Перемешивается ли электролит в аккумуляторе при движении автомобиля? / Хабр
Привет, Хабр! Серная кислота почти вдвое тяжелее воды, и её водные растворы, в том числе аккумуляторный электролит, склонны к расслоению: тяжёлая кислота вытесняет лёгкую воду вверх и опускается вниз. Как это влияет на работу аккумуляторной батареи, и насколько эффективно перемешивает электролит тряска при движении транспортного средства? Проведём эксперимент с видео и показаниями приборов.
▍Перед началом опыта, вспомним известные факты о расслоении электролита:
❒ Основная токообразующая реакция в свинцовом аккумуляторе, — двойная сульфатация по Гладстону-Трайбу, — требует для заряда воды, которая расходуется из электролита с выделением кислоты, а при разряде наоборот, расходуется кислота и выделяется вода.
❒ Обязательными условиями заряда участка активной массы являются наличие в этом участке воды, а также электрический потенциал не ниже необходимого для преодоления термодинамической электродвижущей силы — ЭДС — на этом участке.
❒ Следовательно, повышенная концентрация электролита в нижней части банок и глубине намазок пластин АКБ — аккумуляторной батареи — ведёт к тому, что для преодоления термодинамической ЭДС требуется более высокое напряжение на клеммах. При недостаточном напряжении заряд участка активной массы (АМ) с повышенной концентрацией кислоты не произойдёт никогда. Также препятствует заряду и недостаток воды в данном участке АМ.
❒ И заряд, и разряд активных масс ведут к расслоению электролита, так как выделяющаяся при заряде кислота стремится вниз, а образующаяся при разряде вода — вверх. Таким образом, если не предпринять специальных мер, при любой глубине циклирования или просто саморазряде АКБ расслоение электролита прогрессирует.
❒ Современные типы АКБ характеризуются плотными сепараторами, препятствующими оплыванию активных масс и короткому замыканию. Они повышают надёжность, виброустойчивость и срок службы АКБ, но и препятствуют перемешиванию электролита, усугубляя тенденцию к расслоению.
❒ Чем более прогрессирует расслоение электролита, тем большая доля активных масс при штатном зарядном напряжении не заряжается, то есть, остаётся в виде сульфата свинца, склонного переходить в труднорастворимую форму. Это явление называется сульфатацией. Не следует путать с двойной сульфатацией п. 1 — нормальной токообразующей реакцией. Сульфаты имеют меньшую плотность, чем заряженные АМ — губчатый свинец отрицательных пластин и оксид свинца положительных, потому сульфатированные намазки увеличиваются в объеме, что ведёт к разрушению конструкции аккумулятора и коротким замыканиям. П. 5 этому препятствует, но при отсутствии периодического выравнивающего заряда АКБ с расслоением и сульфатацией теряет ёмкость, токоотдачу и концентрацию кислоты в верхних слоях электролита.
❒ Электролит с низкой концентрацией кислоты замерзает при более высокой («менее минусовой») температуре, потому расслоение электролита ведёт к выходу аккумулятора из строя в зимнее время.
По просторам Всемирной Паутины с давних времён гуляет множество мифов о губительности «кипячения», — заряда с перенапряжением и выделением водорода и кислорода, пузырьки которых перемешивают электролит, для автомобильных АКБ.
Многие руководствуются этими мифами при заряде АКБ и выборе для этого зарядных устройств — ЗУ.
Отчасти поэтому, во многих моделях ЗУ производители ограничивают напряжение на уровне, не допускающем «кипения» электролита, в других моделях предоставляют пользователю выбор максимальных напряжений заряда путём ступенчатого переключения или плавной регулировки, даже если ЗУ представляет собой не просто источник питания со стабилизацией тока и напряжения (СС/CV), а имеет алгоритмы автоматического управления напряжением и током согласно табличным значениям профиля или на основании измерения характеристик АКБ.
Водород, аэрозоль серной кислоты и сероводород, могущие выделяться при заряде аккумулятора, действительно опасны, потому заряжать следует в проветриваемом помещении, адекватно управлять током, напряжением и временем заряда, изучить и соблюдать технику безопасности.
В сегодняшнем эксперименте посмотрим, насколько перемешают электролит пара современных отечественных ЗУ, и насколько это требуется от ЗУ вообще, применительно к стартерной аккумуляторной батарее.
Ведь она монтируется на автомобиле (мотоцикле, снегоходе, катере…), а тот испытывает ускорения и вибрации при движении. Некоторые авторы считают, что поездки перемешают электролит, потому в функции зарядного устройства это не входит. Давайте попробуем, и узнаем.
