Электролит повышенной плотности: Двенадцать вариантов уничтожения нового АКБ

Приведем наиболее часто встречающиеся нарушения правил эксплуатации:

1. Заряд током чрезмерно большой силы, превышающим нормальный в несколько раз. Перегрев электролита, коробление электродов, реже – разрушение сепараторов, осыпание активной массы и т.п. Это обычно происходит при форсированных режимах заряда с использованием мощных зарядных устройств, особенно в условиях неконтролируемого заряда.
2. Сульфатация на пластинах аккумулятора Повышенное напряжение в бортовой сети автомобиля приводит к систематическому перезаряду. Снижается уровень электролита, повышается его плотность. Если долить до нормального уровня электролит, а не дистиллированную воду, аккумулятор очень быстро приходит в негодность. Если ничего не доливать, то сульфатация электродов обеспечена, обнаженные элементы электродов быстро корродируют, активная масса ,особенно положительных пластин, набухает, выкрашивается, теряет механическую прочность, оплывает. Аккумулятор быстро снижает емкость, электролит становится мутным. В таких ситуациях аккумулятор может стать совершенно непригодным к эксплуатации.
3. Перегрев аккумулятора. Известно, что при повышении температуры электролита выше +35 градусов активизируются процессы износа электродов, а если температура повышается еще выше, то ресурс аккумулятора сокращается катастрофически быстро. Эта ситуация нередка, например когда оставили автомобиль на солнце под тентом темного цвета.
4. Загрязнение электролита. Аккумулятор необходимо протирать чистой мягкой тряпкой, смоченной в нашатырном спирте или растворе кальцинированной соды. Если хотя бы очень небольшая часть загрязняющих веществ попадает в электролит – аккумулятор обречен.
5. Добавление в электролит недистиллированной воды. Это довольно частая ситуация когда нет под рукой качественной дистиллированной воды, и доливают в электролит просто чистую воду. Электроды выходят из строя, а аккумулятор идет на склад вторсырья.
6. Еще быстрее выходит из строя новая батарея, если для нее приготовить электролит на основе технической серной кислоты.
7. Короткое замыкание может вывести АКБ моментально. Чаще всего это происходит при неосторожном обращении с инструментом вблизи батареи, или в результате повреждения изоляции силового кабеля.
8. Пониженное напряжение бортовой сети – весьма распространенная ситуация. Аккумуляторная батарея хронически разряжена, понижена плотность электролита. Нередки случаи запредельных разрядов, например, после пуска двигателя стартером. Снижаются основные энергетические характеристики батареи, особенно в зимний период. Систематический недозаряд может привести к переполюсовке аккумулятора при эксплуатации.
9. Размораживание аккумуляторной батареи. Моноблок лопается, электролит вытекает после оттаивания. Это происходит в сильные морозы при снижении плотности электролита ниже допустимых значений. Обычно такое происходит, если долить дистиллированную воду в электролит и не принять ни каких мер для того, чтобы она перемешалась с электролитом, или после нескольких безуспешных попыток пуска стартером холодного двигателя, оставив на морозе глубоко разряженный АКБ.
10. Применение мощного пускового устройства. Если применять мощный неспециализированный источник тока для пуска холодного двигателя, то можно моментально “взорвать” аккумуляторную батарею. При подключении этого устройства к батарее сила тока заряда может быть настолько большой, что электролит бурно вскипает, и вентиляционные отверстия не в состоянии сбросить выделяющиеся газы.
11. Запредельный разряд стартерными токами. Часто при затруднённом пуске двигателя аккумулятор разряжают до такой степени, что якорь стартера перестает проворачиваться. Такие глубокие разряды приводят к тому, что пластины очень быстро коробятся, осыпаются, и батарея выходит из строя.
12. Повышенная плотность электролита. По разным причинам в аккумуляторе расходуется вода, понижается уровень и повышается плотность электролита, и если не доливать дистиллированную воду аккумулятор разрушится.

Эта статья прочитана 5100 раз(а)!

Продолжить чтение

• 63

  Эксплуатационный ресурс герметичных свинцовых аккумуляторных батарей в составе электронного оборудования Мерунко Александр Анатольевич Технический директор ООО «Диск», г. Томск В настоящее время на потребительском рынке вторичных источников тока лидирующее положения (вследствие относительно низкой стоимости) занимают герметичные свинцовые аккумуляторные батареи. Их применяют…

• 59

  Типы и основные параметры щелочных аккумуляторов и батарей В системах автономного и резервного электропитания применяются различные типы аккумуляторных батарей. В настоящее время наиболее распространены свинцово-кислотные АКБ различных типов — герметизированные AGM, гелевые, OPz и с жидким электролитом (в основном, тяговые).…

• 57

  Как правильно заменять аккумуляторные батареи, какое напряжение выдают аккумуляторы, что такое гелевый аккумулятор, в чем преимущества литиевых аккумуляторов, как соединять аккумуляторы параллельно и последовательно для увеличения емкости и напряжения — ответы на эти и другие часто задаваемые вопросы вы получите…

• 56

  Типы аккумуляторных батарей и области их применения В этой заметке содержатся общие советы по выбору аккумуляторов для систем с возобновляемыми источниками энергии.
  В заметке затронуты 3 основные технологии: литий-ионные, никель-металл-гидридные и свинцово-кислотные (AGM, или Gel). Мы постараемся избегать формул и…

• 53

  СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ ДЛЯ СТАЦИОНАРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ СВЯЗИ О. Чекстер, И. Джосан Источник: Технологии и средства связи № 2, 2004 При организации электропитания аппаратуры связи широкое применение находят аккумуляторные установки: их применяют для обеспечения бесперебойности и надлежащего качества электропитания оборудования связи, в…

• 51

  Применение и эксплуатация кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторов Автор: Журавлев О. В. В статье рассмотрены вопросы применения и эксплуатации кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторных батарей, наиболее широко используемых для резервирования аппаратуры охранно-пожарной сигнализации (ОПС) Появившиеся на российском рынке в начале 90-х годов кислотно-свинцовые герметичные…

Google рекомендует

Реклама

Уровень электролита в аккумуляторе — Автомобили

11 часов назад, Aleksss100 сказал:

Будем считать свежий.

11 часов назад, Aleksss100 сказал:

11 часов назад, Виталий Донецк сказал:

Это не норма. Норма 1.27.

Для новой?

Не имеет разницы, новая/старая. Плотность выбирается из условий окружающей температуры. 

11 часов назад, Aleksss100 сказал:

Зима меня не интересует.

Тогда в принципе можно обойтись плотностью 1.25

Но нужно знать, как правильно её достигнуть.

10 часов назад, Dark horse & Co сказал:

Для некоторых владельцев очень критичен . 

А я себе специально весной доливал водичку как можно выше. Разбавлял скажем так на лето.

10 часов назад, Aleksss100 сказал:

Ведь откачивая электролит (кислота+вода) автоматически уменьшается и количество кислоты в этой самой банке? Или я не прав?

Вы пьёте чай. Определённая степень сладости. При выпивании, количество чая уменьшается, но чай не становится слаще или преснее )

8 минут назад, m.nekto сказал:

Лишнее выплеснется в процессе эксплуатации и что-то разъест

Смотря сколько вбухать )

9 минут назад, m.nekto сказал:

На чёрных под пробкой выступ обозначающий верхний уровень.

Это который как крючёк выглядит? А что будет, если на 3-5-8мм выше него налить?

Корректировка плотности электролита — Справочник химика 21

    Аноды из никеля в пирофосфатном электролите пассивируются уже при низких плотностях тока и поэтому они не пригодны. Можно применять аноды из олова при анодной плотности тока 1>а до 2 а/дм с периодической корректировкой электролита по никелю или аноды из термического сплава при >а до 3 а/дм . Свойства осадков сплава 5п—Ni из пирофосфатного электролита мало отличаются от осадков, полученных из хлорид-фторидного электролита.  [c.207]

    Электролитический способ снятия олова с жестяных отходов получил наиболее широкое применение, особенно в небольших установках при консервных заводах для переработки обрезков белой жести (до 30% производства банок). В кислых растворах железо на аноде растворяется вместе с оловом этого можно почти полностью избежать, если ввести в раствор серной кислоты сильный окислитель, например, хромовый ангидрид, тогда можно получать довольно чистое олово иа катоде с плотностью тока до 1000 а м однако кислый электролит требует частой корректировки, приготовление его сложно, аппаратура должна быть кислотостойкой. Повсеместное применение получили щелочные электролиты, позволяющие анодно растворять только олово и пассивировать железо. [c.225]

    Важнейшими неполадками при хромировании являются неравномерное покрытие — от неравномерной плотности тока пригорелые или матовые осадки — от повышенной плотности тока при данной температуре темные полосы — от недостатка серной кислоты и от частиц шлама темные осадки — от избытка трехвалентных ионов и от низкой температуры отслаивание— от плохого обезжиривания, плохого подслоя никеля, несоответствия температуры и плотности тока наросты, бугры и углубления на толстых осадках хрома — от загрязнений в электролите и т. д. Хромовый электролит требует постоянного контроля и корректировки. [c.354]

    Сю ДО напряжения 1,8 в, электролит удаляется и аккумулятор доверху заполняется дистиллированной водой. Через 3—4 ч вода удаляется, аккумулятор заливается электролитом с удельным весом 1,24 и заряжается до постоянства напряжения на аккумуляторе и плотности электролита. После заряда плотность электролита корректируется. Если она меньше 1,215, корректировка производится раствором серной кислоты с удельным весом 1,3. Для этого резиновой грушей отбирается часть электролита и вместо него вводится в аккумулятор указанный раствор. После этого для перемешивания электролита заряд продолжается еше 2 ч. [c.223]

    Аммиакатные (хлористые) электролиты стали применять сравнительно недавно. Эти электролиты имеют простой состав, устойчивы в работе, не требуют частой корректировки. По рассеивающей способности они подобны цинкатным и, так же как последние, применяются для замены ядовитых цианистых растворов при покрытии не очень рельефных деталей. Выход металла по току высокий и в рабочем интервале плотностей тока приближается к теоретическому. Электролиты хорошо работают при 35—40 °С. В хлор-аммиакатном электролите цинк находится в виде комплексной соли состава [2п(КНз)4]С12, которая диссоциирует с образованием комплексного катиона  [c.25]

    К недостаткам цианистых электролитов относятся ядовитость и неустойчивость состава вследствие взаимодействия цианида натрия (калия) с СО2 из воздуха и выделения циановодорода необходимость постоянной корректировки электролита по цианиду натрия (калия) меньшая допустимая катодная плотность тока и более низкий выход по току, чем в кислом электролите склонность анодов к пассивированию.  [c.35]

    С повышением концентрации марганца в электролите до 40 г/л увеличивается его содержание в сплаве. Дальнейший рост концентрации соли марганца неблагоприятно сказывается на процессе электролиза, что объясняется значительной окисляемостью марганца на аноде. Последнее приводит к оседанию образующихся окис-ных соединений марганца на поверхности анода и ее пассированию. Отрицательным следствием этого процесса является непроизводительное снижение концентрации марганца в электролите, вызывающее необходимость частой корректировки последнего и зачистку анодов. За 12 часов работы количество марганца в электролите при исходном значении 30 г л и плотности загрузки 0,3 дм л [c.110]

    С целью поддержания постоянной концентрации металла в электролите часть цинковых анодов рекомендуется заменить стальными. Плотность тока в этом случае подбирают такой, чтобы происходила пассивация только цинковых анодов, но не стальных. При этом распределение тока должно быть пропорционально их переходным сопротивлениям. Регулируя соотношение анодных площадей цинка и стали, можно добиться полного соответствия между анодным и катодным выходами по току и предотвратить накопление цинка в растворе. Оптимальная поверхность стальных анодов составляет 30—50% цинковых катодная плотность тока 4—8 А/дм . При необходимости более точного регулирования растворения цинковых анодов применяют анодные штанги с раздельными цепями питания, снабженными реостатом и амперметром. Цепь стальных анодов дополнительно обеспечивается прерывателем для отключения во время перерывов в работе. В противном случае образующаяся гальваническая пара Ре—2п способствует интенсивному растворению последнего. Изменяя сопротивление в анодной цепи, можно с большой точностью регулировать концентрацию ионов цинка в растворе, а своевременной корректировкой раствора по другим компонентам и тщательной очисткой от примесей создать условия, когда цинковые электролиты будут работать годами, не требуя замены. [c.88]

    Так как в электролите содержится шестивалентный хром, выделению железа предшествует восстановление хрома до трехвалентного. Оптимальными условиями восстановления являются плотность электролита 1,7, температура 20—25° С, плотность тока катодная 0,5 А/дм , анодная 2—5 А/дм [19, 63] (табл. 4). Катодом служит свинцовая пластина анодное пространство отделяется свинцовыми дырчатыми сосудами, заключенными в стеклоткань, или керамическими пластинами. Процесс выделения железа целесообразно начинать при плотности электролита 1,7. Остаточная концентрация железа 1,0—1,5% (в пересчете на РегОз). После этого производится анодное окисление трехвалентного хрома и корректировка кислот до рабочих концентраций. [c.93]

    После растворения электролит готов к эксплуатации без введения каких-либо добавок. Электролит допускает колебания концентрации серебра в пересчете на металл от 6 до 40 г л. Рабочая температура электролита 15—25°С. Осаждение серебра ведут при плотности тока = 0,2- -h0,3 а/дм . Перемешивание электролита не рекомендуется. Аноды серебряные. Выход по току т] = 100%. Электролит обладает высокой рассеивающей способностью и позволяет получать мелкокристаллические и хорошо полирующиеся покрытия. Корректировка электролита состоит в приливании сульфита натрия или в добавлении свеже-осажденного сульфита серебра. Осаждение серебра из этого электролита на детали из меди и ее сплавов требует предварительной подготовки поверхности, заключающейся либо в амальгамировании, либо в контактном серебрении. [c.29]

    К недостаткам цианидных электролитов относятся токсичность и неустойчивость состава вследствие взаимодействия цианида натрия (калия) с СО2 воздуха и выделения циановодо-рода необходимость частой корректировки электролита по цианиду натрия (калия) меньшая допустимая катодная плотность тока н более низкий выход по току, чем в кислом электролите склонност ) анодов к пассивации. В цианидных электролитах необходим избыток свободного цианида натрия (калия) для обеспечения устойчивости комплексного соединения, улучшения структуры осадков, увеличения рассеивающей способности электролита и устранения пассивации анодов. Однако большой избыток цианида допускать не следует, так как резко снижается катодный выход но току меди. В качестве активатора анодов в электролит вводят согнетову соль и роданиды. [c.33]

    Эфирногидридный электролит — основной неводный электролит алюминирования промышленного масштаба. Исходный вариант его был предложен и разработан А. Бреннером [702, 282, 764, 767] под названием ИБС (национальное бюро стандартов США). Состав эфирногидридного электролита следующий хлорид алюминия (1—4М), гидрид лития (0,5—1,0 М) или смешанный литиевоалюминиевый гидрид (0,1 —0,4 М), абсолютированный диэтиловый эфир. Ванну на основе электролита НБС обычно герметизируют сухим азотом или аргоном, рабочая температура — комнатная. Электроосаждение проведено на самые различные подложки от активных металлов (уран) до инертных конструкционных материалов (стали, латуни, медь, серебро), аноды — алюминиевые. В интервале плотностей тока до 0,1—0,15 А/см с 90—100 %-ным выходом катодно осаждается мелкокристаллический плотный эластичный осадок алюминия, при этом могут быть получены гальвано-пластические слои до 2—5 мм. Осадок алюминия содержит лишь следы тяжелых металлов. Процесс электроосаждення включает приемы, обеспечивающие выравнивание поверхности покрытия проточный, равномерно омывающий рабочий электрод электролит медленное вращение катода непрерывное фильтрование электролита и др. При тщательной герметизации, строгом соблюдении условий электролиза и корректировки ванна может работать непрерывно в течение 18 месяцев. Основным недостатком ванны на основе НБС является высокая летучесть и легкая воспламеняемость. [c.149]

    Химически чистый КС1 обезвоживают в муфельной печи при температуре 350—400° С. Состав расплава 30—70 /о КС1, 10—30% K2Zrp6, 20—40% KF. Температура электролиза 750 — 800° С, катодная плотность тока 0,3—0,5 а/см , выход по току 50—60%. Продолжительность наращивания катодной груши 2—2,5 ч. В процессе электролиза для корректировки состава электролита в ванну вносят 20 г K2ZrFe и 25 г КС1 на каждые 10 а-ч, пропущенные через электролит. В открытых электролизерах чистота металла не превышает 0,3—0,4% по кислороду и 0,01 % по азоту, а в герметичных электролизерах с защитной атмосферой содержание кислорода 0,06 /о, азота 0,003%. Катодный осадок содержит 307о металла и электролит. [c.301]

    Впервые о возможности получения сплавов d—Ti я Zn—Ti из цианистых электролитов было сообщено в [77]. В [78] описан технологический процесс электроосаждения сплава d—Ti на детали самолетов из высокопрочных сталей 4340, применяемый на заводах фирмы Боинг . Растворимую соль титана получали следующим образом. Фирменная титановая паста, содержащая 15% титана, наносилась на фильтровальную ткань. Затем паста растворялась с помощью перекиси водорода и через фильтровальную ткань переводилась в цианистую ванну кадмирования ( d 21—26 г/л, Na N 97—128 г/л, NaOH 15—19 г/л, Nas Os 37,5 г/л). Из-за нестабильности перекисных титановых соединений содержание титана в ванне должно постоянно корректироваться. Корректировка производилась при непрерывном растворении и фильтрации титана через фильтровальную ткань также с помощью перекиси водорода. Содержание титана в электролите составляло 0,24—0,41 г/л. На изделие вначале наносится тонкая пленка сплава в течение 15 сек. при повышенной плотности тока 4,3—4,8 а/дм . Затем электролиз ведут при обычной плотности тока 1,6—3,2 а/дм . Содержание титана в осадке составляет обычно 0,1—0,5%. Указывается, что после осаждения такого покрытия толщиной 12,5 мк для восстановления механических свойств изделий требовалось всего 2 часа прогрева при температуре 190° по сравнению с обычными 24 часами. Для надежности на производстве прогрев производили в течение 12 час. По мнению авторов, снижение наводороживания стали при электроосаждении сплава d—Ti объясняется, во-первых, тем, что титан сам поглощает значительные количества водорода, и, во-вторых, частич- [c. 204]

