Температурные поправки к показаниям денсиметра для приведения плотности электролита к 25°с
Задание
1. Ознакомиться с правилами техника безопасности.
2. Изучить теоретические основы физико-химических процессов, происходящих а свинцово-кислотном аккумуляторе.
3. Изучить содержание операций технического обслуживания аккумуляторных
батарей
4. Проверить техническое состояние аккумуляторной батареи (АКБ).
5. Разработать технологическую карту (по заданию преподавателя).
6. Убрать рабочее место, составить отчет о проделанной работе и защитить работу.
Оборудование, приборы и инструмент
1. Аккумуляторные батареи (АКБ).
2. Выпрямитель переменного тока.
3. Комплект приспособлений и приборов для ТО АКБ.
4. Литература, плакаты.
Правила техники безопасности
В
процессе зарядки АК5 выделяется, водород,
который образует с кислородом воздуха
гремучий газ, легко взрывающийся при
наличии искры.
Малогабаритные аккумуляторные батареи можно переносить вручную, но при этом необходимо использовать захваты или носилки и соблюдать меры предосторожности во избежание обливания электролитом.
Приготовлять кислотный электролит нужно в специальных сосудах (керамических, пластмассовых). При этом необходимо сначала налить дистиллированную воду, а затем в нее влить кислоту. Переливать кислоту допускается только при помощи качалок, сифонов и других приспособлений. Перед заливкой, доливкой и приготовлением электролита аккумуляторщику следует надевать защитные очки и резиновые перчатки.
При
зарядке аккумуляторных батарей необходимо
выполнять следующие правила: соединять
аккумуляторные батареи между собой
плотно прилегающими (пружинными)
зажимами (для кислотных аккумуляторных
батарей), или плоскими наконечниками
(для щелочных АКБ), имеющими надежный
электрический контакт, исключающий
возможность искрения; контролировать
ход зарядки только при помощи термометра,
ареометра, нагрузочной вилки или других
специальных приборов; не наклоняться
близко к аккумуляторам во избежание
ожога брызгами кислоты, вылетающими из
отверстия аккумулятора.
Плавить свиней и заполнять им формы при отливке деталей аккумуляторов разрешается только в вытяжных шкафах. При плавке свинца в расплавленную массу нельзя класть пластины, использованные в аккумуляторах. Все работы по ремонту батарей, связанные с прикосновением со свинцом и его окислами, должны производиться только в резиновых перчатках.
В
аккумуляторном отделении должны иметься
умывальник, мыло, вата в упаковке,
полотенце и закрытые сосуды с 5- и 10%-ным
нейтрализующим раствором питьевой соды
(для кожи тела) и 2-3%-ным нейтрализующим
раствором питьевой соды (для глаз). При
эксплуатации щелочных аккумуляторов
f.
качестве
нейтрализующего раствора применяют
5-10%-ный раствор борной кислоты (для кожи
тела) и 2-3%-ный раствор той же кислоты
(для глаз). При попадании кислоты, щелочи
или электролита на открытые части тела
во избежание ожога необходимо немедленно
промыть этот участок тела сначала
нейтрализующим раствором, а затем водой
с мылом. Электролит, пролитый на стеллажи,
рекомендуется вытереть ветошью, смоченной
в 10%-г’см Однако
растворение концентрированной серной
кислоты а воде сопровождается выделением
большого количества тепла. По этой
причине для приготовления электролита
применяется посуда, стойкая не только
к действию серной кислоты, но и к высокой
температуре (керамическая, пластмассовая,
эбонитовая, свинцовая). В сосуд для
приготовления электролита сначала
заливается зола, а затем при непрерывном
помешивании серная кислота. Вливать
волу а концентрированную серную кислоту
запрещается, так как при вливании волы
в кислот)’ происходит быстрое разогревание
воды, она нагревается, вскипает и
разбрызгивается вместе с кислотой,
которая, попадая на кожу человека,
вызывает ожоги.
Плотность
электролита, применяемого для приготовления
в действие стартерных аккумуляторных
батарей, может быть от 1,20 до 1,28.
Используется так же раствор плотностью
1,40 г/см3,
который применяется как промежуточный
при приготовлении электролита необходимой
плотности и когда необходимо повысить
плотность электролита в аккумуляторе. При приготовлении электролита
необходимой плотности можно использовать
нормы расхода компонентов для приготовления
1 л электролита (табл.2).
Из табл. 2 видно, что при использовании концентрированной серной кислоты объем раствора получается меньше суммы объемов компонентов. Это явление называется «усадкой» электролита, а проявляется сильнее с повышением плотности раствора. При применении для приготовления раствора электролита плотностью 1,40 г/см’ явление «усадки» сказывается незначительно и им можно пренебречь.
Плотность электролита определяется денсиметром с резиновой грушей. Одновременно с замером плотности замеряется температура электролита. Плотность электролита приводится к 25°С. В зависимости от температуры электролита показания денсиметра корректируются поправкой (табл.3).
Таблица 2
Соотношение
количества кислоты, воды и концентрированного
электролита при +250С
для получения 1 л электролита требуемой
плотности.
Требуемая плотность | Температура | Объем, л | Объем, л | ||
приготавливаемого электролита при +25°С, г/с | Замерзания, 0С | Воды | Электролита плотностью 1,4 г/смэ | Воды | Электролита плотностью 1,4 г/см’ |
1,210 | -34 | 0,475 | 0,525 | 0,849 | 0,211 |
1,230 | -42 | 0,425 | 0,575 | 0,829 | 0,231 |
1,240 | -50 | 0,400 | 0,600 | 0,819 | 0,242 |
1,240 | -54 | 0,375 | 0,625 | 0,809 | 0,252 |
1,260 | -58 | 0,350 | 0,650 | 0,800 | 0,263 |
1,270 | -60 | 0,325 | 0,675 | 0,790 | 0,274 |
1,280 | -64 | 0,300 | 0,700 | 0,781 | 0,285 |
1,290 | -68 | 0,275 | 0,725 | 0,771 | 0,296 |
1,300 | -66 | 0,250 | 0,750 | 0,761 | 0,306 |
1,310 | -60 | 0,225 | 0,775 | 0,750 | 0,316 |
1,400 | -36 | — | 1,000 | 0,650 | 0,423 |
Примечание.
