Объем электролита в аккумуляторе 190: Сколько литров электролита в аккумуляторе 190

Страница не найдена — Энциклопедия аккумуляторов

Автомобильные

Аккумуляторная батарея Battsuvorov зарекомендовала себя как надёжное устройство. Это важный элемент электрического оборудования. Его

Обзор

Качественные аккумуляторы для солнечных батарей считаются неотъемлемой составляющей многофункциональных гелиосистем. АКБ заряжается в течение

Автомобильные

На этой странице мы расскажем вам, как в мороз можно завести автомобиль. С наступлением

Автомобильные

Автомобильная аккумуляторная батарея, которая в народе называется аккумулятором, является одним из важнейших элементов в

Автомобильные

Процедура замены аккумуляторной батареи автомобиля рано или поздно встает перед каждым автовладельцем. Чтобы облегчить

Обзор

Благодаря аккумуляторной батарее ноутбук стал мобильным устройством. Пользователи нередко встречаются с различными проблемами, связанными

Сколько электролита должно быть в аккумуляторе?

Как показывает практика далеко не каждый, кто интересуется вопросом, сколько электролита в аккумуляторе, знает, что вообще такое электролит и зачем он нужен, поэтому сейчас вы получите ответы на все озвученные вопросы. Итак, обо всем по порядку.

Что такое электролит и зачем он вообще нужен?

Если вы уже успели прочитать на нашем портале статью: «Какая кислота в аккумуляторе автомобиля», то общее представление об электролите вы уже имеете. Если нет – разъясняем.

Электролит – это раствор серной кислоты и простой дистиллированной воды. Им в нужной концентрации и объеме заполняют свинцово-кислотные аккумуляторные батареи для того, чтобы те благодаря химическим процессам происходящим с этим раствором могли хранить энергию. Отсюда, если концентрация или количество электролита в АКБ уменьшается, она перестает справляться в полной мере со своими обязанности и начинает нуждаться в замене или восстановлении. В последнем случае перед автомобилистами как раз и встает вопрос: сколько электролита должно быть в аккумуляторе.

Итак, сколько электролита должно быть в АКБ?

То, сколько электролита должна содержать аккумуляторная батарея автомобиля для максимально эффективной своей работы, напрямую определяется ее емкостью. Конечно, в зависимости от производителя возможна некоторая разбежка, но в целом объем электролита для аккумуляторов разной емкости будет следующим:

• 55 А·ч – 2,5 л +/- 100 г;
• 60 А·ч – 2,7-3 л;
• 62 А·ч – около 3 л;
• 65 А·ч – около 3,5 л;
• 75 А·ч – 3,7-4 л;
• 90 А·ч – 4,4-4,8 л;
• 190 А·ч – порядка 10 л.

Но это лишь примерный литраж, он нужен больше для справки перед походом в магазин. В процессе же восстановления аккумулятора нужно ориентироваться не на него, а на особые метки, присутствующие на корпусе последнего. Теперь подробнее.

Какой должен быть уровень электролита в аккумуляторе?

Если в вашем аккумуляторе присутствует шкала с минимумом и максимумом, то вопрос, до какого уровня следует заливать электролит, решается очень просто – по верхнюю черту, то есть до отметки «MAX»,

Если же такой шкалы нет, возможно, в отверстиях вашего аккумулятора есть «язычки», тогда электролита в АКБ нужно заливать столько, чтобы они покрылись 5 мм слоем раствора (полностью в него погрузились).

Ну, а если нет ни того, ни другого, залейте в АКБ электролит в рекомендуемом выше объеме (его должно быть не под завязку, а чуть меньше), а затем для самоконтроля возьмите стеклянную трубочку, диаметром до 5 мм и опустите ее внутрь АКБ, пока она не упрется в предохранительный щиток. Закройте верхнее отверстие трубочки пальцем и выньте ее наружу. Если уровень оставшегося в ней электролита находится в пределах 10-15 мм вы все сделали правильно – уровень электролита в АКБ оптимален.

Важно!

Если вы заметили, что уровень электролита в автомобильном аккумуляторе со временем стал меньше необходимого, его восполнение следует осуществлять лишь дистиллированной водой с небольшой плюсовой температурой – 15-25˚С, подробнее в статье – «Как поднять плотность электролита в аккумуляторе». Электролит может использоваться лишь в отношении абсолютно пустых АКБ.

Видео.

Рекомендую прочитать:

55, 60, 75, 132, 190, количество, сколько нужно лить, объем

Автор Акум Эксперт На чтение 6 мин Просмотров 858 Опубликовано 15.04.2021 Обновлено 15.04.2021

Самые распространённые автомобильные аккумуляторы – ёмкостью 60 А/ч и выше т.к. модели АКБ меньшей ёмкости просто не обеспечивают силу тока для запуска двигателя большинства машин. А сколько электролита в них лить разберемся в статье.

Таблица объёма электролита в аккумуляторах

Чтобы понять, сколько электролита должно быть в аккумуляторе, исходят из такого принципа: чем выше ёмкость батареи, тем больше потребуется использовать свинца, что скажется на ее объёме. Также нужно больше электролита для нормальной работы батареи.

В продаже имеются упаковки разных объемов — от 1 до 20 литров. Можно купить канистру 5 литров для доливки, её хватит для большинства АКБ. Но электролит — химически активная жидкость, и хранить его больше 1 года в полиэтиленовой канистре не рекомендуется.

Для удобства вычисления значений ёмкости аккумуляторных батарей и объёма заливаемого в них электролита сведены в таблицу. Пользуясь ей, можно быстро определить, сколько электролита в аккумуляторе 60 А*ч и другой ёмкости.

В статье рассматриваются только обслуживаемые АКБ. В необслуживаемых батареях уровень электролита остаётся примерно одинаковым на протяжении всего периода эксплуатации.

Емкость АКБ, А*час	Объем электролита, л
55	2,5
60	2,7-3,0
75	3,7-4,0
90	4,4-4,8
132	9,5
190	10

Для определения ёмкости АКБ, установленной в автомобиле, необходимо правильно расшифровать её маркировку. Аккумуляторы отечественного производства маркируются по ГОСТу 959-91. Маркировка включает 4 категории. Читается слева направо.

Первая, цифровая, говорит о количестве банок в АКБ. Вторая категория, буквенная («СТ»), сообщает, что батарея стартерная. Третья часть, числовая, указывает на ёмкость в ампер*часах (А*час). Четвертая, буквенная, указывает на особенности исполнения батареи.

Например, для батареи 6СТ-75 АЗ расшифровка маркировки указывает на то, что цифра «6» обозначает количество элементов АКБ. Буквы «СТ» указывают, что АКБ стартерная, число «75» — это ёмкость аккумулятора в А*час. Сочетание «АЗ» говорит о том, что в АКБ применена общая для всех элементов крышка. Перед продажей АКБ была заполнена электролитом и заряжена.

Для маркировки АКБ, изготовленных в Европе, применяются два стандарта. ENT является международным, а в Германии используется DIN.

Для расшифровки маркировки, нанесенной по стандарту ENT, надпись нужно поделить на 4 части.

Первая говорит о диапазоне ёмкости батареи в А*ч. Причем цифра «5» сообщает о диапазоне до 99 А*ч, цифра «6» — от 100 до 199 А*ч, а «7» — от 200 до 299 А*ч.

Вторая часть — обозначение точной ёмкости АКБ. В третьей части маркировки, состоящей из трех цифр, указаны конструктивные отличия модели — тип исполнения корпуса, полярность аккумулятора, вид и т. д. Оставшиеся три цифры указывают на пусковой ток в амперах. Для того чтобы его определить, это значение умножается на 10.

Кроме числовых обозначений на маркировке можно увидеть пиктограммы. Они указывают на особенности АКБ — совместимость с другим оборудованием, возможность работы с системой «Старт-стоп», назначение батареи и т. п.

Маркировка по стандарту DIN похожа на нанесённую по стандарту ENT. Она условно делится на 3 части. В первой, состоящей из одной цифры, указан диапазон ёмкости аккумулятора: цифра «5» говорит о ёмкости до 100 А*ч, «6» — до 200 А*ч, «7» — выше 200 А*ч. Вторая и третья цифры обозначают ёмкость АКБ, последняя, четвёртая и пятая — полярность, габариты, тип корпуса и т. п.

Как проверить уровень электролита

В АКБ с полупрозрачным корпусом производитель предусмотрел специальные отметки, по которым определяется содержание электролита. Для этого нужно установить батарею на ровную поверхность и на свету определить его уровень. Он должен находиться между отметок MIN и MAX.

Если корпус аккумуляторной батареи непрозрачный, уровень определяется специальной стеклянной мерной трубочкой. Если такого приспособления нет, подойдёт прозрачный корпус от шариковой авторучки.

Аккумуляторную батарею следует отсоединить от клемм, снять крепления и установить на ровной поверхности. Затем открутить пробки на заливочных горловинах. Замеряется уровень электролита просто — трубочка опускается в каждый отсек АКБ до соприкосновения с пластинами. Большим пальцем руки верхний конец трубочки зажимается, и она вынимается из отсека.

Проверка уровня электролита

По линейке или по отметкам на трубочке определяется уровень. Он должен быть от 12 до 15 мм. Если уровень электролита ниже этих значений, следует долить дистиллированной воды до требуемого. При значительном понижении уровня или для доливки в новую, сухозаряженную АКБ применяется электролит.

Доливать дистиллированную воду нужно потому что в аккумуляторе начинает испаряться вода. Серная кислота в основном не испаряется.

Понижение уровня электролита может быть связано с неисправностью реле-регулятора автомобиля. При этом зарядный ток от генератора не ограничивается, и аккумулятор находится в режиме постоянного заряда. Происходит «закипание» электролита и испарение воды.

Проверка и выравнивание плотности

Кроме замеров уровня нужно . При замере плотности учитываются климатические особенности местности. Для проверки применяют специальные приборы — ареометры. Они бывают двух типов: постоянной массы и поплавковые.

Ареометр прямого измерения

 

Плотность должна находиться в пределах 1,27 г/см³ во всех отсеках для регионов со средним умеренным климатом. Если она низкая, при отрицательных температурах электролит замерзает. Батарея неизбежно выйдет из строя.

Если плотность выше требуемой, срок службы аккумулятора снижается из-за сульфатации пластин и выпадения солей в осадок. Последний при достижении определенного уровня может замкнуть пластины в отсеке АКБ. Это повлияет на ёмкость и пусковой ток аккумулятора.

Плотность электролита замеряется при температуре воздуха +25 °С.

После определения уровня и плотности электролита аккумуляторную батарею нужно зарядить. Но перед этим подождать не менее трех часов для распределения электролитических свойств жидкости.

Перед зарядом аккумуляторную батарею нужно снять с автомобиля, установить на ровной площадке, очистить корпус от загрязнений. Также необходимо зачистить клеммы аккумулятора от оксидной пленки и загрязнений. Пробки заливных горловин всех банок нужно снять.

Подведем итоги

Срок службы аккумуляторной батареи автомобиля зависит от поддержания таких параметров: уровень и плотность электролита и уровень заряда. В противном случае любой, даже самый дорогой аккумулятор от известных мировых производителей быстро выйдет из строя.

Замеры уровня, доливка электролита и заряд аккумуляторной батареи производятся в хорошо проветриваемом помещении с применением средств защиты лица, глаз и рук. Попадание электролита на незащищённые части тела вызывает сильный химический ожог, а вдыхание его паров — отравление и заболевания. Не допускается использование открытого огня вблизи аккумуляторной батареи.

Спасибо, помогло!4Не помогло

МРО 4-99 Методика расчета объемов образования отходов. Отработанные элементы питания / 4 99

СБОРНИК МЕТОДИК
ПО РАСЧЁТУ ОБЪЁМОВ
ОБРАЗОВАНИЯ ОТХОДОВ

Санкт-Петербург

2004

Методика расчёта объёмов образования отходов

МРО-4-99

разработана: □ Инженерно Техническим Центром «Компьютерный Экологический Сервис»

□ Центром обеспечения экологического контроля

Отработанные аккумуляторы и аккумуляторные батареи могут сдаваться на переработку в сборе или в разобранном состоянии. Если аккумуляторы разбираются, то образуются следующие виды отходов: лом цветных металлов (в зависимости от типа аккумулятора, пластмасса (пластмассовый корпус батареи)), осадок от нейтрализации электролита.

В настоящее время появились предприятия, принимающие на переработку отработанные аккумуляторные батареи с электролитом.

Количество отработанных аккумуляторов определяется по формуле:

N = Sn_i/Т_i, шт./год

где: n_i — количество используемых аккумуляторов или аккумуляторных батарей i-го типа;

Т_i - эксплуатационный срок службы аккумуляторов i-ой марки, год.

T_i = k_i´ t

Здесь: k_i — количество зарядно-разрядных циклов, на которые рассчитан аккумулятор;

t — среднее время эксплуатации между двумя зарядками, час, определяется по данным предприятия.

Для стартерных аккумуляторов T_i = 1.5 — 3 года в зависимости от марки машин.

Вес образующихся отработанных аккумуляторов с электролитом равен:

М = SN_i´ m_i´ 10^-3, т/год

где: N_i — количество отработанных аккумуляторов i-ой марки, шт./год,

m_i — вес одного аккумулятора i-ой марки с электролитом, кг.

Суммирование проводится по всем маркам аккумуляторов.

Вес отработанных аккумуляторных батарей без электролита рассчитывается по формуле:

М = SN_i´ m¢_i ´ 10^-3, т/год

где: m¢_i — вес аккумуляторной батареи i-того типа без электролита, кг.

Количество отработанного электролита рассчитывается по формуле:

М = Sm^э_i ´ N_i´ 10^-3, т/год

где: m^э_i — вес электролита в аккумуляторе i-ой марки, кг.

m^э_i = V_i´ r, кг

m^э_i = m_i — m¢_i, кг

Здесь: V_i — количество электролита в аккумуляторе i-ой марки, л;

r — плотность электролита, кг/л.

Суммирование проводится по всем маркам аккумуляторов.

Нейтрализация электролита кислотных аккумуляторов может производиться гашеной или негашеной известью.

Определение количества осадка, образующегося при нейтрализации электролита негашеной известью, производится по формуле:

М_{ос вл} = М + М_пр + М_вода

где: М — количество образующегося осадка в соответствии с уравнением реакции;

М_пр — количество примесей извести, перешедшее в осадок;

М_вода — содержание воды в осадке.

Нейтрализация электролита негашеной известью проходит по следующему уравнению реакции:

H₂SО₄ + СаО + Н₂О = CaSО₄×2Н₂О

Количество образующегося осадка CaSО₄×2Н₂О в соответствии с уравнением

реакции равно:

М = 172 ´ М_э´ С/98,

где: М_э — количество отработанного электролита, т;

С — массовая доля серной кислоты в электролите, С = 0,35;

172 — молекулярный вес кристаллогидрата сульфата кальция;

98 — молекулярный вес серной кислоты.

Количество извести (М_из), необходимое для нейтрализации электролита рассчитывается по формуле:

М_из = 56 ´ М_э´ С /98/ Р, т

где: 56 — молекулярный вес оксида кальция,

Р — массовая доля активной части в извести,

Р = 0,4 — 0,9 в зависимости от марки и сорта извести.

Количество примесей извести (М_пр), перешедшее в осадок, составляет:

М_пр = М_из´ (1 — Р), т

Содержание воды в осадке рассчитывается по формуле:

М_вода = М_э´ (1 — С) — М

э´ С ´ 18/98 = М_э´ (1 — 1.18С), т

Количество образующегося влажного осадка с учетом примесей в извести равно:

М_{ос вл} = М + М_пр + М_вода, т

Влажность осадка равна: М_вода/М_{ос вл}´ 100

Определение количества осадка, образующегося при нейтрализации электролита гашеной известью производится по формуле:

М_{ос вл} = М + М_пр + М_вода

где: М — количество образующегося осадка в соответствии с уравнением реакции;

М_пр — количество примесей извести, перешедшее в осадок;

М_вода — содержание воды в осадке.

Нейтрализация электролита гашеной известью проходит по следующему уравнению реакции:

H₂SО₄ + Са(ОН)₂ = CaSО₄×2Н₂О

Количество образующегося CaSО₄×2Н₂О в соответствии с уравнением реакции равно:

М = 172 ´ М_э´ С/98, т

где: М_э— количество отработанного электролита, т,

С — массовая доля серной кислоты в электролите, С = 0.35,

172 — молекулярный вес кристаллогидрата сульфата кальция,

98 — молекулярный вес серной кислоты.

Количество извести (М_из), необходимое для нейтрализации электролита рассчитывается по формуле:

М_из = 74 ´ М_э´ С/98/Р, т

где: 74 — молекулярный вес гидроксида кальция,

Р — массовая доля активной части в извести,

Р = 0.4 — 0.9 в зависимости от марки и сорта извести.

Количество примесей извести (М_пр), перешедшее в осадок, составляет:

М_пр = М_из´ (1 — Р), т

Содержание воды в осадке рассчитывается по формуле:

М_вода = М_э´ (1 — С), т

Количество образующегося влажного осадка с учетом примесей в извести равно:

М_{ос вл} = М + М_пр + М_вода

Влажность осадка равна: М_вода/М_{ос вл}´ 100

Тип аккумулятора	Масса аккумулятора, кг		Эксплуатационный срок службы, Ti		Количество зарядно-разрядных циклов, ki
	без электролита, m¢i	с электролитом, mi
1	2	3	4		5
Аккумуляторы и аккумуляторные батареи свинцовые
Аккумуляторы и аккумуляторные батареи железнодорожные и тяговые
32ТН-450-У2 (состоит из 4ТН-450´8)	119.0	159.0	3 года		170
48ТН-450-У2 (состоит из 3ТН-450´16)	90.4	120.4	3 года		170
48ТН-350 (состоит из ТН-350´16)	68.0	92.0	3 года		170
48ТН-350-У2	68.0	92.0	3 года		170
48ТН-410-У2	46.0	65.0	3 года		—
Аккумуляторы и аккумуляторные батареи для мотоциклов и мотороллеров
3МТ-8	1.4	1.8	2 года		120
3МТР-10	2.3	2.9	12 мес.		100
3МТ-12	3.6	4.0	2 года		—
3МТ-14А	2.0	2.5	1.5 года		—
3МТ-8А	1.3	1.6	2 года		—
Аккумуляторы и аккумуляторные батареи стартерные
3СТ-215ЭМ	34.0	43.0		3 года	—
6СТК-150М	61.0	73.0		2 года	100
12-АСА-150	130.0	160.0		2.5 года	—
12-А-30	24.3	27.8		2 года	—
12-А-50	24.3	27.8		2 года	—
6СТ-182ЭМ	56.0	70.7		2 года	—
26ВН-440-02	889.2	1157.0		2 года	—
6СТ-55А	11.2	16.5		18 мес.
6СТ-90ЭМ	28.3	35.7		—	—
6СТ-132ЭМ	41.0	51.0		—	—
6СТ-155ЭМ	23.1	29.2		—	—
3CT-215A	26.0	34.2		1 год	—
6СТ-105ЭМ	31.0	39.2		3 года	—
6CTК-135MC	53.0	68.0		2 года	125
6CT-140P	51.0	62.0		3 года	120
12CT-70M	58.0	67.5		2 года	80
6СТ-55ЭМ	17.5	21.1		3 года	—
6СТ-75ЭМ	23.8	30.5		2 года	—
6CT-60	19.5	25.0		1 год	—
6СТЭН-140М	52.5	62.0		3 года	—
6CT-50A	12.5	16.7		2 года	—
6CT-190A	45.0	60.0		2 года	—
3СТ-60ЭМ	12.0	14.8		—	—
3СТ-70ПМС	15.0	18.2		—	—
3СТ-84ПМС	17.2	20.6		—	—
3СТ-95	17.5	21.7		—	—
3СТ-98ПМС	19.4	23.8		—	—
3СТ-110	19.5	24.4		—	—
3СТ-135ЭМ	23.0	29.0		—	—
3СТ-150	24.0	20.1		—	—
3СТ-150ЭМ	21.1	27.2		—	—
3СТ-155ЭМ	22.7	28.8		—	—
6СТ-42ЭМ	15.5	19.3		—	—
6СТ-45	16.0	19.8		—	—
6СТ-45ЭМ	16.0	19.8		—	—
6СТ-50ЭМ	15.9	20.8		—	—
6СТ-54ЭМ	19.3	24.1		—	—
6СТ-55	17.0	21.8		—	—
6СТ-60ЭМ	19.2	24.7		—	—
6СТ-66А	13.3	19.0		—	—
6СТ-68ЭМС	24.5	30.7		—	—
6СТ-75	25.0	31.3		—	—
6СТ-75ТМ	21.7	28.1		—	—
6СТ-75А	19.5	25.4		—	—
6СТ-77А	15.2	22.1		—	—
6СТ-78	28.0	35.6		—	—
6СТ-81ЭМС	28.0	35.6		—	—
6СТ-90	28.5	36.1		—	—
6СТ-95ЭМС	33.0	41.4		—	—
6СТ-105	31.0	39.9		—	—
6ТСТ-105ЭМС	37.3	46.2		—	—
6СТ-110А	23.3	32.5		—	—
6ТСТ-120ЭМС	41.3	51.5		—	—
6СТ-128	42.0	58.0		—	—
6СТ-132	41.0	51.2		—	—
6ТСТ-165ЭМС	56.5	70.6		—	—
6СТ-182	60.0	74.6		—	—
6ТСТ-182	55.5	76.4		—	—
6СТ-190	58.0	73.2		—	—
6СТ-190ТМ	56.1	70.6		—	—
Аккумуляторы и аккумуляторные батареи щелочные никель-кадмиевые и никель-железные
Аккумуляторы и аккумуляторные батареи железнодорожные и тяговые
ТНЖ-250-У	14.8	18.0		6 мес.	500
28ТНЖ-250-У2	339.0	428.0		6 мес.	500
ВНЖ-300-У2	12.0	16.0		8 мес.	750
ТНЖ-400-У2	19.5	24.0		1.5 года	—
ТНЖ-450-У2	18.0	24.0		1.5 года	—
ТНЖ-500-У2	15.6	21.6		1.5 года	—
ТНЖ-350-У2	16.3	22.6		—	1000
ТНЖ-600-У2	23.0	30.0		—	1200
40ТНЖ-350-У2	504.0	684.0		—	1000
28ТНЖ-350-У2	353.0	478.0		—	1000
50ТПНК-550-ТЗ	1623.0	2083.0		—	750
ТПНЖ-550-У2	35.0	45.0		—	750
46ТПНЖ-350-У2	1625.0	2100.0		—	750
ТПНК-300М-Т2	12.0	15.5		—	500
28ТНК-300М-Т2	340.0	440.0		—	500
ТНЖШ-550-У5	19.5	25.0		—	1000
112ТНЖШ-650-У5	2115.0	2289.0		—	1000
ТНЖШ-500-У5	18.6	25.0		—	1000
96ТНЖШ-500-У5	1798.8	2413.0		—	1000
112ТНЖШ-350-У5	2400.0	3024.0		—	750
ТНК-400-У5	17.0	20.0		—	750
88ТНК-400-У5	1506.0	1776.6		—	750
ТНЖ-500М-У2	13.5	14.6		3.5 года	—
ТНК-350-Т5	21.0	27.0		—	750
ТНК-550-Т3	35.0	45.0		2 года	—
Аккумуляторы для приборов и аппаратуры различного назначения
2НК-24	2.45	2.85		—	1150
НК-80	21.3	26.1		—	1000
3ШНК-10-05	1.5	1.55		2 года	575

1. Краткий автомобильный справочник. - М.: «Транспорт», 1985.

2. Номенклатурный каталог. Серии «». Химические и физические источники тока. НК 22.0.01.92. Аккумуляторы и аккумуляторные батареи свинцовые. — М.: ВНИИИТЭИП «Информмэлектро», 1992.

3. Номенклатурный каталог. Серии «». Химические и физические источники тока. НК 22.0.01.92. Аккумуляторы и аккумуляторные батареи щелочные никель-кадмиевые и никель-железные. — М.: ВНИИИТЭИП «Информмэлектро», 1992.

4. Временные методические рекомендации по расчёту нормативов образования отходов производства и потребления. — СПб.: 1998.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Акб 190 вес

Сколько весит аккумулятор. Разберем автомобильные варианты от 55, 60 до 190 Ам*ч.

Наверное, многие задумывались — а сколько весит мой аккумулятор под капотом автомобиля? Обычно такие мысли приходят, когда его нужно сдать перекупам, то есть АКБ совсем уже вышел из строя и не может запускать двигатель. Вы покупаете новый, а вот старый логично продать, где-то вы слышали, что свинец это достаточно дорогой материал, узнав его стоимость можно легко перемножить на вес батареи и тем самым получить хоть какие то деньги обратно. Вот только не все производители, далеко не все, указывают массу своих моделей …

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

Для начала вам нужно понять, что масса заправленной аккумуляторной батареи складывается из нескольких составляющих:

• Это пластиковый корпус
• Жидкий электролит
• Свинцовая составляющая

Так что многие кто взвешивает свой аккумулятор в сборе, немного не правы — ведь там есть вес тех компонентов, которые просто не покупаются перекупщиками. Поэтому цены скажем на чистый свинец, уже отчищенный выше примерно на 20%, чем в аккумуляторе в сборе.

Про разные строения

Конечно, мы сейчас разговариваем про автомобильные батареи, то есть стартерные. Но стоит отметить, что на данный промежуток времени существуют еще и тяговые аккумуляторы, это совершенно другое направление. Они не обладают высокими пусковыми токами, однако могут очень долго отдавать заданный ресурс энергии. Причем не бояться глубоких разрядов. Так вот весить они могут в 2 – 3 раза больше, чем стартерные варианты. Про это стоит запомнить.

Хотя их применение в рядовых авто, практически сведено на нет! Устанавливаются они в электромобилях, гибридах, и спецтехники (погрузчики, краны и т.д.).

Пластиковая часть в строении

Если говорить о том, сколько весит пластиковая составляющая – стоит вспомнить, сколько вообще весит пластик. ДА практически ничего! Вот и корпус со всеми перемычками между пластинами весят всего около 5 – 7% от общего веса. Для примера, батарея в 55 Ампер*часов, имеет корпус весом около – 750 грамм.

Поэтому сейчас многие скупщики не требуют разбирать аккумулятор, зачем ведь пластика в весе, не так много! А вот электролита уже существеннее.

Без электролита или его часть в строении АКБ

Без электрохимической жидкости АКБ работать не будет, именно она является как бы активатором всего процесса заряда и разряда. Напомню, состоит она из серный кислоты + дистиллированная вода. А так как это жидкость и ее достаточно много – весит она не мало.

Примерно – 16 – 20% от общей массы аккумулятора, что уже существенно. Однако не один перекупщик не попросит вас, его сливать, просто это небезопасно, для окружающей среды. А также многие батареи банально неразборные (хотя разобрать можно все сто угодно).

Таким образом, 20 – 25%, то есть четверть занимает пластик + электролит.

Свинцовая составляющая

Как уже стало понятно это 75 – 80% веса. Хотя здесь свинец применяется не только чистый, но и в соединениях.

Так плюсовые пластины состоят из – диоксида свинца. Обычно это так называемые пористые пластины.

Минусовые состоят из чистого свинца – эти пластины монолитные.

Из этих пластин собирают пакеты, которые и способствуют накоплению заряда.

Что же сейчас открою интригу, давайте разберем по мощности, сколько весят те или иные модели АКБ.

55 Ампер – час

Это самая легкая модель из всех, в 70% случаев ее можно встретить на машинах. Конечно, есть и более компактные, например в 35 — 40А*ч, но про них чenm позже в таблице.

ИТАК, вес – от 13 до 16 килограмм.

60 Ампер – час

С повышением емкости, растет и масса АКБ, каждые 5Ам*ч, дают около 10% к весу. То есть этот вариант уже весит – 17 – 18 килограмм.

75 Ампер – час

Здесь прибавка сразу 15А, что дает значимое прибавление к массе, ведь свинца и электролита потрачено больше – 22 – 24 килограмма.

90 Ампер – час

Еще прибавляем, такие батареи одни из самых мощных, устанавливаются часто на грузовую технику, трактора, бульдозеры, да и просто тягачи и самосвалы. Вес – 27 – 30 килограмм.

190 Ампер – час

Это очень тяжелые и мощные АКБ, их даже на двигателях кораблей применяют. В общем можно поставить и на обычный грузовик, только движок должен быть просто огромного объема. Масса, примерно 43 – 45 килограмм.

Таблица с электролитом и без

Вес аккумулятора в зависимости от емкости и марки
Емксоть	Средний вес АКБ с электролитом	Средний вес АКБ без электролита
35 А/ч	10,2 кг	8,7 кг
40 А/ч	10,6 кг	8,8 кг
42 А/ч	10,7 кг	9,1 кг
45 А/ч	12,1 кг	9,9 кг
50 А/ч	12,9 кг	11,2 кг
55 А/ч	14,6 кг	12,1 кг
60 А/ч	15,4 кг	13,2 кг
62 А/ч	15,6 кг	13,7 кг
65 А/ч	16,7 кг	14,1 кг
66 А/ч	16,9 кг	14,3 кг
70 А/ч	18,2 кг	14,8 кг
75 А/ч	19,0 кг	15,5 кг
77 А/ч	19,1 кг	16,2 кг
90 А/ч	23,1 кг	20,5 кг
95 А/ч	23,5 кг	20,7 кг
100 А/ч	24,4 кг	21,8 кг
110 А/ч	25,9 кг	25,6 кг
135 А/ч	37,5 кг	33,6 кг
190 А/ч	49,1 кг	47,9 кг
225 А/ч	61,8 кг	51,2 кг

Ограничение технологий

В общем, то на этом заканчиваю, хочется в заключении сказать, что аккумулятор автомобиля не менялся вот уже добрых 100 лет! Именно вес мешает развиваться электромобилям. Ведь если нагрузить в машину много батарей, он будет весить просто нереально. Когда батареи уменьшат, да хотя бы облегчат – электромобили начнут покупать охотнее, потому как пробег намного увеличиться. Сейчас, к сожалению, он не радует в среднем 150 километров, по идеальным, теплым условиям, без холода и снега.

НА этом все, читайте наш АВТОБЛОГ, будет еще много интересного.

Аккумулятор для грузовиков 190 Ач 12v

Грузовые автомобили оснащаются большими по мощности двигателями. Как правило, такие машины работают на дизельном топливе, для воспламенения которого необходима большая степень сжатия в камере сгорания. Перечисленные условия не позволяют использовать для обеспечения бортовой электрической системы маломощные аккумуляторные батареи. Поэтому для больших машин применяются аккумуляторы 6СТ 190 А/ч.

Сколько весит аккумулятор 190 ач

Пластины мощного аккумулятора изготавливаются из свинца, который имеет большой удельный вес. Этот факт не может не отражаться на массе изделия. В качестве электролита в таких изделиях применяются слабый раствор серной кислоты, но эта жидкость также тяжелее воды. Пластик является самым «безобидным» в этом смысле материалом, но учитывая относительно большие габариты изделия, корпус изделия добавляет в общую копилку несколько килограммов.

Полностью заправленный автомобильный аккумулятор, ёмкость которого равна 190 ah будет весить не менее 47 кг, поэтому изделие оснащается удобными ручками для переноски.

Габариты АКБ и варианты клемм

Владельцам грузовых автомобилей следует помнить о том, что приобретать аккумулятор нужно заранее убедиться, что он благополучно подойдёт по размеру в штатное место. Стандартные габариты батареи 6СТ-190 а/ч составляют:

• Длина – 513 (507-524) мм.
• Ширина – 223 (218-228) мм.
• Высота – 223 (210-236) мм.

У некоторых производителей размеры могут немного отличаться от стандартных, максимальный и минимальный разброс указан в скобочках).

Большинство производитлей выпускаю батареи с обратно полярностью (европейская, плюс слева), так как в мире она более востребована, но многие специально для российского рынка делают и с прямой полярностью (плюс справа).

Читайте также:  Аккумуляторы Sznajder

Сколько электролита в аккумуляторе 190 ач

Как известно, полностью готовый к эксплуатации аккумулятор, ёмкость которого равна 190 А/ч составляет ~47 кг. Электролит от полной массы заряженного аккумулятора занимает примерно 25%. Обычно для заправки батареи этого типа достаточно 12 литров раствора серной кислоты, поэтому если аккумулятор приобретался сухозаряженным, то чтобы покупка электролита обошлась в итоге не слишком дорого, рекомендуется приобрести 3 бутыли объёмом 5 литров каждая.

Каким током заряжать аккумулятор 190 ач

Наиболее эффективно и быстро большие аккумуляторы заряжаются током, который равен 10% от ёмкости АКБ. Для батареи 190 а/ч это значение будет равно 19 А. Продолжительность такой зарядки составляет 10 часов.

Для обеспечения пожарной безопасности необходимо, чтобы все провода, подводимые к клеммам батареи, были достаточно хорошо закреплены. В противном случае, в местах недостаточного контакта возможен значительный нагрев металла, вплоть до полного их отгорания.

Для каких автомобилей подходит АКБ 190 ач

Аккумулятор 12v ёмкостью 190 ампер часов используется для установки на грузовые автомобили. К этой категории относятся транспортные средства, полная масса которых превышает 3,5 тонны. Также батареями этого типа могут оснащаться автобусы и спецтехника.

Элементы питания повышенной ёмкости могут использоваться не только для наземного транспорта. Для запуска мощных дизельных моторов яхт и катеров вполне достаточно будет установки 1 батареи.

Какой аккумулятор 190 ач выбрать и на что обратить внимание

Приобретение некачественного аккумулятора 190 ач может привести к неожиданной поломке в дороге, что для автомобиля, на котором осуществляется грузоперевозки, является абсолютно недопустимым. Чтобы снизить вероятность такого исхода рекомендуется отдать предпочтение известным производителям, при этом не обязательно дорогим:

• Исток UNO.
• Extra Start.
• FireBall.
• Volt.
• Magnum.
• Аком.
• Тюменский аккумулятор.
• Varta.
• Mutlu.
• Bolk.
• Topla.
• Bosch.
• Black Horse.

Перечисленные марки заслуживают доверия отечественных покупателей, но даже при покупке изделия известной фирмы следует остерегаться подделок. Чтобы минимизировать вероятность приобретения контрафактной продукции, следует посещать для этой цели только заслуживающие доверия торговые точки.

У Вас был или есть аккумулятор емкостью 190 ач? Тогда расскажите в комментариях какой и о своих впечатлениях о нем, это очень поможет остальным автолюбителям и сделает материал более полным и точным.

Отзывы

Юрий. г. Новочеркасск Аккумулятор для грузовой машины является своего рода расходным материалом, ведь приходится каждый день осуществлять запуск мощного мотора в любую погоду. Аккумулятор Bosch 190 ач 12 вольт полностью разрушил этот стереотип. С момента покупки батарея без каких-либо нареканий служит уже более 5 лет.

Александр. г. Уфа Очень благодарен людям, которые в своё время посоветовали приобрести для Камаза тюменский аккумулятор. Отличное качество по разумной цене – таким образом можно охарактеризовать эту батарею.

Читайте также:  Как снять аккумулятор с автомобиля

Сколько весит аккумулятор

Вес аккумулятора для автомобиля не маленький, и колеблется от 15 до 50 килограммов, в зависимости от емкости аккумулятора. Вес может также явлется показателем качества батареи, т. е. количество свинца, которые производитель потратил на его создание. Для того, чтобы понять из чего складывается вес аккумулятора, необходимо разобраться в его устройстве. Он состоит из моноблока (пластиковый корпус), который весит не более 0,5 кг а 55-го аккумулятора, свинца (вес 12-13 кг, в зависимости от марки аккумулятора) и электролита, который имеет вес 2-3 кг.

Зачастую заявленный вес не совпадает с фактическим. Причин для этого может быть несколько: 1) недобросовестные производители батарей экономят на свинце, тем самым снижая общий вес самой батареи. 2) Недостаточный уровень электролита (образовался в процессе хранения или эксплуатации батареи). В таблице ниже показана зависимость веса от емкости аккумулятора и наличие электролита.

Емкость	Средний вес аккумулятора с электролитом	Средний вес аккумулятора без электролита	Titan	Тюменский Медведь	Forse	Banner	Bost
35 А/ч	10,2 кг	8,7 кг
40 А/ч	10,6 кг	8,8 кг				11,2 кг	10,5 кг
42 А/ч	10,7 кг	9,1 кг					10,7 кг
45 А/ч	12,1 кг	9,9 кг				12,1/13,1 кг	12,2 кг
50 А/ч	12,9 кг	11,2 кг	14 кг		12,8 кг	12,7/12,8 кг
55 А/ч	14,6 кг	12,1 кг	14,5/16 кг	14,4 кг	15,5 кг	14,1 кг	13,3 кг
60 А/ч	15,4 кг	13,2 кг	15,2 кг	15,0 кг	15,8 кг	16,5 кг	16,2 кг
62 А/ч	15,6 кг	13,7 кг	16,0/16,3 кг	14,7 кг		14,8 кг
65 А/ч	16,7 кг	14,1 кг			16,7 кг	15,8 кг	16,5/16,9 кг
66 А/ч	16,9 кг	14,3 кг	16,9 кг	16,5 кг
70 А/ч	18,2 кг	14,8 кг				17,2/18,2 кг	17,2/18,3 кг
75 А/ч	19,0 кг	15,5 кг	17,5/19,5 кг			18,5 кг
77 А/ч	19,1 кг	16,2 кг	19,5 кг	17,4/19 кг
90 А/ч	23,1 кг	20,5 кг	21,2 кг				22,4 кг
95 А/ч	23,5 кг	20,7 кг	25 кг	23,5 кг		22,2/22,5 кг
100 А/ч	24,4 кг	21,8 кг	27,5 кг	26,2 кг	24,4 кг	23,2 кг
110 А/ч	25,9 кг	25,6 кг	27,5 кг			25,9/28 кг
135 А/ч	37,5 кг	33,6 кг	39 кг
190 А/ч	49,1 кг	47,9 кг	52 кг	50 кг
225 А/ч	61,8 кг	51,2 кг	58 кг	56 кг	60,4 кг	61,8/62,9 кг	60,4 кг

Остались вопросы? Пишите в комментарии! Емкость аккумулятора: что же измеряется в ампер-часах

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

Как прописать аккумулятор на автомобиле

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.

Таблица веса аккумуляторов для автомобилей

АКБ — важнейшая составляющая автомобиля, от работы которого зависит успешный запуск при начале работы, оптимальная работа двигателя, и других систем, для которых необходим электрический ток. Для того чтобы сделать правильный выбор аккумулятора, нужно учитывать технические характеристики и его параметры, такие как емкость, пусковой ток, ток холодной прокрутки, размеры, полярность. В некоторых ситуациях важно знать массу батареи, эта характеристика содержится в таблице веса аккумуляторов.

Устройство автомобильный аккумулятор

Автомобильные батареи являются устройством, которое трансформирует химическую энергию в электрическую. Основа устройства незначительно изменилась в течение последних 70 лет. Аккумулятор в вашей машине чаще всего — это свинцово-кислотная батарея, кислота, или электролит которой реагирует со свинцовыми пластинами внутри батареи, и в результате возникает электричество.