Подопытным будет аккумулятор АКОМ +EFB 6СТ-60VL. Со времени предыдущего стационарного обслуживания он использовался на автомобиле 4 месяца. График работы владельца автомобиля — сутки через трое, каждая поездка занимала 20 минут. Стартер и сигнализация за трое суток простоя в каждом таком цикле расходовали примерно 3 ампер*часа.
Начнём с измерения параметров текущего состояния. И как всегда, в первую очередь вымоем корпус и зачистим клеммы.
Напряжение разомкнутой цепи — НРЦ, оно же ЭДС без нагрузки, по показаниям трёх приборов 12.48, 12.50, 12.52 В.
Плотность электролита по банкам колеблется от 1.
Итак, наблюдаем расхождение: НРЦ соответствует уровню заряженности выше 80%, плотность электролита при котором должна быть 1.24, а по плотности уровень заряженности получается 75%, НРЦ должно быть 12.4 В. Причиной такого несоответствия как раз является расслоение электролита за 4 месяца эксплуатации под капотом. Повышенная концентрация кислоты в нижней части банок создаёт завышенное НРЦ. АКБ в таком состоянии необходим стационарный заряд.
Напряжение под нагрузочной вилкой не падает ниже 10 вольт, аккумулятор способен крутить стартер. Но если почитать инструкцию от производителя, то там чётко и ясно написано: если плотность ниже 1.25, аккумулятор требуется зарядить до плотности 1.28. Также в инструкции сказано, что можно оценить степень заряда по напряжению, и рекомендуется производить стационарный заряд при НРЦ ниже 12.
Приступаем к заряду зарядным устройством BL1204 на программе 2.
Заряд длился 9 часов. Плотность по банкам составила от 1.23 до 1.24.
По графику напряжения на клеммах, видно, что ЗУ производит основной заряд с подачами и паузами разной продолжительности, а затем три этапа непрерывного дозаряда, после чего последовали тест АКБ и буферный режим 13.65 В. Однако для кальциевой АКБ до 14.8 вольт происходит лишь основной заряд, потому продолжим заряд на программе 4.
Время заряда составило 1 час 16 минут плюс 20 часов в режиме буферного хранения. Плотность поднялась ещё на одну сотую и составила от 1.24 до 1.25. Сделаем ещё один проход на 4-й программе.
Время заряда снова 1 час 16 минут. Плотность поднялась всего на 0.
005. Перезапустим программу 4 в третий раз.
Третий проход длился те же 1 час 16 минут. Плотность снова поднялась на 0.005. Отключаем ЗУ от АКБ. После отстоя продолжительностью 18 часов 20 минут НРЦ 13.20 В. При плотности 1.25 это говорит об очень сильном расслоении электролита. Запустим программу 4 ещё раз.
Заряд длился на этот раз около 50 минут. Плотность электролита не поднялась. Попробуем воспользоваться другим ЗУ.
Возьмём Бережок-V, установим 15.9 В — то же максимальное напряжение, что у BL1204.
Заряд длился 4 часа, за которые ЗУ сделало две длительные паузы, и затем перешло в режим хранения — не поддержание буферного напряжения, как BL1204, а периодический подзаряд.
В пиках напряжение достигает тех же 15.9.
Плотность в 5 банках составила 1.26 или чуть выше, и в одной 1.255. Оставим АКБ на ночь дозаряжаться в режиме хранения.
По прошествии 15 часов, импульсы тока доходят до 5 А, снижаясь менее чем за секунду до 1 А.
Для отбора проб электролита из глубины банок воспользуемся удлинённой пипеткой, гибкий наконечник которой может пройти сбоку от пластин. Короткой пипеткой произведём отбор, как обычно, из верхнего слоя.
Плотность верхнего слоя составила 1.26, нижнего почти 1.31. Это весьма значительное расслоение, обуславливающее высокое напряжение разомкнутой цепи при недозаряженных и сульфатирующихся нижних частях пластин. Ни одно из применённых ЗУ при заряде нашего аккумулятора до 15.9В с расслоением не справилось.
Устранят ли поездки такое расслоение? Для непосредственной проверки установим АКБ под капот, для чего пришлось удлинить провод массы.
Для лучшего перемешивания прибавим напряжение бортовой сети с 14.3 до 14.8 В, так как это позволяет сделать трёхуровневый регулятор напряжения.
Приборная панель Gamma GF-618 позволяет регистрировать данные поездок, что тоже очень пригодится в нашем эксперименте.
Пробег за трое суток в городском режиме составил 143.7 километра. Большое количество разгонов и торможений должно способствовать перемешиванию электролита.
Израсходовано 12.8 литров бензина.
После таких поездок плотность на глубине составила 1.29.
