м демонстрирует сверхвысокую ионную проводимость 41,21 мСм при 30°C, превосходную устойчивость к окислению 4,6 В, превосходную термическую стабильность и негорючесть. Кроме того, соответствующая симметричная ячейка Li||Li может стабильно циклировать более 2000  часов с низким перенапряжением при 0,1 мА см ^-2 при 60°C. Собранный пакетный элемент Li||LiFePO ₄ со встроенным интерфейсом электролит/катод демонстрирует превосходные показатели производительности и цикличности с сохранением емкости 71,4% при 153  мА·ч г·9. 1104 -1 до 109,2 мА·ч г ^-1 при 0,1 C в течение 500 циклов при 60°C. Эта работа представляет собой многообещающую стратегию создания сверхтонкого гибкого твердого электролита для высокопроизводительных полностью твердотельных литиевых батарей.

    1. Введение

    Литий-ионные батареи являются доминирующими устройствами для хранения энергии благодаря высокой плотности энергии, низкой скорости саморазряда и экологичности. Тем не менее, плотность энергии нуждается в дальнейшем улучшении, чтобы удовлетворить растущие потребности электромобилей. Замена графитового анода металлическим литием считается перспективной стратегией [1–5]. Однако низкая циклическая стабильность, рост литиевых дендритов и риск для безопасности сдерживают разработку литий-металлических аккумуляторов из-за использования органических жидких электролитов [6–9].].

    Чтобы существенно преодолеть эти проблемы, все больше внимания привлекают полностью твердотельные литиевые батареи, в которых используются твердые электролиты, , т. е. , полимерные электролиты или неорганические керамические электролиты, что демонстрирует возможный потенциал для высокоплотных и безопасных литий-металлических батарей [ 10–16]. Однако из-за выделения кислорода из оксидного катода при высоком напряжении полимерные электролиты, как правило, разлагаются, а также ухудшаются межфазные свойства [17, 18]. В то время как для неорганических твердых электролитов толстый слой электролита, жесткая природа и плохой межфазный контакт являются большими проблемами для их практического применения [10, 19].–21].

    Приготовление твердого электролита полимер-в-керамике является одной из наиболее перспективных стратегий для решения вышеуказанных проблем за счет введения гибкого полимерного компонента при сохранении превосходной электрохимической стабильности, механического модуля и термической стабильности неорганических электролитов [22-25]. Чен и др. [26] и Huo et al. [27] продемонстрировали   мк м твердого электролита полимер-в-керамике с 80 % масс. гранатовой керамики и ~60  мк м твердого электролита полимер-в-керамике с 80 об.% Li _6,4 La ₃ Zr _1,4 Ta _0,6 O ₁₂ частицы активированы введением ПЭО полимерной матрицы соответственно. Полимерная матрица на основе ПЭО считается многообещающим кандидатом из-за превосходной межфазной совместимости с литиевым анодом [28]. Однако из-за меньшей прочности ПЭО [29] полимер-керамический твердый электролит на основе граната хрупко разрушается за счет уменьшения их толщины при высоком содержании неорганических веществ. Кроме того, традиционные полимерно-керамические твердые электролиты на основе граната часто получают методом суспензионного литья, который включает испарение массивных вредных растворителей [27, 30] и обычно претерпевает осаждение агломерированных неорганических частиц [31–33] в процессе приготовления.

    В данной работе мы разрабатываем трехмерную (3D) сшитую проводящую сеть для ультратонких и гибких Li _6,4 La ₃ Zr _1,4 Ta _0,6 O ₁₂ — на основе (LLZTO) твердый электролит с содержанием LLZTO 90  мас. %, толщиной 20  мкм мкм и сверхвысокой ионной проводимостью 41,21 мСм при 30°C. Кроме того, интегрированный интерфейс электролит/катод конструируется с помощью in situ , формирующего и отвердевающего пленки на основе LLZTO на поверхности катода, что обеспечивает плотный контакт электролит/катод. В результате родственные Li||LiFePO ₄ Пакетная ячейка демонстрирует превосходные характеристики скорости и циклическую стабильность.