При замерах плотности электролита следует учитывать, что повышение температуры на 1°С приводит к снижению плотности электролита на 0,0007 г/см3, а понижение температуры электролита на 1°С, наоборот,- к увеличению плотности электролита на 0,0007 г/см3 (исходной считается температура +25°С).
Таблица 3
Температура электролита. 0С | Поправка, г/см |
-65…-50 | -0.06 |
-49…-35 | -0,05 |
-34…-20 | -0,04 |
-19. | -0.03 |
-4…+ 10 | -0,02 |
+ 11…+25 | -0,01 |
+26…+40 | +0,01 |
+0,02 |
Температура электролита, заливаемого р. АКБ, должна быть не выше 30 0С и не ниже 15°С. Плотность электролита, заливаемого в АКБ, зависит от климатического района, в котором эксплуатируется автомобиль.
Непосредственно
перед заливкой электролита вывертываются
вентиляционные пробки и удаляют
летали, герметизирующие вентиляционные
отверстия. Если в горловине под пробкой
имеется герметизирующий диск, его
необходимо удалить. Затем постепенно
небольшой струей заливаю! электролит,
до тех пор, пока поверхность электролита
не коснется нижнего торца тубуса
горловины крышки.
■ Таблица 4
Климатические районы по Гост16350-80 (среднемесячная температура воздуха в январе) | Плотность электролита, приведенная к 25оС,г/см3 | |||
Врем года | Заливается при приведении батарей в действие | В плотностью заряженной батарей | ||
Очень холодный (-5О — ЗО°С) Холодный (-3O — I50С)’ Умеренный (-15. Жаркий сухой (+4.- 15°С) Теплый влажный (0 – 40С) | Зима лото Круглый год То же -«- -«- | 1,28 1,24 1,26 1,24 1,21 1,21 | 1,30 1,26 1,28 1,26 1,23 1,23 |
Примечание:
Допускаются
отклонения плотности электролита от
значений, приведенных в таблице, на
±0,01 г/см3.
У сухозаряженных батарей сохранение сухозаряженности зависит от длительности и условий их хранения. Для определения потери сухозаряженностн после заливки электролита в промежутке времени от 20 мин до 2 ч производится контроль плотности электролита. Если снижение плотности заливаемого электролита не превышает 0,03 г/см3, батарея может быть сдана в эксплуатацию.
При снижении плотности электролита более 0,03 г/см3 батарею следует зарядить. Обязательному заряду подлежат так же несухозаряженные батареи.
При необходимости срочного ввода в эксплуатацию сухозаряженных батарей допускается установка их на автомобили без контроля плотности электролита. Такой способ возможен, если батареи хранились не более 1 года и температура электролита и батарей не ниже 15°С.
В
особых случаях батареи, хранящиеся при
отрицательных температурах до -30°.С,
допускается заливать электролитом
температурой 40°.С и плотностью 1,27
г/см3.
После 1 ч выдержки, если батарея хранилась
не более 1 года, дальнейшие операции
производятся как при обычном приведении
батареи в действие.
В случаях срочного ввода в эксплуатацию после возвращения автомобиля с линии батарею необходимо зарядить и довести плотность электролита до необходимой величины.
Плотность электролита в аккумуляторе – зимой и летом: таблица – AvtoTachki
Большая часть аккумуляторных батарей, которые продаются в России, относится к полуобслуживаемым. Это означает, что владелец может откручивать пробки, проверять уровень и плотность электролита и при необходимости доливать внутрь дистиллированную воду. Все кислотные АКБ, когда только поступают в продажу, заряжены, как правило, на 80 процентов. При покупке следите за тем, чтобы продавец выполнил предпродажную проверку, одним из пунктов которой является проверка плотности электролита в каждой из банок.
В сегодняшней статье на нашем портале Vodi.su мы рассмотрим понятие плотности электролита: что это такое, какой она должна быть зимой и летом, как ее повысить.
В кислотных АКБ в качестве электролита применяется раствор h3SO4, то есть серной кислоты. Плотность напрямую связана с процентным содержанием раствора — чем больше серы, тем она выше. Еще один немаловажный фактор — температура самого электролита и окружающего воздуха. Зимой плотность должна быть выше, чем летом. Если же она упадет до критической отметки, то электролит попросту замерзнет со всеми вытекающими последствиями.
Измеряется данный показатель в граммах на сантиметр кубический — г/см3. Измеряют ее при помощи простого прибора ареометра, который собой представляет стеклянную колбу с грушей на конце и поплавком со шкалой в середине. При покупке нового АКБ продавец обязан измерить плотность, она должна составлять, в зависимости от географической и климатической зоны, 1,20-1,28 г/см3. Допускается разница по банкам не более 0,01 г/см3. Если же разница больше, это свидетельствует о возможном коротком замыкании в одной из ячеек. Если же плотность одинаково низкая во всех банках, это говорит как о полном разряде батареи, так и о сульфатации пластин.
Помимо измерения плотности продавец должен также проверить, как аккумулятор держит нагрузку. Для этого применяют нагрузочную вилку. В идеале напряжение должно падать с 12 до девяти Вольт и держаться на этой отметке некоторое время. Если же оно падает быстрее, а электролит в одной из банок кипит и выделяет пар, значит от покупки этой АКБ следует отказаться.
Плотность в зимний и летний период
Более детально данный параметр для вашей конкретной модели АКБ нужно изучить в гарантийном талоне. Созданы специальные таблицы для различных температур, при которых электролит может замерзнуть. Так, при плотности 1,09 г/см3 замерзание происходит при -7°С. Для условий севера плотность должна превышать 1,28-1,29 г/см3, ведь при таком показателе температура его замерзания составляет -66°С.
Плотность обычно указывают для температуры воздуха +25°С. Она должна составлять для полностью заряженной батареи:
- 1,29 г/см3 — для температур в пределах от -30 до -50°С;
- 1,28 — при -15-30°С;
- 1,27 — при -4-15°С;
- 1,24-1,26 — при более высоких температурах.