    К электролитам предъявляются требования высокая рассеивающая способность, возможность работать с большими плотностями тока и получение металла с высокими механическими свойствами (например, для использования в качестве матриц при прессовании). Для осаждения меди применяют, например, интенсивно работающий электролит, состоящий из 240—260 г uS04 5h30, 60—70 г h3SO1 и 0,2, г сульфированного антрацена в 1 л при плотностях тока 4—10 а/дм , температуре 37—39° и при перемешивании сжатым воздухом, направленным на катод. Аноды — из электролитной меди, однако для корректировки электролита вводят, кроме того, нерастворимые свинцовые аноды и изменяют их площадь по мере надобности. Часто применяют вращающиеся катоды. [c.384]

    В электролите химического никелирования, содержащего первоначально сульфат никеля (СН) N 504 х х7НаО 20 г/л (Сен) и гипофосфит натрия (ГФ) НаНаРОаХ хНаО—10 г/л (Сгф), никелируются детали на толщину покрытия 6 = 12 мкм при плотности загрузки деталей 5 = 1,5 дм л. Покрытие содержит / Ы1 —92 вес.% никеля и рр = 9% фосфора и имеет плотность = 7,9 г/см . Коэффициент использования гипофосфита при химических превращениях составляет К г 1 = 42%. После каждого цикла покрытия раствор корректируется химикатами до начального содержания. Такую корректировку проводят до тех пор, пока концентрация фосфита НаНзРОз не достигнет максимально допустимой величины Сф = 60 г/л. Механические потери раствора при уносе с деталями, в вентиляцию и при корректировке составляют р = = 0,20 л на 1 м никелируемых деталей. Какое количество циклов никелирования можно провести в таком электролите Каковы общие коэффициенты использования сульфата никеля и гипофосфита натрия (см. задачу 234)  [c.186]

    Корректировку электролита по электропроводности производят хромовым ангидридом, концентрацию которого допускается доводить до 250 г л. При введении в электролит борной кислоты оксидная пленка приобретает красивый серо-голубой цвет и приобретает сходство с эмалированной поверхностью, вследствие чего процесс получил наименование эмати ирования. Для этой цели применяется электролит, содержащий 28—32 г/л хромового ангидрида и 1—2 г/л борной кислоты. Рабочая температура 45 3° С, плотность тока Da = 1 а дм , выдержка 50—60 мин. [c.179]

    Сурьмяновиннокислый калий готовят путем растворения окиси сурьмы ЗЬаОз в винной кислоте с последующей нейтрализацией едким кали. Корректировку pH производят соляной кислотой. Электролит требует предварительной проработки в течение 10—20 ч при плотности тока 0,25 а дм . Отношение площади анодов к покрываемой поверхности следует поддерживать равным 4 1. Толщину слоя сурьмы можно доводить до 200 мкм и более. [c.108]

    Нерастворимые аноды применяются из платины или графита. Корректировка электролита заключается в основном во введении добавок АзгОд для компенсации металла, израсходованного на осаждение. Электролит отличается высокой рассеивающей способностью. Слой мышьяка осаждается блестящий, темно-серого цвета и с хорошей адгезией не только, к металлам, но и к полупроводникам, например к германию. Толщину покрытия можно доводить до 20 мкм. Хорошие результаты дает также осаждение мышьяка из раствора метаарсенита калия в глицерине при температуре / = 210° С и плотности тока Ок = 8 а дм . [c.111]

Что нужно доливать в аккумулятор электролит или воду

Что доливать в аккумулятор: воду или электролит?

Электролит представляет собой жидкость состоящую из серной кислоты и дистиллированной воды. В некоторых ситуациях уровень электролита в аккумуляторе падает и требуется его нормализовать. В зависимости от причин снижения уровня в батарею доливают либо электролит, либо дистиллированную воду. Как же узнать, что именно залить в АКБ?

В аккумулятор доливают электролит, если падение его уровня вызвано повреждением корпуса, либо вытеканием при наклоне. В аккумулятор доливают дистиллированную воду в тех случаях, когда произошло ее выкипание (испарение), т.к. выкипает именно вода, а не серная кислота.

Как доливать дистиллированную воду

Для доливки воды требуется именно дистиллированная вода. Сырая вода из под крана, либо кипяченная не подходит, т.к. содержит в себе примеси, которые негативно сказываются на протекании химических процессов и даже способны ухудшить состояние батареи, т.к. примеси оседают на элементах батареи. Кипячение не удаляет из воды жесткие примеси, соли и металлы, кипячением можно только убить бактерии и микробов в воде.

Марка дистиллированной воды, которую будете заливать, значения не имеет. У батареи выкручиваются пробки и аккуратно доливается вода до уровня, который нанесен на моноблоке. Если моноблок не прозрачный, то доливают столько воды, чтобы скрыть электроды полностью, а запас воды сверху составлял не менее 1 см.

После процедуры доливки воды, батарею рекомендуется зарядить на зарядном устройстве. Полностью заряженная батарея будет иметь плотность 1,26-1,28. Если плотность значительно отличается, то что-то пошло не так и вам лучше обратиться к специалистам.

Как доливать воду в необслуживаемый аккумулятор без доступа к банкам

На практике без доступа в банки делают необслуживаемые аккумуляторы по кальциевой технологии, т.е. которые не требуют доливки жидкости на протяжении всего срока службы. Но случается, что при перезаряде выкипание все же происходит. Если доступа в аккумулятор нет, а долить жидкость нужно, то придется помучатся. Рекомендуется высверлить в крышке АКБ небольшие отверстия 2-4 мм. и в них шприцом аккуратно долить дистиллированную воду.

Что будет, если вместо воды долить электролит

Если в батарею требуется долить дистиллированную воду, а вы дольете электролит, то после зарядки батареи его плотность превысит 1,30 и содержание серной кислоты станет запредельным. Это приведет к ускоренной сульфатации пластин батареи и выходу его из строя. Аккумуляторы с повышенной плотностью существуют и используются на крайнем севере, чтобы в батареи не образовывался лед, но при этом сам аккумулятор в таком состоянии способен отработать не более 1 года.

Перед тем, как электролит в аккумулятор заливать, его требуется сначала приготовить. В батарею можно доливать только электролит плотностью 1,26-1,29. Корректирующий электролит плотностью 1,40 можно доливать лишь в том случае, когда залили дистиллированной воды больше, чем этого требовалось и плотность даже после зарядки не поднялась для рекомендованного значения. В продаже можно найти готовый электролит, который можно сразу доливать в банки батареи. Корректирующий электролит придется разбавлять дистиллированной водой. Здесь нужно быть предельно внимательный и соблюдать строгие правила техники безопасности. Есть один серьезный нюанс – электролит (серная кислота) тяжелее воды, поэтому воду доливают в электролит, а не наоборот. В противном случае процесс разбавления будет сопровождаться брызгами, которые могут попасть на оголенные участки кожи.

Замена электролита в аккумуляторе

Замена электролита в аккумуляторе – процедура не только бесполезная, но и наоборот вредная. Срок службы аккумулятора подходит к концу в основном из-за оплывания активной массы – она с пластин осыпается на дно аккумулятора в виде шлама. От этого электролит темнеет, а аккумулятор теряет емкость. Темные электролит — это следствие оплывания активной массы, а не причина выхода его из строя. Смена электролита не вернет аккумулятору емкость, но при этом способна убить батарею.

Дело в том, что шлам скапливается на дне моноблока, а при опрокидывании его для сливания электролита шлам перемещается на внутреннюю часть крышки батареи и в следствии попадает на оголенные элементы электродов, которые сверху не защищены сепараторами-изоляторами. В итоге происходит замыкание в одной или нескольких банках аккумулятора.

Емкость автомобильного аккумулятора – это способность батареи хранить определенное количество энергии. За емкость аккумулятора отвечает количество активной массы на электродах аккумуляторной батареи. Емкость аккумулятора определяется количество активной м

Напряжение аккумулятора – это физическая величина электрической цепи, которая определяется потенциалов между положительным выводом и отрицательным. Напряжение в теории физики тесно связано с ЭДС и многие автомобилисты путают их, поэтому для начала нужно

Сегодня современный автомобиль — это не просто кусок металла с колесами. Современные автомобили буквально напичканы электроникой, о которой еще 10 лет назад могли только мечтать инженеры.

Можно ли доливать электролит в аккумулятор и почему

При обслуживании автомобильных аккумуляторных батарей в обязательном порядке контролируется плотность электролита и его уровень. В меньшей степени это касается необслуживавемых батарей, но и для них иногда требуются применять меры по выравниванию уровня электролита.

Во время работы автомобиля аккумулятор подзаряжается от генератора. Необходимый уровень бортового напряжения поддерживается регулятором.

В зимнее время высокая нагрузка на генератор (свет фар, обогрев стекол и сидений) не позволяют сильно повысится напряжению даже при неправильно отрегулированном регуляторе. Иная ситуация летом. Минимум посторонней нагрузки вызывает повышенное напряжение на клеммах батареи, в результате чего наблюдается кипение электролита (электролитическое разложение воды). Чем выше температура окружающего воздуха, тем раньше начинается этот процесс. Часто можно наблюдать, что после длительной летней поездки в аккумуляторе банки полупустые.

Для аккумулятора недопустима даже кратковременная работа с пластинами, не полностью покрытыми электролитом, так как это вызывает разрушение оголенных частей пластин с полным выходом батареи из строя.

Вопрос о том, что доливать в аккумулятор воду или электролит, достаточно распространен. Ниже будет рассказано, как избежать распространенных ошибок и продлить работоспособность аккумуляторной батареи.

Что происходит с электролитом в АКБ

При эксплуатации аккумулятора в нем происходят электрохимические процессы, различные при заряде и разряде. В основе кислотных возобновляемых источников тока лежат химические реакции между свинцом пластин и электролитом, основным компонентом которого является серная кислота.

Во время разряда свинец пластин реагирует с кислотой, образуя сульфат свинца. В результате этого количество кислоты в растворе падает и становится минимальным при полном разряде батареи.

При зарядке происходит обратная реакция – сульфат свинца разлагается на чистый металл и кислоту. Плотность электролита повышается.

Внимание! После достижения полной зарядки плотность перестает расти.

С водой другая ситуация. Ближе к окончанию зарядки аккумулятора начинается процесс электролиза воды. При электролизе вода разлагается на составляющие элементы, водород и кислород, которые выделяются в виде пузырьков газа. При высокой температуре окружающего воздуха происходит естественное испарение воды. Пар и электролизные газы отводятся из активной зоны аккумулятора через дренажные отверстия, предохраняющие корпус от избыточного давления.

Какой вывод следует из сказанного? При работе аккумулятора кислота не расходуется. Она находится или в свободном состоянии в электролите или в виде сульфата свинца на электродах. Уменьшается лишь количество воды в составе электролита. Казалось бы, должна расти плотность, но это происходит не всегда. В результате некачественного изготовления аккумулятора или неправильном его обслуживании на пластинах образуются крупные нерастворимые кристаллы сульфата свинца, которые не восстанавливаются при заряде.

Можно ли доливать электролит в такой аккумулятор? Уменьшение количества активного вещества электродов требует меньшего количества электролита, поэтому нельзя доливать кислоту или электролит, поскольку это приведет к ускоренному росту кристаллов сульфата и батарея выйдет из строя в результате падения емкости и осыпания пластин. Заливается только дистиллированная вода.

Что заливают в аккумулятор автомобиля при его обслуживании

Часто у длительно работающих аккумуляторов наблюдается различный уровень электролита в раздельных банках. Что делать, если в некоторых банках мало жидкости? Доливается электролит или дистиллированная вода? Каждая банка в автомобильном аккумуляторе является отдельным аккумулятором, поэтому все вышесказанное относится к любому типу кислотных автомобильных аккумуляторных батарей и коррекция уровня электролита производится путем доливки дистиллированной воды. Впоследствии необходимо выполнить дополнительный цикл заряда и разряда. Повторяя процесс несколько раз, можно полностью восстановить емкость батареи.

Повышение плотности допускается только при смене сезона. Зимой плотность электролита должна быть больше для предупреждения перемерзания при низких температурах. Перед тем, как доливать электролит, измеряют его плотность. О том, как это сделать, читайте в этой статье. После окончания сезона холодов, плотность опять уменьшают до меньшего значения, так как эксплуатация аккумулятора с высокой плотностью может привести к сульфатации пластин, потере емкости и осыпанию активной массы. Последнее служит причиной междуэлектродного замыкания. Аккумуляторы с таким дефектом не подлежат восстановлению.

Как доливается вода в аккумулятор

Чтобы правильно залить воду при понижении уровня в банках, нужно выкрутить заливные пробки и замерять текущий уровень. Количество жидкости над поверхностью пластин должно быть в пределах 10-15 мм. Добавить воду можно при помощи лейки или струбцины, а попавшую на поверхность батареи вытереть сухой тряпкой, чтобы не образовывался проводящий слой, ведущий к повышенному саморазряду аккумулятора. Превышать уровень также нежелательно, поскольку снизится плотность, а это опасно зимой. При кипении во время заряда электролит будет выплескиваться через дренажные отверстия, вызывая коррозию электродов и металлических частей автомобиля. Кислота на поверхности аккумулятора повышает саморазряд батареи.

Сколько нужно и можно долить электролита в аккумулятор

Аккумуляторная батарея (АКБ) в автомобиле используется в качестве дополнительного источника электроэнергии. С помощью неё производится запуск двигателя, и при включённом зажигании осуществляется работа всех бортовых приборов. Зачастую многие водители совершают большую ошибку, когда думают, что можно долить электролит в аккумулятор при его понижении, ведь, возможно, причина кроется в обычном испарении воды.

Дистиллированная вода или электролит

Если самостоятельно изучить техническую литературу, то можно без особого труда понять, что во время работы аккумулятора из него испаряется некая часть жидкости, благодаря чему снижается уровень электролита над пластинами, а плотность кислоты в несколько раз увеличивается.

Поэтому можно сделать вывод, что недостаточный уровень электролита в батарее при её ежедневной эксплуатации оказывает значительное влияние на состояние пластин и скоропостижно снижает срок годности. Только при постоянной поддержке необходимого уровня кислоты уменьшается негативное действие повышенной плотности на аккумуляторную батарею.

Многие опытные механики знают о том, когда можно добавить электролит в аккумулятор, но чаще всего они заливают туда дистиллированную воду, ведь кислота не имеет свойства испаряться при кипении, поэтому из аккумулятора выходит наружу лишь кислород с водородом.

Важно помнить о том, что если в аккумуляторе мало электролита из-за его потери, например, разлился при открытых крышках, то именно в этом случае можно смело заливать его в горловины.

А также бывает, что проводя проверку плотности во всех отсеках аккумулятора, замечается её пониженное значение. Из этого можно с полной уверенностью сделать вывод о том, что произошла частичная сульфатация батареи. Когда количество электролита становится меньше за счёт кристаллизации серы на пластинах, то в этой ситуации аккумулятору просто необходимо срочное восстановление.

Подготовительные работы

Перед обслуживанием батареи следует изучить инструкцию, в которой полностью описано, как правильно доливать электролит в аккумулятор, а также важно прочитать инструкцию о зарядке.

Для того чтобы правильно долить электролит в аккумулятор, важно приготовить рабочее место, где будет проходить эта операция.

Также не стоит пренебрегать техникой безопасности:

• Первое, что нужно сделать — это надеть на себя спецодежду, которая включает в себя комплект штанов, куртки, прорезиненых перчаток и защитные очки.
• Поставить на верстак батарею и очистить её от различной грязи с помощью ветоши. Основное внимание нужно уделить плюсовому и минусовому контакту.
• Проверить батарею мультиметром.
• Аккуратно открыть крышки с помощью крестовой отвёртки.

Техническое обслуживание аккумулятора

После ряда этих манипуляций, обеспечивающих удобное обслуживание, специалисты проводят полную диагностику технического состояния аккумулятора. В основном они заключаются в шести пунктах:

1. Перед тем как решить, что доливать в АКБ: электролит или воду, нужно обязательно полностью зарядить его специальным устройством.
2. Далее произвести замер плотности во всех банках с помощью ареометра и зафиксировать все результаты в блокноте. При фиксировании показаний было бы удобнее проставить каждой банке свою цифру и напротив неё указать значение со шкалы.
3. Если показания плотности у заряженного аккумулятора в некоторых банках различаются и не входят в рекомендуемую норму (1.25−1.29 г/куб. см), то это означает, что водителю нужно провести корректировку. Она заключается в следующем: при пониженном показании плотности нужно рассчитать, сколько доливать электролита в аккумулятор и залить его, а при повышенном залить дистиллированную воду.
4. Плотность каждой банки в предельных значениях, а уровень электролита по какой-то причине опускается всё ниже. Лучшим решением для этой проблемы будет банальная доливка воды.
5. Иногда бывает так, что плотность в секциях ниже номинального значения (меньше 1.21 г/куб. см). Чтобы найти решение, нужно забрать с помощью специальной клизмы небольшой раствор кислоты и слить его в мерный стакан. Дальше записать показания объёма и перелить электролит в стеклянную кружку. Пользуясь технической таблицей, залить в мерный стакан нужное количество раствора серной кислоты с повышенной плотностью и с помощью клизмы влить в ту банку, из которой забирался электролит. В тех ситуациях, когда есть значительная разница в сторону уменьшения плотности, лучше всего доливать кислоту с плотностью 1.40 г/куб. см. Необходимый уровень важно достичь дистиллированной водой.
6. После того как во всех банках плотность стала одинаковой, необходимо подключить аккумулятор на небольшую подзарядку. Это делается для того, чтобы недавно залитый раствор тщательно перемешался внутри. После этого снова измерить плотность, и если её уровень изменился, то провести повторную операцию.

Каждому автолюбителю нужно знать, что перед тем как перейти на зимнюю эксплуатацию автомобиля, важно повышать значения плотности в АКБ, а при переходе на летнее время — понижать.

А также ежедневно перед каждым выездом нужно проверять не только уровень масла в двигателе, но и чистоту клем батареи и надёжность крепления пробок на её корпусе.

Что доливать в аккумулятор воду или электролит?

Автомобильный аккумулятор – мощный накопитель электрической энергии и его роль в авто незаменима. Только регулярный контроль за всеми составляющими и деталями аккумулятора обеспечит его нормальное функционирование. Название одной из характеристик, обеспечивающих работу АКБ – плотность. Некоторые водители не знают, что это такое и как ее можно проверить, а при необходимости – увеличить.

