Какая плотность электролита в аккумуляторе: Перевірка браузера, будь ласка, зачекайте…

Плотность электролита в аккумуляторе (таблица норм до и после зарядки)

Содержание

1. Когда проверять плотность электролита в аккумуляторе
2. Нормальная плотность электролита в АКБ
3. Как замерить
4. Как привести концентрацию к норме

Периодический контроль плотности электролита аккумулятора автомобиля входит в число обязательных сервисных операций во время эксплуатации АКБ. Этот важный параметр определяет соотношение воды и серной кислоты в жидком реагенте батареи – чем выше концентрация H₂SO_4, тем выше плотность и наоборот. В быту эта характеристика измеряется в граммах на кубический сантиметр (г/куб.см).

Когда проверять плотность электролита в аккумуляторе

Оптимально подобранный для достижения наилучших параметров батареи состав электролита меняется во время зарядки и разрядки аккумулятора. При разрядке батареи электрохимическая реакция с участием свинца, его диоксида и серной кислоты дает кристаллический сульфат свинца и воду – содержание H₂SO₄ в электролите падает, плотность жидкого реагента снижается. При зарядке батареи реакция идет в обратном порядке: сульфат свинца и вода превращаются в свинец, диоксид свинца и серную кислоту (плотность жидкости увеличивается).

Если бы реакции протекали строго симметрично, плотность после цикла разряд-заряд была бы ровно такой же, как и до него. На практике полного равновесия достичь невозможно. Часть сульфата свинца останется непрореагировавшим, соответственно, часть воды в электролите не заменится серной кислотой. В итоге плотность электролита уменьшится.

Также к изменению соотношения воды и H₂SO₄ ведет естественное испарение жидкости. Вода испаряется быстрее кислоты, поэтому при неплотно завернутых пробках плотность электролита также вырастет.

Читайте также

Как часто нужно менять аккумулятор в автомобиле

 

Отсюда правила периодичности контроля плотности. Ее надо замерять:

1. После зарядки батареи от внешнего ЗУ.
2. После «кипения» аккумулятора.
3. При снижении уровня жидкости в элементах (по любой причине).
4. Просто периодически (хотя бы пару раз в год – с наступлением лета и с приходом холодов, а лучше каждые 3 месяца).

Изменение концентрации жидкого реагента часто связано с общим снижением количества электролита в банках. Поэтому одновременно с контролем плотности надо замерить и уровень жидкости в каждом элементе батареи. Если уровень в норме, часть электролита надо удалить и добавить жидкий реагент с соответствующей концентрацией.

Замер уровня электролита.

Нормальная плотность электролита в АКБ

Нормальной плотностью электролита заряженного до максимума аккумулятора считается 1,27 г/куб.см. С учетом погрешности измерений можно считать нормой значения в пределах 1,26..1,28 г/куб.см. При меньшей концентрации кислоты ее становится недостаточно для протекания электрохимических реакций, емкость и токоотдача батареи снижаются. А если оставить аккумулятор с низкой плотностью жидкости на морозе, электролит может замерзнуть. Такой аккумулятор придется заменить. При более высокой плотности ускоряются процессы коррозии и склонность к сульфатации.

На указанное значение нормальной плотности электролита в аккумуляторе можно ориентироваться в климате Средней полосы России круглогодично. Если АКБ эксплуатируется в других климатических условиях, то плотность надо скорректировать, причем делать это надо дважды в год при наступлении нового сезона. В более жарких регионах концентрацию серной кислоты надо уменьшить, в холодных – увеличить. Это оптимизирует течение электрохимических реакций и позволит более полно использовать возможности аккумулятора. Кроме этого, в условиях пониженных температур повышение плотности ведет к снижению температуры замерзания электролита, что может уберечь АКБ от выхода из строя.

Климат	Сезон	Плотность электролита при полностью заряженной АКБ, г/куб.см
Холодный (температура января от минус 30 до минус 50)	Лето	1,28
	Зима	1,3
Умеренный и холодный (январь от минус 8 до минус 30)	Круглый год	1,27
Теплый (январь от минус 7 до +4	Круглый год	1,23
Жаркий (+4. .+7)	Круглый год	1,23

Не стоит менять концентрацию электролита вслед за каждым изменением погоды. Вполне достаточно оптимизировать состав жидкого реагента в начале лета и при наступлении зимы.