Таким образом, если вы эксплуатируете автомобиль в летний период в географических широтах Москвы или Санкт-Петербурга, плотность может быть в пределах 1,25-1,27 г/см3. Зимой же, когда температуры опускаются ниже -20-30°С, плотность повышается до 1,28 г/см3.
Обратите внимание, что “повышать” ее искусственно никак не нужно. Вы попросту продолжаете пользоваться своим автомобилем в обычном режиме. А вот если АКБ быстро разряжается, имеется смысл провести диагностику и при необходимости поставить на зарядку. В случае же, если машина долго стоит на морозе без работы, АКБ лучше снять и унести в теплое место, иначе он от длительного простоя попросту разрядится, а электролит начнет кристаллизоваться.
Практические советы по эксплуатации АКБ
Самое основное правило, которое следует запомнить, — в батарею ни в коем случае нельзя заливать серную кислоту. Повышать плотность таким образом вредно, так как при повышении активизируются химические процессы, а именно сульфатации и коррозии, и уже через год пластины станут полностью ржавыми.
Регулярно проверяйте уровень электролита и при его падении доливайте дистиллированную воду. Затем АКБ нужно либо поставить на зарядку, чтобы кислота смешалась с водой, либо зарядить АКБ от генератора во время длительной поездки.
Если машину ставите «на прикол», то есть некоторое время не используете ее, то, даже если среднесуточные температуры опускаются ниже нуля, нужно позаботиться о том, чтобы АКБ был полностью заряжен. Это минимизирует риск замерзания электролита и разрушения свинцовых пластин.
При падении плотности электролита увеличивается его сопротивление, из-за чего, собственно, и затруднен запуск двигателя. Поэтому прежде, чем завести мотор, прогрейте электролит, включив на некоторое время фары или другое электрооборудование. Не забывайте также проверять состояние клемм и очищать их. Из-за плохого контакта пускового тока недостаточно для создания нужного крутящего момента.
Как измерить плотность электролита в аккумуляторе
Смотрите это видео на YouTube
Зимняя и летняя плотность электролита
Смотрите это видео на YouTube
Загрузка…
Плотность, удельный вес и коэффициенты теплового расширения
Плотность равна отношению массы к объему вещества:
ρ = m/V [1]
, где
ρ = плотность, обычно единицы [ г/см 3 ] или [фунт/фут 3 ]
m = масса, единицы измерения обычно [г] или [фунт]
V = объем, единицы измерения обычно [см 3 ] или [фут 3 ]
Чистая вода имеет самую высокую плотность 1000 кг/м 3 или 1,940 порций/фут 3 при температуре 4°C (=39,2°F).
Удельный вес равен отношение веса к объему вещества:
γ = (m * g)/V = ρ * g [2]
где
γ = удельный вес, ед. обычно [Н/м 3 ] или [lbf/ft 3 ]
m = масса, единицы измерения обычно [г] или [фунты]
g = ускорение свободного падения, единицы измерения обычно [м/с 2 ] и значение на Земле, обычно задаваемое как 9,80665 м/с 2 или 32,17405 фут/с 2
V = объем, единицы измерения обычно [см 3 ] или [фут 3 900 13 ]
ρ = плотность , единицы измерения обычно [г/см 3 ] или [фунт/фут 3 ]
Пример 1. Удельный вес воды
В системе СИ удельный вес воды при 4°C будет:
γ = 1000 [кг/м3] * 9,807 [м/с2] = 9807 [кг/(м2 с2)] = 9807 [Н/м3] = 9,807 [кН/м3]
В имперской системе единицей массы является slug [sl] , и она получена из фунта-силы путем определения ее как массы, которая будет ускоряться со скоростью 1 фут в секунду в квадрате, когда на нее действует сила в 1 фунт. :
1 [фунт f ] = 1 [sl] * 1 [фут/с2] и 1 [sl] = 1 [фунт f ]/1 [фут/с2]
Плотность воды равна 1,940 л/фут 3 при 39 °F (4 °C), а удельный вес в британских единицах равен
γ = 1,940 [л/фут3] * 32,174 [фут/с2] = 1,940 [фунт f ]/([фут/с2]*[фут3]) * 32,174 [фут/с2] = 62,4 [фунт f /фут3]
Подробнее о разнице между массой и весом
Онлайн Калькулятор плотности воды
Приведенный ниже калькулятор можно использовать для расчета плотности жидкой воды при заданных температурах.
Плотность на выходе дается как г/см 3 , кг/м 3 , фунт/фут 3 , фунт/галлон (жидкость США) и л/фут 3 .
Внимание! Температура должна быть в пределах 0–370 °C, 32–700 °F, 273–645 K и 492-1160 °R, чтобы получить действительные значения.
Температура
Выберите фактическую единицу измерения температуры:°C °F K °R
Плотность воды зависит от температуры и давления, как показано ниже:
См. раздел Вода и тяжелая вода термодинамические свойства при стандартные условия.
См. также другие свойства Вода при различной температуре и давлении : Температуры кипения при высоком давлении, Температуры кипения при вакууме, Динамическая и кинематическая вязкость, Энтальпия и энтропия, Теплота парообразования, Константа ионизации, pK w , нормальной и тяжелой воды, температуры плавления при высоком давлении, число Прандтля, свойства в условиях газожидкостного равновесия, давление насыщения, удельный вес, удельная теплоемкость (теплоемкость), удельный объем, теплопроводность, температуропроводность и пар давление при газожидкостном равновесии.
Для других веществ см. плотность и удельный вес ацетона, воздуха, аммиака, аргона, бензола, бутана, углекислого газа, монооксида углерода, этана, этанола, этилена, гелия, водорода, метана, метанола, азота , кислород, пентан, пропан и толуол.
Плотность сырой нефти , плотность жидкого топлива , плотность смазочного масла и плотность топлива для реактивных двигателей в зависимости от температуры.
Как показано на рисунках, изменение плотности не является линейным с температурой — это означает, что коэффициент объемного расширения воды не является постоянным в диапазоне температур.
Плотность воды, удельный вес и коэффициент теплового расширения при температуре, указанной в градусах Цельсия:
Для просмотра полной таблицы удельного веса и коэффициента теплового расширения — поверните экран!