Что такое электролит

Для поддержания эффективной работы АКБ используется электролит. По сути, он представляет собой раствор дистиллированной воды и соляной кислоты. Никакие сторонние примеси здесь использоваться не должны, так как это изменит его плотность.

Чтобы аккумулятор правильно функционировал, не менее важно поддерживать в нем уровень электролита. Если он будет ниже установленной нормы, это приведет к некорректному функционированию вспомогательного источника электроэнергии автомобиля и владелец не сможет корректно завести машину: мощность батареи постепенно снизится, а внутренние пластины высохнут.

Однако чрезмерно высокий уровень электролита в системе так же недопустим. В этом случае батарея станет разряжаться и это приведет к поломке данного механизма. Уровень электролита в АКБ должен быть стабильным, только в этом случае будет обеспечена нормальная работа автомобиля.

Когда необходимо заправлять аккумулятор

По мнению многих специалистов, АКБ не подлежит техобслуживанию. Поэтому вопрос автовладельцев, что доливать в аккумулятор, мастера считают неактуальным. Однако это только если он эксплуатируется в нормальных условиях.

Данный вопрос обязательно должен учитываться, если автовладелец отправляется путешествовать на своей машине на дальние расстояния. В состав электролита входит дистилированная вода, соответственно в процессе работы аккумулятора она испаряется и в случае неисправности реле-регулятора жидкость может начать переходить в парообразное состояние.

К основным моментам неисправности устройства относятся:

• Появление пара из заливных отверстий.
• Перегрев аккумулятора в процессе работы автомобиля.
• Появление электролита на корпусе АКБ.

Помимо этого, необходимо учитывать тип батареи. АКБ бывают обслуживаемыми и необслуживаемыми.

В первом случае (когда АКБ обслуживаемые) процесс испарения будет больше, соответственно актуален вопрос о доливании в аккумулятор электролита или воды. В необслуживаемых АКБ жидкость герметично закрыта, поэтому в процессе эксплуатации она поднимается вверх, но только до предельно-допустимого уровня, не выходя за границы корпуса, после чего – опускается вниз и выпадает в осадок. В необслуживаемых аккумуляторах замкнутый цикл, поэтому они не требуют проверки раствора.

Способы проверки уровня электролита

Первый способ проверки – визуальный. Если все в порядке, корпус устройства и батареи прозрачный. Здесь указаны различные отметки, указывающие на реальный уровень жидкости в устройстве, поэтому визуально отследить количество электролита не составит труда.

Однако не все модели обслуживаемых АКБ имеют прозрачный корпус. Если он выполнен из материала, который не просвечивается, можно воспользоваться прозрачной трубкой, диаметром 5 мм.

Чтобы провести проверку следует:

• Открутить крышку АКБ.
• Отпустить трубку до упора и пальцем зажать внешнее отверстие.
• Извлечь трубку.

Если уровень электролита в норме, он будет соответствовать уровню столба в трубке.

Что делать при несоответствии уровня электролита

Прежде чем доливать электролит в аккумулятор, автовладелец должен знать, какой должен быть его уровень. Так, высота раствора в трубке должен находиться в пределах 15 мм. В случае, если эта норма несколько превышена, рекомендуется убрать лишнее содержимое шприцем или резиновой грушей.

Проверка плотности электролита

Проверить уровень плотности электролита – задача не сложная. Для ее выполнения следует обзавестись специальным прибором. Одни специалисты советуют для этих целей денсиметр, другие – ареометр.

Прежде чем проверить плотность в АКБ, нужно подготовить ареометр, а также соблюсти еще одно важное условие – данная процедура должна проводиться в помещении, где температура воздуха не ниже +20°С.

Действия необходимо проводить, соблюдая последовательность:

• Открутить все пробки на АКБ.
• Опустить ареометр в отверстие, далее, использовать грушу.
• Втянуть часть электролита так, чтобы поплавок плавал на поверхности (спустя короткое время на мениске прибора отобразятся показания).

Такие действия нужно произвести в каждой банке, при этом в каждой из них должны быть приблизительно одинаковые показания. В норме, допускается незначительное расхождение до 0,01 г/см3.

Уровень электролита в каждой банке должен быть правильным, это значит, что жидкость должна покрывать свинцовые пластины не больше чем на 1-2 см. Если ее уровень меньше, нужно произвести долив дистиллированной воды, однако только при условии, если позволит плотность электролита.

Если требуется доливка электролита, старую жидкость необходимо вытянуть грушей или шприцом. Далее в отверстие заливается новый электролит, а в случае необходимости – разбавляется водой. После доливки электролита или дистиллированной воды необходимо измерять уровень плотности.

Как меняются свойства электролита в аккумуляторе

Чтобы иметь общее представление о том, что лучше долить в АКБ, стоит разобраться в процессах, происходящих внутри батареи в процессе цикла зарядки и/или разрядки. Не имея представления об этом, можно легко допустить ошибку, которая повлечет за собой изменение плотности жидкости и как результат, выход АКБ из строя.

Электролит аккумуляторов на 35 % состоит из серной кислоты и на 65 % из дистиллированной воды. При таком соотношении достигаются значения 1,26-1,28 г/см3, что оптимально для выдачи необходимого напряжения.

Во время зарядки АКБ температура жидкости значительно повышается, что способствует возникновению электролиза, который характеризуется выделением гремучего газа и частичным испарением воды. В результате такого процесса повышается плотность электролита, значительно изменяется концентрация соляной кислоты, что приводит к снижению емкости аккумулятора.

В аккумуляторах корпус достаточно герметичный, что позволяет испаряющейся воде собираться на верхней части банки в виде конденсата, после чего – стекать обратно в отсек. В этом случае характеристика электролита не меняется и АКБ может прослужить не один год. Если же герметичность все-таки была нарушена, то снижение уровня дистиллята не избежать.

Электролитический раствор имеет еще одну особенность – сульфатацию. Для этого процесса характерно оседание солей соляной кислоты на пластинах банки. Данная ситуация возникает, когда транспортное средство несколько месяцев не эксплуатировалось или при зарядке сила подачи тока была больше, чем регламентировано производителем. Данный процесс приводит к значительному уменьшению концентрации кислоты и как результат – снижению емкости батареи выходу ее из строя.

Чтобы продлить срок службы АКБ необходимо его регулярно заряжать и разряжать, только тогда не придется думать, чем его доливать: водой или электролитом.

Что заливать: воду или электролит?

Вопрос что заливать в АКБ, напрямую зависит от того, чем вызвано падение уровня жидкости в банках.

Важно! Ошибка в диагностике проблемы приведет к выходу аккумулятора из строя.

Если уровень жидкости в банках заметно снизился, нужно действовать по этой инструкции:

• Поставить аккумулятор на ровную поверхность.
• Очистить его верхнюю часть от мусора.
• Открутить все пробки.
• Посредством шприца или груши взять оставшийся раствор с каждой банки, обязательно обратить внимание на цвет (в норме он прозрачный).
• Долить дистиллированную воду.
• Поставить устройство на зарядку с малым током.
• Проверить плотность ареометром через 2-3 часа.

Если полученное значение 1,26-1,28 г/см3 – значит, проблема заключалась именно в потере воды.

В некоторых случаях получается низкое значение, что вызывает у автовладельцев удивление и волнение. Как правило, такое случается, если замер сделан практически сразу после заливки дистилированной воды, недостаточной зарядке батареи или же при горячем аккумуляторе.

Электролит можно заливать только в том случае, когда вы уверены, что он вытек. Но возможна ситуация, когда плотность жидкости снижена во время эксплуатации устройства. В данном случае заливка жидкости продлит жизнь батареи.

Если вы решили залить электролит, нужно замерять показатели ареометром. Если значение ниже, чем 1,25 г/см3 – это решит проблему.

Как и в случае с заливкой дистилированной воды необходимо следовать инструкции:

• Взять электролит с плотностью 1,26 г/см3.
• Грушей или шприцом втянуть как можно больше жидкости из банки №1.
• Вылить ее в стакан (мерный) и записать объем.
• Далее добавить в отсек новую порцию раствора, но только в два раза меньше, чем на предыдущем этапе.
• АКБ хорошо встряхнуть и замерять уровень плотности.

Если не достигнут результат 1,25 г/см3, такие действия стоит повторить, после чего довести уровень жидкости в банках до оптимального значения водой и поставить аккумулятор на зарядку.

Как долить дистилированную воду в аккумулятор

Если плотность превышает норму, это указывает на испарении жидкости. В этом случае ее необходимо добавить. Так сколько воды необходимо доливать в АКБ?

Уровень жидкости в аккумуляторе нужно поддерживать в пределах 1-1,5 см выше уровня свинцовых пластин. Добавлять воду больше установленной нормы нельзя. После заправки следует повторно проверить плотность раствора, предварительно зарядив батарею.

Для обеспечения нормальной работоспособности автомобиля владелец должен регулярно отслеживать уровень электролита в АКБ. В ином случае, транспортное средство может просто не завестись. Уровень жидкости не должен отклоняться в какую-либо сторону, поскольку это может привести к проблемам в работе системы. Помимо отслеживания уровня электролита, стоит следить за его плотностью. Соблюдая эти простые правила, можно значительно продлить срок службы АКБ.

Что доливать в аккумулятор — воду или электролит?

Очень часто, многие автолюбители от незнания совершают ошибку, добавляя электролит в аккумулятор, когда в нем понижается уровень жидкости. Почему делать это можно только в самом крайнем случае — мы разберем в данной статье.

Аккумуляторы теряют часть воды из электролита во время работы и заряда, при этом, происходит снижение его уровня над пластинами и увеличивается концентрация (плотность) кислоты. Соответственно, низкий уровень электролита при эксплуатации аккумулятора отрицательно влияет на ресурс батареи.

Чтобы восстановить уровень электролита, необходимо долить в аккумулятор дистиллированную воду. Если делать это своевременно, тогда снижается отрицательное воздействие повышенной плотности электролита на ресурс батареи.

Электролит доливать можно лишь в том случае, когда есть полная уверенность в том, что часть электролита была потеряна.

В процессе кипения, серная кислота почти вся остается внутри аккумулятора, выходит только лишь кислород с водородом, поэтому вместо испарившейся воды мы добавляем дистиллированную воду.

Если во всех банках полностью заряженного аккумулятора плотность не поднимается до необходимого уровня, с большой вероятностью можно предположить, что это частичная сульфатация аккумуляторной батареи. Концентрация электролита уменьшается за счет кристаллизации серы на пластинах и аккумулятору понадобится срочное восстановление. Доливка электролита здесь не поможет.

Существуют разные причины, по которым падает уровень электролита в АКБ, и каждую из них нужно рассматривать отдельно. Не всегда достаточно долить воды в банки и на этом успокоиться, но главное это то, что доливать в аккумулятор нужно только дистиллированную воду.

Электролит добавляйте лишь в крайнем случае, если причиной его низкого уровня является выплескивание. При этом важно отметить, что электролит добавляется при той же температуре и той же плотности, что и оставшийся в банках.

Правильная эксплуатация АКБ и своевременная добавка в него дистиллированной воды позволит вам избежать необходимости восстановления емкости, а также увеличит срок эксплуатации данного устройства.

Компания «4АКБ-ЮГ» предлагает большой выбор высококачественного оборудования собственной разработки для обслуживания аккумуляторных батарей различного типа и назначения. В каталоге нашего сайта представлены зарядные, зарядно-десульфатирующие, а также зарядно-разрядные устройства, которые вы можете купить по выгодной цене производителя.

Рекомендуем ознакомиться со следующими материалами:

Можно ли доливать электролит в аккумулятор при низкой плотности?

Множеству автомобилистов знакома такая проблема, как быстрая разрядка аккумулятора даже при отсутствии высокой нагрузки.

Встречаются совсем тяжёлые случаи — заряженный сегодня на 50% аккумулятор завтра же становится полностью разряженным и это обнаруживается во время попытки завести двигатель. Автомобилист заряжает аккумулятор на 100%, но завтра он снова наполовину разряжен. Как решить эту проблему? Покупка новой АКБ — это недёшево, но замена объективно требуется не в каждом случае, иногда достаточно проверки плотности и доливания электролита.

Множество автовладельцев волнует, насколько целесообразно доливание электролита в АКБ при недостаточной плотности. Возможно, лучше выполнить замену? Рассмотрим разные ситуации, чтобы выяснить, как лучше поступить в том или ином случае.

Когда доливание электролита в АКБ более целесообразно, чем замена АКБ?

Составляющими электролита любой АКБ являются кислота и дистиллированная вода. Данные жидкости образуют смесь, в составе которой преобладает вода, тогда как кислоты намного меньше. К примеру, Вам нужен электролит, плотность которого должна составлять 1,28 г/куб. см. В этом случае в 1 л дистиллированной воды необходимо влить 0,36 л кислоты. Пропорция будет составлять примерно 1:3.

Для безопасности требуется заливание кислоты в воду, но ни в коем случае не на оборот! Поскольку в противном случае имеет место высокий риск химической реакции, сопровождаемой выделением тепла и разбрызгиванием. Попадание аккумуляторной кислоты на кожу приводит к сильным ожогам. Причина этого заключается в более низкой плотности воды по сравнению с кислотой, вследствие чего эти жидкости смешиваются крайне медленно.

Объёмную пропорцию воды и кислоты выясняют с помощью ареометра. Этот прибор определяет плотность жидкости. После понижения плотности электролита до определённого значения он недостаточно хорошо удерживает заряд. При плотности немного ниже нужных 1,3 г/куб см, следует доливать электролит.

Изменение плотности электролита зависит заряда аккумулятора. По этой причине точную плотность аккумуляторной жидкости возможно только когда аккумулятор заряжен на 100%. Как правильно заряжать АКБ вы можете прочитать в отдельной статье.

%rtb-4%

Низкая плотность электролита — как решить проблему?

Если АКБ не держит заряд, нужна ли её замена? Целесообразно ли доливание электролита в случае недостаточной плотности? Или это всё равно не позволит восстановить работоспособность аккумулятора? Здесь всё определяется возрастом АКБ, а также показателями ареометра.

В случае, когда АКБ довольно старая (четыре года и более), потеря ею способности удерживать заряд прежде всего вызывается не недостатком плотности электролита, а разрушением пластин аккумуляторных банок. В подобной ситуации не поможет даже восстановление прежнего уровня плотности электролита. Но в случае сравнительной свежести аккумулятора решение проблемы возможно путём доливания электролита. Однако не всегда необходимо лить именно его.

Среднестатистическая плотность этой жидкости в исправном аккумуляторе — от 1,25 до 1,3 г/куб. см. Необходимо, чтобы эта величина была приблизительно одинаковой у всех аккумуляторных банок. Максимальное допустимое отклонение — 0,03. В случае, когда плотность ниже 1,25, однако выше 1,20, доливанием электролита можно будет устранить проблему.

Плотность жидкости менее 1,2 г/куб. см

Можно ли доливать электролит в данном случае?

Ответ: Да. Однако таким путём не удастся добиться восстановления работоспособности аккумулятора, поскольку при доливании электролита не выйдет довести плотность до 1,25 г/куб. см. При плотности в диапазоне 1…1,2, целесообразней долить аккумуляторную кислоту, поскольку её плотность намного выше плотности электролита.

Плотность жидкости менее 1 г/куб. см

Когда ареометр показывает плотность электролита менее 1 г/куб. см, даже доливанием кислоты решить проблему не получится. Но в случае, когда невозможно заменить аккумулятор, можно попытаться заменить электролит. Для выполнения этой операции требуется откачивание из всех аккумуляторных банок с помощью груши максимально возможного объёма жидкости с последующим укладыванием его набок. Потом высверлить в днищах всех аккумуляторных банок маленькие дырочки, диаметр каждой из которых должен составить три-пять мм. Промыть банки дистиллированной водой. После чего отверстия можно запаять (для этого подходит пластмасса, устойчивая к воздействию кислот, предварительно рекомендуется проверить её реакцию на электролит) и заливать во все банки новый электролит.

Однако даже в случае выполнения этой операции АКБ будет служить недолго, поскольку время эксплуатации определяется многими факторами. После полного сливания электролита, аккумуляторные банки в течение какого-то времени имеют контакты с кислородом, вследствие чего начинается быстрая коррозия. По этой причине долго эксплуатировать АКБ после полной замены электролита нежелательно, лучше заменить АКБ при первой появившейся возможности.

Как часто заряжать автомобильный аккумулятор?

Методики проверки уровня зарядки аккумулятора

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

границ | Стратегии производства твердого электролита в аккумуляторах

Введение

Популяризация коммерческих аккумуляторов — один из важнейших моментов современной цивилизации. В последние несколько десятилетий общество стало свидетелем изобретения медицинских имплантатов с автономным питанием, беспроводной электроники, электромобилей и многих других приложений, которые питаются от батарей различных форм и размеров. Традиционные батареи с использованием органических жидких электролитов продемонстрировали преимущества высокой ионной проводимости и отличной смачиваемости электродами (Zhang, 2007; He et al., 2019), но страдают от потенциальных проблем безопасности, таких как высокая воспламеняемость, низкая термическая стабильность и утечка жидкости (Strauss et al., 2020; Yin et al., 2020; Yuan and Liu, 2020). Для устранения недостатков безопасности, присущих традиционным батареям, при одновременном соблюдении высоких требований к электрохимическим характеристикам, батареи, использующие твердотельный электролит (SSE), продемонстрировали многообещающий выбор в качестве лучшей альтернативы.