Плотность сверху 1.27. Предписываемого инструкцией значения 1.28 так и не достигли. Расслоение до сих пор присутствует. Покатаемся ещё трое суток, на этот раз, не только по городу, но и по трассе.
Итого за 6 суток автомобиль двигался восемь с половиной часов.
Общий пробег за это время 377.8 км.
Бензина затрачено 28.8 литра.
Плотность электролита наверху и внизу, наконец, уравнялась, и составила чуть ниже 1.27.
Итак, чтобы устранить расслоение в Ca/Ca EFB аккумуляторе после нескольких перезапусков стационарного заряда до 15.9 вольт, понадобилось почти 378 километров пробега и 29 литров бензина при напряжении бортсети 14.8 В. Сделаем выводы:
Q: Перемешивается ли электролит в современном кальциевом аккумуляторе с высокой плотностью сепараторов и упаковки пластин при движении транспортного средства?
— Да, действительно перемешивается.
Q: Насколько такое перемешивание эффективно?
— Мягко говоря, не очень.При более низком напряжении бортовой сети и более коротких поездках расслоение электролита продолжило бы прогрессировать
Q: Остались ли после всех стараний в испытуемом аккумуляторе недозаряд и сульфатация?
— Да, остались.
Чтобы считать данную АКБ заряженной, мы должны получить плотность верхних слоёв не менее 1.28.
Q: Проявляют ли EFB аккумуляторы, вместе со склонностью к расслоению электролита, заявленную стойкость к длительному недозаряду (PSoC, partial state of charge, состояние частичной заряженности) и циклированию с глубокими разрядами?
— Да, как показывают другие наши исследования, которые продолжаются, уже выложено несколько видео, и готовятся следующие видео и статьи.
Q: Тем не менее, будут ли ёмкость, токоотдача и устойчивость к замерзанию электролита деградировать если не предпринимать периодических регламентных процедур по полному стационарному заряду?
— Будут, у любого свинцово-кислотного аккумулятора, потому что препятствует замерзанию концентрация кислоты в растворе, полезная ёмкость обеспечивается количеством заряженных (десульфатированных) активных масс, а способность отдавать ток полезной нагрузке и оперативно восполнять затраченную энергию от генератора автомобиля или иного зарядного устройства — действующей площадью активных масс.
На ёмкость и токоотдачу влияет доступность воды для заряда и кислоты для разряда, т.е. расслоение электролита напрямую вредит этим ключевым для химического источника тока параметрам.
Теперь давайте всё-таки продолжим заряд данной аккумуляторной батареи. На этот раз начнёт Бережок-V, при том же напряжении окончания заряда 15.9 В.
Заряд продолжался около 4 часов, плюс 4 часа в хранении.
Плотность поднялась с чуть ниже 1.27 до 1.275. Передаём эстафетную палочку BL1204.
Заряд длился около часа, и далее 14 часов в режиме хранения.
Плотность осталась 1.275.
Установим на Бережке-V ограничение напряжения 16.7 вольт и запустим заряд.
По прошествии 4 часов ЗУ автоматически перешло в режим хранения. Плотность и над пластинами, и на глубине чуть выше 1.
28. Электролит перемешан, расслоение устранено.
Адекватный стационарный заряд не только перемешивает электролит эффективнее, чем ускорения и вибрации при движении транспортного средства, но и позволяет более полно зарядить аккумуляторную батарею, устранить сульфатацию, поднять эксплуатационные характеристики.
Спустя сутки, имеем следующие показания тестера:
Здоровье 100%, внутреннее сопротивление 4.81 мОм, ток холодной прокрутки 574 из 560 А по стандарту EN. НРЦ 12.80 В соответствует плотности 1.28. Расслоения нет, АКБ в полном порядке, можно ставить под капот.
Статья составлена в сотрудничестве с аккумуляторщиком Виктором VECTOR, осуществившим описанные опыты.
Плотность аккумулятора – что это такое, как измеряется и зачем нужна
Про автомобильные аккумуляторы на нашем сайте написано уже немало статей, однако один аспект регулярно оказывался вне нашего поля зрения, а именно что такое плотность аккумулятора, зачем она нужна, как измеряется и так далее.
С другими показателями батареи: емкостью, силой пускового тока и так далее – ситуация простая, они понятные, объективные и их даже замерять не нужно, потому что все указано на этикетке. А вот что такое плотность и зачем она нужна понятно далеко не всем. А между тем это очень важно.
Что такое плотность
Чтобы ответить на этот вопрос нам придется разобрать принцип работы аккумулятора и посмотреть на него с точки зрения химии. Само устройство простое и известно каждому автолюбителю – свинцовые пластины помещены в специальную жидкость, которую называют электролитом. Электролит — это ни что иное как смесь дистиллированной воды и серной кислоты (h3SO4).