    2. Материалы и методы

    2.1. Подготовка материала

    LI _6.4 LA ₃ ZR _1,4 TA _0,6 O ₁₂ (HF-KEJIN (Dynanonic) сушили при 100°C в вакуумной печи в течение 12 часов для удаления влаги и хранили в перчаточном боксе из аргона. Диглицидиловый эфир поли(этиленгликоля) (PEGDE, M _n из 500), диэтилентриамин (DETA) и диметиловый эфир полиэтиленгликоля (PEGDME, M _n из 250) были приобретены у Aladdin. Литиевые фольги толщиной 50  мкм мкм были приобретены у China Energy Lithium Co. , Ltd.

    2.2. Приготовление пленки твердого электролита

    Сначала ПЭГДЭ, ПЭГДМЭ, ДЭТА, LiTFSI и LLZTO смешивали без растворителя, и после измельчения в течение 2 ч получали пластилиновую смесь для обеспечения гомогенной смеси между большим количеством частиц LLZTO и небольшим количеством жидкого прекурсора. В частности, 90 мас.% LLZTO использовали при молярном соотношении 5 : 10 : 2 для ПЭГДЭ, ПЭГДМЭ и ДЭТА. А соотношение ЭО:Li ⁺ составляет 18 : 1. Свежеприготовленную пластилиноподобную смесь раскатывали в твердоэлектролитную предварительную пленку на основе ЛЛЗТО с контролируемой толщиной при комнатной температуре. Затем полученную препленку с твердым электролитом отверждали в вакуумной печи при 60°C в течение 1,5 ч, а затем подвергали изостатическому давлению (200 МПа) в течение 10 мин при комнатной температуре. Наконец, трехмерная пленка с ионной проводимостью на основе LLZTO толщиной 20  мкм м было получено после дальнейшего отверждения при 60°С в течение 2 ч.

    2.3. Характеристика материала

    Кристаллическая структура образца была охарактеризована с помощью рентгеноструктурного анализа (XRD, D8 Advance, Bruker) с излучением Cu Kα  нм в диапазоне 10°-80°. Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) была получена на Netzsch X70. Термогравиметрический (ТГ) анализ проводили с помощью Diamond TG/DTA при скорости нагрева 10°C мин ^-1 от 50 до 600°C в атмосфере аргона. Морфологию поверхности и поперечного сечения наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа с полевой эмиссией (FESEM, S-4800, Hitachi), а распределение элементов анализировали с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS).

    2.4. Электрохимические измерения

    Спектроскопия электрохимического импеданса (EIS), вольтамперометрия с линейной разверткой (LSV) и поляризация постоянного тока были выполнены на электрохимической станции Solartron 1470E для оценки ионной проводимости, электрохимического окна и числа переноса литий-иона пленки на основе LLZTO. соответственно. В ячейке из нержавеющей стали (НС)|пленка на основе ЛЛЗТО|СС регистрировали спектры импеданса в диапазоне частот от 1 МГц до 10 Гц и амплитуде потенциала 10 мВ. Ионная проводимость рассчитывается по уравнению , где , , и – толщина (см) электролита, полное сопротивление электролита ( Ом ) и эффективной площади контакта (см ² ) между электродами из нержавеющей стали и электролитом соответственно. Кривая LSV исследовалась через пленку на основе SS|LLZTO|Li при скорости развертки 1 мВ с ^-1 между 3 и 6 В при комнатной температуре. Для измерения импеданса переменного тока и поляризации постоянного тока была собрана симметричная ячейка Li||Li с амплитудой потенциала 10  мВ. Ионное число переноса было получено по уравнению , где , и — начальный ток, установившийся ток, начальное сопротивление переносу заряда и постоянное сопротивление переносу заряда соответственно. Ионная проводимость электролита определяется как , где , и представляют собой ионную проводимость электролита (С  см ^-1 ), эффективная площадь контакта (см ² ) между электродами СС и электролитом при оценке ионной проводимости и толщина (см) полученного электролита соответственно. Стабильность интерфейса между электролитом и металлическим литием оценивали с помощью теста EIS с использованием пленки на основе Li|LLZTO|Li-элемента при различном времени хранения при комнатной температуре. Гальваностатическое циклирование симметричной Li|пленки на основе LLZTO|Li-мешка с зачисткой и покрытием в течение 1 ч было испытано при плотности тока 0,1 мА см ^-2 до 60°C.