Неудивительно, что больше энергии затрачивается на работу большого двигателя, поэтому следует выбирать аккумулятор, который лучше всего подходит по размерам и мощности. Сегодня автомобили расходуют гораздо больше электроэнергии, чем раньше, благодаря наличию в них множества компьютеров, модулей и аксессуаров, и возникает необходимость в АКБ, заряженном достаточной энергией для этих систем. Аккумулятор с недостаточной мощностью, которая в целом не может удовлетворить всех потребностей в ней автомобиля, может привести к электролитической реакции и преждевременной поломке батареи.

Чаще всего в современных автомобилях, представленных на российском рынке, используются так называемые стартерные аккумуляторы, которые маркируются буквами СТ. Например, АКБ с 6-ю последовательно соединенными в конструкции батареями маркируется 6СТ.

Основные условия при выборе

Автомобильная батарея изготовлена из серной кислоты и воды. Когда батарея заряжается, позитивно и негативно заряженные пластины из свинца превращаются в сульфид свинца, и электролит теряет большой объем серной кислоты, превращаясь, в основном, в воду. Когда он заряжается, негативные пластины, состоит:

• свинец;
• позитивные пластины двуокиси свинца;
• электролит — для восстановления прежней плотности.

Будьте осторожны, используя автомобильные аккумуляторы, так как кислота, а также любой осадок, который может возникнуть на корпусе батареи, приводит к коррозии. Осматривайте ваш АКБ как можно чаще, а также используйте защиту рук и глаз, когда принимаетесь работать с ним.

Рекомендуем:  Как измерить емкость аккумуляторной батареи по формуле

Емкость аккумулятора

Определяется количеством А-час. Это объем энергии, которая образуется в батареи при определенном напряжении в определенный отрезок времени (час). Чаще всего производителем автомобиля рекомендуется диапазон показателя для оптимальной его работы.

Пусковой ток (ПТ)

Это измеритель пусковой мощности батареи. Выбирайте автомобильные аккумуляторы, которые соответствуют требованиям автомобиля для этого проконсультируйтесь с владельцем ТС (транспортного средства) или изучите руководство пользователя ТС. Пусковой ток обычно можно найти на наклейке аккумулятора. Это трехзначное число, обозначающее СТ, измеряющееся в Амперах, располагается после указания емкости (в А-час). Чем выше этот показатель, тем с большей легкостью через стартер запускается коленчатый вал, лучше срабатывает «искра» на свечах зажигания и тем быстрее заводится автомобиль. Важнейший показатель при сильных минусовых температурах.

Ток холодной прокрутки (ТХП)

Это тот же измеритель ПТ, испытания которого проводились при температуре 32 F или 0С. Если вы живете в районе с холодным климатом, это важное замечание. Температуры ниже температуры замерзания могут производить только 50−60 процентов АЗ, так как химический процесс в корпусе батареи замедляется и ослабляется.

Номинальное напряжение

Измеряется в вольтах. Существует три величины напряжения, характерные для АКБ, предназначенных для различных видов транспорта.

• 6 В — аккумуляторы со столь низким напряжением используются только для особо легкой мототехники.
• 12 В — показатель, характерный практически для всех батарей, используемых в современных легковых, грузовых автомобилях, а также большинстве мотоциклов
• 24 В — подобные аккумуляторы устанавливаются на крупногабаритных грузовых автомобилях, автобусах, троллейбусах и т. п.

Полярность автомобильного АКБ

Полярность является ключевым показателем для правильной установки устройства в автомобиль. Она определяется схемой расположения токовыводов и бывает прямая и обратная. Выбор в пользу неподходящей по конструкции схемы токовыводов может привести к тому, что провода не дотянутся до соответствующих клемм.

Для определения полярности нужно расположить аккумулятор к себе той стороной, где находятся выводы. На них должны быть нанесены знаки «+» и «-«. Если вывод со знаком «+» находится справа, то у данного АКБ обратная полярность, если вывод со знаком «+» находится слева, то эта батарея с прямой полярностью.

Рекомендуем:  Как сделать подбор аккумулятора bosch по марке автомобиля

Размер и масса батареи

Если при покупке АКБ мы можем варьировать его вес, то размер должен определяться более четко. Это продиктовано конструкцией автомобиля. Размеры аккумуляторной батареи зависят от мощности. Чем выше пусковой ток и емкость, тем больше требуется электродов и тем больше размер корпуса АКБ. Во избежание ошибки, размер новой батареи.

Существует три типоразмера АКБ: европейский, азиатский, североамериканский. Выводы АКБ первого типа отличаются тем, что они утоплены в крышке устройства, обычно такие АКБ подходят для отечественных автомобилей и автомобилей европейского производства.

Выводы АКБ азиатского типа находятся над поверхностью крышки АКБ. Такие батареи закрепляются чаще всего под капотом автомобиля. Выводы же третьего типа АКБ располагаются на боковой панели устройства и имеют внутреннюю резьбу.

Хотя масса аккумулятора не является решающим параметром при выборе оптимальной модели, все же в некоторых случаях бывает необходимо знать, сколько весит аккумулятор автомобильный. Например, бывает нужно извлечь батарею из автомобиля, когда предстоит ремонт. В этом случае вес аккумулятора поможет рассчитать нагрузку на элементы конструкции автомобиля или выбрать соответствующий фиксатор.

В большинстве случаев масса указан на наклейке, которая находится на корпусе батареи. Если вы хотите проверить правильность значения, можете самостоятельно измерить вес на весах. Также следует заметить, что вес, написанный на стикере — вес сухой батареи, то есть электролит не принимается в расчет. Разница может составить до 20%, а это существенное значение, например, при тюнинге ДВС. Модель и производитель автомобильного аккумулятора играют ключевую роль, когда дело касается веса. Модель с большей мощностью требует большего количества свинцовых пластин и электролита. Следовательно, вес таких батарей будет больше.

Масса АКБ складывается из следующих составляющих: пластиковый корпус, объем электролитической жидкости, размер и количество свинцовых пластин. Подавляющая масса батареи приходится на свинцовые пластины. Это около 80%.

Чтобы добиться определенного значения емкости производитель варьирует количество и размером пластин. Поэтому, зная данные параметры аккумулятора можно легко вычислить ее тяжесть.

Рекомендуем:  Маркировка и дата выпуска аккумулятора Varta

Вес и емкость

Так как масса аккумулятора напрямую взаимосвязан с емкостью, можно проследив эту взаимосвязь, составить таблицу, в которой систематизируются эти показатели. Вес аккумулятора 55 Ач составляет от 13 до 16 кг. Это самый популярный тип батареи, он установлен на 65−70% автомобилей. Вес аккумулятора 60 Ач будет находиться в пределах 18−18 кг. Мы видим, что дополнительные 5 Ампер увеличивают массу почти на 10%.

Вес аккумулятора 75 А/ч — 24−28 кг. АКБ на 90 Ампер-часов — 27−30 кг. Они устанавливаются чаще всего на грузовую и строительную технику. Масса АКБ мощностью 190 Ампер-час — 43−45 кг. Устанавливаются они чаще всего для тяжелой строительной техники, на кораблях.

Таблица веса

Масса АКБ
Емкость	Средняя масса АКБ с электролитом	Средняя масса АКБ без электролита
35 А/ч	11,3 кг	9,7 кг
40 А/ч	11,8 кг	9,8 кг
42 А/ч	11,9 кг	10,1 кг
45 А/ч	13,1 кг	10,9 кг
50 А/ч	13,9 кг	12,2 кг
55 А/ч	15,6 кг	13,1 кг
60 А/ч	16,4 кг	14,2 кг
62 А/ч	16,6 кг	14,7 кг
65 А/ч	17,7 кг	15,1 кг
66 А/ч	17,9 кг	15,3 кг
70 А/ч	19,2 кг	15,8 кг
75 А/ч	20 кг	16,5 кг
77 А/ч	20,1 кг	17,2 кг
90 А/ч	24,1 кг	21,5 кг
95 А/ч	24,5 кг	21,7 кг
100 А/ч	25,4 кг	21,8 кг
110 А/ч	26,9 кг	26,6 кг
135 А/ч	38,5 кг	34,6 кг
190 А/ч	50,1 кг	48,9 кг
225 А/ч	62,8 кг	52,2 кг

Теперь вы знаете, как определяется масса автомобильного аккумулятора, например, сколько весит аккумулятор 55 А-час, а также полярность и пусковой ток. Это поможет в выборе оптимальной новой автомобильной батареи. Также важно помнить о правильном размере батареи, что позволит избежать ошибок при ее установке в автомобиль.

Таблицы веса аккумуляторных батарей | Прием аккумуляторов в Санкт-Петербурге по лучшим ценам

Наименование	Масса без учета электролита, кг
Аккумулятор ПСК, СК-1	6,8
Аккумулятор ПСК, СК-2	12
Аккумулятор ПСК, СК-3	16
Аккумулятор ПСК, СК-4	21
Аккумулятор ПСК, СК-5	25
Аккумулятор ПСК, СК-6	30
Аккумулятор ПСК, СК-8	37
Аккумулятор ПСК, СК-10	46
Аккумулятор ПСК, СК-12	53
Аккумулятор ПСК, СК-14	61
Аккумулятор ПСК, СК-16	68
Аккумулятор ПСК, СК-18	101
Аккумулятор ПСК, СК-20	110
Аккумулятор ПСК, СК-24	138
Аккумулятор ПСК, СК-28	155
Аккумулятор ПСК, СК-32	172
Аккумулятор ПСК, СК-36	188
Аккумулятор ПСК, СК-40	208
Аккумулятор ПСК, СК-44	226
Аккумулятор ПСК, СК-48	243
Аккумулятор ПСК, СК-52	260
Аккумулятор ПСК, СК-56	278
Аккумулятор ПСК, СК-60	295
Аккумулятор ПСК, СК-64	312
Аккумулятор ПСК, СК-68	330
Аккумулятор ПСК, СК-72	347
Аккумулятор ПСК, СК-76	365
Аккумулятор ПСК, СК-80	382
Аккумулятор ПСК, СК-84	397
Аккумулятор ПСК, СК-88	414
Аккумулятор ПСК, СК-92	434
Аккумулятор ПСК, СК-96	450
Аккумулятор ПСК, СК-104	467
Аккумулятор ПСК, СК-108	487
Аккумулятор ПСК, СК-112	506
Аккумулятор ПСК, СК-116	524
Аккумулятор ПСК, СК-120	541
Аккумулятор ПСК, СК-124	559
Аккумулятор ПСК, СК-128	577
Аккумулятор ПСК, СК-132	592
Аккумулятор ПСК, СК-136	312
Аккумулятор ПСК, СК-140	631

Сколько свинца содержится в аккумуляторах различных типов? Таблица количества свинца в АКБ в кг |

Зная, сколько свинца в аккумуляторе, вы определите, как поступить: сдать источник питания целиком или извлечь и продать чистый цветмет.  Независимо от решения, «ПАК» гарантирует отличные условия.

Мы предлагаем выгодно сдать свинец у вас, чтобы не пришлось искать пункт скупки и тратить время на поездку. Взвешиваем и оцениваем металл в присутствии клиента. Вы знаете, что получили честное вознаграждение по оговоренной цене. Совершаем моментальную покупку. Не нужно приезжать в пункт приема завтра за деньгами – получайте доход сегодня. Если партия большая, мы рекомендуем заказать вывоз б/у аккумуляторов. Услуга включает выезд машины, взвешивание, оценку, погрузку в авто и доставку.

Содержание свинца в различных типах аккумуляторов

Необходимость разбирать АКБ вызвана желанием заработать больше денег. Неопытным сдатчикам кажется, что пластина в батареях весит много. Старый аккумулятор – это не источник свинца на 100%. Цветмет используется в сплавах. Присутствуют неметаллические элементы. Точно назвать, сколько свинца в одном аккумуляторе, может оценщик.

Состав АКБ в процентном соотношении:

• свинец, компоненты цветмета – до 70%;
• электролит занимает 20% от массы;
• пластиковый корпус, перегородка – до 10%.

Процентное соотношение указано приблизительно. Известно, что вес АКБ 6 ст-55 без электролита немногим больше 12 кг. Модель ст-60 имеет массу 13,2 кг. Старый аккумулятор 6 ст-190, сданный на лом, приносит отличный доход. Без электролита весит почти 50 килограмм.

Как получать максимальную прибыль?

• оставлять заявку онлайн или звонить менеджеру;
• уточнять актуальную цену вторсырья;
• учитывать количество электролита, ПВХ.

В процессе оценивания конкретной модели, специалист «ПАК» определяет, сколько свинца в АКБ и какое вознаграждение предложит за него. Например, батарея на 55 Ампер-часов содержит больше 10 кг цветмета. Его можно сплавить, чтобы использовать для рыбалки.

Сколько электролита в аккумуляторе?

Объем жидкости зависит от емкости источника питания. Для заправки аккумулятора на 55 А/ч необходимо взять 2,5 л электролита. Источнику питания на 60 А/ч потребуется на 0,2-0,5 л больше.

Вес пластика и прочих металлов

Приблизительное содержание другого цветмета и неметаллических элементов – до 10%. Чтобы определить точный вес, нужен разбор и взвешивание каждого элемента. Спрашивайте, сколько свинца в автомобильном аккумуляторе, и получайте честный доход. Принесите нам целую батарею, мы можем достать свинец сами. Осуществляем скупку свинца в любом виде и объеме партии, возможен бесплатный вывоз нашим транспортом.

Аккумуляторы стартерные

Наименование	Масса, кг
Аккумулятор 6 ст-55	12,1
Аккумулятор 6 ст-60	13,2
Аккумулятор 6 ст-66	14,3
Аккумулятор 6 ст-74	15,4
Аккумулятор 6 ст-77	16,2
Аккумулятор 6 ст-90	20,5
Аккумулятор 6 ст-100	19,8
Аккумулятор 6 ст-110	25,6
Аккумулятор 6 ст-132	31,4
Аккумулятор 6 ст-140	36,9
Аккумулятор 6 ст-190	47,9
Аккумулятор 6 ст-215	27,3
Аккумулятор 3 ст-150 эм	23,2
Аккумулятор 3 ст-155 эм	25
Аккумулятор 3 ст-215 эм	35,8
Аккумулятор 6 ст-50 эм	17,5
Аккумулятор 6-ст 55 эм	19,2
Аккумулятор 6 ст-60 эм	21,1
Аккумулятор 6 ст-75 эм	25,6
Аккумулятор 6 ст-75 тм	23,9
Аккумулятор 6 ст-90 эм	30,4
Аккумулятор 6 ст-132 эм	43,1
Аккумулятор 6 ст-182 эм	60,4
Аккумулятор 6 ст-190 тм	61,7

Стационарные АКБ открытого типа

Наименование	Масса, кг
Аккумулятор ПСК, СК-1	6,8
Аккумулятор ПСК, СК-2	12
Аккумулятор ПСК, СК-3	16
Аккумулятор ПСК, СК-4	21
Аккумулятор ПСК, СК-5	25
Аккумулятор ПСК, СК-6	30
Аккумулятор ПСК, СК-8	37
Аккумулятор ПСК, СК-10	46
Аккумулятор ПСК, СК-12	53
Аккумулятор ПСК, СК-14	61
Аккумулятор ПСК, СК-16	68
Аккумулятор ПСК, СК-18	101
Аккумулятор ПСК, СК-20	110
Аккумулятор ПСК, СК-24	138
Аккумулятор ПСК, СК-28	155
Аккумулятор ПСК, СК-32	172
Аккумулятор ПСК, СК-36	188
Аккумулятор ПСК, СК-40	208
Аккумулятор ПСК, СК-44	226
Аккумулятор ПСК, СК-48	243
Аккумулятор ПСК, СК-52	260
Аккумулятор ПСК, СК-56	278
Аккумулятор ПСК, СК-60	295
Аккумулятор ПСК, СК-64	312
Аккумулятор ПСК, СК-68	330
Аккумулятор ПСК, СК-72	347
Аккумулятор ПСК, СК-76	365
Аккумулятор ПСК, СК-80	382
Аккумулятор ПСК, СК-84	397
Аккумулятор ПСК, СК-88	414
Аккумулятор ПСК, СК-92	434
Аккумулятор ПСК, СК-96	450
Аккумулятор ПСК, СК-104	467
Аккумулятор ПСК, СК-108	487
Аккумулятор ПСК, СК-112	506
Аккумулятор ПСК, СК-116	524
Аккумулятор ПСК, СК-120	541
Аккумулятор ПСК, СК-124	559
Аккумулятор ПСК, СК-128	577
Аккумулятор ПСК, СК-132	592
Аккумулятор ПСК, СК-136	312
Аккумулятор ПСК, СК-140	631
Аккумулятор СКЭ-16	69
Аккумулятор СКЭ-18	75
Аккумулятор СКЭ-20	85
Аккумулятор СКЭ-24	105
Аккумулятор СКЭ-28	120
Аккумулятор СКЭ-32	144
Аккумулятор СКЭ-36	159
Аккумулятор СКЭ-40	176
Аккумулятор СКЭ-44	191
Аккумулятор СКЭ-48	208
Аккумулятор СКЭ-52	223
Аккумулятор СКЭ-56	240
Аккумулятор СКЭ-60	255
Аккумулятор СКЭ-64	271
Аккумулятор СКЭ-68	287
Аккумулятор СКЭ-72	303
Аккумулятор СКЭ-76	319

Стационарные АКБ закрытого типа

Наименование	Масса, кг
Аккумулятор 3 СН-36	13,2
Аккумулятор СН-72	7,5
Аккумулятор СН-108	9,5
Аккумулятор СН-144	12,4
Аккумулятор СН-180	14,5
Аккумулятор СН-216	18,9
Аккумулятор СН-228	23,3
Аккумулятор СН-360	28,8
Аккумулятор СН-432	34,5
Аккумулятор СН-504	37,8
Аккумулятор СН-576	45,4
Аккумулятор СН-648	48,6
Аккумулятор СН-720	54,4
Аккумулятор СН-864	64,5
Аккумулятор СН-1008	74,2
Аккумулятор СН-1152	84

Бесплатный вывоз!

Вывозим аккумуляторные батареи бесплатно от 200кг. по Москве и Московкой области.

Точные весы!

Приезжаем с собственными точными весами прошедшими государственную поверку.

Деньги сразу!

Взвешивание и оценка лома проходит на месте. Деньги передаём сразу после приёмки.

С нами стало ещё выгоднее!

Мы улучшили логистику нашего транспорта, поэтому работать с нами стало ещё выгоднее.

Электролит для аккумуляторов — обзор

Введение

Разработка новых материалов для хранения энергии играет решающую роль в переходе к чистой и возобновляемой энергии. Однако улучшение характеристик и долговечности батарей происходило постепенно из-за отсутствия понимания как материалов, так и сложности химической динамики, происходящей в рабочих условиях [1]. Как правило, для проверки химического или физического свойства проводятся экспериментальные испытания с обширным набором параметров.К сожалению, эти повторяющиеся экспериментальные и теоретические исследования характеристик часто занимают много времени и неэффективны, потому что значительный прогресс обычно требует сочетания химической интуиции и интуитивной прозорливости. Таким образом, эти подходы не могут охарактеризовать миллионы материалов, необходимых для определения даже небольшого подкласса идеальных кристаллических материалов, не говоря уже о более сложных структурах, обнаруженных в электрохимических ячейках [2]. Эта так называемая методология разработки с «разомкнутым циклом» приводит к длительным временным рамкам для открытия новых материалов батарей, часто более десяти лет, чтобы вывести новую формулировку на рынок.

В последнее десятилетие расчеты из первых принципов, особенно те, которые основаны на более экономичных приближениях, таких как теория функционала плотности (DFT) [3,4], теперь надежно автоматизированы [5–7] для высокопроизводительного прогнозирования свойств. через огромное количество материалов. Эти методы использовались в успешных разработках материалов, таких как щелочно-ионные батареи [8–10], для определения перспективных твердотельных литий-ионных проводников для аккумуляторных электролитов [11], а также в других областях применения материалов [12–15]. ].Ожидается, что на основе этих усилий дизайн материалов, управляемый вычислениями, приведет к открытию новых материалов и значительно сократит время и стоимость разработки материалов [16] за счет расширения и развития методов машинного обучения (ML).