Устройство аккумулятораХимическая сторона вопроса тоже проста. Свинцовые пластины делятся на две части: есть отрицательно заряженные пластины из обычного свинца (Pb), и положительно заряженные пластины, которые представляют собой диоксид свинца (PbO). Диоксид, если кто помнит из школьного курса химии, это соединение с увеличенным количеством кислорода.
Из-за избытка кислорода оно не очень устойчивое и легко вступает в химическую реакцию. Именно на этой особенности и построена работа аккумулятора. Свинцовые пластины начинают взаимодействовать с серной кислотой, кислород «отсоединяется» от свинца, а свинец вытесняет водород из серной кислоты, образуя сульфат свинца (PbSO4). Оставшиеся не у дел кислород и водород соединяются вместе в воду (h3O).
Когда машина заведена и аккумулятор заряжается от генератора происходит обратный процесс – электролит кипит, вода распадается на водород и кислород, которые «отвоевывают» себе места в кислоте и свинце, снова становясь PbO и h3SO4. При следующем пуске двигателя они снова превращаются в сульфат свинца и воду, и так по кругу. Но с той лишь оговоркой, что вечного двигателя не изобрели, и сульфат свинца распадается не полностью. С каждым новым циклом зарядка-разрядка в пластинах все меньше становится чистого свинца, который может поучаствовать в химической реакции. Когда его станет совсем мало, аккумулятор отправится в пункты приема вторсырья, а владелец машины в магазин за новой батареей.
Впрочем, в нормальных условиях это происходит нечасто: примерно раз в пять лет.
Это все очень интересно, но причем тут плотность? Так вот как раз плотность это соотношение воды и серной кислоты в электролите. Электролит в любом состоит из двух этих компонентов, но важно соотношение. Если серной кислоты очень мало, а воды много, то нечему будет взаимодействовать со свинцом и давать ток, необходимый для запуска мотора. В сильно разряженных аккумуляторах электролит почти полностью превращается в воду, машину с таким не заведешь.
Как замерить плотность
Для измерения плотности электролита придуман специальный прибор, который называется ареометр. Это стеклянная трубочка, которая имеет балласт в нижней части. Показание зависит от того насколько глубоко погрузится опущенный в электролит прибор. Чем меньше плотность, тем ниже он уйдет. В верхней части прибора есть шкала, которая позволяет считывать значения плотности. Сама процедура очень проста – выкручиваются крышки всех банок и в них по очереди опускается прибор.
Обычно считается среднее значение по всем секциям.
Какая должна быть плотность электролита вопрос неоднозначный. Значение нормы сильно зависит от условий проведения замера. Классическим считается показание 1,27-1,28 г/см.куб, но это если замерять при температуре +20 С. Чем холоднее окружающая среда, тем выше должна быть плотность. Например, при -20 хорошим значением будет уже 1,29г/см.куб. И дело тут не только в том, что при низких температурах проводимость тока ухудшается. Серная кислота не позволяет электролиту замерзнуть при отрицательных температурах. Если ее концентрация будет мала, то электролит превратится в лед, батарея замерзнет. Если плотность ниже 1,2 г/см.куб, то этого мало даже для жаркого лета.
Плотность аккумулятораЧто делать если ареометр показал очень маленькую плотность. Ставить аккумулятор на зарядку! Зарядное устройство позволит рассульфатизировать свинцовые пластиты и высвободить серную кислоту. А что если просто долить чистой серной кислоты? Этот способ тоже поможет повысить плотность, но он больше используется на крайнем севере, где к плотности электролита повышенные требования, и кстати, чистую серную кислоту никто не льет, используется так называемый замещающий электролит, с повышенным содержанием кислоты.
Но такие манипуляции требуют опыта и хорошего понимания процесса, для обычных водителей самый правильный путь повышения плотности – подзарядка.
Помимо того, что замер плотности позволяет понять состояние аккумулятора, это еще и один из способов его диагностики. Замер нужно проводить во всех «банках» и сравнивать значение. Допустимым считается разброс в 0,02 г/см.куб, если отклонение больше, значит в каких-то ячейках аккумулятора есть электрические проблемы, например, короткое замыкание. Эксплуатировать такой аккумулятор нельзя.
Плотность и долив воды
В прошлых разделах мы не упомянули о еще одном аспекте, связанном с плотностью – это долив воды. Водители со стажем помнят, что раньше в аккумуляторы нужно было постоянно доливать дистиллированную воду, потом появились так называемые необслуживаемые батареи, в которые доливать вроде как ничего не нужно. Как так получается?