Как правило, SSE можно разделить на твердые полимерные электролиты (SPE), неорганические твердые электролиты (ISE) и композитные твердые электролиты (CSE).SPE состоят из высокомолекулярной полимерной матрицы и растворенной соли лития, ISE состоят из всех неорганических материалов, таких как керамика и стекло, а CSE состоят как из твердого полимера, так и из неорганических веществ (Zhang H. et al., 2017; Chen W. et al., 2018; Chen Y. et al., 2020). Как один из ключевых компонентов для практического применения твердотельных батарей, SSE продемонстрировали многочисленные преимущества перед органическим жидким электролитом: (i) характеристики негорючести, высокотемпературной стабильности и нелетучей среды для исключения возгорания или взрыва. органических жидких электролитов (Fergus, 2010; Takada, 2013; Sun et al., 2020), (ii) широкое электрохимическое окно для обеспечения лучшей совместимости с катодом с более высоким потенциалом, что значительно улучшает плотность энергии (Judez et al., 2017; Wang et al., 2018), (iii) улучшенная механическая жесткость (особенно для ISE) для подавления роста дендритов от циклических металлических анодов (G динаф и Singh, 2015; Kim JG et al., 2015), и (iv) настраиваемый модуль упругости (особенно для SPE и CSE), позволяющий получить более высокую степень технологичности и гибкости (Yue et al., 2016; Lau et al., 2018; Schnell et al., 2018; Чжоу и др., 2018). Однако следует дополнительно изучить и решить несколько проблем: (i) низкая ионная проводимость (<10 ^–5 См см ^–1 для SPE и <10 ^–3 См см ^–1 для ISE) по сравнению с жидким электролитом (> 10 ^–3 См см ^–1 ), что приводит к низкой мощности, и (ii) трудностям в производстве миниатюрных / больших ИСЭ с высокой хрупкостью. В сочетании с новым дизайном материалов разработка передовых производственных стратегий обеспечит решения вышеуказанных проблем.

Рост технологий аккумуляторов демонстрирует экспоненциальную тенденцию с 1800-х годов, и мы стали свидетелями мотивации разработки аккумуляторов к постепенному переходу от улучшения характеристик электрохимических элементов к удовлетворению требований конфигурации сложных приложений. На рисунке 1 показано несколько важных этапов развития производства аккумуляторов. В качестве самого раннего задокументированного изобретения батареи, гальваническая свая состояла из штабеля из меди, цинка и пропитанной соленой водой ткани в виде цилиндра для хранения электрохимической энергии (Abetti, 1952; Warner, 2015).Почти шесть десятилетий спустя Гастон Планте (Kurzweil, 2010) погрузил блоки параллельных свинцово-оксидных пластин в серную кислоту и создал первую аккумуляторную батарею. Как гальванические, так и свинцово-кислотные батареи основывались на наложении металлических пластин друг на друга для увеличения напряжения элементов (Warner, 2015). Поскольку развитие продолжается, в никель-кадмиевых батареях использовалась цилиндрическая ячейка, заполненная электродами из уплотненного металлического листа, свернутыми в катушку с увеличенной площадью поверхности, чтобы уменьшить сопротивление батареи. Эта цилиндрическая конструкция была принята в более поздних коммерческих щелочных батареях с электродными материалами, заполненными внутренним и внешним слоями (Furukawa et al., 1984). В 1971 году изобретение литий-йодных батарей внесло значительный вклад в промышленность медицинских устройств. В этом элементе батареи использовался металлический пакет с закругленными краями для предотвращения проблем с проникновением, которые могут возникнуть из-за острых углов при имплантации в человеческое тело в составе кардиостимуляторов (Greatbatch and Holmes, 1991; Ruetschi et al., 1995).

Рисунок 1. Развитие производства аккумуляторов.

С момента коммерциализации литий-ионных аккумуляторов (LIB) компанией Sony Co.в 1991 г. (Yoshio et al., 2009) в LIB были применены многие традиционные и новые форм-факторы, что позволило разрабатывать более совершенные продукты с точки зрения эстетики и функциональности. В литий-ионных призматических элементах использовались уплотненные и свернутые электроды, которые ранее использовались в никель-кадмиевых батареях, и они были упакованы в контейнеры, форма которых визуально напоминала плоскую плитку шоколада (Cousseau et al., 2006). Литий-ионные карманные элементы достигли высокой эффективности упаковки 90–95% за счет сварки проводящих контактов с электродной фольгой и герметичного закрытия всех материалов внутри пакета (Buchmann, 2001).Изобретение как литий-ионных призматических, так и карманных ячеек является частью усилий по созданию более тонкой и легкой электроники. С прогрессом в технологической зрелости и сложности в последние годы, новые производственные стратегии могут быть применены к батареям в различных масштабах, которые подходят для различных приложений. Например, наноразмерные батареи, используемые в качестве источника питания в биомедицинских приложениях (Johannessen et al., 2006; Ruzmetov et al., 2012), гибкие батареи для складной / носимой электроники (Dudney, 2008; Leijonmarck et al., 2013; Deng et al., 2017) и потенциально крупномасштабные аккумуляторные сети для хранения возобновляемой энергии (Diouf and Pode, 2015). Однако традиционные стратегии производства аккумуляторов, такие как сухое прессование, литье, центрифугирование и рулон в рулон, неудовлетворительны при изготовлении аккумуляторов сложной формы или микро / нанометров, особенно для ИСЭ (Manthiram et al., 2017; Schnell et al., 2018; Dirican et al., 2019). Поэтому существует потребность использовать новую производственную стратегию для решения вышеуказанных проблем.

Появление технологии 3D-печати предложило уникальный метод производства, позволяющий создавать детали с высокой сложностью и прекрасными характеристиками (Chen Z. et al., 2019; Santoliquido et al., 2019). Хотя использование технологии 3D-печати может быть многообещающей альтернативой в производстве SSE, первоначальная цель развития 3D-печати не была направлена ​​на производство батарей. В результате существует огромный разрыв между возможностями современных технологий 3D-печати и требованиями к производству аккумуляторов.Этот обзор направлен на преодоление разрыва путем анализа существующих ограничений в производстве SSE и выявления будущих потребностей. Благодаря всестороннему обзору традиционных и новых производственных стратегий SSE мы стремимся предоставить рекомендации и разъяснения в отношении потенциальных прорывов в производственных технологиях как для лабораторных исследований, так и для промышленного производства.

Традиционные производственные стратегии

Твердые полимерные / композитные электролиты

Твердые полимерные электролиты (ТПЭ) были тщательно изучены для складных и растягиваемых аккумуляторов (Commarieu et al., 2018; Лян и др., 2018; Chen Y. et al., 2020) за счет ряда преимуществ, таких как высокая гибкость, легкость обработки и хорошая смачиваемость. Для производства ТФЭ можно использовать три различных пути: обработка на основе порошка, влажная химическая обработка и обработка с высокой вязкостью. Для обработки на основе порошков сначала используется процесс сухого измельчения на высокой скорости для приготовления хорошо перемешанных мелких порошков, а затем ТФЭ могут быть получены путем сухого прессования (Li et al., 2018), горячего / холодного изостатического прессования ( Appetecchi et al., 2001) или процесс осаждения (Hafner et al., 2019). Преимуществами обработки на основе порошков являются простота эксплуатации, низкие требования к оборудованию и возможное исключение стадий уплотнения (Nguyen et al., 2019). Однако этот процесс требует больших затрат времени и энергии, и его трудно масштабировать. Для влажной химической обработки необработанные частицы сначала диспергируют с растворителем для получения суспензии с заданной вязкостью, а затем формируют SPE путем литья из раствора (Sun et al., 2019), электрофоретического осаждения (Blanga et al., 2015) или процесс нанесения покрытия (Park et al., 2006). Преимуществами мокрой химической обработки являются хорошая смачиваемость и высокая производительность (Liu et al., 2017). Однако недостатком является необходимость удаления растворителя. Для высоковязкой обработки высоковязкая паста из полимеров, не содержащая растворителей, сначала готовится при повышенных температурах, а затем применяется процесс экструзии для создания ТФЭ с желаемым форм-фактором (Li W. et al., 2017), который в некоторых случаях помогает с помощью ультрафиолетового (УФ) облучения для сшивания полимерных цепей.Преимуществами этого процесса являются обработка без использования растворителей и образование гибких мембран с низкой пористостью (Wang et al., 2005). Недостатками могут быть ограниченная производительность во время процесса экструзии и высокий процент дефектов в неравномерно нанесенных полимерных пленках. Основными проблемами СПЭ являются низкая ионная проводимость 10 ^–8 ∼10 ^–5 См см ^–1 при температуре окружающей среды (Liang et al., 2018) и высокое межфазное сопротивление благодаря полимерному изолирующему Li ⁺ (Ван и др., 2019).

CSE, состоящие из полимерных и неорганических частей, разработаны для достижения удовлетворительных комплексных свойств и исключительных синергетических эффектов по сравнению с однокомпонентным электролитом. Из-за присутствия полимера производственные стратегии CSE аналогичны стратегиям производства SPE, о которых сообщалось в предыдущих обзорах (Commarieu et al., 2018; Liu et al., 2018; Tan et al., 2018; Ли и др., 2020). Одной из самых популярных технологий получения CSE является электроспиннинг, при котором образуются переплетенные и высокопористые нановолокна с большим отношением поверхности к объему и улучшенной механической прочностью благодаря эффектам переплетения и армирования (Cavaliere et al., 2011; Wootthikanokkhan et al., 2015; Карли и др., 2019). Общей проблемой, которую следует отметить при производстве CSE, является ограниченная массовая нагрузка неорганических материалов, которые легко агломерируются и, таким образом, ухудшают ионную проводимость и механическую прочность батарей. В целом, SPE и CSE обладают высокой технологичностью благодаря высокой гибкости полимерных материалов.

Неорганические твердые электролиты

Неорганические твердые электролиты можно разделить на группы кристаллических, стеклянных и стеклокерамических электролитов.Большинство кристаллических электролитов — это керамика, например, типа NASICON, типа перовскита и типа граната, которые стабильны в окружающем воздухе, что может упростить изготовление элементов и повысить безопасность. Керамический электролит обычно получают методом сухого прессования с последующим высокотемпературным спеканием (Li C. et al., 2019). Чтобы выполнить сухое прессование для получения плотного керамического электролита, тонкоизмельченные порошки необходимо предварительно смешать с ~ 5 мас.% Поливинилового спирта, который легко создает микро- / макропоры после обработки для удаления связующего.Кроме того, давление на порошок в разных положениях в осевом направлении неодинаково, что приводит к неравномерной плотности и составу образца, полученного сухим прессованием (Suvacı, Messing, 2001; Tanaka et al., 2006; Schiavo et al., 2018). . В качестве альтернативы можно выбрать коллоидный процесс для приготовления керамических электролитов с высокой относительной плотностью и хорошей однородностью состава (Lewis, 2004; Franks et al., 2017). При коллоидном формовании приготовление суспензий с высоким содержанием твердых веществ (> 50 об.%) И низкой вязкостью [<1 Па⋅с при скорости сдвига 100 с ^–1 (Tallon and Franks, 2011; Chen A.N. et al., 2020)] является ключевым фактором для непористого литья и плотной керамической подготовки. Следует отметить, что керамические электролиты обычно требуют осторожности при выборе растворителей, поскольку они могут вызвать нежелательную диффузию компонентов или реакцию (Li B. et al., 2017; Lim et al., 2018; Hitz et al., 2019). Другой частью кристаллического электролита является тио-ЛИЗИКОН (система Li ₂ SP ₂ S ₅ ), который может достигать высокой ионной проводимости 10 ^–3 ∼10 ^–2 См см ^–1 из-за более поляризуемого электронного облака серы (Zhang et al., 2019; Shan et al., 2020). Процесс производства электролита тиолизикон аналогичен керамическому электролиту, хотя обычно требуется контролируемая инертная атмосфера из-за его чувствительности к воздуху (Manthiram et al., 2017). Кроме того, кристаллический электролит также может быть изготовлен с помощью тонкопленочной обработки, такой как импульсное лазерное осаждение (Fujimoto et al., 2015), химическое осаждение из паровой фазы (Gelfond et al., 2009), напыление (Lethien et al., 2011). ), золь-гель осаждение (Jung et al., 2001) и др.

Стекловидные электролиты привлекли большое внимание из-за их нескольких преимуществ по сравнению с кристаллическими материалами: изотропная ионная проводимость, отсутствие сопротивления границ зерен, легкость изготовления пленки, легкость модификации состава и т. Д. В общем, существует четыре основных процесса обработки. методы образования стеклообразных электролитов: закалка расплава, механическое измельчение, золь-гель синтез и влажная химическая реакция. Метод закалки в расплаве включает начальный предварительный нагрев / плавление исходных материалов до температуры выше 900 ° C и последующее прессование / отжиг (Pradel et al., 1985). Это наиболее часто используемый метод производства стеклообразных и стеклокерамических электролитов. Из-за сильной склонности к кристаллизации некоторых составов стекла, закалочное устройство с двумя валками используется для достижения высокой скорости охлаждения за счет уменьшения объема расплавленного стекла (Pradel et al., 1985; Minami et al., 2006) . Недостатком метода закалки в расплаве являются высокие температуры и довольно сложная установка, которая может быть потенциально опасной. Благодаря простоте производственных процедур и способности улучшать измельчение / однородность при температуре и давлении окружающей среды, метод механического измельчения может быть легко применен для производства больших количеств хорошо перемешанных мелких порошков при низких затратах.Однако процесс аморфизации во время измельчения действительно имеет сильную зависимость от времени, и для наблюдения аморфного гало на рентгенограммах может потребоваться до 20 часов (Morimoto et al., 1999; Hayashi et al., 2002). Метод золь-гель синтеза для производства стеклообразных электролитов включает в себя процесс контролируемого гидролиза, поликонденсации, гелеобразования и дегидратации (Hench and West, 1990). В зависимости от состава стекла различные алкоксиды металлов или неорганические соединения используются в качестве предшественников для смешивания с подходящим растворителем на стадии гидролиза.Следующая реакция конденсации затем формирует связь и связь для основы стеклянной сети (Hench and West, 1990). Благодаря реакции и перемешиванию в жидком состоянии золь-гель синтез может достигать высокой гомогенности при относительно низких температурах (Hench and West, 1990; Venkatasubramanian et al., 1991; Dunn et al., 1994). Подобно процедурам золь-гель синтеза, метод влажной химической реакции позволяет получить желаемую композицию путем перегруппировки молекулы / связывания во время реакции в жидком состоянии.Органические соединения обычно используются в качестве растворителя для растворения исходных химикатов (Teragawa et al., 2014; Phuc et al., 2016; Choi et al., 2017).

Стеклокерамические электролиты представляют собой класс материалов со смесью аморфной и микрокристаллической микроструктуры, которую обычно получают путем контролируемой нуклеации и кристаллизационной обработки соответствующего стекломатериала при температуре выше температуры стеклования (Варшнея и Мауро, 2019). Подобно обычным технологиям производства стеклообразных электролитов, во многих предыдущих публикациях сообщалось о стеклокерамических электролитах, полученных закалкой в ​​расплаве или механическим измельчением с последующей стадией отжига (Hayashi et al., 2003; Trevey et al., 2009; Тацумисаго и Хаяси, 2012). Однако температура и время отжига могут повлиять на структурное устройство кристаллических фаз и повлиять на ионную проводимость (Xie et al., 2009). Об использовании золь-гель-синтеза и методов влажной химической реакции для получения ИСЭ из стеклокерамики также сообщалось в нескольких недавних работах (Kotobuki et al., 2013; Teragawa et al., 2014; Li et al., 2015; Ma et al., 2016; Phuc et al., 2016).

Хотя ISE предлагают многочисленные преимущества в технологии твердотельных аккумуляторов, их хрупкая природа создает многочисленные проблемы обработки и интеграции.После изготовления ISE обычно требуется дополнительная обработка, такая как шлифовка или резка, чтобы получить желаемые формы для объединения с электродными слоями. Однако многие материалы ISE неизбежно сталкиваются с дилеммой перекрестного химического загрязнения или структурного повреждения во время последующей обработки. Например, керамические электролиты могут разрушаться во время резки, а электролиты из стекла / стеклокерамики могут иметь побочные реакции, связанные с водой или повышенной температурой во время шлифования / полировки. Следовательно, последующая обработка может значительно увеличить производственные затраты и продлить производственный цикл.Краткое изложение традиционных технологий производства SSE представлено в схемах на рисунке 2, где эти общие методы имеют аналогичные ограничения в достижении сложных форм-факторов, необходимых для будущих приложений для аккумуляторов. В этих условиях исследования в области 3D-печати SSE привлекли все большее внимание из-за ее способности достигать одноэтапного производства SSE с желаемыми форм-факторами. В обход многих дополнительных шагов, требуемых традиционными методами, в будущем полностью интегрированное производство твердотельной батареи может быть достигнуто с помощью 3D-печати.Далее в этом обзоре обсуждаются существующие стратегии 3D-печати для SSE, а затем подчеркиваются перспективы и возможность повышения производительности 3D-печатных SSE.

Рис. 2. Схема традиционных производственных стратегий с (A) Оптическое изображение твердого полимерного электролита на основе полиэтиленоксида (ПЭО). Воспроизведено из Chen C. et al. (2019) по лицензии Creative Commons Attribution. (B) Схема твердого композитного электролита, содержащего Li _6.75 La ₃ Zr _1,75 Ta _0,25 O ₁₂ (LLZTO) и поливинилиденфторид (PVDF). Воспроизведено из Zhang X. et al. (2017) с разрешения John Wiley & Sons-Books. (C) Оптическое изображение пленки керамического электролита Li _0,34 La _0,56 TiO ₃ (LLTO). Воспроизведено из Jiang et al. (2020) с разрешения John Wiley & Sons-Books.

Технологии 3D-печати

Аддитивное производство, i.е., 3D-печать относится к передовой технологии изготовления, при которой трехмерные объекты строятся послойно на основе файлов компьютерного проектирования (САПР) (Chen AN et al., 2017; Mao et al. , 2017). По сравнению с традиционным методом технология 3D-печати продемонстрировала уникальные преимущества в быстром создании прототипов очень сложных и точных структур. Это преимущество может значительно упростить процедуру изготовления и сократить отходы материала, чтобы снизить производственные затраты (Чен А.Н. и др., 2018; Ли М. и др., 2019). Кроме того, 3D-печать способна облегчить неотъемлемые ограничения форм-фактора аккумуляторов и преобразовать производство аккумуляторов из простых двухмерных в сложные трехмерные (Pang et al., 2019; Cheng et al., 2020; Yang et al., 2020 ). Учитывая вышеупомянутые преимущества, для производства SSE были применены несколько методов 3D-печати. Эти методы 3D-печати SSE можно разделить на следующие две категории: печать на основе прямой записи (DW) [например, прямая запись чернилами (DIW), струйная печать (IJP), аэрозольная струйная печать (AJP) и наплавленное нанесение. моделирование (FDM)], а также печать на основе литографии [например, стереолитография (SL) и цифровая обработка света (DLP)].Далее будут обсуждаться последние достижения в исследованиях стратегий 3D-печати SSE, начиная с аспектов выбора сырья, конверта сборки и разрешения печати.