ML — это отрасль искусственного интеллекта, которая демонстрирует хорошую применимость для классификации, регрессии и других задач, связанных с многомерными данными. Нацеленное на извлечение знаний и понимание из больших баз данных, машинное обучение учится на предыдущих вычислениях для получения надежных, повторяемых решений и результатов [17,18].Благодаря быстрому развитию подходов, основанных на данных, которые сочетают мудрость экспертов с мощными моделями машинного обучения, ученые начинают использовать человеческую интуицию при проведении научных исследований. Ученые и инженеры теперь могут реалистично моделировать свойства и поведение материалов в конкретных энергетических приложениях.

Модели

ML уже продемонстрировали свою замечательную способность в разработке новых кристаллических твердых материалов с быстрой монокристаллической литий-ионной проводимостью при комнатной температуре [19].Моделирование DFT с использованием методов на основе ML показало, что поиск с помощью ML в 2,7 раза более вероятно обнаружил быстрые литий-ионные проводники, при этом, по крайней мере, в 44 раза улучшилось среднее логарифмическое значение литий-ионной проводимости при комнатной температуре и 1000-кратное увеличение скорости обнаружения кандидатов методом проб и ошибок (рис. 1). Подобные методы впервые позволяют перейти от традиционных методов исследования с «разомкнутым контуром» к гораздо более эффективному методу «замкнутого цикла», который открывает путь к инверсному дизайну материалов (Таблица 1).

Рисунок 1. Сравнение времени вычислений и точности для алгоритма машинного обучения, людей-экспертов и случайных предположений. Алгоритм работает так же хорошо, как и лучшие люди, но с более высокой скоростью, что позволяет быстро проверять миллионы материалов-кандидатов [2].

Таблица 1. Сводка методов машинного обучения, применяемых к материалам для хранения энергии.

Материалы	Прогноз	Метод	Основные выводы	Ссылки
NaNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 катодный материал для Na-ion аккумуляторы	Для моделирования и оптимизации процесса производства материала положительного электрода для натрий-ионных аккумуляторов	Поддержка векторной регрессии, синхронизированный кросс-валидационный кластер симплексного алгоритма	Полученное оптимизированное значение емкости составляет 176 мАч −1 для 99 циклов, что лучше, чем у обычных батарей, используемых для коммерческого хранения	[55]
Катодные материалы с высоким содержанием никеля: LiNi x Co 1-xy Mn 1-xyz O 2 (NCM) для электромобилей.	1 . Построить прогнозную модель, чтобы предложить оптимизированные экспериментальные параметры, которые удовлетворяют целевым спецификациям. 2 . Поиск идеального процесса синтеза катодных материалов с высоким содержанием никеля, ведущего к ускоренной разработке литий-ионных аккумуляторов с большей емкостью и более длительным сроком службы для электромобилей. 3 . Разработка, прогнозирование и улучшение электрохимических характеристик катодных материалов с высоким содержанием никеля: LiNixCo1-x-yMn1-x-y-zO2 (NCM) для электромобилей	1.Модели регрессии ML: вспомогательная векторная машина (SVM), дерево решений (DT), гребенчатая регрессия (RR), случайный лес (RF), чрезвычайно рандомизированное дерево (ERT) и нейронная сеть (NN) с многослойным персептроном. Модель ML (ERT + AdaBoost). 2. Пакет машинного обучения на основе Python scikit-learn	1. Оптимизированные синтетические параметры для катодных материалов с высоким содержанием никеля, LiNi x Co 1-xy Mn 1-xyz O 2 (NCM), с x & gt; 0,85 для улучшения электрохимических характеристик.2. Показано, что температура прокаливания и размер частиц являются определяющими факторами для достижения длительного срока службы. 3. Подтверждено, что структуры с более высокими температурами прокаливания, более высоким содержанием Ni и большим размером первичных частиц приводят к ухудшению показателей жизненного цикла. 4. Модель машинного обучения (ERT + AdaBoost) показала лучшую производительность для прогнозирования начальной емкости, остаточного Li и срока службы. 5. Схема обратного проектирования была успешно использована, чтобы предложить идеальные экспериментальные параметры для выполнения целевых спецификаций.	[56]
Li 5 B 7 S 13 , Li 2 B 2 S 5 , Li 3 ErCl 6 , LiSO 3 F, Li 3 InCl 6 , Li 2 HIO, LiMgB 3 (H 9 N) 2 и CsLi 2 BS 3 · Li 5 B 7 S 13	Разработать модель на основе машинного обучения (ML) для прогнозирования суперионной литий-ионной проводимости.	Модель прогнозирования на основе машинного обучения (ML) для выбора материала и моделирования молекулярной динамики теории функционала плотности (DFT-MD) для расчета ионных проводимость	1.Обнаружено много новых твердых материалов с предсказанной суперионной литий-ионной проводимостью (≥10 -4 См / см) при комнатной температуре: Li 5 B 7 S 13 , Li 2 B 2 S 5 , Li 3 ErCl 6 , LiSO 3 F, Li 3 InCl 6 , Li 2 HIO, LiMgB 3 (H 9 N) 2 и CsLi 2 BS 3 . 2. Li 5 B 7 S 13 , имеет предсказанную DFT-MD проводимость RT Li (74 мСм · см -1 ), во много раз большую, чем самые быстрые из известных литий-ионных проводников	[19]
LiPF 6 электролит для литий-ионных аккумуляторов	Для определения неизвестных концентраций основных компонентов в электролитах типичных литий-ионных аккумуляторов.	Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье и машинное обучение	Подтверждено, что концентрация LiPF 6 снизилась на 10–20%, когда клетки прошли 200 циклов при 55 ° C. Отказ ячейки из-за потери большого количества солей	[57]
Материалы молекулярных электродов на основе углерода	Для определения перспективных материалов положительных электродов с высокими характеристиками	Структура машинного обучения DFT	1. Спроектирована углеродная- на основе молекулярных электродных материалов.2. Обнаружено, что сродство к электрону имеет наибольший вклад в окислительно-восстановительный потенциал, за которым следуют количество атомов кислорода, ВЗМО – НСМО, количество атомов лития, НСМО и ВЗМО в порядке, соответственно	[58]
Катодные материалы со слоистой структурой для литий-ионных аккумуляторов	Для прогнозирования электрохимических свойств: плотность энергии разряда и затухание емкости	Алгоритм искусственной нейронной сети	Предлагаемая модель 3D-QANN: модель количественной взаимосвязи структуры и свойств для прогнозирования физических свойств неорганических кристаллических твердых тел и новых материалов для дизайна	[59]
LiFePO 4	Срок службы литий-ионных батарей	Байесовский LS-SVR и нейронная сеть вейвлетов	Предсказал срок службы батареи аккумулятор за очень короткое время прогноза (в пределах 1.41 с), при этом средняя ошибка составляет лишь около одной трети от ошибки традиционного алгоритма	[60]
Литий-ионные батареи	Емкость батареи	Гауссовская регрессия	Оценка емкости на месте более короткие периоды гальваностатического режима	[61]

HOMO, самая высокая занятая молекулярная орбиталь; НСМО, низшая незанятая молекулярная орбиталь; QANN, квантовая искусственная нейронная сеть.

Дизайн с обратным материалом эффективно инвертирует текущий процесс проектирования, позволяя желаемым целевым показателям определять состав и структуру, которые лучше всего соответствуют этим целям, без предварительного определения исходного материала или структуры [20–26].Крайне важно, что машинное обучение будет играть ключевую роль в разработке батарей, помогая инверсному проектированию, поскольку их вычислительные стратегии будут продолжать автоматически улучшаться с учетом опыта [27]. Методы кластерного расширения [28] в настоящее время широко используются для изучения беспорядка в материалах электродов, в нейронных сетях, которые систематически повышают надежность моделирования молекулярной динамики [29]. Вероятностные модели, основанные на данных, теперь могут сузить круг вероятных кандидатов, разработанных для конкретных приложений, из химического пространства, содержащего более 10 ⁶⁰ возможных молекул.Генеративные модели производят большое количество молекул-кандидатов, которые потребуют лабораторного синтеза для проверки результатов моделирования, требующих автоматизации синтеза, также основанной на машинном обучении и робототехнике. Эти формы автоматизации позволят ученым-исследователям сократить время, затрачиваемое на выполнение дорогостоящих, интуитивно понятных и повторяющихся синтезов. Даже с текущими базами данных, полученными в результате предыдущих лабораторных экспериментов, у ученых уже есть достаточно данных, чтобы производить целевые молекулы по сравнению с неуправляемым подходом «разомкнутого цикла».

Онлайн-состояние заряда и состояния аккумулятора теперь можно прогнозировать с помощью моделей ML каждый раз, когда аккумулятор подвергается циклам зарядки / разрядки, что имеет решающее значение для долговечных и безопасных электромобилей. Раннее обнаружение неадекватной работы также способствует своевременному обслуживанию аккумуляторных систем [30–33]. Модели глубокого генеративного обучения способны отображать лежащее в основе распределение вероятностей как структуры, так и свойств и связывать их нелинейным образом, позволяя этим моделям фильтровать характерные особенности, присущие определенным молекулам [34,35].Методы машинного обучения недавно были применены для описания архитектуры, свойств и производительности литий-ионных аккумуляторов [36].

Эти результаты частично обусловлены постоянно растущими базами данных атомных структурных данных, необходимых для вычислений DFT, а также значительными улучшениями в вычислительных ресурсах, которые открывают путь к поэтапному изменению методов исследования [38]. Meredig et al. [38] показали, что их подход к скринингу материалов, основанный на данных ML, позволил изучить правила химии из DFT, сделать точные энергетические прогнозы для новых составов при меньших на шесть порядков вычислительных затратах и, кроме того, не требовать знания кристаллической структуры.Эти методы сейчас применяются для прогнозирования емкости Li в аккумуляторах. Wang et al. [37] показали, как вычислительный анализ может предложить новые материалы, такие как новый катодный материал, содержащий ванадий, который, по прогнозам, превосходит емкость накопления энергии обычных литий-железо-фосфатных катодов примерно на 10% (рис. 2). Материал был синтезирован и вел себя так, как предсказывали модели ML.

Рис. 2. Смоделированный кристаллический каркас ванадийсодержащего катодного материала для усовершенствованных аккумуляторов [37].Атомы лития, показанные зеленым цветом, вложены в каркас. С тех пор состав был синтезирован и выполнен в соответствии с предсказаниями моделей.

Моделирование структур и свойств конкретных электродных материалов, понимание механизмов заряда / разряда в атомном масштабе и разработка рациональных, «замкнутых» стратегий проектирования материалов электродов, а также электролитов, находятся в стадии разработки. Всесторонний обзор моделирования и теоретических расчетов по серным катодам, кислородным катодам, анодам из металлического лития и твердотельным электролитам литий-металлических батарей можно найти в исследовании Fan et al.[39].

Эра больших данных уже наступила с экспериментами на крупномасштабных объектах, таких как синхротроны, генерирующие огромные скорости передачи данных. Объединение больших данных с машинным обучением уже является важнейшим приоритетом исследований. Вопросы, связанные с хранением, управлением и анализом больших объемов данных, представляют собой сложные проблемы, которые необходимо решить. Платформы управления данными жизненно важны, потому что контролируемые модели машинного обучения обычно требуют больших объемов надежных обучающих данных для построения надежных моделей [40,41], поскольку существующие экспериментальные данные и данные будущих экспериментальных усилий по-прежнему охватывают лишь часть стабильных химических комбинаций, которые могут быть обнаружены в природе. .

Требуется разработка общих платформ для управления и обмена данными, чтобы дать импульс для ускорения обнаружения и проектирования материалов. Передовые методы определения характеристик материалов с их постоянно растущими возможностями сбора и хранения данных представляют собой проблему в современном материаловедении, и необходимы новые процедуры для быстрой оценки и анализа собранных данных, чтобы вывести на рынок новые энергетические решения за меньшее время [ 42]. В настоящее время большие высококачественные открытые базы данных вычисленных свойств материалов, такие как Materials Project [15], Open Quantum Materials Database [43] и репозиторий AFLOW, быстро растут и помогают отображать обширные области химического пространства.Также создаются базы данных и библиотеки для аккумуляторных электролитов [44], которые будут использоваться в будущем для быстрого создания электролитов следующего поколения. Европейское крупномасштабное исследование «Battery 2030+» недавно определило создание «генома интерфейса батареи» и «платформы ускорения материалов» в качестве важных вех на пути к ускоренному открытию сверхвысокопроизводительных батарей [45]. В одном из крупнейших собраний молекул химический космический проект [46] нанес на карту 166.4 миллиарда молекул, содержащих не более 17 тяжелых атомов.

В ближайшем будущем мы можем ожидать значительного роста этих новых баз данных и библиотек, что, в свою очередь, увеличит предсказательную силу машинного обучения. Следует отметить важное событие — это совместная работа Стэнфорда и Google Brain, в которой исследователи демонстрируют новый подход к переносу физических данных на более общие дескрипторы, полученные из физических уравнений, что позволяет им проверять миллиарды неизвестных составов на предмет литий-ионной проводимости с использованием точной обученной модели. с физическим пониманием для создания большой базы данных из небольших данных [47].Центральное место в методологиях машинного обучения, применяемых в химических науках, занимает представление молекул. Эти представления, которые кодируют соответствующую физику и химию, будут иметь тенденцию к лучшему обобщению по мере продвижения исследований, что позволяет еще быстрее проверять материалы. Несмотря на значительный прогресс, предстоит еще много работы. Графические и иерархические представления молекул — это область, требующая дальнейшего изучения [48].

Наконец, необходим доступ к вычислительной инфраструктуре для проведения такого моделирования.Во всем мире новые центры искусственного интеллекта находятся в стадии разработки или уже действуют, чтобы оказывать всестороннюю помощь ученым и учреждениям, стремящимся объединить методы машинного обучения в своих исследованиях. Сочетание крупных исследовательских институтов и мощной инфраструктуры машинного обучения значительно ускорит разработку материалов в ближайшие годы и позволит ведущим технологическим компаниям принять участие в развитии фундаментальных научных исследований, а также будет способствовать новому экономическому развитию.

Электролит — обзор | ScienceDirect Topics

6.10.3 Численное моделирование расслоения электролита с использованием двумерного моделирования

В предыдущих разделах мы изучили одномерное моделирование свинцово-кислотных аккумуляторов. Хотя одномерная модель очень точна и можно получить много полезной информации, в некоторых случаях следует выполнять по крайней мере двухмерное моделирование. Примером таких случаев является моделирование расслоения электролита. В этом явлении происходит естественная конвекция внутри аккумуляторного элемента из-за градиента концентрации электролита.Поскольку во время заряда или разряда происходит концентрация электролита (как обсуждалось на рис. 6.12B), более концентрированный электролит становится тяжелее и опускается, тогда как менее концентрированный электролит поднимается из-за силы тяжести, создавая естественное конвекционное движение. Вызванная естественная конвекция вызывает расслоение электролита, что, в свою очередь, приводит к неравномерному использованию электродов.

Чтобы численно отразить это явление, уравнения Навье – Стокса должны быть объединены с управляющей системой электрохимических уравнений.В этом случае следует моделировать по крайней мере двумерное пространство, потому что движение электролита не имеет смысла в одном измерении.

Движение электролита происходит по следующим причинам:

1.

В портативных устройствах, таких как автомобили, корпус батареи перемещается, а также электролит.

2.

Газы, выделяющиеся внутри батареи, вызывают движение электролита.

3.

Как упоминалось ранее, концентрация электролита является основным источником движения электролита.

4.

Температурный градиент в батарее может быть движущей силой для движения электролита.

Независимо от механизма, ответственного за движение электролита, уравнения Навье – Стокса должны быть объединены с уравнениями, определяющими батарею, для моделирования движения электролита. В свинцово-кислотных аккумуляторах электролит перемещается в пористых средах, таких как электроды и сепараторы. Обычно пористость участков оказывает большое влияние на электролит и вызывает движение кислоты; однако в области ребер сепараторов у электролита достаточно места для циркуляции и естественной конвекции.

Поскольку стратификация происходит в пористой среде, уравнения Навье – Стокса должны быть записаны в такой форме, чтобы в уравнения было включено влияние пористости. Правильная форма дается в формуле. (6.14).

Изучено расслоение электролита в процессе разряда в условиях постоянной температуры. В этом случае побочные реакции исключаются из основной системы уравнений, и к системе добавляются уравнения Навье – Стокса. Упрощенная система уравнений выглядит следующим образом:

(6.92) ∇⋅ (σeff∇ϕs) −Aj = 0,

(6.93) ∇⋅ (keff∇ϕl) + ∇⋅ (kDeff∇ (ln⁡c)) + Aj = 0,

(6.94) ∂ ( εc) ∂t + v → ⋅∇c = ∇⋅ (Deff∇c) + a2Aj2F,

(6.95) ∂ρv → ∂t + v → ⋅∇ (ρv →) = — ∇p + v → ⋅ (μ ∇v →) + ρg [1 + β (c − c∘)] + μK (εv →),

(6,96) ∂ρ∂t + ∇⋅ (ρv →) = 0.

Существование уравнений Навье – Стокса и уравнения неразрывности требует особого внимания при численном решении. Патанкар [45] был одним из пионеров FVM и дал подходящий алгоритм под названием SIMPLE для решения таких систем. Подробности метода приведены в Приложении E, и больше можно найти в учебниках CFD, таких как [45,68].

Чтобы продемонстрировать численное моделирование кислотной стратификации, мы выбрали ячейку IV из приложения A. Все необходимые параметры, такие как геометрические размеры и электрохимические характеристики, приведены в том же приложении. Alavyoon et al. [50] был первым, кто использовал эту ячейку для исследования эффекта стратификации электролита. Они использовали метод голографической лазерной интерферометрии для измерения концентрации электролита и лазерную доплеровскую велосиметрию (LDV) для измерения поля потока.

Ячейка состоит из трех областей: положительного электрода, свободного пространства для электролита и отрицательного электрода. Электроды и свободное пространство имеют толщину 2 мм, а зарядный ток очень низкий, около 9,434 мА · см-3. Поскольку зарядный ток низкий, температура элемента не слишком сильно меняется во время испытания, и мы можем предположить изотермическую модель при T = 25∘C.

Alavyoon et al. [50] предложила систему уравнений для моделирования расслоения электролита, в которой вместо решения полных уравнений Навье – Стокса они использовали ползущий поток и уменьшили уравнение количества движения.Более того, они сделали много упрощающих предположений:

1.

Кинетические скорости реакций предполагались постоянными в направлении толщины ячейки.

2.

Диффузия электролита считалась постоянной. В действительности коэффициент диффузии зависит как от концентрации, так и от пористости электрода.

3.

Также предполагалось, что пористость электродов постоянна, что не является точным предположением.

Они решили получившуюся систему уравнений с помощью FDM и сравнили свои результаты с экспериментальным тестом. Стоит отметить, что перед тестированием аккумуляторной батареи Alavyoon et al. выполнил процедуру подготовки:

1.

После подготовки установки ячейка была заполнена 5 M серной кислотой, и ячейка была разряжена с I = 9,34 мА · см-2, пока ячейка не достигнет напряжения отключения. Vcut = 1,5 В.

2.

Затем ячейку наполнили 2 М серной кислотой и выдержали в течение 48 часов, чтобы электролит стал однородным по всей ячейке.

С другой стороны, Gu et al. [37] исследовали эту проблему еще раз, используя полные уравнения Навье – Стокса. В этом случае модель, предложенная Гу, оказалась более точной, чем модель Алавьюна. Единственное, что не было учтено при их моделировании, — это процесс подготовки. Они не моделировали процесс подготовки, и, как мы увидим, процесс вносит изменения в начальные условия. Мы показываем, что процесс подготовки можно смоделировать с помощью одномерной модели, и, как мы увидим, это влияет на результаты.