    LiFePO ₄ , поли(винилиденфторид) (PVDF), LiTFSI и Super P с массовым соотношением 70 : 12 : 8 : 10 были нанесены на алюминиевую фольгу с N -метил-2-пирролидон в качестве растворителя для изготовления композитного катода. Пленочный элемент на основе Li|LLZTO|LiFePO ₄ () был собран для испытания циклических характеристик аккумуляторной системы LAND CT2001A (Wuhan Rambo Testing Equipment Co, Ltd.) с гальваностатическим зарядом и разрядом между 2,6 и 3,9.В при 60°С. Массовая загрузка активного материала LiFePO ₄ составляет ~3 мг см ^-2 , а скорость тока устанавливается равной 1 мА г ^-1 .

    3. Результаты и обсуждение

    Процедура синтеза твердого электролита на основе ЛЛЗТО представлена ​​на рис. 1(а). Порошок LLZTO, диглицидиловый эфир полиэтиленгликоля (PEGDE), диэтилентриамин (DETA), бис(трифторметансульфонил)имид лития (LiTFSI) и диметиловый эфир полиэтиленгликоля (PEGDME) смешивали без растворителя с получением пластилиновой смеси с высокая пластичность (показана на видео S1). Затем свежеприготовленную пластилиноподобную смесь раскатывали в предварительную пленку с помощью процесса «рулон к рулону», который затем подвергали двухэтапной реакции термического отверждения и изостатическому давлению для получения ультратонкого (20  мкм м) гибкая трехмерная пленка на основе LLZTO с ионной проводимостью (рис. 1(b)), где содержание LLZTO достигает до 90% масс., что приводит к плотной упаковке частиц LLZTO для непрерывной ионно-литиевой проводимости. Кроме того, прочная трехмерная ионопроводящая полимерная сеть создается в результате реакции нагрева на месте для создания еще одного непрерывного проводящего пути между частицами LLZTO, что способствует прочности и гибкости. Малая толщина и высокое содержание керамики в полученной пленке LLZTO являются одними из лучших среди современных тонких оксидных пленок с твердым электролитом, описанных в литературе (рис. S1) [22, 25–27].

    Используемый порошок LLZTO гранатового типа с размером частиц 5 ~ 10  мкм мкм имеет кубическую фазовую структуру (рис. S2). Эпоксидная смола ПЭГДЭ состоит из основной цепи на основе ПЭО и двух оксирановых групп и образует прочный трехмерный полимерный каркас в результате реакции термического отверждения с отвердителем ДЭТА. Как показано на рисунке S3, полоса 912 см ^-1 , приписываемая характерному пику эпоксидной группы в ПЭГДЭ, и полоса 3270 см ^-1 -3360 см ^-1 , приписываемая колебанию N-H в ДЭТА, исчезают. после термообработки, что указывает на то, что происходит реакция между эпоксидными группами и NH. Оптическое изображение дополнительно подтверждает реакцию отверждения эпоксидной смолы PEGDE (рис. S4). Следует отметить, что оптимизированная двухстадийная реакция термоотверждения и изостатическое давление обеспечивают компактный пакет частиц LLZTO (рис. 1(c) и 1(d)) и обеспечивают полную реакцию сшивки между ДЭТА и ПЭГДЭ. Плотная упаковка частиц LLZTO и трехмерная сшитая полимерная сеть с превосходными механическими свойствами способствуют получению ультратонкой пленки на основе LLZTO. Карты EDS элемента C и La, полученные из полимерных компонентов и частиц LLZTO, демонстрируют равномерное распределение LLZTO по всему полимерному каркасу (рис. 1 (e) и 1 (f)). Для сравнения, частицы LLZTO находятся в более слабом контакте при одностадийной реакции термоотверждения без изостатического давления (рис. S5). Кроме того, PEGDME вводится для улучшения совместимости интерфейса между LLZTO и эпоксидной термореактивной смолой и соединения путей ионной проводимости на основе PEO и LLZTO. Кроме того, структура граната сохраняется в пленке на основе ЛЛЗТО после реакции отверждения эпоксидной смолы ПЭГДЭ (рис. S6).