Как замерить

В первую очередь, надо полностью зарядить аккумулятор. Дальнейшая процедура должна проводиться при температуре +22..+28 градусов, поэтому батарею надо выдержать в комнате с такими условиями хотя бы час. На практике идеальные кондиции бывают не всегда, поэтому во многих случаях придется брать поправку на температуру – с ее ростом плотность снижается (при неизменной концентрации), а с падением – увеличивается. Поправку можно взять из таблицы.

Температура жидкого реагента, град.С	Поправка к показаниям прибора, г/куб.см.
-25..-11	+0,03
-10..+4	+0,02
+5..+19	+0,01
+20..+30	0
+31. .+45	-0,01
+45 и выше	-0,02

Для замера плотности используется специальный прибор – ареометр. Подойдет любой, позволяющий измерить плотность более 1 г/куб.см, но лучше применять специальный для автомобильного электролита. Его пределы измерения оставляют обычно 1,1..1,3 г/куб.см (с приемлемой для точного считывания шкалой), что закрывает практически все случаи, с которыми можно столкнуться на практике. Бытовой спиртометр не подойдет – большинство таких приборов рассчитаны на измерение плотности ниже 1 г/куб.см.

Современные ареометры совмещены с грушей для отбора проб (такой прибор еще называют денсиметром). Если ее нет, понадобится дополнительно резиновая груша и стакан из химически инертного материала. Сначала надо втянуть их банки достаточное количество электролита.

Забор электролита денсиметром из банки АКБ.

Если прибор комбинированный, можно сразу считать по шкале измеряемое значение. Если обычный – вылить из груши электролит в стакан и в нем произвести замер. Считывание показаний происходит по отметке, соответствующей уровню жидкости. Потом надо вернуть электролит обратно в банку аккумулятора.

Считывание показаний ареометра.

Как привести концентрацию к норме

Если концентрация электролита полностью заряженной АКБ отклоняется от нормы, ее надо скорректировать:

• если плотность выше нормы, добавляется дистиллированная вода;
• если ниже нормы – добавляется серная кислота (корректирующий электролит с повышенной плотностью).

Корректирующий электролит плотностью 1,34 г/куб.см.

Вода дистиллированная в емкости 1 литр.

Обычную водопроводную (даже родниковую) воду доливать в батарею нельзя из-за наличия примесей с непредсказуемым составом. Растворенные соли могут осесть на пластинах, уменьшив их полезную площадь, а другие вещества могут вызвать неконтролируемые реакции, снижающие емкость, токоотдачу и срок службы батареи.

Сколько надо добавлять воды или кислоты – можно определить расчетным путем. Но это игра для тех, кто не боится вычислений. В этом случае можно воспользоваться правилом креста (оно же конверт Пирсона). Для этого надо знать, как пересчитать плотность в концентрацию в процентах, объем в массу и т.п. Проще всего довести плотность до нормы опытным путем. Долить немного воды, перемешать (например, встряхнув батарею или подождав пару часов), затем замерить плотность еще раз. Если необходимо, снова добавить жидкости, сообразуясь с предыдущим изменением концентрации.

Доливать жидкость в банку удобно с помощью воронки или шприца.

Также существуют необслуживаемые батареи. В них операции с контролем электролита исключены. Но если АКБ обычной конструкции, то лучше следить за состоянием жидкого реагента, тогда аккумулятор прослужит долго и надежно.

Центр Аккумуляторных Батарей.

Skip to content

Главная

Более 15 лет профессиональной работы в сфере продаж, обслуживания и ремонта аккумуляторных батарей и дополнительного оборудования.

• Тяговые аккумуляторы

• Стартерные аккумуляторы

• Стационарные аккумуляторы

• Тяговые аккумуляторы

Тяговые аккумуляторы предназначены для снабжения энергией электродвигателей транспортных средств разнообразного назначения, как промышленного и бытового использования, так и применяемых на железной дороге и метрополитене.

Мы предлагаем тяговые аккумуляторные батареи различной ёмкости и напряжения, используемые на погрузчиках, штабелерах, электротележках и другой технике с электродвигателями.