Температура | Плотность (0-100°C при 1 атм, >100°C при давлении насыщения) 9000 4 | Удельный вес | Коэффициент теплового расширения | |||||||
[°C] | [г/см 3 ] | [кг/м 3 ] | [sl/ft 3 ] | [фунт м 9 0083 /фут 3 ] | [фунт м /гал (США жидк.![]() | [кН/м 3 ] | [фунт f /фут 3 ] | [ * 10 — 4 К -1 ] | ||
0,1 | 0,9998495 | 999,85 | 1,9400 | 62,4186 | 8,3441 | 9,8052 | 62,419 | -0,68 90 175 | ||
1 | 0,9999017 | 999,90 | 1,9401 | 62,4218 | 8,3446 | 9,8057 | 62,422 | -0,50 | ||
4 | 0,9999749 | 999,97 | 1,9403 | 62,4264 | 8,3 452 | 9,8064 | 62,426 | 0,003 | ||
10 | 0,9997000 | 999,70 | 1,9397 9017 5 | 62,4094 | 8,3429 | 9,8037 | 62,409 | 0,88 | ||
15 | 0,99 | |||||||||
999,10 | 1,9386 | 62,3719 | 8,3379 | 9,7978 | 62,372 | 1,51 | ||||
20 | 0,9982067 | 998,21 | 1,9368 | 62,3160 | 8,3304 | 9,7891 | 62,316 | 2,07 90 175 | ||
25 | 0,9970470 | 997,05 | 1,9346 | 62,2436 | 8,3208 | 9,7777 | 62,244 | 2,57 | ||
30 | 0,9956488 | 995,65 | 1,9319 | 62,1563 | 8,3091 | 9 0172 9.62,156 | 3,03 | |||
35 | 0,9940326 | 994,03 | 1,9287 | 62.0554 | 8.2956 | 9.7481 | 62.055 | 3.45 | ||
40 | 9 0172 0,9992,22 | 1,9252 | 61,9420 | 8,2804 | 9,7303 | 61,942 | 3,84 | |||
45 | 0,99021 | 990,21 | 1,9213 | 61,8168 | 8,2637 | 9,7106 | 61,817 | 4,20 90 175 | ||
50 | 0,98804 | 988,04 | 1,9171 | 61,6813 | 8,2456 9 0175 | 9,6894 | 61,681 | 4,54 | ||
55 | 0,98569 | 985,69 | 1,9126 | 61,5346 | 8,2260 | 901 72 9,666361,535 | 4,86 | |||
60 | 0,98320 | 983,20 | 1,9077 | 61,3792 | 8,2052 | 9,6419 | 61,379 | 5,16 | ||
65 | 0,98055 90 175 | 980,55 | 1,9026 | 61,2137 | 8,1831 | 9,6159 | 61,214 | 5,44 | ||
70 | 0,97776 | 977,76 | 1,8972 | 61.![]() | 8.1598 | 9.5886 | 61.040 | 5.71 | ||
75 | 0,97484 | 974,84 | 1,8915 | 60,8573 | 8,1354 | 9,5599 9017 5 | 60,857 | 5,97 | ||
80 | 0,97179 | 971,79 | 1,8856 | 60,6669 | 8,1100 | 9,5300 | 60,667 | 6,21 | ||
85 | 0,96861 | 968,61 | 1,8794 | 60,4683 | 8,083 4 | 9,4988 | 60,468 | 6,44 | ||
90 | 0,96531 | 965,31 | 1,8730 | 60,2623 | 8,0559 | 9,4665 | 60,262 | 6,66 | ||
95 | 0,96189 | 961,89 | 1,8664 | 60.0488 | 8.0274 | 9.4329 | 60.049 | 6.87 | ||
100 | 0,95835 | 958,35 | 1,8595 | 59,8278 | 7,9978 | 9,3982 | 5 9,828 | 7,03 | ||
110 | 0,95095 | 950,95 | 1,8451 | 59,3659 | 7,9361 | 9,3256 | 59,36 6 | 8.![]() | ||
120 | 0,94311 | 943,11 | 1,8299 | 58,8764 | 7,8706 901 75 | 9,2487 | 58,876 | 8,60 | ||
140 | 0, | 926,13 9017 5 | 1,7970 | 57,8164 | 7,7289 | 9,0822 | 57,816 | 9,75 | ||
160 | 0, | 907,45 | 1.7607 | 56.6503 | 7,5730 | 8,8990 | 56,650 | 11,0 | ||
180 | 0,88700 | 887,00 | 1,7211 | 55,3736 | 7,4024 | 8,6985 | 55,374 | 90 172 12,3|||
200 | 0,86466 | 864,66 | 1,6777 | 53,9790 | 7,2159 | 8,4794 | 53,979 | 13,9 | ||
220 | 0,84022 | 840,22 | 1,6303 | 52,4532 | 7,0120 | 8,2 397 | 52,453 | 16,0 | ||
240 | 0,81337 | 813,37 | 1,57 82 | 50,7770 | 6,7879 | 7,9764 | 50,777 | 18,6 | ||
260 | 0,78363 | 783,63 | 1,5205 | 48.![]() | 6,5397 | 7,6848 | 48,920 | 22,1 | ||
280 | 0,75028 | 750,28 | 1,4558 | 46,8385 | 6,2614 | 7,3577 | 46,838 | 90 192 | ||
300 | 0,71214 | 712,14 | 3 200,66709 | 667,09 | 1,2944 | 41,6451 | 5,5671 | 6,5419 | 41,645 | |
340 | 0,61067 | 610,67 | 1,1849 | 38,1229 | 5,096 3 | 5,9886 | 38,123 | |||
360 | 0,52759 | 527,59 | 1,0237 | 32,9364 | 4,4030 | 5,1739 9 0175 | 32,936 | |||
373,946 | 0,3220 | 322,0 | 0,625 | 20,102 | 2,6872 | 3,1577 | 20,102 |
Плотность воды, удельный вес и коэффициент теплового расширения при температурах, указанных в градусах Фаренгейта :
Для просмотра полной таблицы с удельным весом и коэффициентом теплового расширения — поверните экран!