Помните, мы описывали процесс зарядки аккумулятора, когда электролит закипает и вытесняет свинец.
При кипении вода имеет свойство выпариваться, ее количество от цикла к циклу уменьшается. Казалось бы, в химических процессах аккумулятора она не участвует, почему важно, чтобы воды было много? Да потому, что свинцовые пластины должны быть полностью погружены в электролит. Если воды мало, то пластины не всей массой взаимодействуют с серной кислотой. Такие ячейки уже не могут отдавать много тока, для запуска мотора может не хватить. Кроме того, выпаривание воды может очень сильно поднять плотность. Поэтому в обслуживаемые аккумуляторы нужно периодически подливать воду. И именно воду, а не готовый электролит, ведь серная кислота выпариванию не подвержена.
Почему же в современных АКБ подливать уже ничего не нужно. Там вода не выпаривается? Выпаривается, но значительно меньше. Дело в том, что в старые аккумуляторы для механической прочности свинцовых пластин добавляли сурьму, которая разлагает воду на водород и кислород и способствует выпариванию, в новых используют присадки кальция.
Такие аккумуляторы хуже переносят глубокий разряд, но зато и расход воды у них очень маленький. Да, она тоже выпаривается, но в таком количестве, что запаса, по расчетам конструкторов, должно хватить на весь срок жизни аккумулятора. Обычно, действительно, хватает, но могут быть исключения.
Итого
Для многих читателей так мог и остаться непонятным вопрос, а зачем же все-таки заниматься измерением плотности электролита аккумулятора? Ответ простой – это поможет минимизировать количество ситуаций, когда не получилось завести мотор из-за разрядки батареи, и понять в каких случаях есть смысл в зарядке, а в каких пришла пора идти за новым аккумулятором. Тем более, что сама процедура измерения плотности очень проста – открутил крышку банки, опустил прибор, посмотрел значение. Не слишком сложные телодвижения, чтобы быть уверенным в пуске двигателя.
Автор — Александр Нечаев.
Исследователи сообщают о прогрессе в создании твердотельной литий-воздушной батареи с высокой плотностью энергии -воздушная батарея, которая достигает плотности энергии 685 Втч/кг при комнатной температуре.
Кроме того, они утверждают, что их новая батарея будет недорогой в производстве и более безопасной, чем обычная литий-ионная батарея, поскольку она является твердотельной, то есть не содержит жидкостей, которые могут протечь или загореться. Вот реферат к докладу, опубликованному 2 февраля в журнале Наука (платный доступ).Литий-воздушная батарея на основе оксида лития (Li2O) теоретически может обеспечивать плотность энергии, сравнимую с плотностью энергии бензина. Образование оксида лития включает четырехэлектронную реакцию, которую труднее осуществить, чем процессы одно- и двухэлектронной реакции, которые приводят к супероксиду лития (LiO2) и пероксиду лития (Li2O2) соответственно.
При использовании композитного полимерного электролита на основе наночастиц Li10GeP2S12, встроенных в полимерную матрицу модифицированного полиэтиленоксида, мы обнаружили, что Li2O является основным продуктом твердотельной литий-воздушной батареи при комнатной температуре.
Аккумулятор перезаряжается на 1000 циклов с малым поляризационным зазором и может работать на высоких скоростях. Четырехэлектронная реакция обеспечивается продуктом разряда смешанного ионно-электронного разряда и его границей с воздухом.
Одним из 12 исследователей, занимающихся исследованиями литий-воздушной батареи, является Мохаммад Асади, доцент кафедры химического машиностроения Иллинойского технологического института. В пресс-релизе IIT говорится, что конструкция батареи, созданная Асади и его коллегами, способна хранить один киловатт-час электроэнергии на килограмм — в четыре раза больше, чем текущая технология литий-ионных батарей. Это означало бы трансформацию электрического транспорта, особенно транспортных средств большой грузоподъемности, таких как самолеты, поезда и подводные лодки.
Компания Asadi начала производить батареи с твердым электролитом, которые обеспечивают безопасность и энергоэффективность по сравнению с батареями с жидким электролитом.
Он выбрал смесь полимера и керамики, которые являются двумя наиболее распространенными твердыми электролитами, но оба имеют недостатки. Объединив их, Асади обнаружил, что может воспользоваться преимуществами высокой ионной проводимости керамики, а также высокой стабильностью и высокой межфазной связью полимера.
Результат позволяет критической обратимой реакции, которая позволяет батарее функционировать — образование и разложение диоксида лития — происходить с высокой скоростью при комнатной температуре, впервые это стало возможным в литий-воздушной батарее.