• Стартерные аккумуляторы

Стартерные аккумуляторные батареи – предназначены для пуска различных двигателей. Все остальные функции электрификации техники, выполняет генераторная установка.

Наша компания может предложить Вам аккумуляторные батареи различной емкости и для разной техники, а также мы предоставляем услуги по обслуживанию и ремонту стартерных аккумуляторных батарей.

• Стационарные аккумуляторы

Стационарный аккумулятор – это свинцово-кислотная аккумуляторная батарея, используемая в качестве источника постоянного тока в установках электропитания аппаратуры связи, промышленного оборудования и систем безопасности.

Наша компания предоставляет широкий выбор стационарных аккумуляторных батарей различных типов, а также полный спектр услуг по восстановлению и ремонту.

• Трансформаторные зарядные устройства

• Высокочастотные зарядные устройства

• Трансформаторные зарядные устройства

Зарядные устройства трансформаторного типа, предназначенные для заряда тяговых аккумуляторных батарей большой ёмкости. Так же поставляются в комплекте с различной погрузочной техникой.

Трансформаторные зарядные устройства громоздки и имеют довольно тяжелый вес, но отличаются своей надежностью и неприхотливостью к условиям работы.

• Высокочастотные зарядные устройства

Зарядные устройства без больших трансформаторов, устроенные на микропроцессорных схемах. На некоторых высокочастотных зарядных устройствах, присутствует возможность сменить напряжение, для заряда аккумуляторных батарей другого напряжения.

Благодаря программным модулям, существует множество универсальных зарядных устройств для проведения различных тренировочных зарядов и десульфатации. Наши специалисты помогут Вам подобрать необходимое оборудование.

• Запчасти для аккумуляторов

• Инструмент и оборудование

• Спецодежда

• Запчасти для аккумуляторов

В процессе эксплуатации тяговых аккумуляторов, иногда происходят различные поломки, такие как плохой контакт между элементами или сломалась крышка от банки и многое другое.

Мы рады предложить Вам самый большой на сегодняшний день выбор запчастей для аккумуляторных батарей различных типов и конструкций. Наши специалисты помогут подобрать и установить необходимые комплектующие в самые кратчайшие сроки.

• Инструмент и оборудование

Всегда в наличии большой выбор инструментов и оборудования для диагностики и обслуживания свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.Также, у нас, Вы можете приобрести различное оборудование для аккумуляторных мастерских, такое как: дистилляторы и деионизаторы, ёмкости для хранения электролита и других химических веществ, оборудование для транспортировки аккумуляторных батарей и многое другое.

• Спецодежда

Спецодежда для различных специальностей. Кислотостойкая спецодежда, щелочестойкие фартуки и комплекты одежды.

Мы напрямую работаем с производителями различной спецодежды и средств персональной защиты.

• Оплывание  активной массы, оголение решеток электродов.

   Электролит имеет темный цвет. Напряжение батареи при  работе стартера быстро снижается.

• Замерзание электролита при отрицательных температурах.

  Вздутие стенок корпуса или его разрушение.

• Взрыв смеси кислорода и водорода (гремучего газа).

  Трещины на крышке и стенках аккумулятора  или полное разрушение корпуса.

• Коррозия  решеток положительных электродов.

  Быстро снижается напряжения батареи при работе стартера.  Батарея плохо заряжается.

• Короткое замыкание между электродами.

  В дефектной банке плотность ниже, чем в остальных. При заряде дефектная банка не выделяет газ и не «кипит». При работе стартера в банке происходит интенсивное  газовыделение.

• Короткое замыкание между положительными и  отрицательными электродами.

  В дефектной банке плотность ниже, чем в остальных, а во время заряда аккумулятор совсем слабо “Кипит“. Обильное газовыделение появляется под нагрузкой.

• Недоформованные  пластины.

  Полностью заряженная  батарея  не  может обеспечить  более  2-3 пусков двигателя,  а при заряде и разряде интенсивно «кипит».

• Разрыв электрической цепи внутри АКБ.

   В этом случае, как правило, попытка включения  любой нагрузки при обрыве цепи приводит к падению напряжения на выводах  батареи до нуля.

• Отрыв электродов от соединительных мостиков.

     При работе стартера электролит в такой банке “кипит”. При бездействии батареи плотность электролита не снижается.