Температура | Плотность (0-212°F при 1 атм, >212°F при давлении насыщения) | Удельный вес 9017 5 | Коэффициент теплового расширения | |||||
[°F] | [lb m /ft 3 ] | [sl/ft 3 ] | 9017 2 [фунт м /гал(США жидк.[г/см 3 ] | [кг/м 3 ] | [фунт f /фут 3 900 13 ] | [кН/м 3 ] | [ * 10 — 4 К -1 ] | |
32,2 | 62,42 | 9 0172 1,94008,3441 | 0,99985 | 999,9 | 62,42 | 9,805 | -0,68 9 0175 | |
34 | 62,42 | 1,9402 | 8,3448 | 0,99993 | 999,9 | 62,42 9 0175 | 9,806 | -0,50 |
39,2 | 62,43 | 1,9403 | 8,3452 9017 5 | 0,99997 | 1000,0 | 62,43 | 9,806 | 0,0031 |
40 | 62,42 | 1,9402 | 8,3450 9 0175 | 0,99995 | 1000,0 | 62,42 | 9,806 | 0,01 |
50 | 62,41 | 1,9397 | 8,3429 | 0,99970 | 999,7 | 62,41 | 9,804 | 0,88 |
60 | 62,36 | 1,9383 | 8,3369 | 0,99898 | 999,0 | 62,36 | 9,797 | 1,59 |
70 | 62,30 | 1,9364 | 8,3283 | 0,99796 | 998,0 | 62,30 | 9,787 | 2,18 |
80 | 62,22 | 1,9338 | 8,3172 | 0,99662 | 996,6 9 0175 | 62,22 | 9,773 | 2,72 |
90 | 62,11 | 1,9306 | 8,3035 | 0,99498 | 995,0 | 62,11 | 9,757 | 3,21 |
100 | 62,00 | 1,9269 | 8,2877 | 0,99308 9 0175 | 993,1 | 62,00 | 9,739 | 3,66 |
110 | 61,86 | 9 0172 1,92278,2697 | 0,99093 | 990,9 | 61,86 | 9,718 | 4,08 | |
120 | 61,71 | 9017 2 1,91818,2499 | 0,98855 | 988,6 | 61,71 | 9,694 | 4,46 | |
130 90 175 | 61,55 | 1,9131 | 8,2283 | 0,98597 | 986,0 | 61,55 | 9 .![]() | 4,81 |
140 | 61,38 | 1,908 | 8,205 | 0,9832 | 983,2 | 61,38 | 9,642 | 5,16 |
150 | 61,19 | 1,902 | 8,180 | 0,9802 | 980,2 | 61,19 | 9,613 | 5,47 |
160 | 61,00 | 1,896 | 8,154 | 0,9771 | 977,1 | 61,00 | 9,582 | 5,71 |
170 | 60,79 | 1,890 | 8,12 7 | 0,9738 | 973,8 | 60,79 | 9,550 | 6,05 |
180 | 60,58 | 1,883 | 8,098 | 0,9704 | 970,4 | 60,58 | 9,516 | 6,31 |
60,35 | 1,876 | 8,068 | 0,9668 | 966,8 | 60,35 | 9,481 | 6,57 | |
60,12 | 1,869 | 8,037 | 0,9630 | 963,0 | 60,12 | 9,444 | 6,79 90 175 | |
212 | 59,83 | 1,860 | 7,998 | 0,9584 | 958,4 | 59,83 | 9,398 | 7,07 |
220 | 59,63 | 1,853 | 7,971 | 0,9552 | 955,2 | 90 172 59,639,367 | ||
240 | 59,10 | 1,837 | 7,900 | 0,9467 | 946,7 901 75 | 59,10 | 9,283 | |
260 | 58,53 | 1,819 | 7,824 90 175 | 0,9375 | 937,5 | 58,53 | 9,194 | |
280 | 57,93 | 1,800 | 7,744 | 0,9 279 | 927,9 | 57,93 | 9,100 | |
300 | 57,29 | 1,781 | 7,659 9017 5 | 0,9177 | 917,7 | 57,29 | 8,999 | |
350 | 55,59 90 175 | 1,728 | 7,431 | 0,8905 | 890,5 | 55,59 | 8,733 | |
400 | 53,67 | 1,6 68 | 7.![]() | 0,8598 | 859,8 | 53,67 | 8,432 | |
450 | 51,45 901 75 | 1,599 | 6,878 | 0,8242 | 824,2 | 51,45 | 8,083 | |
500 | 48,92 | 1,521 | 6,540 | 0,7836 | 783,6 | 48,92 | 7,685 | |
550 | 45,95 | 1,428 | 6,142 | 0,7360 | 736,0 | 45,95 | 7,218 | 600 | 42,36 | 1,317 | 5,663 | 0,6786 | 678,6 | 42,36 | 6,655 |
625 | 40,12 | 1,247 | 5,363 | 0,6426 | 642,6 | 40,12 | 6.302 | |
650 | 37,35 | 1,161 | 4,993 | 0,5982 | 598,2 | 37,35 901 75 | 5,867 | |
675 | 33,79 | 1,050 | 4,517 | 0,5412 9 0175 | 541,2 | 33,79 | 5,307 |
Плотность и удельный вес воды при 1000 psi и заданных температурах:
Для полной таблицы с удельным весом — поверните экран!