Здесь процесс подготовки моделируется с использованием одномерной модели, а результаты передаются в двухмерную модель. Рис. 6.15 и 6.16 показаны результаты одномерного моделирования. На рис. 6.15A показано изменение напряжения элемента. Он показывает, что для полной разрядки элементу требуется около 5,5 часов. Доли плотности тока в твердой фазе и электролите показаны на рис. 6.15B. На том же графике также нанесены суммы обеих плотностей тока. Совершенно очевидно, что сумма обеих плотностей тока постоянна и равна I = −9.34В, что является результатом электронейтральности.

Рисунок 6.15. Моделирование фазы разряда процесса подготовки Cell-IV. (A) Потенциал элемента во время разряда. (B) Доля плотности тока. (C) Концентрация электролита. (D) Изменение пористости. (E) Распределение активного материала. (F) Распространение SoC.

Рисунок 6.16. Моделирование фазы разряда процесса подготовки Cell-IV. (A) Потенциал элемента во время разряда. (B) Доля плотности тока. (C) Концентрация электролита.(D) Изменение пористости. (E) Распределение активного материала. (F) Распространение SoC.

Изменение концентрации электролита показано на рис. 6.15C, и, как можно видеть в этой ячейке, концентрация электролита достигает нуля почти во всех областях, кроме примерно 0,4M в отрицательном электроде, что незначительно. На рис. 6.15C показано изменение пористости во время разряда. Как видно, процесс приготовления приводит к неравномерному распределению пористости. Этот результат также можно увидеть в распределении активного материала, показанном на рис.6.15E и состояние заряда на рис. 6.15F.

На рис. 6.16 показаны те же результаты для остального процесса, когда ячейка находится в состоянии покоя на 48 часов. Напряжение ячейки остается постоянным (рис. 6.16A), и, как видно на рис. 6.16B, плотности тока твердого тела и электролита равны нулю. Единственный параметр, который изменяется во время отдыха, — это концентрация электролита, поскольку ячейка заполнена 2 М серной кислотой, и из рис. 6.16C видно, что для того, чтобы электролит стал однородным, требуется 48 часов.Из фиг. 6.16D — 6.16F, мы можем видеть, что пористость, активная площадь и SoC не меняются в течение периода покоя. Поэтому исходные значения для моделирования стратификации следует брать из этих рисунков.

Поток жидкости моделируется с использованием простого алгоритма, приведенного в Приложении E. Моделируемая область показана на рисунке 6.17A, а числовая сетка показана на рисунке 6.17B. Как видно, для моделирования используется неоднородная сетка. Также обратите внимание, что для обеспечения правильной визуализации оси x и y масштабируются независимо.Результаты моделирования показаны на рис. 6.18 и 6.19 для уровней времени t = 15 и t = 30 мин соответственно. Рис. 6.18A и 6.19A показаны векторы скорости в области электролита. Ясно, что электролит имеет тенденцию двигаться вниз около электродов, потому что во время процесса зарядки внутри электродов образуется кислота в соответствии с электрохимической реакцией электродов. Но очевидно, что электролит около положительного электрода более плотный, чем отрицательный, из-за стехиометрических коэффициентов основных свинцово-кислотных реакций.

Рисунок 6.17. Модель Cell-IV и числовая сетка. (A) Модель клетки. (B) Числовая сетка.

Рисунок 6.18. Результаты моделирования при т = 15мин. (A) Векторы скорости. (B) Поле скорости. (C) Контуры электролита.

Рисунок 6.19. Результаты моделирования при т = 30мин. (A) Векторы скорости. (B) Поле скорости. (C) Контуры электролита.

Фиг. 6.18B и 6.19B показывают естественную конвекцию, которая имеет место внутри области электролита. Некоторые вихри видны в верхней части ячейки из-за движения электролита.Результат движения электролита преобразуется в расслоение электролита, как показано на рис. 6.18C и 6.19C. Движение электролита заставляет более плотный электролит опускаться, а более легкий — подниматься. Таким образом, вдоль вертикальных сечений клетки мы видим градиент кислоты, также известный как кислотная стратификация.

Если мы не объединим уравнение Навье – Стокса с другими определяющими уравнениями, то расслоение электролита не может быть зафиксировано. Чтобы показать этот аргумент, мы рисуем те же результаты на рис.6.19 при отсутствии движения электролита на рис. 6.20. Как можно видеть, поскольку у нас нет поля скорости (сравнивая рис. 6.20A и 6.20B), электролит не показывает никакого градиента в вертикальном направлении. Вертикальные контурные линии на рис. 6.20C подтверждают этот аргумент.

Рисунок 6.20. Результаты моделирования при т = 30 мин без потока жидкости. (A) Векторы скорости. (B) Поле скорости. (C) Контуры электролита.

На рис. 6.21 показан градиент концентрации электролита в средней части поперечного сечения аккумуляторного элемента.Рисунок показывает, что учет движения электролита и его игнорирование существенно влияют на конечные результаты. Следовательно, если в батарее существует свободный электролит, то имитация движения электролита имеет решающее значение, даже если движение электролита медленное и жуткое. Вертикальная составляющая поля скорости, изображенная на рис. 6.22 на той же высоте, подтверждает этот аргумент. Максимальная скорость достигает примерно 0,1 мм / с, что является медленным движением.

Рисунок 6.21. Сравнение концентрации электролита с движением электролита и без него в секции A — A .

Рисунок 6.22. Сравнение вертикальной составляющей скорости на сечении A — A .

Наконец, градиенты концентрации электролита в вертикальном направлении в центре области электролита на различных временных уровнях показаны на рис. 6.23. Понятно, что со временем градиент становится более значительным.

Рисунок 6.23. Сравнение вертикальной составляющей скорости на сечении A — A .

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, нажмите 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 файлах cookie 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.

Мезомасштабный анализ границы раздела электролит-электрод в твердотельных литий-ионных батареях

Литий-ионные аккумуляторы

привлекли интенсивный исследовательский интерес из-за растущего спроса на устройства хранения энергии, а плотность энергии в первую очередь стимулировала технологический прогресс литий-ионных аккумуляторов. ^1,2 В последнее время все больше усилий направлено на разработку полностью твердотельных литий-ионных аккумуляторов, которые обладают заметными преимуществами перед литий-ионными аккумуляторами на основе жидкого электролита. ^3–5 Замена легковоспламеняющегося органического электролита твердым электролитом может повысить безопасность батареи за счет снижения риска возгорания и взрыва. В случае полностью твердотельных батарей уменьшение роста дендритов позволяет батареям использовать литий-металлический анод в течение длительного цикла работы, что приводит к высокой удельной емкости и рабочему напряжению. ⁶

В литературе в качестве литий-ионных проводников используются различные твердые электролиты. Электролит с электронной изоляцией должен иметь высокую проницаемость для ионов лития для улучшения кинетики переноса лития, а также высокую жесткость, чтобы противостоять распространению дендритов через электролит. К широко исследуемым электролитам относятся полимер полиэтиленоксид (ПЭО), электролиты типа NASICON, электролиты типа граната и сульфиды. ^7–9 В целом сульфидные электролиты обладают высокой ионной проводимостью, но низкой химической стабильностью, которая чувствительна к влаге.Напротив, электролиты гранатового типа представляют собой наиболее стабильную поверхность раздела с анодами из металлического Li, которые, как ожидается, будут многообещающими электролитами для достижения высоких плотностей энергии. ¹⁰

Несмотря на значительный прогресс, твердотельные батареи по-прежнему сталкиваются с серьезными проблемами. Среди них граница раздела твердый электролит-электрод является узким местом для транспорта лития. ^11,12 Высокое межфазное сопротивление между твердым электролитом и электродом делает перенос заряда и перенос лития очень медленными и, таким образом, ограничивает электрохимические характеристики полностью твердотельных литий-ионных аккумуляторов.Используя спектроскопию ядерного магнитного резонанса, Yu et al. сообщил, что интерфейс электролит-электрод Li ₆ PS ₅ Cl-Li ₂ S является доминирующим фактором, ответственным за ограниченные характеристики мощности. ¹³ Для улучшения межфазного переноса, в дополнение к межслойным покрытиям, ¹⁴ Sharafi et al. обнаружили, что межфазное сопротивление Li-Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ можно резко снизить, контролируя химию поверхности, что способствует хорошему циклическому воздействию. ¹⁵

Механически прочный и стабильный интерфейс также имеет большое значение для твердотельных литий-ионных аккумуляторов. В одном из ранних исследований Монро и Ньюман выявили влияние упругой деформации на кинетику осаждения на границах раздела литий-полимер, что указывает на то, что высокий модуль сдвига электролита может подавлять шероховатость поверхности раздела и рост дендритов. ¹⁶ Недавно Porz et al. обнаружили, что начало инфильтрации Li в первую очередь зависит от морфологии поверхности твердого электролита, а не от его модуля сдвига. ¹⁷ Например, существующий ранее дефект создает напряжения в вершине трещины, которые вызывают распространение трещины, тем самым способствуя инфильтрации лития, вызванной нанесением покрытия. Для интерфейса Li ₆ PS ₅ Br-Li ₂ S потеря межфазного контакта, возникающая из-за огромного изменения объема катода Li ₂ S во время циклирования, увеличивает импеданс интерфейса и снижает межфазный литий-ионный обмен. ¹⁸

В этой работе мы стремимся исследовать роль интерфейса электролит-электрод в производительности батареи.С этой целью разработана кинетическая модель Монте-Карло (KMC) для описания кинетики диффузии ионов лития во время разряда для наноразмерной системы, состоящей из электролита и катодного материала. KMC может описывать диффузию и химические реакции на границе раздела. ^19–21 Более того, метод конечных элементов (МКЭ) широко используется для анализа напряжения в литий-ионных батареях, ^22,23 и, таким образом, МКЭ используется для получения поля напряжений, вызванного объемной деформацией активного элемента. материал.В частности, мы фокусируемся на влиянии размера частиц электрода на характеристики разряда, а также четко разъясняется роль напряжения в характеристиках батареи. Эта работа обеспечивает фундаментальное понимание химико-механических взаимодействий во время операции разряда в литий-ионных аккумуляторах, проливая свет на потенциальное влияние напряжения на перенос литий-ионных ионов через границу раздела электролит-электрод.

На практике электродная пленка состоит из активного материала, электролита, связующего и проводника.На рис. 1а представлена ​​типичная морфология композитного катода, состоящего из частиц LiCoO ₂ и электролита ПЭО, а ПЭО представляет собой трехмерную литий-ионную проводящую сеть. ²⁴ Поскольку основное внимание в этом исследовании уделяется восстановлению Li на границе раздела электролит-электрод, на рис. 1b смоделирована упрощенная система, включающая частицы электрода (синий) и сетку электролита (белый). По сравнению с рис. 1а в нашей модели не учитывается пористость. Ионы лития диффундируют через твердый электролит, а атомы лития с нулевой валентностью диффундируют внутри частиц электрода.Ионы лития восстанавливаются на границе раздела электролит-электрод, сопровождаясь переносом электронов, а затем внедряются в частицы электрода. И наоборот, атомы Li могут окисляться до ионов Li от электрода к электролиту. Из-за высокого межфазного сопротивления чистый ток регулируется внутренней инертностью межфазных реакций.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 1. (a) Репрезентативная микрофотография композитного катода в типичной полностью твердотельной батарее, состоящей из активных частиц LiCoO2 (LCO) и твердого электролита (воспроизведена из статьи 19; Электрохимическое общество). (b) Схематическое изображение композитного электрода путей диффузии лития и окислительно-восстановительных реакций на поверхности частицы электрода, связанных с интеркалированием лития в электрод после восстановления и высвобождением лития в электролит после окисления. Синий представляет активную частицу, а белый — сеть из твердого электролита.

Межфазные окислительно-восстановительные реакции: Li ⁺ + e ↔ Li, и восстановленный Li внедряется в частицу электрода. Фарадеевская плотность тока, порождаемая реакциями, описывается уравнением Батлера-Фольмера

Первый член представляет собой восстановление Li, а второй член означает окисление Li от электрода до твердого электролита. Фактически, последний намного меньше первого во время разряда. α и β — коэффициенты переноса заряда, которые подчиняются тому, что α + β = 1. R — газовая постоянная, T — рабочая температура и F — постоянная Фарадея. η — перенапряжение, приводящее к электрохимическим реакциям. i ₀ — плотность тока обмена при переносе заряда. Для литий-ионных аккумуляторов измеренная плотность тока обмена графита составляет 1-2,3 мА / см ² , ²⁵ , и Долье использовал значение 2,6 мА / см ² для LiCoO ₂ . ²⁶

Таким образом, для одного узла решетки в модели KMC скорость окислительно-восстановительных реакций определяется как

Где a — постоянная решетки, а N _a — постоянная Авогадро.

Предполагается, что диффузия Li происходит по прыжковому механизму, и, таким образом, скорость оценивается по формуле Аррениуса.

ν — частота скачка, приблизительно 10 ¹² ∼10 ¹³ с ⁻¹ . E _a — энергия активации диффузии Li в частице электрода или твердом электролите, то есть высота барьера, который необходимо преодолеть.

Для сравнения, разряд проводится в потенциостатических условиях.В этом случае концентрация Li-ion фиксируется постоянной на левой границе рис. 1. Таким образом, поток Li-ion перемещается вправо, а поток равен нулю по нормали к правой границе. Периодическое граничное условие применяется в вертикальном направлении. На рис. 1 решетка представляет собой сетку 50 × 50 из 2500 узлов в двумерной модели KMC. Рабочий процесс продолжается до полной разрядки системы. Все параметры, используемые в модели KMC, перечислены в таблице I.

Таблица I. Параметры, используемые в модели KMC.

Параметры		Значения	шт.
i 0	Плотность обменного тока	0,01	мА см −2
η	Перенапряжение	-0,1	В
α , β	Коэффициенты переноса заряда	0.5
E a	Энергия активации электрода	0,45	эВ
	Энергия активации в электролите	0,33	эВ
	размер ячейки решетки	0,4	нм
R	Газовая постоянная	8,314	Дж моль −1 K −1
Ф.	Постоянная Фарадея	96 487	C моль −1
N a	Константа Авогадро	6.022 × 10 23	моль −1
т	Рабочая температура	300	К
ν	Частота вибрации	5 × 10 12	с −1

Транспорт Li определяется кинетикой диффузии в материале. В литературе энергии активации Li сильно различаются в зависимости от материала электродов.Например, графит, кремний и LiCoO ₂ имеют энергетические барьеры 0,31 эВ, 0,5 эВ и 0,39 эВ соответственно. ^27–29 Li активационный барьер находится в диапазоне от 0,1 до 0,7 эВ для твердых электролитов на основе аргиродита. ³⁰ Для электролитов типа граната прыжковый барьер Li сильно зависит от распределения Li, например, 0,26 эВ и 0,8 эВ для Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ и Li ₅ La ₃ Nb ₂ O ₁₂ соответственно. ³¹ В этом исследовании предполагается, что энергии активации Li составляют 0,45 эВ и 0,33 эВ в материале катода и электролите, соответственно. Тем не менее, восстановление и перенос Li на границе раздела электролит-электрод является этапом, определяющим скорость в общих электродных реакциях из-за высокого межфазного сопротивления и большого диффузионного барьера для Li через границу раздела. В связи с этим плотность тока обмена установлена ​​на 0,01 мА / см ² .

Метод конечных элементов (МКЭ) используется для анализа напряжений системы.Ячейки решетки в модели KMC точно используются как четырехугольные элементы в расчете FEM. Поле смещения деформируемых твердых тел решается на основе линейной упругости, ³² , что дает

Где K — это глобальная матрица жесткости путем интегрирования матрицы жесткости элементов в уравнении. 5, b — вектор глобального смещения, а P — вектор глобальной нагрузки. Для каждого элемента B — это B-матрица, D — матрица упругости, а ɛ ₀ — матрица собственных деформаций, возникающая в результате изменения объема электродных частиц.Для четырехузлового прямоугольного элемента имеем

E — модуль Юнга, μ, — коэффициент Пуассона, ɛ ₀ — собственная деформация. x _i и y _i ( i = 1,2,3,4) — координаты узла элемента.

Таким образом, мы можем получить вызванное диффузией напряжение каждого элемента после решения поля смещения в уравнении. 4.

Где σ — тензор напряжений элемента, а b ^e — вектор смещения элемента.

Для граничных условий к левой границе не применяется сила и ограничение, а на правой границе все смещения устанавливаются равными нулю. Из-за периодического граничного условия в вертикальном направлении верхняя граница и нижняя граница разделяют одни и те же физические поля. Механические свойства электрода и электролита обсуждаются в следующем разделе.

Сначала исследуем производительность разряда. Рис. 2 иллюстрирует поведение разряда в потенциостатических условиях.По мере увеличения времени глубина разряда (DoD) постепенно увеличивается на рис. 2a. Для этой наносистемы время разряда составляет 3,9 с, когда DoD достигает 90%. Однако для полного разряда общее время разряда составляет до 9,2 с. На вставке к рис. 2а показано распределение Li в частицах электрода (синие точки представляют атомы Li) при DoD = 90%, что показывает понимание уменьшения скорости разряда. По мере развития разряда все больше атомов лития занимают участки электродной области вблизи границы раздела электролит-электрод, что подавляет дальнейшее внедрение лития в частицы электрода.Как показано на вставке, большинство незанятых мест в частицах электрода находятся далеко от границы раздела, в то время как атомам Li разрешено внедряться в электрод только в тех местах на границе раздела, которые не заняты атомами Li.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 2. (a) Глубина разряда (DoD) с увеличением времени. Серая точка отмечает время при DoD = 90%, а на вставке показано соответствующее распределение Li внутри электродных частиц, где синим цветом обозначены атомы Li.(b) Средняя плотность тока и мгновенная плотность тока во время разряда, обозначенные черным и красным цветом соответственно.

Для проверки результатов вычисляем плотность тока, которая определяется как

Где Дж ₁ — мгновенная плотность тока, а Дж ₂ — средняя плотность тока. e — это элементарный заряд (1,6 × 10 ⁻¹⁹ C ), A — это площадь поверхности раздела между электродом и электролитом, а t — время разряда.Из-за процесса одноэлектронного восстановления n — это количество атомов Li, попадающих в частицы электрода. На рис. 2б показана зависимость плотности тока от времени. Средняя плотность тока показывает плавную кривую со временем, в то время как мгновенная плотность тока изменяется вверх и вниз со временем из-за характера моделирования KMC. Очевидно, что плотность тока быстро увеличивается на ранней стадии, когда низкая плотность тока объясняется начальной диффузией Li-иона в электролите.Поскольку электролит заполнен ионами Li, скорость разряда достигает максимума. Впоследствии плотность тока продолжает снижаться из-за постепенного уменьшения доступных межфазных сайтов для интеркаляции Li. В конце концов, мгновенная плотность тока уменьшается до нуля, когда система полностью разряжена.

Важной особенностью частиц электрода является их наноразмерный размер, который демонстрирует его критическую роль в улучшении характеристик батареи. В экспериментах размер частиц можно было уменьшить до нескольких нанометров. ³³ Чтобы исследовать размерный эффект, мы рассматриваем четыре системы со средним диаметром частиц 3,7 нм, 4,7 нм, 9,2 нм и 18,3 нм. Например, средний размер системы на рис. 1 составляет 4,7 нм. Для четырех систем объемная доля активных материалов остается постоянной, равной 66,7%, и используются те же параметры материала и граничные условия. Результаты получены путем усреднения трех отдельных симуляций для каждой системы.