Ремонт и обслуживание

• Диагностика аккумулятора

• Долив воды

• Очистка корпуса батареи

• Очистка контактов от коррозии

• Протяжка болтов

Обслуживание аккумуляторной батареи – важнейшее действие при эксплуатации различных  аккумуляторов. Своевременно проведенное обслуживание, помогает выявить все имеющиеся отклонения и исключить возникновение непредвиденных ситуаций.

Наши специалисты предложат меры по немедленному устранению неисправностей, а также озвучат стоимость обслуживания. При предоставлении дополнительных сведений о марке, характеристиках, дате выпуска и состоянии аккумуляторной батареи, наши менеджеры смогут озвучить точную стоимость ремонта или замены со всеми нюансами.

Имя / Название компании *

Email *

Телефон

Напряжениебатареи *

Емкость батареи *

Габаритные размеры *

Имя

Отчество

Фамилия

Message

Логин / Имя пользователя*

Фамилия

E-mail*

Пароль*

Подтвердить Пароль*

Поля со звездочкой (*) ОБЯЗАТЕЛЬНЫ к заполнению.

Only fill in if you are not human

Мы перезвоним через 5-10 минут!

Имя

Фамилия

Message

Ваше имя, а так же, если Вы представитель компании, укажите её название. *

Представьтесь пожалуйста.

Укажите Ваш номер телефона и E-mail: *

Имя

Фамилия

Название оборудования: *

Чем больше информации Вы укажете, тем более точно Мы сможем указать стоимость работ.

Описание:

Если оборудование работает неправильно, напишите чем это выражается.

Email

Наш сайт использует файлы cookies, чтобы улучшить работу и повысить эффективность сайта. Продолжая работу с сайтом, вы соглашаетесь с использованием нами cookies и политикой конфиденциальности.

Принять

Электролит для высокоэнергетических и высокоплотных цинковых аккумуляторов и ионных конденсаторов

. 2023 фев; 35 (7): e2207131.

doi: 10.1002/adma.202207131. Epub 2022 25 декабря.

Пэн Чен ¹ , Сяохань Сан ¹ , Тобиас Питч ¹ , Бернд Плиткер ¹ , Айке Бруннер ¹ , Майкл Рак ^{1 2}

Принадлежности

• ¹ Факультет химии и пищевой химии, Технический университет Дрездена, 01062, Дрезден, Германия.
• ² Институт химической физики твердых тел Макса Планка, 01187, Дрезден, Германия.

• PMID: 36305595
• DOI: 10.1002/адма.202207131

Пэн Чен и др. Adv Mater. 2023 фев.

. 2023 фев; 35 (7): e2207131.

doi: 10.1002/adma.202207131. Epub 2022 25 декабря.

Авторы

Пэн Чен ¹ , Сяохань Сан ¹

, Тобиас Питч ¹ , Бернд Плиткер ¹ , Айке Бруннер ¹ , Майкл Рак ^{1 2}

Принадлежности

• ¹ Факультет химии и пищевой химии Дрезденского технического университета, 01062, Дрезден, Германия.
• ² Институт химической физики твердых тел Макса Планка, 01187, Дрезден, Германия.

• PMID: 36305595
• DOI: 10.1002/адма.202207131

Абстрактный

Рост дендритов, ограниченная кулоновская эффективность (КЭ) и отсутствие высоковольтных электролитов ограничивают коммерциализацию цинковых батарей и конденсаторов. Эти проблемы решает новый электролит на основе цинк(II)-бетаинового комплекса [Zn(bet) ₂ ][NTf ₂ ] ₂ . Растворы в ацетонитриле (АН) позволяют избежать образования дендритов. Ячейка Zn||Zn стабильно работает в течение 10 110 ч (5055 циклов) при 0,2 мА см ^-2 или 110 ч при 50 мА см ^-2 , и имеет площадь емкости 113 мАч см ^-2 при глубине разряда 80%. Цинк-графитовая батарея работает при напряжении 2,6 В со средним напряжением разряда 2,4 В. Сохранение емкости при 3 А г