    Благодаря трехмерной ионно-проводящей сетке пленка на основе LLZTO обладает значительной ионной проводимостью  См см ^-1 при 30°C, а расчетная энергия активации составляет 0,31 эВ (рис. 2(а)). Ионная проводимость и соответствующие графики Найквиста для пленки на основе LLZTO при различных температурах показаны в таблице S1 и на рисунке S7 соответственно. По сравнению с ионной проводимостью ионная проводимость может лучше определять ионно-транспортную способность ультратонких электролитов [34, 35]. Полученное 20  9Пленка на основе ЛЛЗТО толщиной 1102 мкм и толщиной мкм демонстрирует сверхвысокую ионную проводимость 41,21 мСм при 30°C. Кривая LSV полученной пленки на основе LLZTO была измерена с помощью Li | пленка на основе LLZTO | ячейка SS, демонстрируя широкое электрохимическое окно около 4,6   В (рис. 2 (b)) и указывая на потенциальное применение в полностью твердотельном литии. металлические батареи с различными катодными материалами. Было рассчитано, что число переноса лития (Li ⁺ ), отражающее ситуацию диффузии ионов лития в пленке на основе LLZTO, достигает 0,81 (рис. 2(c)), что способствует однородному осаждению Li [32]. Широкое электрохимическое окно и высокие (Li ⁺ ) можно отнести к внедренной керамике ЛЛЗТО с высоким содержанием одноионного проводника [36], обладающей отличной окислительной стабильностью [37] и повышающей потенциал окислительного разложения полимерного компонента за счет диполь-дипольных взаимодействий [38], а также иммобилизация частичных анионов TFSI ^— посредством кислотно-основного взаимодействия Льюиса [39]. Кроме того, временная эволюция спектров импеданса симметричной ячейки Li|LLZTO на основе пленки|Li отслеживается при комнатной температуре (рис. 2(d)). Ни объемный (), ни межфазный импеданс () значительно не увеличиваются со временем, что указывает на то, что пленка на основе LLZTO обладает превосходной стабильностью интерфейса по отношению к металлическому литию. Кривые ТГ пленки на основе ЛЛЗТО и коммерческого сепаратора ПП представлены на рис. 2(д). По сравнению с коммерческим полипропиленовым сепаратором, пленка на основе ЛЛЗТО демонстрирует выдающуюся термическую стабильность с сохранением веса 88,87% по весу до 600°C. С учетом потери массы исходных коммерческих частиц LLZTO (рис. S8) содержание LLZTO в пленке составляет до 90 мас.%. Кроме того, на рис. 2(f) показаны эксперименты по сжиганию пленки на основе ЛЛЗТО и коммерческого сепаратора из полипропилена. Как только коммерческий полипропиленовый сепаратор подвергается воздействию пламени, он сжимается и мгновенно превращается в пепел из-за плохой термической стабильности. Напротив, пленка на основе ЛЛЗТО с высоким содержанием негорючести ЛЛЗТО демонстрирует превосходную огнестойкость. Хотя полимерный компонент пленки на основе LLZTO исчезает, каркас LLZTO по-прежнему сохраняет целостность структуры во время испытания на горение, что указывает на то, что пленка на основе LLZTO эффективно снижает риск теплового разгона и повышает безопасность литиевых батарей.