На рис. 3а представлены времена разряда для систем с различным размером частиц электродов.Очевидно, что увеличение размера частиц увеличит время разряда. Общее время полного разряда намного больше, чем DoD = 90%. Меньшая частица имеет большее отношение поверхности к объему, и, таким образом, она способствует большей общей межфазной поверхности для системы с мелкими частицами, обеспечивая больше активных центров для восстановления Li. Следовательно, время разряда сокращается в потенциостатических условиях, и перенапряжение может быть уменьшено, если разряд работает в гальваностатических условиях.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 3. Влияние размера частиц электрода на электрохимические характеристики во время разряда. (а) Общее время разряда и (б) средняя плотность тока с увеличением времени разряда.

На рис. 3b показаны средние плотности тока во времени для четырех систем. Поскольку диффузия ионов лития в электролите происходит намного быстрее, чем перенос лития через границу раздела, пиковое значение плотности тока не зависит от размера частиц электрода, что указывает на то, что система с более мелкими частицами дает более высокий максимальный ток.Рис. 3б также демонстрирует, что чем больше размер частицы электрода, тем медленнее уменьшается плотность тока. В экспериментах использование мелких электродных частиц в пределах нанометров является эффективной стратегией улучшения циклических характеристик полностью твердотельных батарей. ^18,33

Большинство материалов электродов испытывают объемные деформации во время заряда и разряда. Когда атомы Li внедряются в кристаллическую структуру активного материала, частицы электрода расширяются наружу. Из-за наличия твердого электролита деформация электродных частиц в значительной степени ограничена.Таким образом, неоднородное поле деформации создает напряжение. Учитывая, что уменьшение Li является определяющим этапом, мы рассчитываем напряжение при DoD = 100%, которое является максимальным во время разряда.

В качестве примера проанализируем напряжение в горизонтальном направлении. Рис. 4a и 4b показаны изолинии напряжений для систем со средним размером частиц электрода 4,7 нм и 9,2 нм соответственно. Модуль упругости твердого электролита установлен на 20 ГПа, а модуль упругости материала электродов составляет 10 ГПа.Предполагается, что коэффициенты Пуассона двух материалов равны 0,3. Собственная деформация ɛ ₀ составляет 0,02, что эквивалентно объемной деформации 3 ɛ ₀ . В обоих случаях частицы электрода в основном испытывают сжимающие напряжения, а электролит — растягивающие. Максимальное растягивающее напряжение возникает в электролите между двумя частицами электрода, а максимальное сжимающее напряжение возникает в месте соединения электрод-электрод.С другой стороны, это демонстрирует, что система с небольшими частицами электрода подвергается относительно небольшому напряжению. Например, по сравнению с напряжением на рис. 4b максимальное сжимающее напряжение в активном материале снижено на 20% на рис. 4a.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 4. Контур напряжений двух систем после разряда: (а) электродная частица 4,7 нм и (б) электродная частица 9.2 нм. Модули упругости катодного материала и электролита составляют 10 ГПа и 20 ГПа соответственно. Для системы в (а) широко изученные материалы используются для расчета (в) максимального сжимающего напряжения в частицах электрода и (г) максимального растягивающего напряжения в электролите.

Мелкие частицы электрода испытывают небольшие напряжения. Фактически, лежащий в основе механизм здесь сильно отличается от одночастичной модели. ³⁴ Для модели с одной частицей небольшая частица имеет более однородную концентрацию Li в электроде, и, таким образом, небольшой градиент концентрации внутри электродной частицы приводит к небольшим напряжениям, вызванным диффузией.В нашей работе, поскольку этапом, определяющим скорость, является восстановление Li на границе раздела электролит-электрод, диффузия Li в активном материале происходит достаточно быстро, что приводит к однородному распределению концентрации Li в частицах электрода. Таким образом, градиент концентрации Li в нашей модели пренебрежимо мал. Напротив, напряжение возникает из-за ограничений со стороны твердого электролита, который ограничивает свободное расширение частиц электрода. По мере того, как размер частиц электрода уменьшается, большее количество поверхностей раздела электролит-электрод участвует в амортизации изменений объема активных материалов, и, таким образом, напряжение уменьшается.Основываясь на результатах, он демонстрирует, что улучшение характеристик батареи с использованием наноразмерных частиц ^18,33 может происходить по двум причинам. (1) Использование мелких частиц увеличивает площадь контакта для окислительно-восстановительных реакций Li между твердым электролитом и активным материалом, что улучшает перенос заряда. (2) Относительно небольшое напряжение позволяет избежать разрушения частиц и разрушения поверхности раздела между активным материалом и твердым электролитом, что приводит к сохранению высокой емкости.

Далее сравним максимальные напряжения на поверхностях твердое тело-твердое тело для системы на рис.1, с использованием хорошо изученных катодных материалов и электролитов. Модули упругости электролитов следуют порядку сульфидов (80Li ₂ S-20P ₂ S ₅ , Li ₁₀ GeP ₂ S ₁₂ , Li ₆ PS ₅ Cl) < антиперовскит (Na ₃ OCl) <фосфат (Li ₃ PO ₄ ) 2 (PO ₄ ) ₃ ) <гранат (Li ₇ La ₃ Zr ₂ О ₁₂ ).Механические свойства этих материалов перечислены в Таблице II.

Таблица II. Механические свойства, используемые при моделировании МКЭ.

Материалы	Модуль Юнга (ГПа)	Коэффициент Пуассона	Объемная деформация
LiFePO 4 35	124	0,28	5%
LiMn 2 O 4 35	194	0.26	6,8%
LiCoO 2 35	264	0,32	2%
80Li 2 S-20P 2 S 5 36	20	0,29
Li 10 GeP 2 S 12 37	26,7	0,32
Li 6 PS 5 Cl 37	27.4	0,34
Na 3 OCl 37	54,3	0,23
Li 3 PO 4 37	103,4	0,25
LiTi 2 (PO 4 ) 3 37	139	0,25
Li 7 La 3 Zr 2 O 12 37	161.6	0,27

На рис. 4c показаны рассчитанные максимальные сжимающие напряжения электродных частиц, а на рис. 4d показаны максимальные растягивающие напряжения электролитов, где электролиты упорядочены с увеличением модуля упругости вдоль горизонтальной оси. Для каждого электролита в качестве катодных материалов используются LiFePO ₄ , LiMn ₂ O ₄ и LiCoO ₂ соответственно, как показано зеленым эллипсом для случая Na ₃ OCl.Хотя LiCoO ₂ имеет самый высокий модуль Юнга, он создает низкое напряжение среди трех катодных материалов из-за наименьшего изменения объема при интеркаляции Li. По сути, мягкие твердые электролиты могут значительно уменьшить деформацию, и коэффициент Пуассона также влияет на напряжение, что подразумевается изменением напряжения на левом конце каждой кривой. По сравнению с гранатом типа Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ , использование сульфидных электролитов дает относительно низкие напряжения в частицах электрода и электролитах.Однако есть компромисс. Более мягкий материал электролита может иметь меньшее напряжение разрушения и меньшее сопротивление росту дендритов. Как доказали Монро и Ньюман, модуль сдвига электролита должен быть в два раза больше модуля сдвига лития, чтобы электродная пленка была стабильной. ¹⁶

Помимо химической энергии, система накапливает энергию деформации, связанную с полем напряжений из-за деформации твердого тела при интеркаляции Li. Высокая энергия деформации вызывает разрушение на пороге, которое материал не может выдержать.Рис. 5a и 5b показаны энергии деформации электрода и электролита с различными модулями Юнга, соответственно, где коэффициенты Пуассона зафиксированы на 0,28. Примечательно, что для конкретного электродного материала выбор более мягкого электролита, такого как полимерный электролит, помогает снизить энергию деформации, накопленную в активном материале. Аналогичным образом, для конкретного электролита более мягкий электродный материал приводит к более низкой энергии деформации в электролите.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 5. Энергии деформации, накопленные в электроде (a) и электролите (b) с различными модулями Юнга и фиксированным коэффициентом Пуассона 0,28. Энергия деформации в электроде (c) и электролите (d) с различными коэффициентами Пуассона, а также модули Юнга электрода и электролита установлены равными 190 ГПа и 30 ГПа, соответственно.

Фиг. 5c и 5d показаны энергии деформации электрода и электролита с различными коэффициентами Пуассона, соответственно, где модули Юнга составляют 190 ГПа для электрода и 30 ГПа для электролита. μ = 0 означает отсутствие эффекта Пуассона, а μ = 0,5 для несжимаемых материалов. Рис. 5c демонстрирует, что энергия деформации в частицах электрода может быть уменьшена путем увеличения коэффициента Пуассона электролита и / или уменьшения коэффициента Пуассона электрода. Интересно, что этот вывод согласуется с предыдущим исследованием Монро и Ньюмана, в котором они обнаружили, что высокий коэффициент Пуассона твердого электролита может повысить стабильность Li-электрода. ¹⁶ Напротив, на рис.5d, что указывает на то, что энергия деформации в электролите уменьшается за счет одновременного увеличения коэффициентов Пуассона электрода и электролита. Если только один из двух несжимаем, энергия деформации достигает максимума. Следовательно, и модуль Юнга, и коэффициент Пуассона влияют на структурную устойчивость системы.

Плотная граница раздела электролит-электрод поддерживает плотный контакт и компенсирует объемную деформацию. Однако, как упоминалось ранее, максимальное напряжение всегда возникает вблизи границы твердое тело-твердое тело.Во время циклического заряда и разряда из-за деформации несоответствия может произойти межфазное повреждение, такое как расслоение на границе раздела электролит-электрод. Кроме того, шероховатость поверхности также может стать причиной несовершенного интерфейса. В двух случаях потери твердого электролита контактируют с активными материалами. На рис. 1 частица электрода соединена с другими частицами модели, а на рис. 4 показано, что в стыке возникает большое сжимающее напряжение, которое может нарушить связь между частицами электрода.На рис. 6 показано влияние двух типов неоднородностей на характеристики разряда для системы, показанной на рис. 1, а коэффициент несплошностей — это отношение площади несовершенной границы раздела к общей площади границы раздела. Что касается границы раздела электролит-электрод, время разряда увеличивается с увеличением степени неоднородности, что доказывает, что сохранение целостности границы раздела электролит-электрод имеет большое значение. Напротив, неоднородность электрод-электрод мало влияет на время разряда.Однако этот вывод верен на основании двух фактов: диффузия лития в активных материалах не является этапом, определяющим скорость, и электронный перенос в нашей модели не учитывается.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 6. (a) Несовершенная граница раздела электролит-электрод, включая шероховатость поверхности и расслоение. (b) Расчетное время разряда с различными коэффициентами неоднородности, когда DoD достигает 90%: неоднородность между электродом и электролитом; разрыв между частицами электрода.

Помимо разрушения поверхности раздела, огромные местные напряжения могут также вызвать повреждение наносистемы и блокировку переноса ионов во время цикла из-за локального перераспределения электролита и изменения положения частиц электрода. В связи с этим мы сравниваем три конструкции. Первая — это структура на фиг. 1, вторая — на фиг. 7a, а третья — на фиг. 7b. По сравнению со структурой на рис. 1, сетка электролита изменяется на рис. 7a, где области R ₁ и R ₂ изолированы из-за смещения соседних электродных частиц.Таким образом, они становятся «мертвым электролитом». В отличие от структуры 2, нет контакта между частицами электрода P ₁ и P ₂ для структуры 3, и, таким образом, частица P ₂ изолирована.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 7. Влияние изолированного электролита и электрода на электрохимические характеристики во время процесса полной разрядки.(а) Изолированный электролит в областях R ₁ и R ₂ . (b) Отсутствие контакта между частицами электрода P ₁ и P ₂ . (c) Глубина разряда для трех структур: 1 представляет структуру на рис. 1, 2 и 3 относятся к системам в (а) и (б) соответственно.

Рис. 7c иллюстрирует глубину разряда во времени для трех структур. Понятно, что при наличии изолированных частиц электролита и электрода для завершения разряда требуется больше времени.Например, для структуры 1 требуется 3,9 с при DoD = 90%, а для структуры 2 — 5,4 с. Из-за неактивного электролита в областях R ₁ и R ₂ эффективная площадь электролит-электрод уменьшается, что приводит к снижению скорости окислительно-восстановительной реакции Li на границе раздела. В дополнение к уменьшенной скорости разряда емкость конструкции 3 также уменьшается по сравнению с двумя другими структурами. Поскольку поток лития существенно подавлен вокруг областей R ₁ и R ₂ , Li почти не внедряется в изолированную частицу электрода P ₂ , тем самым вызывая снижение емкости.

Разрушение конструкции — один из важнейших механизмов деградации батареи. Как показывают наши выводы, большие напряжения возникают в непосредственной близости от границы раздела твердое тело-твердое тело, что может нарушить структурную целостность системы во время циклирования, например, межфазное расслоение и неактивный электролит. В результате поверхность раздела электролит-электрод, доступная для окислительно-восстановительных реакций Li, уменьшается. Чтобы поддерживать такую ​​же скорость разряда / заряда, необходимо увеличить перенапряжение.Однако высокое перенапряжение может вызвать другие проблемы, связанные с электрохимической деградацией, такие как дендрит Li на аноде во время заряда. В качестве альтернативы, уменьшение размера частиц электрода, как было доказано в этой работе, может снизить напряжение, что обеспечивает эффективный метод уменьшения разрушения батареи, вызванного структурными отказами.

Стоит отметить, что у нашей модели есть некоторые ограничения. Электронным переносом пренебрегают, и, таким образом, модель применима к катоду с высокой электронной проводимостью, где электронный перенос не является этапом, определяющим скорость.Перенос ионов лития в твердом электролите и перенос атомов лития в активном материале обусловлен градиентом концентрации. Вкладом электрического поля в перенос ионов лития в твердом электролите пренебрегают, что может снизить кинетику диффузии ионов лития в электролите. Таким образом, наша модель применима к системе, в которой скорость диффузии Li-иона и скорость электронного переноса намного выше, чем скорость реакции на границе активного материала и электролита. В текущей модели напряжение не связано с переносом ионов лития.Для связи нагрузки и производительности батареи, ²² необходимо разработать новую модель, которая сочетает моделирование KMC и моделирования FEM.

Таким образом, мы изучили реакции положительного электрода с акцентом на роль границы раздела электролит-электрод в характеристиках разряда в полностью твердотельных батареях, выполнив кинетическое моделирование методом Монте-Карло. Из-за высокого межфазного сопротивления окислительно-восстановительная реакция Li считается этапом, определяющим скорость. Результаты показывают, что плотность тока постепенно уменьшается после резкого увеличения на ранней стадии в потенциостатических условиях.Использование небольших электродных частиц может облегчить перенос лития в активные материалы, тем самым сокращая время разряда. Напряжение, возникающее из-за изменения объема электродных частиц, также может быть уменьшено для системы с мелкими частицами. Результаты также демонстрируют взаимосвязь между нагрузкой и производительностью батареи. Максимальное напряжение возникает на границе раздела, что может вызвать расслоение и перераспределение электролита. Несовершенная граница раздела и захваченные частицы электрода могут увеличить время разряда / заряда и снизить емкость.Использование небольших электродных частиц может помочь уменьшить деградацию, однако необходимы дальнейшие исследования границы раздела твердый электролит / электрод, такие как нежелательные химические реакции.

Финансовая поддержка частично за счет гранта NSF No. 1438431/1759651, и грант на инициирование исследования профессорско-преподавательского состава Университета Пердью.

Парта П. Мукерджи 0000-0001-7900-7261

Высоковольтные жидкие электролиты для литиевых батарей: прогресс и перспективы

С момента появления литий-ионных батарей (LIB) плотность энергии увеличилась втрое, в основном за счет увеличения емкости электродов.Теперь емкость катодов из оксидов переходных металлов приближается к пределу из-за ограничения стабильности электролитов. Для дальнейшего повышения плотности энергии LIB наиболее многообещающими стратегиями являются повышение напряжения отсечки преобладающих катодов или исследование новых катодных материалов с большой емкостью и высоким напряжением, а также замена графитового анода на Si / Si – C или металлический литий. Однако коммерческие электролиты на основе этиленкарбоната (ЭК) с относительно низкой анодной стабильностью ∼4.3 В против Li ⁺ / Li не может поддерживать высоковольтные катоды. Узкое место, ограничивающее электрохимические характеристики литиевых батарей, сместилось в сторону новых составов электролитов, подходящих для агрессивных катодов следующего поколения и металлических анодов Si / Si-C или Li, поскольку сопротивление окислению электролитов и катодного электролита на месте образует Межфазные слои (CEI) на высоковольтных катодах и межфазные слои из твердого электролита (SEI) на анодах критически влияют на электрохимические характеристики этих высоковольтных литиевых батарей.В этом обзоре мы представляем всесторонний и подробный обзор последних достижений, фундаментальных механизмов, научных проблем и стратегий проектирования новых высоковольтных систем электролитов, уделяя особое внимание вопросам стабильности электролитов, совместимости и взаимодействию между ними. электролиты и электроды, а также механизмы реакции. Наконец, новые идеи, многообещающие направления и потенциальные решения для высоковольтных электролитов, связанные с эффективными слоями SEI / CEI, предложены для мотивации революционных химикатов высоковольтных литиевых батарей следующего поколения.

Патент США на управление током батареи на основе температуры Патент (Патент № 10,797,356, выданный 6 октября 2020 г.)

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

1. Поле

Настоящее раскрытие направлено на способ и устройство для управления током батареи на основе температуры. Более конкретно, настоящее раскрытие направлено на управление током батареи на основе температуры материала с фазовым переходом.

2. Введение

Текущая технология литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов имеет низкотемпературный порог для зарядки приблизительно 45 ° по Цельсию (C) и рабочий порог приблизительно 60 ° C.(70 ° C в экстренных случаях). Горячие точки внутри элементов батареи образуются в результате нормального старения и аномальных событий. К таким аномальным событиям относятся производственные дефекты, деформация электродов ячейки из-за механического воздействия, например, падение или сгибание батареи, неравномерное распределение тока ячейки по электродам ячейки из-за недостаточного содержания электролита, неоднородное покрытие электродов ячейки, сборка многоуровневое давление и / или конструктивные недостатки аккумуляторной электроники, ведущие к чрезмерной зарядке, чрезмерной разрядке и / или применению неправильных зарядных / разрядных токов.Более того, мобильные устройства загружены энергоемким Android-приложением PacKages (APK), поддерживаемым высокопроизводительными процессорами. Эти функции иногда потребляют большие токи, которые вызывают локальное тепловыделение и температуру внутри батареи.

Чрезмерный нагрев от перезарядки и работы вызывает разбухание аккумуляторов. Литий-ионные аккумуляторные батареи упакованы в вакуумную упаковку, но у них есть внутреннее пространство для размещения, по крайней мере, некоторого внутреннего газа. Учитывая химический состав литий-ионной батареи, она представляет угрозу безопасности, если температура в элементах батареи превышает пороговые значения температуры.

Для современной технологии литий-ионных элементов реакции электролита с анодом и катодным окислением для полностью заряженных элементов начинаются около 75 ° C. Локальная температура, связанная с горячими точками, может подниматься выше 75 ° C, в зависимости от локализованного электрического импеданса и состояние тока нагрузки. Кроме того, литий-ионным элементам требуются определенные химические, термические и электрические свойства для правильного функционирования при использовании и достижения желаемого жизненного цикла. Эти специфические свойства приводят к условиям, которые очень чувствительны к любым изменениям внутри клеток.Следовательно, любые изменения для предотвращения / смягчения тепловых проблем литий-ионных аккумуляторов должны выполняться осторожно, чтобы эффективно достичь более высоких значений тока нагрузки при сохранении желаемого жизненного цикла.

В настоящее время существует единственный датчик температуры вне батареи. Этот датчик температуры требует мониторинга и не предоставляет достаточной информации о локальном нагреве / температуре внутри батареи. Отсутствие точного мониторинга температуры создает необходимость использовать более консервативные «факторы безопасности» при прогнозировании и оценке температуры.Более консервативные факторы безопасности диктуют единую безопасную рабочую температуру, которая при применении, как правило, ко всей батарее, ограничивает способность полностью использовать возможности батареи по генерации тока.