-1 (150 C) составляет 97 % после 1000 циклов и 68 % после 10 000 циклов. Время заряда/разряда составляет около 24 с при 3,0 А·г·^-1· с плотностью энергии 49 Вт·ч·кг·^-1· при плотности мощности 6864 Вт·кг·^-1· в пересчете на катод. Цинк||конденсатор с ионами активированного угля (таблетки) имеет окно рабочего напряжения 2,5 В, плотность энергии 96 Втч кг ^-1 при удельной мощности 610 Вт кг ^-1 при 0,5 А г ^-1 . При 12 А г ^-1 достигается 36 Втч кг ^-1 и 13 600 Вт кг ^-1 с сохранением емкости 90% и средним CE 96% за 10 000 циклов. Квантово-химические методы и колебательная спектроскопия показывают [Zn(bet) ₂ (AN) ₂ ] ²⁺ как доминирующий комплекс в электролите.

Ключевые слова: бетаиновые комплексы; сохранение емкости; электролиты; цинковые батареи; цинк-ионные конденсаторы.

© 2022 Авторы. Расширенные материалы, опубликованные Wiley-VCH GmbH.

Похожие статьи

• Сверхбыстрая перезаряжаемая цинковая батарея на основе высоковольтного графитового катода и стабильного неводного электролита.

  Чжан Н., Донг Ю., Ван Ю., Ван И., Ли Дж., Сюй Дж., Лю И., Цзяо Л., Ченг Ф. Чжан Н и др. Интерфейсы приложений ACS. 201911 сентября; 11 (36): 32978-32986. дои: 10.1021/acsami.9b10399. Epub 2019 28 августа. Интерфейсы приложений ACS. 2019. PMID: 31418545

• Цинк-ионные гибридные конденсаторы высокой мощности и сверхдлительного срока службы на основе псевдоемкостного накопителя заряда.

  Донг Л., Ян В., Ян В., Ван С., Ли И., Сюй С., Ван С., Хе Ф., Кан Ф. , Ван Г. Донг Л. и др. Наномикро Летт. 2019 31 окт;11(1):94. doi: 10.1007/s40820-019-0328-3. Наномикро Летт. 2019. PMID: 34138030 Бесплатная статья ЧВК.

• Высоковольтная, не содержащая дендритов и прочная графитово-цинковая батарея.

  Ван Г., Кон Б., Шелер Ю., Ван Ф., Освальд С., Лёффлер М., Тан Д., Чжан П., Чжан Дж., Фэн Х. Ван Г и др. Adv Mater. 2020 янв;32(4):e1905681. doi: 10.1002/adma.201905681. Epub 2019 1 декабря. Adv Mater. 2020. PMID: 31788883

• Zn-анод без дендритов, модифицированный совместно с In и ZnF ₂ , для долговечных Zn-ионных конденсаторов.

  Чжоу И, Тонг Х, У И, Чен Х, У С, Сюй Зи, Шэнь Л, Чжан Х. Чжоу Ю и др. Интерфейсы приложений ACS. 2022 19 октября; 14 (41): 46665-46672. дои: 10.1021/acsami.2c13536. Epub 2022 4 октября. Интерфейсы приложений ACS. 2022. PMID: 36194838

• Новый отдельно стоящий водный цинк-ионный конденсатор на основе катода MnO ₂ -УНТ и MXene анода.

  Ван С., Ван Ц., Цзэн В., Ван М., Руан Л., Ма Ю. Ван С. и др. Наномикро Летт. 2019 авг 26;11(1):70. doi: 10.1007/s40820-019-0301-1. Наномикро Летт. 2019. PMID: 34138022 Бесплатная статья ЧВК.

Посмотреть все похожие статьи

Рекомендации

1. 1. А. Навид, Х. Ян, Дж. Ян, Ю. Нули, Дж. Ван, Ангью. хим., межд. Эд. 2019, 58, 2760.
2. 1. П. Чен, Дж. Рихтер, Г. Ван, Д. Ли, Т. Пич, М. Рак, Смолл 2021, 17, 2102058.
3. 1. Г. Ван, Б. Кон, У. Шелер, Ф. Ван, С. Освальд, М. Леффлер, Д. Тан, П. Чжан, Дж. Чжан, X. Фэн, Adv. Матер. 2020, 32, 1905681.
4. 1. А. Навид, Х. Ян, Ю. Шао, Дж. Ян, Н. Янна, Дж. Лю, С. Ши, Л. Чжан, А. Е, Б. Хе, Дж. Ван, Adv. Матер. 2019, 31, 1
      8.
5. 1. X. Qiu, N. Wang, X. Dong, J. Xu, K. Zhou, W. Li, Y. Wang, Angew. хим., межд. Эд. 2021, 60, 21025.