3D-печать твердотельных электролитов на основе DW

Прямой рукописный ввод

Прямая рукопись (DIW) является наиболее широко используемой техникой 3D-печати для производства SSE благодаря ее низкой стоимости, простоте в эксплуатации и широкому выбору сырья (металлы, полимеры и керамика) (Ambrosi and Pumera, 2016; Du et al., 2017). Схема процесса DIW показана на рисунке 3A. В процессе печати вязкоупругие чернила на гелевой основе выдавливаются непосредственно из сопловой головки в виде непрерывной нити. Перемещая сопло вверх, можно создавать спроектированные трехмерные объекты путем последовательного послойного нанесения. После печати чернила быстро затвердевают под воздействием испарения растворителя, гелеобразования, фазовых изменений, вызванных температурой или растворителем (Naficy et al., 2014). Обычно разрешение печати объектов, напечатанных методом DIW, определяется диаметром сопла, который составляет от десятков до сотен микрометров.Для печати SSE с высоким разрешением (10–100 мкм) решающим фактором является высокопроизводительный состав краски. Печатная краска должна быть модулирована, чтобы обеспечить хорошее истончение при сдвиге, обеспечивающее плавный поток чернил через сопло, и требуется достаточно высокий предел текучести и модуль упругости, чтобы обеспечить сохранение формы экструдированных нитей (Chang et al., 2019 ).

Рисунок 3. Прямое рукописное письмо (DIW). (A) Схема и SEM-микроскопия гелевого электролита для Zn-MnO ₂ микро-батареи.Воспроизведено из Ho et al. (2010) с разрешения IOP Publishing, Ltd. (B) Схематические и оптические изображения полимерного электролита для Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ -графеноксидная батарея. Воспроизведено из Fu et al. (2016) с разрешения John Wiley & Sons-Books. (C) Схема и СЭМ-микрофотография композитного твердого электролита (CSE) для гибких LIB (LiFePO ₄ / CSE / Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ ). Воспроизведено из Blake et al.(2017) с разрешения John Wiley & Sons-Books. (D) СЭМ-микроскопия и оптическое изображение CSE для LIB с электродом MnO ₂ . Воспроизведено из Cheng et al. (2018) с разрешения John Wiley & Sons-Books. (E) Схема и СЭМ-микрофотографии Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ (LLZ) керамический электролит для литий-металлической батареи (Li / LLZ / Li). Воспроизведено Mcowen et al. (2018) с разрешения John Wiley & Sons-Books.

В 2010 году Ho et al. (2010). Как показано на рисунке 3A, SSE был зажат между электродами в микробатареи Zn-MnO ₂ . Напечатанная ячейка показала емкость 0,98 мАч см ^–2 и плотность энергии 1,2 мВтч см ^–2 более чем за 70 циклов. Fu et al. (2016) печатные полимерные композитные электролитные краски с регулируемой вязкостью для Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ -графеноксид (GO) встречно-штыревой батареи (Рисунок 3B).Отмечено, что хлопья GO регулировались для выравнивания вдоль направления экструзии в осажденных электродах, что могло улучшить электрическую проводимость и обеспечить достаточную площадь поверхности для размещения электролита. CSE были созданы для гибких LIB компанией DIW (рисунки 3C, D; Blake et al., 2017; Cheng et al., 2018). По сравнению с коммерческим полиолефиновым сепаратором напечатанные CSE продемонстрировали сопоставимые электрохимические характеристики с высокой скоростью, лучшую термическую стабильность, смачиваемость электролитом и циклическую способность (Blake et al., 2017). Mcowen et al. (2018) приготовили керамический электролит Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ (LLZ) с различными микрометровыми характеристиками для металлической литиевой батареи (рис. 3E). Было доказано, что эти электролитные структуры обеспечивают батареи с хорошими механическими свойствами, более низким полным сопротивлением элементов и улучшенной энергией и удельной мощностью. О подобной работе DIW также сообщалось в других источниках (Braam et al., 2012; Wei et al., 2018; Ma and Devin Mackenzie, 2019). Основные преимущества DIW заключаются в широком выборе сырья и широком диапазоне размеров оболочки (100 мкм – 10 см).Использование концентрированных вязкоупругих паст позволяет создавать трехмерные структуры без необходимости в опорах (например, порошковой подушке, емкости для жидкости или печатных ручных опорах) (Chen Z. et al., 2019), что может упростить процесс печати, исключая процесс обработки поверхности и максимальное использование сырья. DIW хорошо изучен для производства индивидуальных пористых структур, обладающих периодическими характеристиками, с минимальным разрешением или без него. Однако приготовление вязкоупругих паст на гелевой основе для DIW является сложной задачей.Кроме того, особенности печати DIW ограничены структурами поленницы из-за форм экструдированного волокна, что свидетельствует о трудностях изготовления плотных структур.

Струйная печать

Струйная печать (IJP) — это метод бесконтактного нанесения материала на основе капель, который может напрямую выбрасывать микрокапли чернил через сопла на различных типах подложек для создания двумерных (2D) узоров (Dobrozhan et al., 2020). Схема процесса IJP показана на рисунке 4A.В качестве многообещающего метода был изучен IJP для печати на нескольких материалах, включая металл, полимеры, гелевые, белковые материалы и т. Д. (Fritzler and Prinz, 2017). Обычно чернила для IJP должны быть в разбавленной жидкой форме с достаточно низкой динамической вязкостью и поверхностным натяжением. Количественная характеристика, основанная на физических свойствах чернил, была предложена Дерби (2010) для оценки того, можно ли описать чернила как «пригодность для печати» для IJP: Z = 1/ Oh = ( γρα ) ^{1 / 2} / η , где Z — величина, обратная безразмерному числу, Oh — число Онезорге, α — характерная длина, представляющая радиус сопла, и ρ , η и γ — плотность, динамическая вязкость и поверхностное натяжение чернил соответственно.В случае 1 < Z <10 ожидается, что чернила будут производить стабильные капли, чтобы обеспечить процесс IJP.

Рисунок 4. Струйная печать (IJP). (A) Схема процесса IJP; (B) СЭМ поперечного сечения и картирование элементов пористого композитного LiFePO ₄ электрод с печатными ионогелевыми электролитами; (C) Температурная ионная проводимость напечатанных ионогелей; (D) Гальваностатическое циклирование полуэлемента с использованием напечатанных ионогелей и LiFePO ₄ и Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ пористых композитных электродов.Воспроизведено Delannoy et al. (2015) с разрешения Elsevier Science and Technology Journals.

Применение IJP для печати SSE было впервые описано в литературе Delannoy et al. (2015). Авторы нанесли ионогелевые чернила на основе диоксида кремния непосредственно на пористые композитные электроды, чтобы сформировать SSE для LIB (рис. 4A – D). Ионогель SSE показал высокую ионную проводимость, хорошее тепловое сопротивление и отличную совместимость с пористыми электродами, что позволило изготавливать микро-LIB с высокой поверхностной емкостью и хорошими характеристиками электрохимического цикла.Полная ячейка с использованием IJP-напечатанного ионогеля SSE с LiFePO ₄ и Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ пористых композитных электродов продемонстрировала поверхностную емкость 300 мАч см ^–2 в течение более 100 циклов, что составляло более конкурентоспособны, чем у микроустройств, полученных с помощью дорогостоящего процесса физического осаждения из паровой фазы. В методе IJP диаметр сопла обычно меньше 5 мкм, что меньше, чем у DIW (от десятков до сотен микрометров).В этом случае IJP позволяет изготавливать спроектированные структуры с более высоким разрешением (5–20 мкм), что способствовало применению IJP в областях микроэлектроники и энергетических устройств. Однако объекты, напечатанные IJP, в основном ограничены двумерным пространством со строительной оболочкой от 50 мкм до 10 мм и не могут быть адаптированы для нанесения толстых рисунков из-за очень небольшого объема исходных чернил. Кроме того, IJP имеет ограниченную гибкость при изготовлении сложных структур (таких как полые и выступающие) из-за трудностей при изготовлении подложки с использованием экструдированных разбавленных жидких чернил.Эти ограничения ограничили его дальнейшее применение.

Аэрозольная струйная печать

Аэрозольная струйная печать (AJP) — это относительно новый подход к бесконтактному нанесению, ориентированный в первую очередь на изготовление печатной электроники. Сырье (например, металлы, полимеры и керамика) для нанесения AJP должно быть в жидкой форме и распыляться с помощью пневматической или ультразвуковой аэрозоли в капли диаметром 1–5 мкм. Эти капли затем доставляются к субстрату потоком газа, чтобы сформировать желаемый узор (Mahajan et al., 2013). Схема процесса AJP показана на рисунке 5A. Разрешение печати AJP зависит не только от размера сопла, но и от плотности капель и их взаимодействия с подложкой (Hoey et al., 2012). AJP считается потенциальным конкурентом IJP в миллиметровом производстве, поскольку он позволяет бесконтактно наносить на гибкие и трехмерные неплоские подложки, что невозможно для технологий IJP или DIW.

Рисунок 5. Аэрозольная струйная печать (AJP). (A) Схема процесса AJP. Воспроизведено из Hoey et al. (2012) по лицензии Creative Commons Attribution. AJP для электролитов на основе полиэтиленоксида (PEO) в LIB с LiFePO ₄ в качестве катода: (B) Микрофотография поперечного сечения электролитов на основе PEO с помощью сканирующего электронного микроскопа; (C) Температурная проводимость электролитов на основе ПЭО; (D) Кривые разряда для аккумуляторов, созданных из печатного электролита на основе ПЭО при 45 ° C со вставкой для измерения при 75 ° C.Воспроизведено из Deiner et al. (2019) с разрешения John Wiley & Sons-Books.

Применение AJP для печати SSE было впервые описано в литературе Deiner et al. (2019). В этой работе представлен состав чернил, состоящий из ПЭО, дифтор (оксалат) бората лития и наночастиц Al ₂ O ₃ , подходящих для осаждения AJP (Рисунки 5B – D). Результаты показали, что геометрия и транспортные свойства напечатанных SPE в основном чувствительны к химической идентичности аниона литиевой соли и соотношению EO: Li.LIB с нанесенными AJP SPE могли быть разряжены при C / 15 с емкостью> 85 мАч g ^–1 при 45 ° C и 162 мАч g ^–1 при 75 ° C. По сравнению с IJP, AJP имеет следующие преимущества: (i) экструдированные чернила обеспечивают гораздо более высокую вязкость, больший размер частиц и содержание твердых частиц благодаря процессу распыления, который воспроизводит мелкие капли, (ii) он основан на непрерывном генерировании туман из капель диаметром 1–5 мкм, что указывает на более высокое разрешение печати (∼5 мкм) и скорость осаждения, чем в процессе IJP «капля по требованию», и (iii) непрерывный туман состоит из высокоплотных плотно сфокусированные капли, демонстрирующие прекрасную способность предотвращать засорение сопла.Однако масштабируемость системы осаждения, особенно для обработки больших площадей (с рабочей зоной> 3 мм), по-прежнему является сложной задачей для AJP из-за размера сопла и принадлежностей. Кроме того, стоимость дополнительных принадлежностей и сфокусированного потока газа в системе AJP обычно высока.

Моделирование наплавления

Моделирование наплавленного осаждения (FDM) — это хорошо известный метод 3D-печати для создания сложных объектов как в промышленности, так и в академических кругах благодаря своей простоте и доступной машинной доступности (Bellini and Güçeri, 2003).Механизм формования FDM аналогичен механизму DIW, который основан на принципе экструдирования материала, в то время как их сырье и процесс подачи отличаются. Схема процесса FDM показана на рисунке 6A. Материалы для печати FDM должны быть твердыми и термопластичными в форме тонкой нити, которая может быть доставлена ​​в экструзионную головку с помощью приводных колес. После экструзии из сопла термопластические материалы, нагретые до состояния стеклования, кристаллизуются и затвердевают, осаждаясь на подложке.Обычными термопластическими материалами, используемыми в технике FDM, являются нити из акрилонитрил-бутадиен-стирола и полимолочной кислоты (PLA), в которых PLA приобретает все большую популярность из-за своей экологически чистой природы. Несмотря на эти преимущества, метод FDM редко применялся для изготовления SSE из-за низкой ионной проводимости термопластов. Следовательно, разработка термопластических материалов в форме нитей с высокой ионной проводимостью является ключом к производству SSE с помощью FDM.

Рис. 6. Моделирование наплавленного осаждения (FDM). (A) Схема процесса FDM. Воспроизведено Klippstein et al. (2018) с разрешения John Wiley & Sons-Books. FDM для электролитов на основе полимолочной кислоты (PLA) в LIB (титанат лития / матрица PLA / оксид лития-марганца): (B) Отдельные компоненты монетного элемента, напечатанного на 3D-принтере; (C) Емкость и кулоновский КПД при плотности тока 20 мАg ^–1 на 100 циклов; (D) Оптическое изображение отпечатанной батареи, питающей светодиод; (E) SEM Поперечное сечение одной батареи для печати.Воспроизведено из Reyes et al. (2018) с разрешения Американского химического общества.

В 2018 году Reyes et al. (2018) впервые синтезировали филаменты электролита на основе PLA для печати методом FDM с наивысшей ионной проводимостью 0,031 мСм⋅см ^–1 путем введения смеси этилметилкарбоната, пропиленкарбоната и LiClO ₄ . Они также разработали материалы электродов из PLA для трехмерной печати полных LIB произвольной формы, таких как плоские элементы и встроенные батареи, используемые в носимых электронных устройствах, как показано на рисунках 6B – E.Однако напечатанная полная ячейка имеет более низкую кулоновскую эффективность (∼88,5% в течение первых 50 циклов) по сравнению с таковой у обычных LIB (∼95–99%) (Smith et al., 2010). FDM предлагает множество преимуществ, таких как низкая стоимость печати, возможности большого размера (максимальный размер сборки ~ 10 см) и, в частности, возможность печати структуры из нескольких исходных материалов. Тем не менее, все еще существует несколько ограничений на производство SSE с помощью FDM: (i) материалы для печати ограничены термопластами и должны быть сформированы в нити, (ii) термопластические нити должны быть нагреты до состояния стеклования при высокой температуре 150 ° C. –180 ° C, и (iii) разрешение печати FDM вместе с осью Z составляет от 50 до 200 мкм, что приводит к низкому качеству поверхности и управляемости структуры.

Трехмерная печать твердотельных электролитов на основе литографии

Стереолитография

Стереолитография (SL) считается наиболее известной и популярной техникой 3D-печати и применяется для изготовления деталей из полимеров, керамики и стекла (Eckel et al., 2016; Ngo et al., 2018; Santoliquido et al. , 2019). Схема процесса SL показана на рисунке 7A. SL позволяет изготавливать сложные трехмерные микрорешетки путем избирательной полимеризации и отверждения фотоотверждаемой смолы с использованием источника света определенной длины волны (обычно в УФ-диапазоне) (Chartrain et al., 2018). Процесс полимеризации обычно протекает на поверхности жидкости. После завершения одного слоя полимеризации чан или платформа, поддерживающая строительную часть, поднимается или опускается на толщину слоя. Иногда требуется лезвие, чтобы выровнять поверхность жидкости перед полимеризацией следующего слоя. Фотоотверждаемая смола SL состоит в основном из фотоактивных мономеров и других добавок в очень небольших количествах, особенно фотоинициатора (Manapat et al., 2017). По сравнению с техникой 3D-печати на основе DW (например.g., DIW, IJP, AJP и FDM), SL может изготавливать произвольную трехмерную геометрию, включая различные полые резные элементы с высоким разрешением вплоть до микрометрового масштаба, и может устранить ограничения, связанные с траекторией инструмента и последовательной экструзией (Yang et al. ., 2016). Следовательно, SL имеет высокий потенциал для изготовления различных типов SSE, включая SPE, CSE и ISE.

Рисунок 7. Стереолитография (SL). (A) Схема процесса SL. Воспроизведено из Gross et al.(2014) с разрешения Американского химического общества. SL для твердотельных электролитов (SSE): (B) Процесс трафаретной печати с использованием УФ-отверждения твердых полимерных электролитов (SPE, = этоксилированный триметилолпропантриакрилатный мономер / электролит с высокой температурой кипения / наночастицы Al ₂ O ₃ ) тонкий слой для LIB [LiFePO ₄ (LFP) / SPE / Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ (LTO)]. Воспроизведено с книги Kim S.H. и другие. (2015) с разрешения Американского химического общества. (C) Оптическое изображение и трехмерная структура ТФЭ на основе полиэтиленгликоля для микро-LIB (LFP / SPE / LTO). Воспроизведено из Chen Q. et al. (2017) с разрешения IOP Publishing, Ltd. (D) Схематические и SEM-изображения 3D-печатных шаблонов с кубической, гироидной, алмазной и бижелевой микроархитектурой Li _1,4 Al _0,4 Ge _1,6 (PO ₄ ) ₃ (LAGP) -эпоксидные электролиты для литий-металлических аккумуляторов с симметричными литиевыми электродами.Воспроизведено Zekoll et al. (2018) с разрешения Королевского химического общества. (E) Оптическое изображение, изображения SEM и кривые зависимости напряжения / мощности-тока от манганита лантана-стронция (LSM-YSZ) / YSZ / Ni-YSZ твердооксидных ячеек. Воспроизведено из Pesce et al. (2020) под непортированной лицензией Creative Commons Attribution 3.0, опубликованной Королевским химическим обществом.