Электрические цепи используются для управления скоростью заряда и разряда литий-ионной батареи. По мере увеличения текущих требований к мобильным устройствам электрические схемы становятся более сложными и дорогими в реализации. Для правильной работы электрических цепей требуется питание. Если мощность, вырабатываемая литий-ионным аккумулятором, становится слишком слабой, электрические цепи могут не работать должным образом, позволяя заряжать и разряжать сверх безопасных значений, указанных производителем для литий-ионного аккумулятора.Кроме того, электрические цепи подвержены производственным дефектам и сбоям, что может повлиять на их правильную работу.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Раскрытие направлено на батарею, которая может включать в себя батарею анод-электролит-катод и материал с фазовым переходом. Пакет анод-электролит-катод может включать в себя по меньшей мере один анод, по меньшей мере один катод и электролит, который более непосредственно взаимодействует с каждым из по меньшей мере одного анода и по меньшей мере одного катода, при этом по меньшей мере один анод электрически взаимодействует с по меньшей мере один катод через электролит.Материал с фазовым переходом может изменять фазу, чтобы вызвать вмешательство в электрохимию батареи анод-электролит-катод вблизи области, где локализованная температура превышает заранее заданный порог фазового изменения, вмешательство в электрохимию, что снижает генерацию тока в аноде. -электролит-катодная батарея, может быть адаптирована так, чтобы возникать до достижения температуры, которая может вызвать отказ в батарее анод-электролит-катод.

Батарея может дополнительно включать в себя объем пустот для хранения части электролита во время фазового перехода материала с фазовым переходом.

Раскрытие дополнительно направлено на способ, который может включать в себя создание стопки анод-электролит-катод, состоящей по меньшей мере из одного анода, по меньшей мере одного катода и электролита, который более непосредственно взаимодействует с каждым из по меньшей мере одного анода и по меньшей мере один катод, при этом по меньшей мере один анод электрически взаимодействует с по меньшей мере одним катодом через электролит. Способ может включать материал с фазовым переходом по меньшей мере в один из по меньшей мере одного анода, по меньшей мере одного катода и электролита.Материал с фазовым переходом может изменять фазу, чтобы вызвать вмешательство в электрохимию батареи анод-электролит-катод вблизи области, где локализованная температура превышает заранее заданный порог фазового изменения, вмешательство в электрохимию, что снижает генерацию тока в аноде. -электролит-катодная батарея, может быть адаптирована так, чтобы возникать до достижения температуры, которая может вызвать отказ в батарее анод-электролит-катод.

Раскрытие дополнительно направлено на пользовательское устройство, которое может включать в себя батарею и материал с фазовым переходом.Батарея может включать в себя батарею анод-электролит-катод, содержащую по меньшей мере один анод, по меньшей мере один катод и электролит, который более непосредственно взаимодействует с каждым из по меньшей мере одного анода и по меньшей мере одного катода, при этом по меньшей мере один анод электрически взаимодействует по меньшей мере с одним катодом через электролит. Материал с фазовым переходом может быть включен по меньшей мере в один из по меньшей мере одного анода, по меньшей мере одного катода и электролита. Материал с фазовым переходом может изменять фазу, чтобы вызвать вмешательство в электрохимию батареи анод-электролит-катод вблизи области, где локализованная температура превышает заранее заданный порог фазового изменения, вмешательство в электрохимию, что снижает генерацию тока в аноде. -электролит-катодная батарея, может быть адаптирована так, чтобы возникать до достижения температуры, которая может вызвать отказ в батарее анод-электролит-катод.

Материал с фазовым переходом может быть инертным в пределах рабочего диапазона батареи по отношению к химическому составу по меньшей мере одного анода, по меньшей мере одного катода, электролита и по меньшей мере одного сепаратора между по меньшей мере одним анодом и хотя бы один катод.

Материал с фазовым переходом может изменять фазу при максимальной рабочей температуре, указанной производителем для батареи, или раньше.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Чтобы описать способ, которым могут быть получены преимущества и особенности раскрытия, описание раскрытия представлено со ссылкой на его конкретные варианты осуществления, которые проиллюстрированы на прилагаемых чертежах.Эти чертежи изображают только примерные варианты осуществления изобретения и поэтому не должны рассматриваться как ограничивающие его объем.

РИС. 1 иллюстрирует блок-схему примерного пользовательского устройства согласно одному или нескольким возможным вариантам осуществления;

РИС. 2A иллюстрирует примерный набор анод-электролит-катод, показывающий материал с фазовым переходом до того, как он подвергнется фазовому превращению, согласно одному или нескольким возможным вариантам осуществления;

РИС. 2B иллюстрирует примерную батарею анод-электролит-катод, показывающую материал с фазовым переходом после того, как претерпел фазовый переход, согласно одному или нескольким возможным вариантам осуществления; и

фиг.3 иллюстрирует блок-схему примерного способа внедрения материала с фазовым переходом в батарею анод-электролит-катод согласно одному или нескольким возможным вариантам осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Существует потребность в сильноточной работе батареи анод-электролит-катод, при одновременной возможности динамически и локально модулировать скорость заряда и / или тока разряда в зависимости от температуры внутри анод-электролита. -катодная батарея батареи. В частности, существует потребность в такой динамической и локальной модуляции скорости заряда и / или разряда без недостатков, связанных с электрическими цепями, используемыми для управления скоростью заряда и / или разряда.

РИС. 1 иллюстрирует блок-схему примерного пользовательского устройства , 100, , согласно одному или нескольким возможным вариантам осуществления. Пользовательское устройство , 100, может быть портативным или стационарным устройством с возможностью накопления энергии, например беспроводным терминалом, портативным устройством беспроводной связи, смартфоном, сотовым телефоном, раскладным телефоном, персональным цифровым помощником, портативным компьютером. , планшетный компьютер, источник бесперебойного питания (ИБП), электромобиль или любое другое пользовательское устройство 100 , которое может испытывать температуру внутри аккумуляторного блока 190 , питающего пользовательское устройство 100 , которое может блокировать аккумуляторный блок 190 от правильной работы и / или даже повреждения аккумуляторной батареи 190 .

Пользовательское устройство 100 может включать в себя корпус 105 , контроллер 120 внутри корпуса 105 , схему аудиовхода и вывода 130 , подключенную к контроллеру 120 , дисплей 140 , подключенный к контроллеру 120 , трансиверу 150 , подключенному к контроллеру 120 , антенне 155 , подключенной к трансиверу 150 , пользовательскому интерфейсу 160 , связанному с контроллером 120 , памяти 170 , подключенный к контроллеру 120 , и сетевой интерфейс 180 , связанный с контроллером 120 .Пользовательское устройство , 100, может дополнительно включать в себя аккумуляторный блок , 190, , где аккумуляторный блок , 190, может включать в себя батарею анод-электролит-катод 192 и материал с фазовым переходом (PCM) 194 . В одном или нескольких вариантах осуществления аккумуляторный блок , 190, может дополнительно включать в себя антипирен.

Дисплей , 140, может быть видоискателем, жидкокристаллическим дисплеем (ЖКД), светодиодным дисплеем, плазменным дисплеем, проекционным дисплеем, сенсорным экраном или любым другим устройством, отображающим информацию.Приемопередатчик , 150, может включать в себя передатчик и / или приемник. Схема , 130, аудиовхода и вывода может включать в себя микрофон, динамик, преобразователь или любую другую схему аудиовхода и вывода. Пользовательский интерфейс , 160, может включать в себя клавиатуру, клавиатуру, кнопки, сенсорную панель, джойстик, другой дополнительный дисплей или любое другое устройство, полезное для обеспечения интерфейса между пользователем и электронным устройством. Сетевой интерфейс , 180, может быть портом универсальной последовательной шины, портом Ethernet, инфракрасным передатчиком / приемником, портом IEEE 1394, приемопередатчиком WLAN или любым другим интерфейсом, который может подключать устройство к сети или компьютеру и который может передавать и принимать сигналы передачи данных.Память , 170, может включать в себя оперативную память, постоянную память, оптическую память, флэш-память, съемную память, жесткий диск, кэш или любую другую память, которая может быть подключена к пользовательскому устройству 100. .

Пользовательское устройство 100 или контроллер 120 может реализовывать любую операционную систему, такую ​​как Microsoft Windows®, UNIX® или LINUX®, Android ™ или любую другую операционную систему. Программное обеспечение для работы с аппаратом может быть написано на любом языке программирования, например C, C ++, Java или Visual Basic.Программное обеспечение устройства также может работать в среде приложения, такой как, например, структура Java®, структура .NET® или любая другая структура приложения. Программное обеспечение и / или операционная система могут храниться в памяти , 170, или где-либо еще на пользовательском устройстве , 100, . Пользовательское устройство , 100, или контроллер , 120, также может использовать аппаратное обеспечение для реализации раскрытых операций. Например, контроллер , 120, может быть любым программируемым процессором.Раскрытые варианты осуществления также могут быть реализованы на компьютере общего или специального назначения, программируемом микропроцессоре или микропроцессоре и периферийных элементах интегральной схемы, специализированной интегральной схеме или других интегральных схемах, аппаратных / электронных логических схемах, таких как дискретный элемент. схема, программируемое логическое устройство, такое как программируемая логическая матрица, программируемая вентильная матрица или подобное.

Сетевой интерфейс 180 может быть интерфейсом проводной связи, таким как интерфейс универсальной последовательной шины, последовательный проводной интерфейс, параллельный проводной интерфейс, интерфейс Ethernet или другой проводной интерфейс, может быть оптическим интерфейсом, например Инфракрасный интерфейс может быть беспроводным интерфейсом, таким как интерфейс Bluetooth®, интерфейс Wi-Fi, интерфейс беспроводной локальной сети, интерфейс сотовой сети, интерфейс спутниковой сети, интерфейс беспроводной глобальной сети, или может быть любой другой интерфейс или комбинация интерфейсов.

Блок анод-электролит-катод 192 может состоять из различных емкостей, различных физических размеров (больших и / или малых), одного или нескольких химических компонентов (например, свинцово-кислотный, Ni-MH, Ni-CAD, Li, Литий-ионный и / или любой другой химический состав, который может обеспечить питание пользовательского устройства ( 100 ), и / или одну или несколько физических конструкций (например, рулон желе, пакет с плоским стеклом, кнопочный элемент, цилиндрический, свернутый , призматической, складчатой ​​и / или любой другой конструкции, которая может предусматривать упаковку).Пакет 192 анод-электролит-катод может быть заключен в пакет из полиэфира-алюминия-нейлона (не показан для упрощения).

PCM 194 может быть инертным и не изменять химический состав аккумуляторной батареи 190 . PCM 194 может поглощать тепло при переходе от твердого состояния к жидкому, с жидкого на пар или с твердого на пар. После охлаждения PCM 194 может вернуться в прежнюю стадию из более поздней стадии. PCM 194 можно настроить на переход между различными фазами в интересующих температурных диапазонах.PCM 194 может быть настроен на переход между различными фазами до того, как батарея анод-электролит-катод 192 достигнет температуры, которая вызовет отказ в батарее анод-электролит-катод 192 .

Например, производитель может указать максимальную температуру, при которой аккумуляторный блок 190 может разряжаться. Производитель может указать приблизительно 60 ° по Цельсию в качестве максимальной рабочей температуры для аккумуляторного блока 190 , чтобы предотвратить повреждение аккумуляторного блока 190 , в зависимости от химического состава и / или физической конструкции аккумуляторного блока 190 .PCM 194 может быть настроен для изменения фазы и воздействия на электрохимию батареи анод-электролит-катод 192 примерно при 60 ° C.Взаимодействие электрохимии батареи анод-электролит-катод 192 может предотвратить генерацию тока в батарее 192 анод-электролит-катод в месте изменения фазы PCM 194 , а также, соответственно, ограничить дальнейшие локальные изменения температуры, которые в противном случае могли бы сопровождать непрерывную беспрепятственную генерацию тока.Вмешательство электрохимии может предотвратить выход из строя стопки анод-электролит-катод 192 .

PCM 194 может быть индивидуальным или комбинированным материалом на основе фторуглерода со свойствами, такими же или похожими на 3M Fluorinert ™ FC87 (точка кипения (BP) 30 ° C), FC72 (BP 56 ° C), FC84 (температура плавления 80 ° C) и / или FC77 (температура кипения 95 ° C). Например, температура фазового перехода FC72 56 ° C может обеспечить защиту аккумуляторного блока , 190, , который может начать изменять фазу при желаемой заданной температуре и локально препятствовать дальнейшему генерированию тока относительно пороговой температуры фазового перехода. примерно 56 ° C.Кроме того, PCM 194 может включать в себя такие свойства, как: высокая плотность изменения, диапазон температур фазового перехода для поддержания функциональной целостности аккумуляторной батареи , 190, и предотвращения повреждения аккумуляторной батареи , 190, , высокое электрическое сопротивление. достаточно для предотвращения внутреннего короткого замыкания в батарее анод-электролит-катод 192 аккумуляторной батареи 190 , имеющей диапазон температур кипения-испарения 45-120 ° C, удельную теплоемкость (Cp: Дж / г · K) вблизи Cp стопки анод-электролит-катод 192 (например, 0.8-1,3 Дж / г · К), химическая структура без или с неэффективными побочными реакциями с компонентами стопки анод-электролит-катод 192 (электролит 240 , анод 230 и катод 210 ) vs. потенциалы заряда / разряда, углеродная основа, включая отдельные и любые комбинации твердых и мягких углеродных базовых материалов, материалы CxFy, адаптированные для широкого диапазона поглощения газа (например, кислорода) через молекулы, разработанные с определенной силой межмолекулярной связи среди углеродная основа и фтор, и / или любые другие свойства, которые устраняют или минимизируют влияние на включение PCM 194 в батарею анод-электролит-катод 192 .

Аккумулятор 190 может использовать небольшое количество PCM 194 . PCM 194 может использовать большое изменение плотности, например, которое может быть на порядок или больше, во время изменения фазы PCM 194 , чтобы вызвать интерференцию электрохимии пакета анод-электролит-катод. 192 . Учитывая ограничения по размеру и весу, накладываемые на пользовательское устройство 100 , объем аккумуляторной батареи , 190, может быть чрезвычайно ценным.Поскольку PCM 194 может использовать большое изменение плотности, объем PCM 194 , который может быть объединен со стопкой анод-электролит-катод 192 , может быть чрезвычайно малым и все же оказывать существенное влияние на генерацию тока при или выше пороговой температуры фазового перехода. Например, количество материала с фазовым переходом до фазового перехода порядка 0,1% от объема батареи 192 анод-электролит-катод может иметь существенное влияние.

Когда пользовательское устройство 100 потребляет ток от аккумуляторной батареи 190 , в батарее анод-электролит-катод 192 может генерироваться тепло. Это тепло может быть однородным по всей батарее 192 анод-электролит-катод, или тепло может создавать одно или несколько горячих точек в батарее 192 анод-электролит-катод. Горячие точки могут возникать из-за неоднородности в стопке 192 анод-электролит-катод, из-за наличия горячего электрического компонента вблизи батареи 192 анод-электролит-катод из-за теплового отвода тепла вокруг батарея анод-электролит-катод 192 , или любые другие причины, которые могут создавать горячие точки в батарее анод-электролит-катод 192 .Если локальная температура внутри батареи 192 анод-электролит-катод поднимается выше пороговой температуры фазового перехода PCM 194 , PCM 194 может локально изменить фазу, например перейти в паровую фазу. Локальное изменение фазы в месте расположения PCM 194 может охладить батарею анод-электролит-катод 192 в месте изменения фазы как часть поглощения энергии, связанной с изменением фазы PCM 194 . , а также создать уровень изоляции в стопке 192 анод-электролит-катод, что может повлиять на последующее выделение тепла.Эта изоляция может вызвать уменьшение генерации тока локально в месте фазового перехода, снижая вероятность отказа в батарее 192 анод-электролит-катод, которая могла бы произойти в противном случае, если бы генерация тока могла протекать беспрепятственно.

РИС. 2A показан пример батареи 192 анод-электролит-катод, показывающий PCM 194 перед фазовым переходом, согласно одному или нескольким возможным вариантам осуществления. Пакет 192 анод-электролит-катод может включать в себя катод 210 , анод 230 и электролит 240 .В проиллюстрированном варианте осуществления батарея 192 анод-электролит-катод может дополнительно включать в себя сепаратор , 220, . Как правило, анод 230 и катод 210 не взаимодействуют напрямую и не обмениваются ионами через электролит 240 , который более непосредственно взаимодействует с каждым из анода 230 и катода 210 . По крайней мере, в некоторых случаях разделитель , 220, может помочь гарантировать, что анод , 230, и катод , 210, не будут более напрямую взаимодействовать посредством физического контакта.В проиллюстрированном варианте осуществления батарея 192 анод-электролит-катод может дополнительно включать в себя объем пустот 250 . Например, для реализации пакета плоских пакетов анод-электролит-катод 192 пустой объем 250 может быть боковым карманом. Для реализации пакета 192 анод-электролит-катод в виде желейного валика объем пустот 250 может быть концевым карманом.

Хотя стопка анод-электролит-катод 192 проиллюстрирована как состоящая из одного анода 230 и одного катода 210 , составляющих одну ячейку в аккумуляторном блоке 190 , аккумуляторный блок 190 может включать в себя любое количество пар анод-катод, составляющих любое количество ячеек в аккумуляторном блоке , 190, .Количество элементов, которые могут быть включены в аккумуляторный блок , 190, , зависит от конфигурации и требований к мощности пользовательского устройства , 100, и может соответственно меняться.

Катод 210 может быть из Li _x MO ₂ ) проводящего графита со связкой из поливинилиден (ди) фторида (ПВДФ), LiCoO ₂ , LiMn _1,5 Ni _0,5 O ₄ , LiFePO ₄ , кобальт, марганец, никель-кобальт-марганец, фосфат и / или любые другие материалы, которые могут служить катодом.Анодом 230 может быть активный углерод (Li _x C ₆ ), проводящий графит со связующим PVDF, кремний, литий, легирующие литий материалы, интерметаллиды, кремний и / или любые другие материалы, которые могут служить в качестве анод. Сепаратор , 220, может быть из пористого полиэтилена, а электролит 240 может состоять из соли на основе лития (например, LiPF ₆ , LiDFOB, LiFOP или любого другого солевого материала). Катод 210 , анод 230 и / или сепаратор 220 могут быть пористыми материалами, которые могут поглощать электролит 240 и, по крайней мере, часть объемного расширения PCM 194 , которое может происходить во время изменение фазы PCM 194 , в зависимости от размера расширения объема.Пористость катода , 210, , анода , 230, и / или сепаратора 220 может облегчить транспортировку электролита 240 и увеличить площадь поверхности для протекания химии и переноса заряда.

Электролит 240 может составлять приблизительно 7-10% от объема батареи анод-электролит-катод 192 . Объем пустот , 250, может представлять собой зазор 4-5 мм на конце стопки анод-электролит-катод 192 , что позволяет герметизировать батарею во время изготовления.В одном или нескольких вариантах осуществления токосъемник с медным анодом может быть соединен с анодом , 230, , а токосъемник с алюминиевым катодом может быть соединен с катодом , 210, .

PCM 194 может быть пропитан внутри катода 210 , сепаратора 220 , анода 230 и / или смешан с электролитом 240 . Например, PCM 194 может быть пропитан внутри пор катода 210 , сепаратора 220 и / или анода 230 , и / или смешан с электролитом 240 во время производства. аккумуляторной батареи 190 .PCM 194 может быть инертным в пределах рабочего диапазона аккумуляторной батареи 190 по отношению к химическому составу катода 210 , сепаратора 220 , анода 230 и / или электролита 240 .