Температура | Плотность (при 1000 фунтов на кв.![]() | Удельный вес 90 175 | ||||||||||||
[°C] | [°F] | [г/см 3 ] | [кг/м 3 ] | [sl/ft 3 ] 9 0175 | [фунт м /фут 3 ] | [фунт м /гал (жидк. США)] | [фунт f /фут 3 ] | [кН/м 3 ] | ||||||
0,0 | 32 | 1,0031 | 1003,1 | 1,946 | 62,62 | 8,371 | 62,62 | 9,837 | ||||||
4,4 | 40 | 1,0031 | 1003,1 | 1,946 | 62,62 | 8,371 | 62,62 | 9,837 | ||||||
10,0 | 50 | 1,0031 | 1003,1 | 9017 2 1,94662,62 | 8,371 | 62,62 | 9,837 | |||||||
15,6 | 60 | 1,0024 | 1002,4 | 1,945 | 62,58 | 8,366 | 62,58 | 9,831 | ||||||
21,1 | 70 | 1,0012 | 1001,2 | 1,943 | 62,50 | 8,355 | 62,50 | 9,818 | ||||||
26,7 901 75 | 80 | 0,9999 | 999,9 | 1,940 | 62,42 | 8,344 | 62,42 90 175 | 9,805 | ||||||
32,2 | 90 | 0,9981 | 998,1 | 1,937 | 62,31 | 8,330 | 62,31 901 75 | 9,788 | ||||||
37,8 | 100 | 0,9962 | 996,2 | 1,933 | 62,19 | 8,314 9017 5 | 62,19 | 9,769 | ||||||
43,3 | 110 | 0,9944 | 994,4 | 901 72 1,92862,03 | 8,292 | 62,03 | 9,744 | |||||||
48,9 | 120 | 0,9912 | 991,2 | 901 72 1,92361,88 | 8,272 | 61,88 | 9,721 | |||||||
54,4 | 130 | 0,9888 | 9017 6 0,0140 | 0,9864 | 986,4 | 1,914 | 61,58 | 8,232 | 61,58 | 9,673 | ||||
6 5,6 | 150 | 0,9834 | 983,4 | 1,908 | 61,39 | 8,207 | 61,39 | 9,644 | 901 92||||||
71,1 | 160 | 0,9803 | 980,3 | 1,902 | 61,20 | 8.![]() | 61,20 | 9,614 | ||||||
76,7 | 170 | 0,9768 | 976,8 | 1,895 | 60,98 | 8,1 52 | 60,98 | 90,9731 | 973,1 | 1,888 | 60,7 5 | 8,121 | 60,75 | 9,543 |
87,8 | 190 | 0,9696 901 75 | 969,6 | 1,881 | 60,53 | 8,092 | 60,53 | 9,509 | ||||||
93,3 | 200 | 0,96 61 | 966,1 | 1,874 | 60,31 | 8,062 | 60,31 | 9,474 | ||||||
121,1 | 250 9017 5 | 0,9456 | 945,6 | 1,835 | 59,03 | 7,891 | 59,03 | 9,273 | ||||||
148,9 | 300 | 0,9217 | 921,7 | 1,788 | 57,54 | 7,692 | 57,54 | 9,039 | ||||||
176,7 | 350 | 0,8943 | 894,3 | 1,735 | 55,83 | 7,463 | 55,83 901 9 0172 53,91 | 7,207 | 53,91 | 8,469 | ||||
260,0 | 500 | 0,7867 | 786,7 | 1,526 | 90 172 49,116,565 | 9температура кипения
Плотность воды и удельный вес при 10 000 psi и заданных температурах:
Для полной таблицы с удельным весом — поверните экран!
Температура | Плотность (при 10 000 фунтов на кв.![]() | Удельный вес | ||||||
[°C] | [°F] | [г/см 3 ] | 9000 3 [кг/м 3 ] | [ст/фут 3 ] | [фунт м /фут 3 ] | [фунт м /гал(США жидк.)] 90 175 | [фунт f /фут 3 ] | [кН/м 3 ] |
0,0 | 32 | 1,033 | 1033 | 2,004 | 64,5 | 8,62 | 64,5 | 901 72 10,13|
4,4 | 40 | 1,032 | 1032 | 2,003 | 64,4 9 0175 | 8,61 | 64,4 | 10,12 |
10,0 | 50 | 1,031 | 1031 | 2,000 | 64,4 | 8,60 | 64,4 | 10,11 |
15,6 | 60 | 1,029 | 1029 | 1,997 | 6 4,3 | 8,59 | 64,3 | 10,09 |
21,1 | 70 | 1,028 | 1028 | 1,994 | 64,1 | 8,58 | 64,1 | 10,08 |
26,7 | 80 | 1,026 90 175 | 1026 | 1,990 | 64,0 | 8,56 | 64,0 | 10,06 |
32,2 | 90 | 1,0 24 | 1024 | 1,986 | 63,9 | 8,54 | 63,9 | 10,04 | 37,8 | 100 | 1,021 | 1021 | 1,982 | 63,8 | 8,52 | 63,8 | 10,02 |
43,3 | 110 | 1,019 | 1019 | 1,977 | 63,6 | 8,51 | 63,6 | 9,99 | 9 0192
48,9 | 120 | 1,017 | 1017 | 1,973 | 63,5 | 8,4 8 | 63,5 | 9,97 |
54,4 | 130 | 1,014 | 1014 | 1,968 | 63,3 | 8,46 | 63,3 | 9,94 |
60,0 | 140 | 1,011 | 1011 | 1,962 | 63,1 | 8 .![]() | 63,1 | 9,92 |
65,6 | 150 | 1,008 | 1008 | 1,957 | 63,0 | 8,42 | 63,0 | 9,89 |
71,1 | 160 | 1,005 | 1005 90 175 | 1,951 | 62,8 | 8,39 | 62,8 | 9,86 |
76,7 | 170 | 1,002 | 10 02 | 1,945 | 62,6 | 8,37 | 62,6 | 9,83 |
82,2 | 180 | 0,999 | 999 | 1,939 | 62,4 | 8,34 | 62,4 | 9,80 |
87,8 90 175 | 190 | 0,996 | 996 | 1,932 | 62,2 | 8,31 | 62,2 | 9,77 |
93,3 901 75 | 200 | 0,992 | 992 | 1,926 | 62,0 | 8,28 | 62,0 | 9 0172 9,73|
121,1 | 250 | 0,974 | 974 | 1,890 | 60,8 | 8,13 | 60,8 90 175 | 9,55 |
148,9 | 300 | 0,953 | 953 | 1,849 | 59,5 | 7,95 | 59,5 90 175 | 9,35 |
176,7 | 350 | 0,930 | 930 | 1,805 | 9017 2 58,17,76 | 58,1 | 9,12 | |
204,4 | 400 | 0,905 | 905 | 1,756 | 56,5 | 7,55 | 56,5 | 8,88 |
260,0 | 500 | 0,847 | 847 | 1,643 | 9 0172 52,97,07 | 52,9 | 8,31 | |
315,6 | 600 | 0,77 4 | 774 | 1.![]() | 48,3 | 6,46 | 48,3 | 7,59 |
Вес галлона США основан на 7,48 галлона на кубический фут 900 33 .