В 2015 году Kim S.H. и другие. (2015) подготовили слой SPE и электроды, встроенные в матрицу SPE на произвольных объектах, а затем собрали в гибкие многослойные LIB в различных форм-факторах (рис. 7B).Напечатанные батареи продемонстрировали хорошую способность к длительному хранению заряда и средний уровень объемной плотности энергии. Chen Q. et al. (2017) разработали УФ-отверждаемую смолу на основе полиэтиленгликоля для SL-печати гелевого полимерного электролита 3D для микро-LIB дешевым и высокопроизводительным способом. Как показано на рисунке 7C, напечатанный зигзагообразный GPE может увеличить площадь контакта с электродами, а улучшенная ионная проводимость 4,8 × 10 ^–3 См см ^–1 может быть получена при температуре окружающей среды, что сравнимо с что жидкого электролита.Zekoll et al. (2018) сообщили о SL-печатных CSE, содержащих трехмерный бинепрерывный Li _1,4 Al _0,4 Ge _1,6 (PO ₄ ) ₃ (LAGP) керамический электролит и изолирующий полимер (эпоксидный полимер, полипропилен) для Li металлический аккумулятор (рис. 7D). Этот метод может точно контролировать соотношение керамики и полимера, а также геометрию и размер разнообразных точных микроархитектур, таких как кубические, гироидные, алмазные и бижелевые структуры. Гироидный LAGP-эпоксидный электролит имел ионную проводимость 1.6 × 10 ^–4 См см ^–1 , что было на тот же порядок величины, что и таблетка LAGP, в то время как печатный электролит продемонстрировал на 28% более высокую прочность на сжатие и до пяти раз большую прочность на изгиб. Недавняя работа, опубликованная Pesce et al. (2020) разработали самоподдерживающиеся цельнокерамические электролиты из 8 мол.% Оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия (YSZ), для твердооксидного топливного элемента (SOFC), напечатанного SL (рис. 7E). Напечатанные плотные и не содержащие трещин электролиты 8YSZ достигли ионной проводимости до 3.0 × 10 ^–2 См см ^–1 при 800 ° C в плоской и гофрированной геометриях. Гофрированные электролиты YSZ с печатью SL показали увеличение удельной мощности на 57% (410 мВт · см ^–2 при 900 ° C) по сравнению с традиционной технологией SOFC, что в основном было связано с геометрическими аспектами с высоким аспектным отношением. SL продемонстрировал множество преимуществ, таких как высокое разрешение печати (10–100 мкм) и качество поверхности. Кроме того, SL имеет большой потенциал в подготовке SSE для многомасштабных батарей, особенно для батарей микронного размера.Однако доступность светочувствительных смол или полимеров-предшественников для печати SL ограничена и является дорогостоящей (около 100 долл. США / кг для светочувствительных смол и более дорого для предшественников), а для печати полых или нависающих структур требуются ручные опоры.

Цифровая обработка света

Цифровая обработка света (DLP) — это метод SL на основе маски, использующий цифровое микрозеркальное устройство (DMD) для проецирования световой маски, которая служит для затвердевания всего слоя за несколько секунд (Chartrain et al., 2018). Механизм формования и сырье DLP аналогичны SL. Схема процесса DLP показана на рисунке 8A. В системе DLP DMD представляет собой массив из нескольких миллионов микроскопически маленьких зеркал на полупроводниковом кристалле, и каждое зеркало представляет один или несколько пикселей в проецируемом изображении (Han et al., 2019). В этом случае разрешение печати DLP связано с количеством зеркал в DMD. Слоистое затвердевание в DLP предлагает многочисленные преимущества по сравнению с процессом точечного сканирования SL: (i) время построения значительно сокращается, поскольку оно в основном зависит от толщины слоя и времени воздействия, и (ii) остаточное напряжение DLP образцов мало, поскольку не существует разницы между контуром и внутренней областью во время затвердевания слоя.Эти преимущества привлекли значительное внимание при изготовлении плотной керамики в различных областях, включая керамические электролиты для ТОТЭ.

Рисунок 8. Цифровая обработка света (DLP). (A) Схема процесса DLP. Воспроизведено из Luongo et al. (2020) с разрешения John Wiley & Sons-Books. DLP для полностью плотного электролита из диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия (8YSZ), с концентрацией 8 мол.% В твердооксидном топливном элементе (NiO-8YSZ / 8YSZ / La _0,8 Sr _0.2 MnO ₃ ): (B) SEM-изображения напечатанного YSZ под разными углами; (C) SEM-изображения волнообразного YSZ; (D) Кривые напряжения и плотности тока для полных волнообразных ячеек. Воспроизведено из Xing et al. (2020) с разрешения Elsevier Science & Technology Journals.

Самая последняя работа по производству керамического электролита методом DLP была проведена Xing et al. (2020). Чтобы улучшить характеристики ТОТЭ, был разработан полностью плотный электролит YSZ с концентрацией 8 моль% с волнообразной формой и приготовленный методом DLP с различными углами печати (0 °, 15 °, 30 °, 45 °) (Рисунки 8B, C).Этот напечатанный специальный электролит может увеличить границу раздела электрод-электролит на ~ 36% и, таким образом, повысить удельную мощность на ~ 32% при температуре испытания 800 ° C и на ~ 37% при 700 ° C по сравнению с эталонным электродом. ячейка (рис. 8D). Эта работа продемонстрировала потенциал для производства конкретных шаблонных SSE с помощью DLP для изготовления SOFC с улучшенными и предсказуемыми характеристиками. DLP имеет сопоставимое с SL разрешение печати (10–100 мкм) и качество поверхности, но значительно сокращает время сборки и меньшее остаточное напряжение, что позволяет изготавливать высоконадежные SSE с высокой эффективностью.Однако дорогие светочувствительные смолы / прекурсоры и ручные опоры по-прежнему являются проблемами, с которыми сталкивается DLP.

В последние годы были разработаны различные методы трехмерной печати на основе литографии, такие как двухфотонная полимеризация (TPP) (Truby and Lewis, 2016), непрерывное производство поверхности раздела жидкостей (CLIP) (Tumbleston et al., 2015) и проектирование Микростереолитография (PμSL) (Park et al., 2012), все они могут обеспечить сопоставимое или более высокое разрешение печати, чем 10–100 мкм (рис. 9).CLIP имеет разрешение печати 50 ~ 100 мкм, в то время как детали могут быть извлечены непосредственно из смолы за считанные минуты с использованием проницаемого для кислорода окна (Tumbleston et al., 2015). PμSL может обеспечить разрешение печати 2-8,5 мкм, используя трехмерный полутоновый DMD в качестве динамической маски и уменьшающую линзу в качестве пространственного модулятора света (Sun et al., 2005). В частности, TPP позволяет создавать элементы размером менее 1 мкм за счет одновременного поглощения двух фотонов ближнего инфракрасного (780 нм) или зеленого (515 нм) лазера (Obata et al., 2013). Эта основанная на литографии технология 3D-печати имеет высокий потенциал для изготовления SSE с тонкими характеристиками от сотен нанометров до микрон.

Рис. 9. Сравнение разрешающей способности печати для метода 3D-печати на основе литографии [стереолитография (SL), цифровая обработка света (DLP), непрерывное создание интерфейса жидкости (CLIP), проекционная микростереолитография (PμSL) и двухфотонная полимеризация ( ТЭС)]. SL воспроизведен из Jansen et al.(2009) с разрешения Американского химического общества. DLP воспроизведен из Lee et al. (2007) с разрешения Американского химического общества. CLIP воспроизведен из Tumbleston et al. (2015) с разрешения Американской ассоциации развития науки. PμSL воспроизведен из Lee et al. (2008) с разрешения John Wiley & Sons-Books. TPP воспроизведено из Obata et al. (2013) по лицензии Creative Commons.

Заключение и перспективы

В этом обзоре мы сначала обсудили общие процессы и ограничения традиционных методов производства SSE.Затем, посредством всестороннего обзора двух больших групп методов 3D-печати, основанных либо на DW, либо на SL, мы указали на преимущества новых технологий 3D-печати по сравнению с традиционными методами производства SSE с точки зрения построения механизмов, выбора сырья, построения конверт, разрешение печати и приложение (наноразмерные, гибкие и крупномасштабные аккумуляторные решетки). Мы подчеркнули перспективы и осуществимость производства SSE с использованием трехмерной печати на основе литографии для преодоления технических барьеров и улучшения совместимости интерфейсов твердое тело-твердое тело.Наконец, мы обсудили несколько существующих проблем, связанных с процессом 3D-печати, и соответствующие будущие перспективы для лучшего решения этих проблем, стремясь предоставить руководство, которое будет стимулировать развитие технологий 3D-печати, более ориентированных на производство батарей. В целом, за эволюцией аккумуляторов устойчивой движущей силой всегда были постоянно совершенствующиеся и совершенствующиеся технологии производства.

Благодаря преимуществам высокого разрешения печати, гибкости изготовления очень сложных структур и широкого выбора сырья, технология 3D-печати продемонстрировала свой большой потенциал для производства различных типов и форм-факторов SSE.Однако есть еще несколько проблем, которые следует решить, а именно: (i) проблемы при производстве SSE, чувствительных к воздуху / влаге. В большинстве технологий 3D-печати используется сырье в жидкой или чернильной форме, такое как DIW, IJP и AJP, (ii) ограничения при производстве с высоким разрешением (вплоть до наномасштаба). Например, нано-LIB для биомедицинских приложений и SSE в форме нанометрового гребня для снижения внутреннего сопротивления, (iii) проблемы при производстве SSE для приложений масштаба сети.Например, ТОТЭ и крупномасштабные аккумуляторные сети для хранения возобновляемой энергии и (iv) потенциальные проблемы при последующей обработке ISE. Например, напряжение, трещины, летучесть лития и побочные реакции легко вызываются во время длительного времени (удаления связующего или спекания) (Nyman et al., 2010; Pfenninger et al., 2019). Для решения вышеупомянутых проблем настоятельно рекомендуются дальнейшие усилия в следующих аспектах: (i) объединить технологию 3D-печати и традиционное производство аккумуляторов, чтобы способствовать разработке полупроводниковых аккумуляторов с высокой плотностью энергии, (ii) повысить разрешение печати. вплоть до нанометра с использованием новых нанотехнологий, (iii) разработка принтеров промышленного уровня или конвейерной платформы для печати для производства SSE для приложений в масштабе сетки и (iv) объединение некоторых инновационных технологий спекания, совместимых с 3D-печатными сложными деталями.

Этот обзор продемонстрировал возможность производства SSE с помощью 3D-печати, но требуются дополнительные усилия, чтобы полностью преодолеть разрыв между текущими технологическими возможностями и будущими производственными требованиями. Хотя 3D-печать предлагает беспрецедентную гибкость в регулировке структурной размерности и сложности SSE по сравнению с традиционными методами, ее не следует принимать за всемогущее решение многих неотъемлемых препятствий при производстве аккумуляторов. Чтобы реализовать больший потенциал применения 3D-печати в производстве аккумуляторов, требуются совместные мультидисциплинарные усилия.С точки зрения материаловедения, необходимы дальнейшие экспериментальные и вычислительные исследования для систематического изучения взаимосвязей между составом, структурой и свойством SSE. Это должно способствовать достижению более высоких плотностей тока и лучшей механической / химической стабильности аккумуляторного элемента. Углубляясь в механизмы реакции с электрохимической точки зрения, можно исследовать и оптимизировать кинетику переноса ионов на границах раздела электрод / электролит, чтобы повысить эффективность переноса проводящего иона.За счет более комплексного проектирования в машиностроении можно было бы интегрировать специальные приспособления для чувствительных к воздуху / влаге образцов в существующие инструментальные установки 3D-печати, чтобы обеспечить более широкий выбор материалов. В целом, технология 3D-печати использовала многие преимущества традиционных методов производства на протяжении многих лет. Благодаря совместным усилиям междисциплинарных исследований, 3D-печать с оптимизмом надеется вскоре реализовать весь свой потенциал в производстве SSE. Мы считаем, что широкое распространение технологий 3D-печати должно быть сосредоточено не только на производственном процессе, но и в таких дисциплинах, как химия поверхности, материаловедение и машиностроение.Например, ограниченная доступность и высокая стоимость фоточувствительных смол или полимеров-предшественников для печати (выше 100 долларов за килограмм) для SL заставят нас разрабатывать новые материалы для печати SL с низкой стоимостью и широкой совместимостью с материалами. Плохая совместимость интерфейса твердое тело / твердое тело подтолкнет нас к изучению модификации поверхности и структурного дизайна SSE с сильным межчастичным взаимодействием и низким импедансом интерфейса. Кроме того, некоторые особые требования (такие как инертная атмосфера и сухая среда) заставят нас разработать особую технику 3D-печати для производства батарей.Следовательно, применение 3D-печати SSE в будущем потребует совместной разработки нескольких дисциплин, таких как химия поверхности, материаловедение и машиностроение.

Авторские взносы

ФС и Ю.С.: концепция или дизайн работы и критическая редакция статьи. AC и CQ: подготовка статьи. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Финансирование

FS выражает признательность за поддержку фонда запуска со стороны Департамента энергетики и разработки полезных ископаемых Университета штата Пенсильвания.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Сокращения

2D, двухмерный; AJP, аэрозольная печать; CLIP, непрерывное производство поверхности раздела жидкостей; CSE, композитные твердые электролиты; DIW, прямое рукописное письмо; DLP, цифровая обработка света; DMD, цифровое микрозеркальное устройство; DW, прямое письмо; FDM, моделирование наплавленного металла; GO, оксид графена; IJP, струйная печать; ISE, неорганический твердый электролит; ЛАГП, Ли _1.4 Al _0,4 Ge _1,6 (PO ₄ ) ₃ ; LFP, LiFePO ₄ ; LIB, литий-ионные батареи; LLZ, Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ ; LTO, Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ ; P μ SL, проекционная микростереолитография; PLA, полимолочная кислота; SL, стереолитография; ТОТЭ, твердооксидный топливный элемент; ТПЭ, твердый полимерный электролит; SSE, твердотельный электролит; TPP, двухфотонная полимеризация; УФ, ультрафиолет; YSZ, оксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия.

Список литературы

Appetecchi, G. B., Alessandrini, F., Carewska, M., Caruso, T., Prosini, P. P., Scaccia, S., et al. (2001). Исследование аккумуляторов с литий-полимерным электролитом. J. Источники энергии 97, 790–794.

Google Scholar

Беллини А. и Гючери С. (2003). Механические характеристики деталей, изготовленных с использованием моделирования наплавкой. Rapid Prototyp. J. 9, 252–264. DOI: 10.1108 / 13552540310489631

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Блейк, А.J., Kohlmeyer, R.R., Hardin, J.O., Carmona, E.A., Maruyama, B., Berrigan, J.D., et al. (2017). Керамически-полимерные электролиты для 3D-печати для гибких высокопроизводительных литий-ионных аккумуляторов с повышенной термостойкостью. Adv. Energy Mater. 7: 1602920. DOI: 10.1002 / aenm.201602920

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бланга Р., Бурштейн Л., Берман М., Гринбаум С. Г., Голодницкий Д. (2015). Твердый полимер-керамический электролит, полученный электрофоретическим осаждением. J. Electrochem. Soc. 162, D3084 – D3089.

Google Scholar

Браам, К. Т., Фолькман, С. К., и Субраманиан, В. (2012). Определение характеристик и оптимизация печатной первичной серебряно-цинковой батареи. J. Источники энергии 199, 367–372. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2011.09.076

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бухманн И. (2001). Батареи в портативном мире: Справочник по аккумуляторным батареям для не инженеров .Ричмонд: Cadex Electronics.

Google Scholar

Карли М. Д., Касо М. Ф., Аврора А., Сета Л. Д. и Просини П. П. (2019). «Электроформование нановолокон в качестве сепараторов для литий-ионных аккумуляторов», в: Труды 15-й Международной конференции по фотоэлектрическим системам концентраторов (CPV-15) Мелвилл, штат Нью-Йорк.

Google Scholar

Кавальер, С., Субианто, С., Савич, И., Джонс, Д. Дж., Розьер, Дж. Дж. Э., и Science, E. (2011). Электропрядение: разработанные архитектуры для устройств преобразования и хранения энергии. Energy Environ. Sci. 4, 4761–4785. DOI: 10.1039 / c1ee02201f

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чанг, П., Мэй, Х., Чжоу, С., Дассиос, К. Г., и Ченг, Л. (2019). Электрохимические накопители энергии, напечатанные на 3D-принтере. J. Mater. Chem. А 7, 4230–4258. DOI: 10.1039 / c8ta11860d

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чартрейн, Н. А., Уильямс, К. Б., и Уиттингтон, А. Р. (2018). Обзор изготовления тканевых каркасов с использованием фотополимеризации в ванне. Acta Biomater. 74, 90–111. DOI: 10.1016 / j.actbio.2018.05.010

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chen, A.-N., Li, M., Wu, J.-M., Cheng, L.-J., Liu, R.-Z., Shi, Y.-S., et al. (2019). Механизм повышения механических характеристик высокопористой муллитовой керамики с бимодальной структурой пор, полученных методом селективного лазерного спекания. J. Alloys Compd. 776, 486–494. DOI: 10.1016 / j.jallcom.2018.10.337

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, А.-N., Li, M., Xu, J., Lou, C.-H., Wu, J.-M., Cheng, L.-J., et al. (2018). Пенопласт из муллитовой керамики с высокой пористостью, полученный методом селективного лазерного спекания с использованием полых сфер летучей золы в качестве сырья. J. Eur. Ceram. Soc. 38, 4553–4559. DOI: 10.1016 / j.jeurceramsoc.2018.05.031

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chen, A.-N., Wu, J.-M., Cheng, L.-J., Liu, S.-J., Ma, Y.-X., Li, H., et al. (2020). Повышенное уплотнение и диэлектрические свойства керамики CaTiO3-0,3NdAlO3, полученной методом прямого коагуляционного литья. J. Eur. Ceram. Soc. 40, 1174–1180. DOI: 10.1016 / j.jeurceramsoc.2019.12.033

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chen, A.-N., Wu, J.-M., Liu, K., Chen, J.-Y., Xiao, H., Chen, P., et al. (2017). Высокопроизводительные керамические детали сложной формы, полученные методом селективного лазерного спекания: обзор. Adv. Прил. Ceram. 117, 100–117. DOI: 10.1080 / 17436753.2017.1379586

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, К., Сюй, Р., Хэ, З., Чжао, К., и Пан, Л. (2017). Печать 3D гелевого полимерного электролита в литий-ионной микробатареи с использованием стереолитографии. J. Electrochem. Soc. 164, A1852 – A1857.

Google Scholar

Chen, W., Lei, T., Wu, C., Deng, M., Gong, C., Hu, K., et al. (2018). Разработка безопасных систем электролита для высокостабильной литий-серной батареи. Adv. Energy Mater. 8: 1702348. DOI: 10.1002 / aenm.201702348

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, Ю., Чжо, С., Ли, З., и Ван, К. (2020). Редокс-полимеры для аккумуляторных металло-ионных аккумуляторов. EnergyChem 2: 100030. DOI: 10.1016 / j.enchem.2020.100030

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chen, Z., Li, Z., Li, J., Liu, C., Lao, C., Fu, Y., et al. (2019). 3D-печать керамики: обзор. J. Eur. Ceram. Soc. 39, 661–687.