«Мы обнаружили, что этот твердотельный электролит обеспечивает около 75 процентов общей плотности энергии. Это говорит нам о том, что есть много возможностей для улучшения, потому что мы считаем, что можем минимизировать эту толщину без ущерба для производительности, и это позволит нам достичь очень и очень высокой плотности энергии», — говорит Асади.
Он говорит, что планирует работать с отраслевыми партнерами, поскольку он движется к оптимизации конструкции батареи и разработке ее для производства.
«Эта технология является прорывом, и она открывает большие возможности для вывода этих технологий на рынок», — говорит Асади.
Дешевый, но эффективный твердотельный электролит
Один из основных вкладов авторов заключается в том, что они разработали легкий полимерно-керамический композит, который проводит ионы Li+ примерно в 15 раз лучше при комнатной температуре, чем другие твердые материалы, испытанные до сейчас, говорит The Daily Kos. Другие придумали очень хорошие проводники Li+ для литий-воздушных батарей, но они были сделаны из расплавленных солей, которые являются жидкими и тяжелыми. Им также нужны высокие температуры для эффективной работы, поэтому они не являются ни безопасными, ни недорогими.
Но здесь есть еще одно ключевое достижение, The Daily Kos указывает. В предыдущих литий-воздушных батареях Li2O2 переносит два электрона от лития на каждый кислород, но в этом новом прототипе химическая реакция выглядит следующим образом:
4 Li+ + 4 e- + O2 → 2 Li2O (4 e- на O2)
Одна из ключевых проблем с использованием Li2O при комнатной температуре заключается в том, что переходное состояние — Li2O2 — скорее отдает свои электроны обратно кислороду.
Как исследователи предотвращают это, когда кислорода по определению много? Они открыто признают, что еще не до конца понимают процесс, но, по словам 9, он, вероятно, происходит примерно так.0005 Дейли Кос .
Во-первых, электролит является настолько хорошим проводником Li+, что позволяет избытку Li+ быстро перемещаться, тогда как раньше Li+ просто не мог проходить через электролит достаточно быстро, чтобы не отставать.
Во-вторых, продукты, которые формируются первыми, LiO2 и Li2O2, по-видимому, образуют покрытие на поверхности материала катализатора, которое все еще проводит ионы, но не пропускает кислород, поэтому Li2O2 может далее преобразовываться в Li2O без помех со стороны кислород. LiO2 и Li2O2 образуются в течение примерно 15 минут разрядки аккумулятора. После этого это все Li2O, пока батарея не разрядится.
Одним из самых больших преимуществ катализатора, разработанного исследователями для катода, является то, что он сделан из фосфида молибдена, который широко распространен и недорог.
Таким образом, они не только изготовили отличный твердотельный проводник из Li+, но и сделали недорогой катализатор, способный стимулировать прямые и обратные реакции с кислородом, поэтому систему можно перезаряжать. Они протестировали свою новую литий-воздушную батарею в течение 1000 циклов и отметили очень незначительное падение производительности.
Результатом всего этого является то, что у нас может быть основа для сверхэффективных автомобильных аккумуляторов и для хранения возобновляемой энергии — и все из-за материала, через который ионы лития проникают при комнатной температуре.
The Takeaway
Как и в случае со всеми новостями о достижениях в области аккумуляторов в лаборатории, мы должны относиться скептически до тех пор, пока не будут проведены дополнительные испытания и не будет доступно больше данных. Обычно путь от лаборатории до производства занимает пять и более лет. При этом сама мысль о батарее, которая имеет плотность энергии, приближающуюся к плотности энергии бензина, является поводом для празднования.
Если это правда, это продвинет движение «электрифицировать все» на один гигантский шаг вперед. Этого достаточно, чтобы заставить даже самых циничных из нас немного взволноваться литий-воздушными батареями.
Подпишитесь на ежедневные обновления новостей от CleanTechnica по электронной почте. Или следите за нами в Новостях Google!
У вас есть совет для CleanTechnica, вы хотите разместить рекламу или хотите предложить гостя для нашего подкаста CleanTech Talk? Свяжитесь с нами здесь.
Разумное инвестирование в бум электромобилей и экологически чистых технологий
Я не люблю платный доступ. Вам не нравится платный доступ. Кто любит платный доступ? Здесь, в CleanTechnica, мы на какое-то время внедрили ограниченный платный доступ, но он всегда казался неправильным — и всегда было сложно решить, что мы должны оставить там.