Грантовая поддержка

• Стипендиальный совет Китая

Электролиты нового поколения для литий-металлических аккумуляторов с высокой плотностью энергии

Высокая реакционная способность металлического лития снижает содержание электролита на его поверхности, что приводит к ухудшению характеристик литий-металлических аккумуляторов. Чтобы решить эту проблему, ученые разработали функциональные электролиты и добавки к электролитам для формирования поверхностной защитной пленки, которая влияет на безопасность и эффективность литиевых батарей, но это все еще не было эффективным для предотвращения некоторых серьезных побочных реакций. В текущем исследовании исследователи стабилизировали металлический литий и электролит, разработав электролит так, чтобы он обеспечивал повышенный окислительно-восстановительный потенциал металлического лития, тем самым преуспев в термодинамическом ослаблении реакционной активности металлического лития, что может помочь улучшить характеристики батареи. Авторы и права: Лаборатория Ямада и Китада, факультет инженерии химических систем, Токийский университет

Полученные данные позволяют значительно повысить плотность энергии литиевых батарей.

Группа исследователей обнаружила новый механизм стабилизации литий-металлического электрода и электролита в литий-металлических батареях.

Этот новый механизм не зависит от традиционного кинетического подхода. Он может существенно улучшить плотность энергии батареи — количество хранимой энергии по отношению к весу или объему.

Команда опубликовала свои выводы сегодня (27 октября) в журнале Энергия природы .

Литий-металлические батареи представляют собой многообещающую технологию, способную удовлетворить потребности в системах хранения с высокой плотностью энергии. Однако из-за непрекращающегося разложения электролита в этих батареях их кулоновская эффективность мала. Кулоновский КПД, также называемый КПД по току, описывает КПД, с которым электроны передаются в батарее. Таким образом, батарея с высокой кулоновской эффективностью имеет более длительный срок службы батареи.

Повышенная кулоновская эффективность (CE, вертикальная ось) может быть получена при смещении вверх окислительно-восстановительного потенциала металлического лития (ELi/Li+, горизонтальная ось), что снижает термодинамическую движущую силу для восстановления электролита на поверхности металлического лития. На вставке представлены окислительно-восстановительные кривые соединения ферроцена (Fc/Fc+), введенного для оценки изменения окислительно-восстановительного потенциала металлического лития в данных электролитах. Сравнивая окислительно-восстановительный потенциал металлического лития в 74 различных электролитах, исследователи обнаружили корреляцию между окислительно-восстановительным потенциалом и кулоновской эффективностью. Основываясь на этих выводах, несколько электролитов, обеспечивающих высокую кулоновскую эффективность (до 99,4 %), легко развивались. Предоставлено: Лаборатория Ямада и Китада, Департамент инженерии химических систем, Токийский университет,

. «Это первая статья, в которой предлагается электродный потенциал и связанные с ним структурные особенности в качестве показателей для проектирования электролитов литий-металлических батарей, которые извлекаются путем ввода данных. наука в сочетании с вычислительными расчетами. На основании наших выводов было легко разработано несколько электролитов, обеспечивающих высокую кулоновскую эффективность», — сказал Ацуо Ямада, профессор кафедры инженерии химических систем Токийского университета. Работа команды может открыть новые возможности в разработке электролитов следующего поколения для литий-металлических аккумуляторов.

В литий-ионных батареях ион лития перемещается от положительного электрода к отрицательному через электролит во время зарядки и обратно при разрядке. Внедряя электроды с высокой плотностью энергии, можно улучшить плотность энергии батареи. В этом контексте за последние десятилетия было проведено множество исследований по замене графитового отрицательного электрода на металлический литий. Однако металлический литий обладает высокой реакционной способностью, что восстанавливает электролит на его поверхности. Из-за этого литий-металлический электрод имеет низкую кулоновскую эффективность.