Google Scholar

Ченг, М., Дейванаягам, Р., и Шахбазян-Яссар, Р. (2020). 3D-печать электрохимических накопителей энергии: обзор методов печати и архитектур электродов / электролитов. Тесто. Суперкапсы 3, 130–146. DOI: 10.1002 / batt.2010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Cheng, M., Jiang, Y., Yao, W., Yuan, Y., Deivanayagam, R., Foroozan, T., et al. (2018). Трехмерная печать гибридного твердотельного электролита для литий-ионных аккумуляторов при повышенных температурах. Adv. Матер. 30: e1800615.

Google Scholar

Чой, Ю. Э., Пак, К. Х., Ким, Д. Х., О, Д. Й., Квак, Х. Р., Ли, Ю. Г. и др. (2017). Покрываемые твердые электролиты Li4SnS4, приготовленные из водных растворов, для полностью твердотельных литий-ионных аккумуляторов. ChemSusChem 10, 2605–2611. DOI: 10.1002 / cssc.201700409

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коммариё, Б., Паолелла, А., Дайгл, Ж.-К., и Загиб, К. (2018). На пути к высокой литиевой проводимости в твердотельных полимерных и полимерно-керамических батареях. Curr. Opin. Электрохим. 9, 56–63. DOI: 10.1016 / j.coelec.2018.03.033

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Куссо, Ж.-Ф., Сирет, К., Бьенсан, П., и Бруссели, М.(2006). Последние разработки в литий-ионных призматических элементах. J. Источники энергии 162, 790–796. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2005.02.095

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дейнер, Л. Дж., Дженкинс, Т., Хауэлл, Т., и Роттмайер, М. (2019). Полимерные композитные электролиты с аэрозольной печатью для твердотельных литий-ионных аккумуляторов. Adv. Англ. Матер. 21: 1

2. DOI: 10.1002 / adem.201

2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Деланной, П.Э., Риу, Б., Лестриес, Б., Гийомар, Д., Брюсс, Т., и Ле Бидо, Дж. (2015). К быстрой и экономичной струйной печати твердого электролита для литиевых микробатареек. J. Источники энергии 274, 1085–1090. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2014.10.164

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Deng, Z., Jiang, H., Hu, Y., Liu, Y., Zhang, L., Liu, H., et al. (2017). Трехмерная упорядоченная макропористая наноструктура MoS2 @ C для гибких литий-ионных аккумуляторов. Adv. Матер. 29: 1603020.DOI: 10.1002 / adma.201603020

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дерби, Б. (2010). Струйная печать функциональных и конструкционных материалов: требования к свойствам жидкости, стабильность характеристик и разрешение. Annu. Rev. Mater. Res. 40, 395–414. DOI: 10.1146 / annurev-matsci-070909-104502

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Диуф Б. и Поде Р. (2015). Возможности литий-ионных аккумуляторов в возобновляемых источниках энергии. Обновить.Энергия 76, 375–380. DOI: 10.1016 / j.renene.2014.11.058

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дирикан, М., Янь, К., Чжу, П., и Чжан, X. (2019). Композитные твердые электролиты для твердотельных литиевых батарей. Mater. Sci. Англ. R Rep. 136, 27–46.

Google Scholar

Доброжан О., Пшеничный Р., Воробьев С., Курбатов Д., Команицкий В., Опанасюк А. (2020). Влияние термического отжига на морфологические и структурные свойства пленок ZnO, нанесенных на полиимидные подложки методом струйной печати. SN Прил. Sci. 2: 365.

Google Scholar

Ду, К.-Ф., Лян, К., Ло, Ю., Чжэн, Ю., и Янь, К. (2017). Последние достижения в области печати аккумуляторных батарей. J. Mater. Chem. А 5, 22442–22458. DOI: 10.1039 / c7ta07856k

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дадни, Н. Дж. (2008). Тонкопленочные микробатареи. Electrochem. Soc. Интерфейс 17, 44–48.

Google Scholar

Данн, Б., Фаррингтон, Г.К. и Кац Б. (1994). Золь-гель подходы для твердых электролитов и электродных материалов. Твердотельный ион. 70, 3–10. DOI: 10.1016 / 0167-2738 (94) ^-x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Экель, З. К., Чжоу, К., Мартин, Дж. Х., Якобсен, А. Дж., Картер, В. Б., и Шедлер, Т. А. Дж. С. (2016). Аддитивное производство керамики на основе полимеров. Наука 351, 58–62. DOI: 10.1126 / science.aad2688

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фергус, Дж.W. (2010). Керамические и полимерные твердые электролиты для литий-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии 195, 4554–4569. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2010.01.076

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Франкс, Г. В., Таллон, К., Стударт, А. Р., Сессо, М. Л., и Лео, С. (2017). Коллоидная обработка: создание керамики сложной формы с уникальной многомасштабной структурой. J. Am. Ceram. Soc. 100, 458–490. DOI: 10.1111 / jace.14705

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фрицлер, К.Б., Принц В. Ю., Дж. П. У. (2017). Методы 3D-печати микро- и наноструктур. Phys. Успехи. 62, 54–69. DOI: 10.3367 / ufne.2017.11.038239

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Fu, K., Wang, Y., Yan, C., Yao, Y., Chen, Y., Dai, J., et al. (2016). Электродные чернила на основе оксида графена для литий-ионных аккумуляторов, напечатанных на 3D-принтере. Adv. Матер. 28, 2587–2594. DOI: 10.1002 / adma.201505391

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фудзимото, Д., Кувата, Н., Мацуда, Ю., Кавамура, Дж., И Канг, Ф. (2015). Изготовление твердотельных тонкопленочных аккумуляторов с использованием тонких пленок LiMnPO 4, нанесенных методом импульсного лазерного осаждения. Тонкие твердые пленки 579, 81–88. DOI: 10.1016 / j.tsf.2015.02.041

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фурукава, Н., Иноуэ, К., и Мураками, С. (1984). Щелочная батарея. Google Patents.

Google Scholar

Гельфонд Н.В., Бобренок О.Ф., Предтеченский М.Р., Морозова, Н. Б., Жерикова, К. В., Игуменов, И. К. (2009). Химическое осаждение из газовой фазы тонких пленок электролитов на основе оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия. Inorg. Матер. 45, 659–665.

Google Scholar

Гуденаф, Дж. Б., и Сингх, П. (2015). Обзор — твердые электролиты в перезаряжаемых электрохимических элементах. J. Electrochem. Soc. 162, A2387 – A2392.

Google Scholar

Greatbatch, W., and Holmes, C.F. (1991). История имплантируемых устройств. IEEE Eng. Med. Биол. Mag. 10, 38–41.

Google Scholar

Гросс, Б. К., Эркал, Дж. Л., Локвуд, С. Ю., Чен, К., и Спенс, Д. М. Дж. А. С. (2014). Оценка 3D-печати и ее потенциального воздействия на биотехнологии и химические науки. 86, 3240–3253. DOI: 10.1021 / ac403397r

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хафнер С., Гатри Х., Ли С.-Х. и Бан К. (2019). Синхронизированный метод электроспиннинга и электрораспыления для производства твердотельных литий-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии 431, 17–24. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2019.05.008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хаяси А., Охтомо Т., Мидзуно Ф., Таданага К. и Тацумисаго М. (2003). Полностью твердотельные Li / S аккумуляторы с высокопроводящими стеклокерамическими электролитами. Electrochem. Commun. 5, 701–705. DOI: 10.1016 / s1388-2481 (03) 00167-x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хаяси, А., Ямасита, Х., Тацумисаго, М., и Минами, Т.(2002). Характеристика аморфных твердых электролитов Li2S – SiS2 – LixMOy (M = Si, P, Ge), полученных закалкой расплава и механическим измельчением. Твердотельный ион. 148, 381–389. DOI: 10.1016 / s0167-2738 (02) 00077-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

He, P., Chen, Q., Yan, M., Xu, X., Zhou, L., Mai, L., et al. (2019). Создание лучших цинк-ионных аккумуляторов: перспективы материалов. EnergyChem 1: 100022. DOI: 10.1016 / j.enchem.2019.100022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хенч, Л.Л. и Уэст Дж. К. (1990). Золь-гель процесс. Chem. Ред. 90, 33–72.

Google Scholar

Hitz, G. T., Mcowen, D. W., Zhang, L., Ma, Z., Fu, Z., Wen, Y., et al. (2019). Высокоскоростное циклирование лития в масштабируемой трехслойной архитектуре литий-гранат-электролит. Mater. Сегодня 22, 50–57. DOI: 10.1016 / j.mattod.2018.04.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хо, К. К., Эванс, Дж. У. и Райт, П. К. (2010). Прямая печать с диспенсером для цинковой микробатареи с ионным жидким гелевым электролитом. J. Micromech. Microeng. 20: 104009. DOI: 10.1088 / 0960-1317 / 20/10/104009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хои, Дж. М., Лутфурахманов, А., Шульц, Д. Л., и Ахатов, И. С. (2012). Обзор прямой записи на основе аэрозолей и ее приложений для микроэлектроники. J. Nanotechnol. 2012, 1-22. DOI: 10.1155 / 2012/324380

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янсен, Дж., Мелчельс, Ф. П. У., Грийпма, Д. У., и Фейен, Дж.Дж. Б. (2009). Функционализированные моноэтиловым эфиром фумаровой кислоты поли (D, L-лактид) / N-винил-2-пирролидон Смолы для получения каркасов тканевой инженерии с помощью стереолитографии. Биомакромолекулы 10, 214–220. DOI: 10.1021 / bm801001r

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Jiang, Z., Wang, S., Chen, X., Yang, W., Yao, X., Hu, X., et al. (2020). Ленточное литье пленок керамического электролита Li0,34La0,56TiO3 обеспечивает высокую удельную энергию литий-металлических батарей. Adv. Матер. 32: 1

1. DOI: 10.1002 / adma.201

1

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Йоханнесен, Э. А., Ван, Л., Вайз, К., Камминг, Д. Р., и Купер, Дж. М. (2006). Биосовместимость сенсора «лаборатория на таблетке» в искусственных средах желудочно-кишечного тракта. IEEE Trans. Биомед. Англ. 53, 2333–2340. DOI: 10.1109 / tbme.2006.883698

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Judez, X., Zhang, H., Ли, К., Эшету, Г. Г., Гонсалес-Маркос, Дж. А., Арманд, М., и др. (2017). Обзор — твердые электролиты для безопасных литий-серных батарей с высокой плотностью энергии: перспективы и проблемы. J. Electrochem. Soc. 165, A6008 – A6016.

Google Scholar

Юнг, Г. Б., Хуанг, Т., Хуанг, М. Х., и Чанг, К. Л. Дж. Дж. О. М. С. (2001). Получение легированного самарией оксида церия для твердооксидного электролита топливных элементов модифицированным золь-гель методом. J. Mater. Sci. 36, 5839–5844.

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. Источники энергии 282, 299–322.

Google Scholar

Ким, С. Х., Чой, К. Х., Чо, С. Дж., Чой, С., Пак, С., и Ли, С. Ю. (2015). Печатные твердотельные литий-ионные батареи: новый путь к источникам питания соответствующей формы с эстетической универсальностью для гибкой электроники. Nano Lett. 15, 5168–5177. DOI: 10.1021 / acs.nanolett.5b01394

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Клиппштейн, Х., Диас де Серио Санчес, А., Хассанин, Х., Цвейри, Ю., и Сеневиратне, Л. (2018). Моделирование наплавленных отложений для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА): обзор. Adv. Англ. Матер. 20: 1700552. DOI: 10.1002 / adem.201700552

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Котобуки М., Койши М. и Като Ю.(2013). Приготовление твердого электролита Li1,5Al0,5Ti1,5 (PO4) 3 методом соосаждения. Ionics 19, 1945–1948. DOI: 10.1007 / s11581-013-1000-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Курцвейл П. (2010). Гастон Планте и его изобретение свинцово-кислотной батареи — генезис первой практической аккумуляторной батареи. J. Источники энергии 195, 4424–4434. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2009.12.126

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лау, Дж., Деблок, Р. Х., Баттс, Д. М., Эшби, Д. С., Чой, С. С., Данн, Б. С. (2018). Сульфидные твердые электролиты для литиевых батарей. Adv. Energy Mater. 8: 1800933. DOI: 10.1002 / aenm.201800933

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Дж. У., Лан, П. X., Ким, Б., Лим, Г., и Чо, Д. У. (2008). Изготовление и анализ характеристик каркаса из полипропиленфумарата с использованием технологии микростереолитографии. J. Biomed. Матер. Res. B Прил.Биоматер. 87, 1–9. DOI: 10.1002 / jbm.b.31057

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, К. В., Ван, С., Фокс, Б. К., Ритман, Э. Л., Яшемски, М. Дж., И Лу, Л. Дж. Б. (2007). Изготовление каркаса для инженерии костной ткани из поли (пропиленфумарата) с использованием стереолитографии: влияние составов смол и параметров лазера. Биомакромолекулы 8, 1077–1084. DOI: 10.1021 / bm060834v

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лейонмарк, С., Корнелл, А., Линдберг, Г., и Вогберг, Л. (2013). Однобумажные гибкие литий-ионные аккумуляторные элементы в процессе изготовления бумаги на основе нанофибриллированной целлюлозы. J. Mater. Chem. А 1, 4671–4677. DOI: 10.1039 / c3ta01532g

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Летиен, К., Зегауи, М., Руссель, П., Тильман, П., Роллан, Н., Роллан, П. А. (2011). Микроструктура LiPON и материала фосфата лития и железа, нанесенного на массив кремниевых наностолбиков для литий-ионной твердотельной трехмерной микро-батареи. Microelectron. Англ. 88, 3172–3177. DOI: 10.1016 / j.mee.2011.06.022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Льюис, Дж. А. (2004). Коллоидная обработка керамики. J. Am. Ceram. Soc. 83, 2341–2359.

Google Scholar

Ли Б., Гу П., Фэн Ю., Чжан Г., Хуанг К., Сюэ Х. и др. (2017). Ультратонкие двумерные нанолисты из никель-кобальтфосфата для электрохимического накопления энергии под водным / твердотельным электролитом. Adv. Funct.Матер. 27: 1605784. DOI: 10.1002 / adfm.201605784

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Li, C., Liu, Y., Li, B., Zhang, F., Cheng, Z., He, P., et al. (2019). Встроенный твердый электролит с пористым катодом путем простого одностадийного спекания для полностью твердотельной батареи Li-O2. Нанотехнологии 30: 364003. DOI: 10.1088 / 1361-6528 / ab226f

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, М., Чен, А.-Н., Линь, X., Ву, Ж.-М., Chen, S., Cheng, L.-J., et al. (2019). Легкая муллитовая керамика с контролируемой пористостью и улучшенными свойствами, изготовленная методом SLS с использованием механически смешанных композитов FAHS / полиамид12. Ceram. Int. 45, 20803–20809. DOI: 10.1016 / j.ceramint.2019.07.067

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, С., Чжан, С.К., Шен, Л., Лю, К., Ма, Дж. Б., Львов, В. и др. (2020). Развитие и перспективы керамических / полимерных композитных твердых электролитов для литиевых батарей. Adv. Sci. 7: 18.

Google Scholar

Ли, В., Чен, Л., Сунь, Ю., Ван, К., Ван, Ю., и Ся, Ю. (2017). Полностью твердотельная вторичная литиевая батарея с твердым полимерным электролитом и антрахиноновым катодом. Твердотельный ион. 300, 114–119. DOI: 10.1016 / j.ssi.2016.12.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли X., Чжан З., Инь К., Ян Л., Тачибана К. и Хирано С.-И. (2015). Квазитвердые электролиты мезопористого кремнезема / ионной жидкости и их применение в литий-металлических батареях. J. Источники энергии 278, 128–132. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2014.12.053

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли Ю., Дин Ф., Сюй З., Санг Л., Рен Л., Ни, В. и др. (2018). Твердотельный литий-ионный аккумулятор, работающий при температуре окружающей среды, на основе твердого полимерного электролита с высокой концентрацией солей. J. Источники энергии 397, 95–101. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2018.05.050

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лян, С., Янь, В., Ву, X., Чжан, Ю., Zhu, Y., Wang, H., et al. (2018). Гелевые полимерные электролиты для литий-ионных аккумуляторов: изготовление, характеристики и характеристики. Твердотельный ион. 318, 2–18. DOI: 10.1016 / j.ssi.2017.12.023

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Lim, H.-D., Lim, H.-K., Xing, X., Lee, B.-S., Liu, H., Coaty, C., et al. (2018). Слои твердого электролита осаждением из раствора. Adv. Матер. Интерфейсы 5: 1701328. DOI: 10.1002 / admi.201701328

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю В., Ли, С. В., Лин, Д., Ши, Ф., Ван, С., Сендек, А. Д. и др. (2017). Повышение ионной проводимости в композитных полимерных электролитах с помощью хорошо ориентированных керамических нанопроволок. Нат. Энергия 2: 17035.

Google Scholar

Луонго А., Фальстер В., Дуст М. Э. Б., Рибо М. М., Эйрикссон Э. Р., Педерсен Д. Б. и др. (2020). Контроль микроструктуры в 3D-печати с помощью цифровой обработки света. 39, 347–359.

Google Scholar

Ма, Ф., Чжао, Э., Zhu, S., Yan, W., Sun, D., Jin, Y., et al. (2016). Приготовление и оценка твердого электролита Li1.3Al0.3Ti1.7 (PO4) 3 с высокой ионно-литиевой проводимостью, полученного с использованием нового метода растворения. Твердотельный ион. 295, 7–12. DOI: 10.1016 / j.ssi.2016.07.010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ма, Т., и Девин Маккензи, Дж. (2019). Полностью печатные гибкие воздушно-цинковые батареи с высокой плотностью энергии на основе твердых полимерных электролитов и иерархического каталитического токосъемника. Flex. Распечатать. Электрон. 4: 015010. DOI: 10.1088 / 2058-8585 / ab0b91

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Махаджан А., Фрисби К. Д. и Фрэнсис Л. Ф. (2013). Оптимизация аэрозольной струйной печати для получения серебряных линий с высоким разрешением и высоким соотношением сторон. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 5, 4856–4864. DOI: 10.1021 / am400606y

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Manapat, J. Z., Chen, Q., Ye, P., and Advincula, R.С. (2017). 3D-печать полимерных нанокомпозитов методом стереолитографии. Macromol. Матер. Англ. 302: 1600553. DOI: 10.1002 / mame.201600553

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Manthiram, A., Yu, X., and Wang, S. (2017). Химический состав литиевых батарей обеспечивается твердотельными электролитами. Нат. Rev. Mater. 2: 16103.