- 1 галлон (США, жидк.) = 3,7854 л = 0,8327 галлона (Великобритания) = 0,8594 галлона (США, сухой) = 0,1074 буш. жидк.) = 16 с(США) = 32 ги(США, жидк.) = 128 жидких унций(США) = 1024 жидких др.(США) = 3,7854×10 -3 м 3 = 0,1337 футов 3 = 4,9 51×10 -3 ярдов 3
Чтобы преобразовать плотность в кг/м 3 в другие единицы плотности или между единицами измерения, используйте следующие значения преобразования:
См. также конвертер плотности
Пример 2. Плотность воды в унциях/дюймах 3
Плотность воды при температуре 20 o C составляет 998,21 кг/м 3 (таблица выше). Плотность в единицах унций/дюйм 3 может быть рассчитана с помощью приведенного выше значения преобразования как
998,21 [кг/м 3 ] * 0,0005780 [(унции/дюйм 3 )/(кг/м 3 )] = 0,5797 [унций/дюйм 3 ]
Пример 3: Масса горячей воды
Резервуар объемом 10 м 3 содержит горячую воду с температурой 190°F. Из таблицы выше плотность воды при 190°F составляет 966,8 кг/м 3 . Общая масса воды в баке может быть рассчитана как
10 [м 3 ] * 966,8 [кг/м 3 ] = 9668 [кг]
См. также гидростатическое давление в воде и энергия, запасенная в горячей воде
Термический анализ электролитов литий-ионных аккумуляторов для работы при низких температурах
Ключевые слова : DSC, MDSC, литий-ионный аккумулятор, электролиты, низкая температура
Abstract
Электролиты в литий-ионных батареях должны оставаться в жидком состоянии для оптимального переноса ионов и работы батареи. Понимание фазового перехода электролитов имеет решающее значение для улучшения характеристик низкотемпературных аккумуляторов, особенно в холодном климате. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) обеспечивает простое измерение для оценки кристаллизации и плавления электролитов. Электролиты высокой концентрации могут быть переохлаждены и оставаться жидкими при быстром охлаждении, что приводит к кристаллизации при нагревании. Возникающие в результате холодная кристаллизация и плавление могут перекрываться в одном и том же диапазоне температур, что невозможно полностью проанализировать с помощью традиционного эксперимента ДСК. Модулированная ДСК разделяет кристаллизацию на нереверсивный сигнал теплового потока и плавление на реверсивный сигнал теплового потока. Это позволяет четко и точно интегрировать энтальпию, связанную с кристаллизацией и плавлением по отдельности, обеспечивая дальнейшее понимание механизма фазового перехода в диапазоне температур. В этой работе оцениваются два коммерчески доступных электролита, чтобы понять переходы при низких температурах, которые могут повлиять на производительность батареи.
Введение
Электролиты в литий-ионных батареях (LIB) позволяют ионам течь между катодом и анодом для зарядки и разрядки батареи. Ключевой задачей является достижение высокой плотности энергии при сохранении стабильности и долговечности в различных условиях эксплуатации. Состав электролита содержит соль, чаще всего LiPF 6 , в водном или органическом растворе [1]. Этиленкарбонат (EC), этилметилкарбонат (EMC) и диметилкарбонат (DMC) часто используются, но могут быть ограничены при более высоких напряжениях из-за окисления. Добавление добавок в формулу помогает обеспечить высокое напряжение, а также ограничивает концентрацию EC, что способствует работе при низких температурах [2] [3].
Распространенной жалобой на LIB является снижение эффективности при низких температурах. Если электролит замерзает, транспорт ионов снижается, что влияет на производительность батареи. Анализ электролитов для выявления фазовых переходов при низких температурах обеспечивает ценный инструмент для составления рецептур и помогает прогнозировать характеристики батареи в рабочих условиях. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) представляет собой простой метод измерения изменения теплового потока во время фазового перехода материала. TA Instruments Discovery DSC можно использовать для проведения традиционных испытаний DSC и модулированных испытаний DSC (MDSC), чтобы понять фазовые переходы электролитов, такие как кристаллизация, температуры плавления и энтальпии фазового перехода.
Традиционная ДСК измеряет тепловой поток как функцию линейно изменяющейся температуры в образце; MDSC дает дополнительное представление о традиционном тесте DSC, применяя синусоидальную модуляцию к средней скорости нагрева [4] [5]. Сигнал реверсирования в MDSC представляет собой реакцию теплового потока на скорость нагрева и измеряет теплоемкость (Cp), изменения теплоемкости и плавление кристаллов. Нереверсивный сигнал измеряет реакцию теплового потока на абсолютную температуру и время, фиксируя кинетические процессы, такие как кристаллизация, разложение, испарение, молекулярная релаксация и химические реакции. Возможность разрешать сложные переходы в определенные компоненты из измерений MDSC улучшает интерпретацию данных. В этой заметке дифференциальный сканирующий калориметр (DSC) TA Instruments используется для выполнения как традиционных, так и MDSC измерений электролитов LIB, чтобы понять фазовый переход как функцию температуры.
Experimental
Компания SpectraPower (Ливермор, Калифорния) предоставила два типа коммерческих электролитов, которые в данном исследовании обозначаются как электролит A и электролит B. ДСК TA Instruments с технологией Tzero измерял сигнал теплового потока во время нагревания и охлаждения образцов электролита. Образцы примерно по 10 мг готовили в перчаточном мешке и запечатывали в герметической ванне Tzero. Образцы сначала охлаждали до -120 °C, а затем повышали со скоростью 10 °C/мин от -120 °C до 40 °C для оценки замерзания и плавления электролита. Измерены температуры начала и пика кристаллизации и плавления, а также энтальпия фазового перехода.