Относительная важность дескрипторов для окислительно-восстановительного потенциала металлического лития была получена с помощью частичного регрессионного анализа методом наименьших квадратов (PLS). Корреляция между предсказанными и наблюдаемыми истинными значениями окислительно-восстановительного потенциала металлического лития хорошо соответствует, что показано на вставке вместе со среднеквадратичной ошибкой (RMSE). Многочисленные данные, относящиеся к структуре раствора и физико-химическим свойствам электролитов, были собраны с помощью вычислительных расчетов MD и DFT, а их влияние на окислительно-восстановительный потенциал металлического лития было количественно проанализировано с помощью регрессионного анализа на основе машинного обучения. Определенный фактор, состояние координации Li+ и аниона FSI-, был выявлен как наиболее важный дескриптор для определения окислительно-восстановительного потенциала металлического лития. Авторы и права: Лаборатория Ямада и Китада, факультет инженерии химических систем, Токийский университет

Чтобы решить эту проблему, ученые разработали функциональные электролиты и добавки к электролитам, образующие защитную пленку на поверхности. Эта межфазная фаза твердого электролита влияет на безопасность и эффективность литиевых батарей. Поверхностная защитная пленка предотвращает прямой контакт между электролитом и литий-металлическим электродом, тем самым кинетически замедляя восстановление электролита. Однако до сих пор ученые не до конца понимали корреляцию между межфазной границей твердого электролита и кулоновской эффективностью.

Ученым известно, что если улучшить стабильность межфазной фазы твердого электролита, то можно замедлить разложение электролита и повысить кулоновскую эффективность батареи. Но даже с передовыми технологиями ученым трудно напрямую анализировать межфазную химию твердого электролита. Большинство исследований межфазной границы твердого электролита было проведено с помощью косвенных методологий. Эти исследования предоставляют косвенные доказательства, что затрудняет разработку металлического лития, стабилизирующего электролит, который приводит к высокой кулоновской эффективности.

Исследовательская группа определила, что если бы им удалось увеличить окислительно-восстановительный потенциал металлического лития в определенной системе электролита, они могли бы уменьшить термодинамическую движущую силу, чтобы восстановить электролит, и, таким образом, достичь более высокой кулоновской эффективности. Эта стратегия редко применялась при разработке аккумуляторов с металлическим литием. «Термодинамический окислительно-восстановительный потенциал металлического лития, который значительно варьируется в зависимости от электролитов, является простым, но упускаемым из виду фактором, влияющим на характеристики литий-металлического аккумулятора», — сказал Ацуо Ямада.

Команда изучила окислительно-восстановительный потенциал металлического лития в 74 типах электролитов. Исследователи ввели соединение под названием ферроцен во все электролиты в качестве внутреннего стандарта, рекомендованного IUPAC (Международный союз теоретической и прикладной химии) для электродных потенциалов. Команда доказала, что существует корреляция между окислительно-восстановительным потенциалом металлического лития и кулоновской эффективностью. Они получили высокую кулоновскую эффективность с повышенным окислительно-восстановительным потенциалом металлического лития.

Глядя в будущее, цель исследовательской группы — более подробно раскрыть рациональный механизм изменения окислительно-восстановительного потенциала. «Мы разработаем электролит, гарантирующий кулоновскую эффективность более 99,95%. Кулоновский КПД металлического лития составляет менее 99% даже при использовании усовершенствованных электролитов. Однако для коммерциализации аккумуляторов на основе металлического лития требуется не менее 99,95%», — сказал Ацуо Ямада.

Ссылка: «Электродный потенциал влияет на обратимость литий-металлических анодов» Сонджэ Ко, Томохиро Обуката, Татау Шимада, Норио Такенака, Масанобу Накаяма, Ацуо Ямада и Юки Ямада, 27 октября 2022 г., Энергия природы .
DOI: 10.1038/s41560-022-01144-0

Это исследование было проведено в сотрудничестве с Нагойским технологическим институтом.

Финансирование: Программа исследований и разработок передовых низкоуглеродных технологий; Специально продвигаемые исследования для инновационных аккумуляторов следующего поколения Японского агентства по науке и технологиям; Специально продвигаемые исследования JSPS KAKENHI; и Программа Министерства образования, культуры, спорта, науки и технологий: Проект исследования и разработки материалов типа «Создание и использование данных» финансировали это исследование.