Google Scholar

Мао, М., Хе, Дж., Ли, X., Чжан, Б., Лей, К., Лю, Ю. и др. (2017). Новые горизонты и области применения 3D-печати с высоким разрешением. Микромашины 8: 113. DOI: 10.3390 / mi8040113

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Mcowen, D. W., Xu, S., Gong, Y., Wen, Y., Godbey, G. L., Gritton, J. E., et al. (2018). 3D-печать электролитов для твердотельных аккумуляторов. Adv. Матер. 30: 1707132.

Google Scholar

Минами Т., Хаяси А. и Тацумисаго М. (2006). Недавний прогресс стекла и стеклокерамики в качестве твердых электролитов для литиевых вторичных батарей. Твердотельный ион. 177, 2715–2720. DOI: 10.1016 / j.ssi.2006.07.017

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Моримото, Х., Ямасита, Х., Тацумисаго, М., и Минами, Т. (1999). Механохимический синтез новых аморфных материалов 60Li2S⋅ 40SiS2 с высокой литиево-ионной проводимостью. J. Am. Ceram. Soc. 82, 1352–1354. DOI: 10.1111 / j.1151-2916.1999.tb01923.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нафиси, С., Джалили, Р., Обалеби, С. Х., Горкин И., Р.А., Константинов К., Иннис П. С. и др. (2014). Дисперсии оксида графена: настройка реологии для обеспечения возможности изготовления. Mater. Horiz. 1, 326–331. DOI: 10.1039 / c3mh00144j

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нго, Т. Д., Кашани, А., Имбальзано, Г., Нгуен, К. Т. К. и Хуэй, Д. (2018). Аддитивное производство (3D-печать): обзор материалов, методов, приложений и проблем. Compos. B Eng. 143, 172–196. DOI: 10.1016 / j.compositesb.2018.02.012

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Nguyen, H., Banerjee, A., Wang, X., Tan, D., Wu, E.A., Doux, J., et al. (2019). Одностадийный синтез высокопроводящего твердого электролита Na3PS4 для всех натриевых твердотельных батарей. J. Источники энергии 435, 126623–126623. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2019.05.031

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Найман, М., Алам, Т. М., Макинтайр, С. К., Блейер, Г. К., и Ингерсолл, Д. (2010). Альтернативный подход к увеличению подвижности Li в электролитах на гранате Li-La-Nb / Ta. Chem. Матер. 22, 5401–5410. DOI: 10,1021 / см 101438x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Обата К., Эль-Тамер А., Кох Л., Хинце У. и Чичков Б. Н. (2013). Высокоформатное трехмерное структурирование двухфотонной полимеризацией с расширенным рабочим диапазоном объектива (WOW-2PP). Light Sci. Прил. 2: e116. DOI: 10.1038 / lsa.2013.72

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Панг, Ю., Цао, Ю., Чу, Ю., Лю, М., Снайдер, К., Маккензи, Д., и др.(2019). Аддитивное производство аккумуляторов. Adv. Funct. Матер. 30: 14.

Google Scholar

Пак, С.-Х., Пак, М., Ю, С.-И., и Джу, С.-К. (2006). Твердый полимерный электролит с центрифугированием для твердотельных перезаряжаемых тонкопленочных литий-полимерных батарей. J. Источники энергии 158, 1442–1446. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2005.10.022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Парк, И.-Б., Ха, Ю.-М., Ким, М.-С., Ким, Х.-К., и Ли, С.-ЧАС. (2012). Трехмерная шкала серого для улучшения качества поверхности в проекционной микростереолитографии. Внутр. J. Precis. Англ. Производство. 13, 291–298. DOI: 10.1007 / s12541-012-0036-0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пеше А., Хорнес А., Нуньес М., Мората А., Торрелл М. и Таранкон А. (2020). 3D-печать нового поколения улучшенных твердооксидных топливных и электролизных ячеек. J. Mater. Chem. A. DOI: 10.1039 / d0ta02803g

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пфеннингер, Р., Струзик, М., Гарбайо, И., Стилп, Э., и Рупп, Дж. Л. М. (2019). Низкая рабочая температура для быстрой литиевой проводимости в гранатовых пленках твердотельных аккумуляторов. Нат. Энергия 4, 475–483. DOI: 10.1038 / s41560-019-0384-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фук Н. Х., Тотани М., Морикава К., Муто Х. и Мацуда А. (2016). Приготовление твердого электролита Li3PS4 с использованием этилацетата в качестве синтетической среды. Твердотельный ион. 288, 240–243.DOI: 10.1016 / j.ssi.2015.11.032

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Pradel, A., Pagnier, T., and Ribes, M. (1985). Влияние быстрой закалки на электрические свойства литиевых проводящих стекол. Твердотельный ион. 17, 147–154. DOI: 10.1016 / 0167-2738 (85)

-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рейес, К., Сомоги, Р., Ниу, С., Круз, М. А., Янг, Ф., Катеначчи, М. Дж. И др. (2018). Трехмерная печать готовой литий-ионной батареи с изготовлением плавленой нити. ACS Appl. Energy Mater. 1, 5268–5279.

Google Scholar

Ruetschi, P., Meli, F., and Desilvestro, J. (1995). Никель-металлогидридные батареи. Предпочитаемые батареи будущего? J. Источники энергии 57, 85–91. DOI: 10.1016 / 0378-7753 (95) 02248-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рузметов Д., Олешко В. П., Хейни П. М., Лезец Х. Дж., Карки К., Белудж К. Х. и др. (2012). Стабильность электролита определяет пределы масштабирования твердотельных литий-ионных аккумуляторов 3D. Nano Lett. 12, 505–511. DOI: 10.1021 / nl204047z

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сантоликвидо, О., Коломбо, П., и Ортона, А. (2019). Аддитивное производство керамических компонентов с помощью цифровой обработки света: сравнение подходов «снизу вверх» и «сверху вниз». J. Eur. Ceram. Soc. 39, 2140–2148. DOI: 10.1016 / j.jeurceramsoc.2019.01.044

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Скьяво, Л.С.А., Мантас, П.К., Сегадайнш, А.М., и Круз, Р.С.Д. (2018). От сухого прессования до пластического формования керамики: оценка окна технологичности. Констр. Строить. Матер. 189, 594–600. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2018.09.015

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. Дж.Источники энергии 382, ​​160–175. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2018.02.062

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шань Ю., Ли Ю. и Панг Х. (2020). Применение материалов на основе сульфида олова в литий-ионных батареях и натрий-ионных батареях. Adv. Funct. Матер. 30: 2001298. DOI: 10.1002 / adfm.202001298

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Смит, А. Дж., Бернс, Дж. К., Трасслер, С., и Дан, Дж. Р. (2010). Прецизионные измерения кулоновской эффективности литий-ионных аккумуляторов и материалов электродов для литий-ионных аккумуляторов. J. Electrochem. Soc. 157: А196.

Google Scholar

Штраус, Ф., Тео, Дж. Х., Шиле, А., Бартч, Т., Хацукаде, Т., Хартманн, П., и др. (2020). Выделение газа в литий-ионных батареях: твердый электролит по сравнению с жидким. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 12, 20462–20468.

Google Scholar

Сунь, К., Фанг, Н., Ву, Д. М., и Чжан, X. (2005). Проекционная микростереолитография с использованием цифровой микрозеркальной динамической маски. Sens.Приводы A Phys. 121, 113–120. DOI: 10.1016 / j.sna.2004.12.011

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сунь, Дж., Ли, Ю., Чжан, К., Хоу, К., Ши, К., и Ван, Х. (2019). Композитный электролит на основе полиметилметакрилата с высокой ионной проводимостью и нанопроволоками типа граната Li6.75La3Zr1.75Nb0.25O12. Chem. Англ. J. 375: 121922. DOI: 10.1016 / j.cej.2019.121922

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сунь, Ю., Ши, П., Чен, Дж., Ву, К., Liang, X., Rui, X., et al. (2020). Разработка и вызов передовых неводных ионно-натриевых батарей. EnergyChem 2: 100031. DOI: 10.1016 / j.enchem.2020.100031

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Суваджи Э. и Мессинг Г. Л. (2001). Текстурированная керамика из оксида алюминия методом одноосного прессования. Key Eng. Матер. 206-213, 405–408. DOI: 10.4028 / www.scientific.net / kem.206-213.405

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Такада, К.(2013). Развитие и перспективы твердотельных литиевых батарей. Acta Mater. 61, 759–770. DOI: 10.1016 / j.actamat.2012.10.034

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Таллон, К., Фрэнкс, Г. В. (2011). Последние тенденции в формообразовании в результате коллоидной обработки: обзор. 119, 147–160. DOI: 10.2109 / jcersj2.119.147

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тан, С. Дж., Цзэн, X. X., Ма, К., Ву, X. W., и Го, Ю. Г. (2018). Последние достижения в области композитных электролитов на полимерной основе для литиевых аккумуляторных батарей. Electrochem. Energy Rev. 1, 113–138. DOI: 10.1007 / s41918-018-0011-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Танака С., Пин К. С. и Уэмацу К. (2006). Влияние расслоения органического связующего на спеченную прочность глинозема сухого прессования. J. Am. Ceram. Soc. 89, 1903–1907. DOI: 10.1111 / j.1551-2916.2006.01057.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тацумисаго, М., Хаяси, А. (2012). Суперионные стекла и стеклокерамика в системе Li2S – P2S5 для твердотельных литиевых вторичных батарей. Твердотельный ион. 225, 342–345. DOI: 10.1016 / j.ssi.2012.03.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Терагава, С., Асо, К., Таданага, К., Хаяси, А., Тацумисаго, М. (2014). Приготовление твердого электролита Li2S – P2S5 из раствора N-метилформамида и применение для твердотельных литиевых аккумуляторов. J. Источники энергии 248, 939–942. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2013.09.117

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Треви, Дж., Джанг, Дж. С., Юнг, Ю. С., Штольдт, К. Р., и Ли, С. Х. (2009). Стеклокерамические электролиты Li2S – P2S5, полученные с помощью одностадийного процесса шарового биллинга, и их применение для полностью твердотельных литий-ионных аккумуляторов. Electrochem. Commun. 11, 1830–1833. DOI: 10.1016 / j.elecom.2009.07.028

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тамблстон, Дж. Р., Ширванянц, Д., Ермошкин, Н., Янушевич, Р., Джонсон, А. Р., Келли, Д., и др. (2015). Непрерывное создание интерфейса жидкости для 3D-объектов. Science 347, 1349–1352. DOI: 10.1126 / science.aaa2397

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Варшнея, А. К., Мауро, Дж. К. (2019). Основы неорганических стекол . Амстердам: Эльзевир.

Google Scholar

Венкатасубраманян, Н., Уэйд, Б., Десаи, П., Абхираман, А., и Гельбаум, Л. (1991). Синтез и характеристика прядильных золь-гель производных полиборатов. J. Non Cryst. Твердые тела 130, 144–156.DOI: 10.1016 / 0022-3093 (91) -к

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, Дж., Се, Дж., Конг, X., Лю, З., Лю, К., Ши, Ф. и др. (2019). Ультратонкий, гибкий, твердый полимерный композитный электролит с выровненным нанопористым основанием для литиевых батарей. Нат. Nanotechnol. 14, 705–711. DOI: 10.1038 / s41565-019-0465-3

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, Л., Е, Ю., Чен, Н., Хуан, Ю., Ли, Л., Ву, Ф., и другие. (2018). Разработка и проблемы функциональных электролитов для высокопроизводительных литий-серных батарей. Adv. Funct. Матер. 28: 1800919. DOI: 10.1002 / adfm.201800919

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, X. Дж., Чжан, Х. П., Кан, Дж. Дж., Ву, Ю. П., и Фанг, С. Б. (2005). Новые композитные полимерные электролиты на основе поли (эфир-уретанового) сетчатого полимера и коллоидных кремнеземов. J. Solid State Electrochem. 11, 21–26. DOI: 10.1007 / s10008-005-0029-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уорнер, Дж.Т. (2015). Справочник по проектированию литий-ионных аккумуляторных батарей: химия, компоненты, типы и терминология . Амстердам: Эльзевир.

Google Scholar

Wootthikanokkhan, J., Phiriyawirut, M., and Pongchumpon, O.J. (2015). Влияние параметров электропрядения и содержания нанонаполнителя на морфологию и свойства гелевого электролита композитных нановолокон на основе PVDF-HFP, наполненного La2O3. Внутр. J. Polym. Матер. Polym. Биоматер. 64, 416–426. DOI: 10.1080 / 007.2014.958830

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Се Дж., Иманиши Н., Чжан Т., Хирано А., Такеда Ю. и Ямамото О. (2009). Литий-ионный транспорт в твердотельных литиевых батареях с LiCoO2 с использованием стеклокерамических электролитов типа NASICON. J. Источники энергии 189, 365–370. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2008.08.015

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Xing, B., Yao, Y., Meng, X., Zhao, W., Shen, M., Gao, S., et al. (2020). Самоподдерживающийся оксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия, волнообразный электролит для твердооксидных топливных элементов с помощью трехмерной печати с цифровой обработкой света. Scr. Матер. 181, 62–65. DOI: 10.1016 / j.scriptamat.2020.02.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ян, Ю., Чен, З., Сун, X., Чжу, Б., Сяй, Т., Ву, П.-И. и др. (2016). Трехмерная печать высокодиэлектрического конденсатора методом проекционной стереолитографии. Nano Energy 22, 414–421. DOI: 10.1016 / j.nanoen.2016.02.045

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янг Ю., Юань В., Чжан Х., Юань Ю., Wang, C., Ye, Y., et al. (2020). Обзор приложений трехмерной печати для литий-ионных аккумуляторов. Прил. Энергия 257: 14002.

Google Scholar

Инь, Ю. К., Ван, К., Ян, Дж. Т., Ли, Ф., Чжан, Г., Цзян, К. Х. и др. (2020). Межфазный слой на основе тонкой пленки хлорида металла на основе перовскита для защиты металлического лития от жидкого электролита. Нат. Commun. 11: 1761.

Google Scholar

Йошио, М., Бродд, Р. Дж., И Козава, А. (2009). Литий-ионные батареи . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Спрингер.

Google Scholar

Юань, М., и Лю, К. (2020). Рациональная конструкция сепараторов и жидких электролитов для более безопасных литий-ионных батарей. J. Energy Chem. 43, 58–70. DOI: 10.1016 / j.jechem.2019.08.008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Юэ, Л., Ма, Дж., Чжан, Дж., Чжао, Дж., Донг, С., Лю, З. и др. (2016). Все твердотельные полимерные электролиты для высокопроизводительных литий-ионных аккумуляторов. Energy Storage Mater. 5, 139–164.

Google Scholar

Зеколл, С., Марринер-Эдвардс, К., Хексельман, А. К. О., Касемчайнан, Дж., Кусс, К., Армстронг, Д. Е. Дж. И др. (2018). Гибридные электролиты с трехмерными бинепрерывными упорядоченными керамическими и полимерными микроканалами для полностью твердотельных батарей. Energy Environ. Sci. 11, 185–201. DOI: 10.1039 / c7ee02723k

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhang, H., Li, C., Piszcz, M., Coya, E., Рохо Т., Родригес-Мартинес Л. М. и др. (2017). Одиночные литий-ионные проводящие твердые полимерные электролиты: достижения и перспективы. Chem. Soc. Ред. 46, 797–815.

Google Scholar

Чжан, К., Цао, Д., Ма, Ю., Натан, А., Аврора, П., и Чжу, Х. (2019). Твердотельные электролиты на основе сульфидов: синтез, стабильность и потенциал для полностью твердотельных аккумуляторов. Adv. Матер. 31: e1

Простое изготовление обработанных на растворе твердых электролитов для твердотельных батарей с высокой плотностью энергии за счет улучшенного межфазного контакта

Хотя слоистый оксид переходного металла LiCoO ₂ имеет высокую ионную проводимость Li ⁺ и теоретической удельной емкости 272 мА ч г ^{-1 19} , катоды на его основе показали низкую практическую емкость ~ 140 мА ч г ^-1 , в основном из-за изменений в его структуре во время циклов заряда и разряда.В качестве альтернативы LiCoO ₂ мы использовали коммерческие катоды NCM622, состоящие из совместно легированной системы LiCoO ₂ с Co и Mn, чтобы обеспечить более высокую емкость и стабильную работу во время циклирования. Коммерческий NCM622 (активные материалы) смешивали с растворителем NMP с полимерными связующими PVDF и углеродной сажей для получения одновременно хороших проводников как для ионов, так и для электронов. Композитный катодный слой, то есть обычные LIB-электроды, показанные на рис. 1а, был сформирован путем заливки влажной суспензии на токосъемник (алюминиевая фольга) с последующим термическим отжигом при 100 ° C для удаления остаточного растворителя NMP.Для недорогого и крупномасштабного изготовления композитных катодов NCM622 с пропиткой SE используется раствор LPSCl SE сульфидного типа (42,8: 41,4: 15,8 мас.% Li ₂ S / P ₂ S ₅ / LiCl ) был получен мокрым химическим синтезом с использованием предшественников SE, таких как Li ₂ S, P ₂ S ₅ и LiCl, в растворителе EtOH (раствор LPSCl + EtOH на рис. 1a). На рисунке 1b показан процесс инфильтрации раствора LPSCl SE в обычные электроды LIB. Электроды LIB погружали в свежеприготовленный раствор LPSCl, а затем образцы сушили в печи с последующей термообработкой при 180 ° C в вакууме для отверждения пленок SE, а также для полного удаления остаточного растворителя.Изготовление электродов NCM622 с пропиткой SE было завершено прессованием образцов под нагрузкой 700 МПа, чтобы вызвать тесный контакт между активными материалами и SE и улучшить соединение за счет увеличения плотности пленок (низкая пористость). LIB-электроды, пропитанные LPSCl, обычно имеют желтый цвет из-за наличия SE сульфидного типа, как это видно на вставке на рис. 1b. Примечательно, что этот основанный на растворе процесс SE-инфильтрации может быть дополнительно модифицирован путем использования различных методов печати с рулона на рулон и / или крупномасштабной полиграфической печати, таких как распыление, глубокая печать и трафаретная печать, для крупномасштабной рентабельной печати. изготовление АБС ²⁰ .