    Оценены циклические характеристики пленки на основе Li|LLZTO|Li симметричной ячейки, демонстрирующей стабильность при циклировании в течение более 2000 ч при низком перенапряжении 10 мВ при 0,1 мА см ^-2 (рис. 3(а)). Стабильное перенапряжение во время циклирования также указывает на превосходную межфазную совместимость между металлическим литием и пленкой на основе LLZTO. Небольшие колебания перенапряжения в основном возникают из-за колебаний температуры измерения из-за неконтролируемых внешних факторов. Более того, симметричная ячейка на основе пленки Li|LLZTO|Li демонстрирует лишь незначительное увеличение импеданса во время циклирования (рис. S9).), что свидетельствует об отсутствии короткого замыкания в ячейке [40, 41]. На рисунке S10 дополнительно показаны изображения SEM непереработанного литиевого анода и переработанного литиевого анода соответственно. Никаких явных дефектов или дендритов не наблюдается, что свидетельствует о равномерном отложении лития во время циклов. Чтобы проверить применимость пленки на основе LLZTO в полностью твердотельном литий-металлическом аккумуляторе, в качестве катода была выбрана коммерческая орторомбическая структура оливина LiFePO ₄ с размером частиц около 1,0  мкм мкм (рис. S11 и Рисунок S12) и пленка на основе Li|LLZTO|LiFePO ₄ Ячейка с интегрированным интерфейсом электролит/катод в сборе. На рисунке 3(b) показаны циклические характеристики пленочного элемента на основе Li|LLZTO|LiFePO ₄ при 0,1 °C. Начальная удельная емкость разряда составляет 153 мА·ч g ^-1 . Провал в первые 100 циклов обусловлен вялым процессом активации [42]. После 500 циклов достигается удельная разрядная емкость 109,2 мАч г ^-1 с кулоновской эффективностью 99,88% и коэффициентом сохранения емкости 71,4%, что указывает на превосходную циклическую стабильность пленки на основе Li|LLZTO|LiFePO ₄ во время длительного процесса заряда и разряда, что может быть объяснено отличной межфазной совместимостью между литиевым анодом и пленкой на основе LLZTO, а также тесным контактом электролит/катод, обеспечиваемым стратегией in situ [43]. Соответствующие кривые заряда-разряда показаны на рисунке 3(c). На рис. 3(d) также показаны удельные разрядные емкости пленки на основе LLZTO при различных плотностях тока. Разрядная емкость пленки на основе Li|LLZTO|LiFePO ₄ ячейки достигают 151,1 и 150,4 мА ч г ^-1 при 0,1 и 0,2 C соответственно. При увеличении плотности тока до 0,5 С разрядная емкость несколько снижается до 142,4 мА ч г ^-1 . Несмотря на то, что плотность тока повышена до 1 C, пленочный элемент на основе Li|LLZTO|LiFePO ₄ по-прежнему обеспечивает разрядную емкость 101,8 мАч g ^-1 . Что еще более важно, емкость может поддерживаться на уровне 147,5 мАч g ^-1 с незначительными потерями при сбросе плотности тока до 0,1 C, что доказывает превосходные возможности ячейки. Эти результаты ясно демонстрируют применимость пленки на основе LLZTO в полностью твердотельных литий-металлических батареях, и ожидается, что полученная ультратонкая пленка на основе LLZTO позволит получить полностью твердотельные литиевые батареи с высокой плотностью энергии через , что дополнительно соответствует высоконагруженному катоду с уникальной структурой [44, 45]. Кроме того, пакетный элемент на основе пленки Li|LLZTO|LiFePO ₄ может непрерывно освещать светодиодное устройство, когда элемент сгибается, складывается и даже разрезается (рис. 3(e)), демонстрируя превосходную гибкость и безопасность LLZTO. Мешочкообразная клетка.