Пакет анод-электролит-катод 192 может образовывать локальную горячую точку 270 . Горячая точка 270 может вызвать любой PCM 194 в или рядом с участком горячей точки 270 для изменения фазы.В показанном примере горячая точка 270 может включать в себя один том PCM 194 A. Однако горячая точка 270 может запускать любое количество томов PCM 194 , которые находятся в или около горячей точки. 270 .

РИС. 2B показан пример батареи 192 анод-электролит-катод, показывающий PCM 194 после фазового перехода, согласно одному или нескольким возможным вариантам осуществления.

Как показано, PCM 194 в горячей точке 270 может изменять фазу.PCM 194 может изменять фазу, по крайней мере, от одного твердого вещества к жидкости, жидкости к пару и твердого вещества к пару. Это изменение фазы PCM 194 может увеличить объем PCM 194 в горячей точке или вблизи нее, чтобы создать область воздействия, называемую объемом 275 горячей точки PCM. Увеличенный объем PCM 194 может вызвать интерференцию электрохимии пакета 192 анод-электролит-катод локально в объеме горячей точки PCM 275 .Вмешательство электрохимии может локально предотвратить генерацию тока в объеме горячей точки ПКМ 275 , что в противном случае могло бы привести к более высоким температурам, близким к более высоким токам, и могло бы вызвать сбой в батарее 192 анод-электролит-катод. Изменение фазы PCM 194 в объеме горячей точки PCM 275 может локально снизить температуру в объеме горячей точки PCM 275 из-за отсутствия генерации тока в объеме горячей точки PCM 275 и из-за на поглощение тепла, связанное с фазовым переходом, который происходит во время фазового перехода PCM 194 из твердого тела в жидкость или из твердого / жидкого в газ.

Электролит 240 в объеме горячей точки ПКМ 275 может быть локально смещен за счет изменения фазы ПКМ 194 . Чтобы компенсировать такое смещение, небольшую часть электролита 240 можно протолкнуть в пустое пространство 250 . Как только PCM 194 охлаждается и меняет фазу, небольшая часть электролита 240 , которая была вытолкнута в пустой объем 250 , может вернуться в исходное положение в стопке анод-электролит-катод 192 .Возврат электролита 240 в исходное положение может позволить батарее анод-электролит-катод 192 локально вернуться для создания повышенных токов в объеме горячей точки ПКМ 275 .

РИС. 3 иллюстрирует блок-схему примерного способа 300 реализации PCM 194 в стопке 192 анод-электролит-катод, согласно одному или нескольким возможным вариантам осуществления.

В блоке 310 метод 300 может начинаться с создания аккумуляторной батареи 190 .Батарейный блок 190 может состоять из набора анод-электролит-катод 192 . Пакет 192 анод-электролит-катод может быть сконструирован так, чтобы включать анод 230 , катод 210 и электролит 240 . В одном или нескольких вариантах осуществления батарея 192 анод-электролит-катод может дополнительно включать в себя сепаратор , 220, .

В блоке 320 метод 300 может дополнительно включать PCM 194 в аккумуляторный блок 194 .Пакет 192 анод-электролит-катод аккумуляторной батареи 194 может дополнительно включать в себя PCM 194 . PCM 194 может быть встроен в анод 230 , катод 210 , сепаратор 220 и / или электролит 240 .

Во время способа 300 материал с фазовым переходом 194 может изменяться по меньшей мере от одного из твердого вещества в жидкое, из жидкого в пар или из твердого в пар, чтобы вызвать интерференцию электрохимия стопки анод-электролит-катод 192 , вмешательство электрохимии, предотвращающее генерацию тока в стопке анод-электролит-катод 192 , которая может вызвать отказ в стопке анод-электролит-катод 192 .В одном или нескольких вариантах осуществления способ 300 может дополнительно протолкнуть часть электролита 240 в пустой объем 250 .

Следует понимать, что, несмотря на конкретные этапы, показанные на фигурах, в зависимости от варианта осуществления может быть выполнено множество дополнительных или различных этапов, и один или несколько конкретных этапов могут быть перегруппированы, повторены или полностью исключены в зависимости от по воплощению. Кроме того, некоторые из выполняемых шагов могут повторяться на постоянной или непрерывной основе одновременно, в то время как другие шаги выполняются.Кроме того, разные этапы могут выполняться разными элементами или в одном элементе раскрытых вариантов осуществления.

Хотя это раскрытие было описано с конкретными вариантами его осуществления, очевидно, что многие альтернативы, модификации и вариации будут очевидны специалистам в данной области техники. Например, различные компоненты вариантов осуществления могут быть заменены, добавлены или заменены в других вариантах осуществления. Кроме того, все элементы на каждой фигуре не являются необходимыми для работы раскрытых вариантов осуществления.Например, рядовой специалист в области раскрытых вариантов осуществления будет иметь возможность создавать и использовать идеи раскрытия, просто применяя элементы независимых пунктов формулы изобретения. Соответственно, варианты осуществления раскрытия, изложенные в данном документе, предназначены для иллюстрации, а не ограничения. Могут быть внесены различные изменения, не выходящие за рамки сущности и объема раскрытия.

В этом документе относительные термины, такие как «первый», «второй» и т.п., могут использоваться исключительно для того, чтобы отличать один объект или действие от другого объекта или действия, не обязательно требуя или не подразумевая каких-либо фактических таких отношений или порядка между такими объектами. или действия.Фраза «по крайней мере один из», за которой следует список, означает один, некоторые или все, но не обязательно все элементы в списке. Термины «содержит», «содержащий» или любые другие их варианты предназначены для охвата неисключительного включения, так что процесс, метод, изделие или устройство, которые содержат список элементов, включают не только эти элементы, но может включать другие элементы, не указанные в явном виде или не присущие такому процессу, методу, изделию или устройству. Элемент, обозначенный «a», «an» и т.п., без дополнительных ограничений не исключает наличия дополнительных идентичных элементов в процессе, способе, изделии или аппарате, которые составляют элемент.Также термин «другой» определяется как по меньшей мере секунда или более. Термины «включающий», «имеющий» и т.п., используемые в данном документе, определены как «включающий». Кроме того, раздел «Предпосылки» написан как собственное понимание изобретателем контекста некоторых вариантов осуществления на момент подачи заявки и включает собственное признание изобретателем любых проблем с существующими технологиями и / или проблем, возникших в собственной работе изобретателя.

Материалы электродов для литий-ионных батарей

Аноды

В настоящее время существует только два типа промышленных анодных материалов: на основе углерода (в основном графита) и оксидной шпинели Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ ( Рисунок 3 ).Использование интеркалирующего электрода с низким потенциалом позволяет избежать цикличности и проблем безопасности, связанных с образованием дендритов на литиевых анодах, подвергающихся перезарядке, что препятствует их использованию в перезаряжаемых батареях. При нормальной работе и в большинстве случаев неправильного обращения дендриты лития не растут на графитовых анодах, и эти электроды могут надежно переключаться. О химическом получении соединений интеркаляции графита (GIC) Li _x C ₆ (x = 1), в которых ионы лития расположены между листами графена, впервые сообщил в 1955 году Герольд. ³⁴ В то время как литиированный графит был предложен для использования в батареях еще в 1977 году Арманом и Тузеном, ³⁵ соинтеркаляция растворителей и необратимое восстановление растворов электролитов, обычно используемых в то время, предотвращали электрохимическое циклирование этого электрода. Только после разработки электролитических растворов, содержащих этиленкарбонат (EC) (продукт № 676802), графитовые аноды можно было успешно использовать в конфигурации литий-ионных аккумуляторов. В этих растворах на поверхности частиц образуется интерфейс твердого электролита (SEI), поскольку графит литиируется в электрохимических ячейках на ранних этапах цикла.SEI является ионопроводящим, но электронно изолирующим, и после образования эффективно предотвращает дальнейшее необратимое восстановление раствора электролита. Некоторая часть электролита обязательно расходуется во время начального цикла ячейки для образования SEI, что приводит к неэффективности заряда. Тщательная очистка, оптимизация морфологии частиц и использование добавок к электролиту значительно снизили неэффективность; в результате передовые ионно-литиевые батареи демонстрируют начальную необратимую емкость всего в несколько процентов.Осаждение растворенного металла, происходящее от катода, или резкие скачки температуры во время работы могут нарушить SEI, что потребует его повторного образования; это затем приводит к дальнейшей потере циклически пригодного лития.

Графит состоит из листов графена, расположенных в шахматном порядке по схеме AB (шестиугольная, наиболее распространенная форма) или ABC (ромбоэдрическая) (рис. 3 ). При введении ионов лития листы графена укладываются непосредственно друг на друга, образуя А-образную структуру, и происходит этапирование; я.е. образуются соединения, в которых есть периодические массивы незанятых галерей, число которых зависит от значения x в Li _x C ₆ . (Например, в компаунде 2 этапа, где x = 0,5, занятые галереи чередуются с незанятыми). Стадия проявляется в профиле электрохимического напряжения литиево-графитовых полуэлементов в виде серии плато от примерно 0,2-0,1 В, что указывает на несколько двухфазных областей.

Неграфитовые угли, которые содержат домены графена, но не имеют дальнего структурного порядка, также представляют интерес для литий-ионных аккумуляторов.Введение лития в эти материалы обычно происходит при более высоких потенциалах, чем в графите, и стадия не происходит. Хотя необратимые емкости часто намного выше, чем у графита, SEI на некоторых типах неупорядоченного углерода (например, твердых углеродов) менее подвержены разрушению, что делает их пригодными для спаривания с катодами из шпинели из оксида марганца, в которых растворение металла может быть проблематичным. Структуры неупорядоченных углеродов очень сложны, а электрохимические свойства (форма профиля напряжения и емкость) значительно различаются.Дополнительную информацию об угольных анодах можно найти в ссылках 36 и 37.

Шпинель литий-оксид титана, Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ , ³⁸ (артикул № 702277) является альтернативой угольным анодам, но его использование ограничено применениями, не требующими высоких энергозатрат. плотность из-за высокого рабочего напряжения (1,5 В по сравнению с Li / Li ⁺ ). Он обратимо вмещает литий с образованием фазы каменной соли, Li ₇ Ti ₄ O ₁₂ .В отличие от большинства других вставочных электродов, этот материал не демонстрирует изменения объема во время двухфазных процессов введения / экстракции лития, что делает его материалом с нулевой деформацией, который очень хорошо циклируется. ³⁹ Кроме того, в диапазоне термодинамической стабильности электролитических растворов на основе органических карбонатов возникает высокий рабочий потенциал, так что нет необходимости формировать слой SEI для правильного функционирования электрода. Поскольку Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ имеет низкую электронную проводимость, он часто является наноструктурированным.Как и в случае с LiFePO ₄ , низкая реакционная способность Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ — вот что позволяет этому подходу преуспеть, хотя опасения по поводу влияния наноструктурирования на и без того низкую плотность энергии все еще оправданы. Наилучшие результаты достигаются, когда наночастицы являются однородными и сферическими, поэтому они хорошо упаковываются. ⁴⁰ Ячейки, состоящие из наноструктурированного Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ и LiFePO ₄ , могут быть циклированы более 200 раз со скоростью до 10 ° C (где C определяется как скорость, с которой общая емкость батарея разряжается за 1 час) без потери емкости.

На пути к лучшим батареям

Текущие исследования электродов для ионно-литиевых батарей направлены в первую очередь на материалы, которые могут обеспечить более высокую плотность энергии устройств. Для положительных электродов в стадии разработки находятся как высоковольтные материалы, такие как LiNi _0,5 Mn _1,5 O ₄ (№ продукта 725110) ( Рисунок 2 ), так и материалы с повышенной емкостью. К последним относятся многослойно-слоистые композиты с высоким содержанием марганца (HCMR) с общей формулой xLi ₂ MnO ₃ • (1-x) LiNiyMnyCo _1-2y O ₂ , ⁴¹ и соединения например, Li ₂ MSiO ₄ (M = Fe, Mn, Co), в котором теоретически может быть удалено более одного Li на формульную единицу.Для слоисто-слоистых композитов начальный заряд выше примерно 4,4 В относительно Li / Li ⁺ в электрохимических ячейках активирует обычно инертный компонент Li ₂ MnO ₃ путем необратимого удаления ионов лития и кислорода. Образующийся слоистый фрагмент «MnO ₂ » может затем интеркалировать ионы лития, добавляя свою емкость к емкости компонента NMC. Несмотря на то, что для активированных композитов в электрохимических ячейках были зарегистрированы очень высокие емкости (иногда превышающие 250 мАч / г), они страдают от низкой производительности и спада напряжения из-за постепенного превращения слоистого компонента MnO ₂ в шпинель при кататься на велосипеде.

Высокая теоретическая емкость около 330 мАч / г, рассчитанная для Li ₂ MSiO ₄ на основе экстракции двух ионов лития на формульную единицу, требует общего изменения окислительно-восстановительного состояния +2 для центра из первоначально двухвалентного металла. Расчеты из первых принципов показывают, что окисление Fe ³⁺ до Fe ⁴⁺ происходит при непрактично высоком потенциале, ⁴² , и эксперименты подтвердили, что только первый ион лития может быть извлечен во время заряда Li ₂ FeSiO ₄ в электрохимических ячейках. ⁴³ Хотя ожидается, что окисление Mn ³⁺ до Mn ⁴⁺ в силикатах будет происходить при более низких потенциалах, чем у Fe ³⁺ до Fe ⁴⁺ , попытки использовать Li ₂ Соединения MnSiO ₄ или Li ₂ (Mn, Fe) SiO ₄ в качестве катодов не имели большого успеха. Даже наноструктурирование и добавление большого количества углерода к композитным электродам недостаточно компенсируют плохие транспортные свойства и отрицательно влияют на практическую плотность энергии.Кроме того, широкий диапазон напряжений, в котором происходят процессы интеркаляции, нежелателен, поскольку он приводит к снижению мощности по мере разряда электрода. Соединения, в которых металлические центры могут претерпевать более одного изменения степени окисления, остаются интересными из-за потенциала очень высокой емкости, и исследователи продолжают поиск электроактивных материалов с этими характеристиками.

Напротив, катод из шпинели высокого напряжения LiNi _0,5 Mn _1.5 O ₄ демонстрирует очень хорошую скорость и циклические характеристики без необходимости наноструктурирования, ⁴⁴ , хотя преимущество плотности энергии по сравнению с коммерчески используемыми материалами относительно невелико (только примерно на 30% больше, чем у Li _{1 + x} Mn _{2- x} O ₄ , например). Высокий рабочий потенциал может потребовать использования специально разработанных электролитических растворов, покрытий на поверхности частиц и других стратегий для снижения кулоновской неэффективности и продления срока службы.Как и в случае изоструктурных вариантов LiMn ₂ O ₄ , растворение Mn потенциально является проблемой для жизненного цикла. Это явление в обоих случаях связано с присутствием электроактивного Mn ³⁺ . В идеализированной структуре LiNi _0,5 Mn _1,5 O ₄ ионы Mn находятся в степени окисления +4 и электрохимически инертны, и только Ni подвергается окислительно-восстановительным процессам. На практике образцы обычно демонстрируют некоторую степень нестехиометрии с избытком Mn, присутствующим в трехвалентном состоянии.Это проявляется в профиле потенциала как емкость при 4 В относительно Li / Li ⁺ (, рис. 2, ).

Исследования новых анодных материалов были сосредоточены на сплавах лития, в первую очередь с Si, ⁴⁵ (номер продукта 633097) и классе материалов, известных как преобразовательные электроды, ⁴⁶ , которые подвергаются реакции 1, а не простому интеркалированию.

nLi ⁺ + ne ^— + M ^{n +} X _м ↔ M + nLiX _{m / n} (X = O, F, N, S) (1)

Исходные материалы для реакции 1, как правило, представляют собой наночастицы, позволяющие легко восстановить металлический элемент и литиевую соль во время включения лития.Удельная емкость может быть чрезвычайно высокой (700 мАч / г или более), но эти электроды страдают из-за высокой неэффективности первого цикла, наклонных профилей напряжения и большой поляризации заряда / разряда (гистерезиса), что приводит к низкой эффективности приема-передачи. Гистерезис, скорее всего, присущ системе, а не просто вопрос кинетических ограничений, которые, по-видимому, можно улучшить с помощью наноструктурирования. Разрыв и повторное образование связи происходит во время электрохимических процессов, и пути реакции могут быть разными для заряда и разряда.

Система кремний / литий имеет наивысшую удельную емкость из всех литиевых сплавов, 4200 мАч / г, что соответствует восстановлению вплоть до состава конечных элементов Li _4,4 Si. Очень большие изменения объема, связанные с легированием (до 400%), приводят к быстрой деградации и разъединению композитных электродов, изготовленных из обычного кремния микронных размеров, что снижает срок службы. ⁴⁷ Изменения объема также приводят к большой кулоновской неэффективности, связанной с постоянным образованием слоев SEI на только что обнаженных поверхностях.Были предприняты значительные усилия для снижения объемного расширения за счет наноструктурирования Si для снижения механических напряжений во время процессов легирования / удаления лития. ⁴⁸ Другие стратегии, которые имели некоторый успех, включают использование специальных связующих, которые придают эластичность композитному электроду, ⁴⁹ , а также проводящих полимеров, которые служат двойному назначению в качестве связующего и проводящей добавки. ⁵⁰

В настоящее время в коммерческие аноды добавляют небольшое количество кремния для увеличения емкости, и несколько производителей аккумуляторов заявили о своем намерении заменить графит кремнием.Несколько удивительно, но ожидается, что повышение удельной энергии батарей с кремниевыми анодами составит всего около 30%, несмотря на то, что удельная емкость кремния более чем в десять раз больше, чем у графита. Это связано с требованием согласования емкости анода и катода с гораздо меньшей плотностью энергии, который должен обеспечивать весь цикл лития в батарее. Следовательно, дальнейшее увеличение удельной энергии зависит от успешной разработки катода с большей емкостью.

Резюме и проблемы

Потребность в улучшенных литий-ионных батареях для требовательных автомобильных приложений создает как проблемы, так и возможности для заинтересованных материаловедов. Хотя более высокая плотность энергии чрезвычайно желательна для этих приложений, а также для бытовой электроники, это не может быть достигнуто за счет безопасности, срока службы или календарного срока службы (, рис. 5, ). По этой причине наноструктурирование лучше всего работает при использовании материалов с низкой реакционной способностью, таких как LiFePO ₄ и Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ , которые в настоящее время коммерциализированы.Наноподход, похоже, также имеет некоторые достоинства для кремниевых анодов, которые находятся на продвинутой стадии разработки. В дополнение к кремнию в последнее время на рынке аккумуляторных батарей появились новые электроды с высокой плотностью энергии, такие как слоисто-слоистые оксидные композиты, высоковольтные шпинели, конверсионные материалы и многовалентные окислительно-восстановительные соединения, включая, помимо прочего, силикаты.

Благодарность

Эта работа была поддержана помощником секретаря по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Управления автомобильных технологий США.S. Министерство энергетики по контракту № DE-AC02-05Ch21231. Этот документ был подготовлен как отчет о работе, спонсируемой правительством США. Хотя предполагается, что этот документ содержит правильную информацию, ни правительство США, ни какое-либо его ведомство, ни регенты Калифорнийского университета, ни их сотрудники не дают никаких гарантий, явных или подразумеваемых, и не принимают на себя никакой юридической ответственности за точность, полнота или полезность любой раскрытой информации, устройства, продукта или процесса или свидетельствует о том, что ее использование не нарушает права частной собственности.Ссылка в данном документе на какой-либо конкретный коммерческий продукт, процесс или услугу по его торговому наименованию, товарному знаку, производителю или иным образом не обязательно означает или подразумевает его одобрение, рекомендацию или поддержку со стороны правительства США или любого его агентства или регентов. Калифорнийского университета. Взгляды и мнения авторов, выраженные в данном документе, не обязательно отражают или отражают точку зрения правительства Соединенных Штатов или какого-либо его ведомства или регентов Калифорнийского университета.