Теоретически ваш самый эксклюзивный и лучший контент находится за платным доступом. Но тогда его читает меньше людей! Нам просто не нравится платный доступ, поэтому мы решили отказаться от своего. К сожалению, медийный бизнес по-прежнему остается жестоким и беспощадным бизнесом с крошечной маржой. Оставаться над водой или даже, возможно, — вздох — расти — это бесконечная олимпийская задача. Так …
Если вам нравится то, что мы делаем, и вы хотите поддержать нас, пожалуйста, вносите небольшую сумму ежемесячно через PayPal или Patreon, чтобы помочь нашей команде делать то, что мы делаем! Спасибо!
В этой статье:химия аккумуляторов, Литий-воздушные
Стив пишет о взаимосвязи между технологиями и устойчивостью из своего дома во Флориде или из любого другого места, куда его может привести Сила. Он гордится тем, что «проснулся», и ему наплевать, почему стекло разбилось. Он страстно верит в то, что Сократ сказал 3000 лет назад: «Секрет перемен заключается в том, чтобы сосредоточить всю свою энергию не на борьбе со старым, а на создании нового».
какой он должен быть в норме (зимой и летом)
Каждый, кто имел дело с аккумуляторными батареями, знает, что их основными характеристиками являются номинальное напряжение и зарядная емкость. Но для поддержания работоспособности батареи не менее важным параметром является плотность батареи. Конечно, на самом деле речь идет о плотности электролита в аккумуляторе. Но часто используется именно это сленговое выражение. Контроль концентрации электролита так же необходим, как и регулярная зарядка источника тока.
На что влияет плотность электролита
В большинстве аккумуляторов используются свинцовые пластины, а рабочей средой является серная кислота, разбавленная водой. Насыщенность раствора, измеряемая в граммах/см3, является характеристикой, влияющей на способность аккумулятора накапливать заряд для последующего использования.
Конструкция свинцово-кислотного аккумулятора
Концентрация кислоты в растворе электролита и характеристики аккумулятора напрямую связаны.
- При низкой плотности снижается и способность источника тока накапливать зарядную емкость, обеспечивающую его работоспособность. При малой плотности аккумулятор быстрее разряжается и не выдает установленный максимальный ток.
- Если значение этого параметра упадет ниже определенного значения, то в мороз вода в электролите может замерзнуть, и аккумулятор полностью выйдет из строя.
- Но при высокой плотности резко ускоряется процесс сульфатации свинцовых пластин. Это означает, что при слабом заряде аккумуляторов на них образуется сульфат свинца, который уже не преобразуется при повторном заряде в свинец. Это также приводит к снижению способности накапливать необходимый заряд, а со временем — к полному выходу из строя аккумулятора.
Поэтому важно поддерживать значение этого параметра в соответствии с установленными и проверенными стандартами. Значительное снижение или превышение нормативных значений не способствует продуктивной работе аккумулятора.
Холод, при котором содержимое батареи может замерзнуть, показаны на рисунке.
Температура замерзания водного раствора кислоты в зависимости от его плотности
Нормативные показатели электролитической плотности
Наверняка многим автомобилистам, знакомым с проблемами сохранения работоспособности аккумуляторов, известна цифра 1,27 г/см3. Такой считается оптимальная плотность, при которой кислотные аккумуляторы способны максимально раскрыть свои возможности.
Но это значение верно не для всех. типы аккумуляторов и их рабочие назначения. Кроме того, оптимальная плотность варьируется для разных температур, при которых аккумулятору приходится работать. Поэтому оптимальные значения зимой и летом будут несколько отличаться.
Назначение аккумуляторов свинцово-кислотных
- Стартерные аккумуляторы предназначены для обеспечения максимально возможного тока при запуске различных двигателей. Это, в первую очередь, автомобильные аккумуляторы.
Стандартное значение плотности для них составляет 1,26 – 1,28 г/см3. - Тяговые батареи должны обеспечивать работу электродвигателей постоянного тока в течение длительного времени. Одно из их применений – электромобили и другие электродвижущие средства. Наилучшее значение плотности электролита для этих аккумуляторов также находится в пределах 1,26 – 1,28 г/см3.
- Стационарные аккумуляторы применяются для питания любых электрических цепей и устройств. Обычно располагаются в одном месте в помещении. Для них рекомендуется пониженное значение 1,22 — 1,24 г/см3.
Стандартное значение плотности для них составляет 1,26 – 1,28 г/см3.Зависит от температуры
Изменяется температура окружающей среды — меняются и значения плотности водного раствора кислоты. При повышении температуры способность аккумулятора накапливать заряд увеличивается примерно на 1% с каждым градусом. С понижением температуры, конечно, эта способность снижается. Поэтому в холодную погоду рекомендуется держать аккумулятор на высоких значениях плотности, а в жару снижать эти показатели.