    4. Выводы

    Таким образом, гибкая пленка на основе ЛЛЗТО толщиной 20  мкм и толщиной м была успешно приготовлена ​​без использования растворителей. Содержание порошка ЛЛЗТО в пленке на основе ЛЛЗТО достигает 90 мас.%. Пленка на основе LLZTO демонстрирует сверхвысокую ионную проводимость 41,21  мСм при 30 °C, превосходную термическую стабильность, негорючесть и широкое электрохимическое окно, а также высокое число переноса лития 0,81. Между тем, симметричная ячейка на основе пленки Li|LLZTO|Li может стабильно работать в течение 2000  часов при 0,1 мА см ^-2 . Собранный пленочный элемент на основе Li|LLZTO|LiFePO ₄ с интегрированной конструкцией электролит/катод демонстрирует стабильную циклическую работу, демонстрируя сохранение емкости на уровне 71,4% после 500 циклов при 0,1°C. Более того, пакетный элемент на основе LLZTO обеспечивает превосходную гибкость и безопасность. Представленная сверхтонкая пленка на основе ЛЛЗТО имеет большой потенциал для практического применения в полностью твердотельных литиевых батареях.

    Доступность данных

    Все данные, представленные в статье, и вспомогательная информация доступны у соответствующего автора по обоснованному запросу.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

    Вклад авторов

    Q.Y.G., F.L.X., and L.S. в равной мере внесли свой вклад в эту работу. Q.Y.G., F.L.X. и L.S. провел эксперименты, проанализировал данные и написал первоначальный проект. С.Г.Д., З.Ю.В. и М.К.Л. оказал помощь по сбору данных и представлению рисунков. X.Y.Y. предложил и курировал проект. Цинъя Го, Фанлинь Сюй и Линь Шэнь внесли равный вклад в эту работу.

    Благодарности

    Работа выполнена при поддержке Национальной ключевой программы исследований и разработок Китая (грант № 2018YFB00), Национального фонда естественных наук Китая (гранты № U1964205, U21A2075, 51872303 и 511), Ningbo S&T Innovation 2025 Major Special Программа (№ гранта 2019B10044, 2021Z122), Ключевая программа исследований и разработок провинции Чжэцзян Китая (Грант № 2022C01072) и Ассоциация содействия инновациям молодежи CAS (Y2021080).

    Дополнительные материалы

    Рисунок S1: сравнение толщины и содержания керамики в заявленной тонкой пленке оксида с твердым электролитом. Рисунок S2: (а) СЭМ-изображение частицы LLZTO. (b) Рентгенограмма частицы LLZTO. Рисунок S3: FTIR-спектры ПЭГДЭ, ДЭТА и отвержденной эпоксидной смолы ПЭГДЭ. Рисунок S4: оптическое изображение смеси ПЭГДЭ и ДЭТА до и после термического отверждения. Рисунок S5: (a) СЭМ-изображение сверху пленки на основе LLZTO без изостатического давления. (b) СЭМ-изображение поперечного сечения и (c) соответствующее EDS-картирование элемента La пленки LLZTO без изостатического давления. Рисунок S6: Рентгенограммы пленки на основе PEGDE и LLZTO. Рисунок S7: Графики Найквиста для пленки на основе LLZTO при разных температурах. Рисунок S8: кривая TG исходных коммерческих частиц LLZTO. Рисунок S9: спектроскопия электрохимического импеданса (ЭИС) пленки на основе Li|LLZTO|Li симметричной ячейки до циклирования и после 20, 50 и 100 циклов при 0,1 мА см ^-2 при 60°C. Рисунок S10: СЭМ-изображения верхней поверхности (а) нециклированного литиевого анода и (б) циклированного литиевого анода, извлеченного из пленки на основе Li|LLZTO|Li симметричной ячейки после 100 циклов при 0,1 мА см ^-2 .

    No related posts.