Работа батареи при различных температурах в зависимости от плотности
Конечно, никто не будет заниматься сменой погоды при каждом скачке. Непосредственно перед наступлением холодов полезно немного увеличить плотность батареи, а перед летним сезоном — понизить. Кроме того, существуют нормы оптимальной плотности для районов с разным климатом. Предполагается, что эти нормативные значения будут соблюдаться круглый год, за редким исключением. Для разных регионов считается нормальным:
- В холодном климате 1,27 — 1,30 г/см3
- В средней полосе 1,25 — 1,28 г/см3
- В теплых помещениях 1,22 — 1,25 г/см3
Более подробно эти характеристики указаны в таблице.
Стандартные значения плотности электролита аккумулятора для различных температурных условий
Как проверить плотность электролита в кислотном аккумуляторе
Для проверки этой характеристики доступны простые измерители, называемые автомобильными ареометрами или денсиметрами.
Их работа основана на применении закона Архимеда, то есть способности груза погружаться на разную глубину в зависимости от плотности жидкости. Конструктивно ареометр содержит:
- Стеклянная или пластиковая колба.
- Стеклянный поплавок с грузом и маркировкой на нем, соответствующей измеренным значениям.
- На одну сторону колбы надевается резиновая груша, предназначенная для забора электролита в колбу.
- С противоположной стороны находится резиновый патрубок, через который забирается жидкость из заливного отверстия аккумулятора.
Измеряемое значение определяется той линией на поплавке, до которой доходит жидкость, собранная в ареометре.
Однопоплавковый автомобильный ареометр
Существуют более простые ареометры, в которых есть несколько небольших стержневых грузов с разным весом для каждого. На каждую гирю (или на колбу напротив нее) наносится соответствующее значение плотности. Результат измерения определяется максимальным значением всплывающих грузов.
Такой ареометр дешевле, но не обладает достаточной точностью.
Многопоплавковый автомобильный ареометр
Само измерение ареометра осуществляется следующим образом:
- Носик ареометра вставляется в аккумулятор через заливное отверстие. Есть аппараты не с резиновым, а с пластиковым носиком. При этом погружать его в электролит нужно осторожно, чтобы не повредить свинцовые пластины.
- При помощи груши электролит набирается в колбу. Для ареометров с одним поплавком необходимо контролировать количество собираемой жидкости. Его должно быть достаточно, чтобы поплавок свободно плавал внутри колбы. Но и много жидкости пить тоже нельзя. Тогда поплавок может упираться в верхний край колбы. Показания ареометра в этом случае будут недостоверными.
- Набрав жидкость, смотрим — наоборот, какие риски на поплавке — это ее уровень. Цифры рядом с риском будут обозначать значение плотности.
Для ареометров с несколькими поплавками значение плотности определяется по поплавкам. Плавающая гиря с максимальным числом просто показывает результат измерения.
Плавающая гиря с максимальным числом просто показывает результат измерения.Показания с помощью ареометра
Для аккумуляторных батарей из нескольких ячеек поверка проводится отдельно в каждой банке.
Обычная цена деления в аккумуляторных ареометрах 0,01 г/см3. Но доступны ареометры и с более точной шкалой.
После завершения измерений необходимо тщательно промыть ареометр дистиллированной водой.
Условия, при которых следует проводить измерения
Перед началом измерений концентрации электролита необходимо придерживаться простых правил. А в некоторых случаях придется корректировать показания ареометра в зависимости от условий, при которых они были получены.
Самое необходимое условие — поддержание необходимого уровня жидкости в самом аккумуляторе. Плотность будет измерена правильно, но для безопасной работы аккумулятора необходимо будет довести уровень до нормы. А это приведет к изменению плотности.
Уровень заряда аккумулятора
Плотность электролита изменяется при зарядке/разрядке аккумулятора.
При разряде уменьшается, при заряде увеличивается. В зависимости от степени разрядки аккумулятора значения изменяются следующим образом.
Зависимость показаний ареометра от степени заряженности аккумулятора
Точно определить уровень разрядки вряд ли возможно. Поэтому нужно сначала полностью зарядить аккумулятор, подождать несколько часов и только потом проводить измерения.
Если проводились какие-либо действия с водно-кислотным раствором — путем добавления дистиллированной воды или самой кислоты, то не следует измерять плотность сразу после них. Необходимо дождаться, пока добавленная жидкость полностью перемешается в аккумуляторе.
Температура при измерениях
Калибровка эталонных ареометров ориентируется на температуру +25°С. Для получения наиболее точных показаний измерения плотности электролита следует проводить при одной и той же температуре. Зимой проверяемый аккумулятор следует занести в теплое место и дать ему нагреться до нужной температуры.