MDSC выполняли с использованием метода только модулированного нагрева, показанного в таблице 1, с периодом модуляции 60 с и линейным изменением температуры 2 °C/мин от -120 °C до 40 °C.
Таблица 1. Процедура MDSC только с модулированным нагревом
Тест | Только модулированный нагрев |
---|---|
Период модуляции | 60 сек |
Скорость изменения скорости | 2 °C/мин |
Начальная температура | -120 °С |
Конечная температура | 40 °С |
Результаты и обсуждение
Определение фазовых переходов электролита помогает предотвратить замерзание во время работы батареи при низких температурах. Тепловой поток электролита во время замораживания и оттаивания, измеренный с помощью ДСК, показан на рисунке 1. Электролиты были охлаждены до -120 °C, а затем нагреты для измерения фазового перехода. Ни один из электролитов не кристаллизовался при охлаждении, что привело к переохлаждению раствора; однако оба кристаллизуются при нагревании (холодная кристаллизация) [6]. Электролит А (зеленый) демонстрирует начало кристаллизации при -63,1 °С и пик плавления при -6,6 °С. Электролит B (синий) демонстрирует более низкое начало кристаллизации при -81 °C и пик плавления при -67 °C. Более низкая температура плавления желательна для работы при более низких температурах, поскольку электролит остается жидким в более широком диапазоне температур. Когда электролит замерзает и кристаллизуется, подвижность ионов лития ограничивается, что влияет на производительность батареи. В состав электролита можно внести коррективы, чтобы повлиять на переход к замерзанию или в систему управления температурным режимом, чтобы предотвратить достижение аккумулятором начальной температуры замерзания.
В течение нескольких циклов мы также можем наблюдать тенденции в данных. На рис. 7 показаны средняя паразитная мощность и кулоновская эффективность для четырех циклов. По мере уменьшения паразитной мощности кулоновская эффективность увеличивается, что согласуется с предыдущими исследованиями [5]. Это соответствует теоретическим ожиданиям, поскольку они измеряют одно и то же событие с противоположных сторон. Кулоновский КПД является мерой электрохимического КПД; и наоборот, паразитная мощность является мерой неэффективности, включая как химические, так и электрохимические побочные реакции. Хорошей практикой является отслеживание кулоновской эффективности, поскольку ее можно использовать для проверки тепловых данных, как показано на рис. 7.9.0007
Перекрывающийся переход электролита А во время замораживания и плавления можно дополнительно понять с помощью MDSC. Во время MDSC только для нагрева модулированная температура никогда не снижается, и образец никогда не охлаждается, чтобы предотвратить влияние вынужденного охлаждения на кристаллизацию [7]. MDSC разделил перекрывающиеся переходы кристаллизации и плавления (рис. 1), чтобы различать кристаллизацию при нереверсировании и плавление при реверсировании сигналов теплового потока (рис. 2). Разделение позволяет четко интегрировать энтальпию, связанную с кристаллизацией и плавлением по отдельности. Полученная энтальпия кристаллизации электролита А составляет 28,8 Дж/г, а энтальпия плавления составляет 28,8 Дж/г, что указывает на то, что вся кристалличность сформировалась во время холодной кристаллизации при нагревании. Низкая скорость нагрева 2 °C/мин, используемая в MDSC, по сравнению с традиционной ДСК при 10 °C/мин, также улучшает разрешение и выявляет дополнительный пик кристаллизации при -63,7 °C и -52,7 °C. Плавление происходило сразу после основной кристаллизации и достигало пика при -5,6°С.
Электролит B, показанный на рисунке 3, имеет два отдельных пика кристаллизации и плавления. Подобно электролиту А, аналогичная общая энтальпия кристаллизации (21,3 Дж/г) и общая энтальпия плавления (21,3 Дж/г) электролита В указывает на то, что весь кристаллический материал образовался во время холодной кристаллизации при нагревании. Общие энтальпии могут быть разделены на две части для дальнейшей оценки механизма кристаллизации и плавления электролита B.
Программное обеспечение TRIOS может анализировать интегрирование с помощью функции «разделить пик», чтобы показать каждую региональную энтальпию и процент площади, показывая, сколько индивидуальной энтальпии, возникающей во время каждого события кристаллизации и плавления. Как видно из таблицы 2, хотя общая энтальпия плавления и кристаллизации одинакова, энтальпия первой кристаллизации (14,9Дж/г) и последующее плавление (12,8 Дж/г) не эквивалентны. Происходит последующая кристаллизация (6,5 Дж/г), за которой следует окончательное плавление (8,5 Дж/г). Это свидетельствует о гетерогенной кристаллизации и плавлении материалов. В зависимости от температуры процесса существуют разные фазы при данной температуре, и этот анализ дает представление о механизме фазового перехода.
Таблица 2. Распределение энтальпий кристаллизации и плавления электролита Б
Пиковая температура (°C) | Энтальпия (Дж/г) | Сигнал теплового потока | |
---|---|---|---|
1-я кристаллизация | -80,0 | 14,9 | Нереверсивный |
1-я плавка | -69,1 | 12,8 | Реверс |
2-я кристаллизация | -65,6 | 6,5 | Нереверсивный |
2-я плавка | -35,2 | 8,5 | Реверс |
Выводы
Понимание фазовых переходов электролитов имеет решающее значение для работы литий-ионных аккумуляторов при низких температурах. Дифференциальная сканирующая калориметрия измеряет тепловой поток электролитов и может использоваться для определения начальной температуры замерзания и температуры плавления. Преимущество MDSC заключается в разделении кристаллизации и перехода плавления, которые иногда происходят в одном и том же температурном диапазоне. С помощью этого метода исследователи могут исследовать новые составы для улучшения характеристик аккумуляторов при низких температурах, а производители могут использовать ДСК для контроля качества электролитов.
Ссылки
- Х. Ян, Г. В. Чжуан и П. Н. Росс-младший, «Термическая стабильность соли LiPF6 и электролитов литий-ионных аккумуляторов, содержащих LiPF6», Journal of Power Sources, vol. 161, стр. 573-579, 2006.
- Э. Р. Логан, Э. М. Тонита, К. Л. Геринг, Л. Ма, М. К. Г. Бауэр, Дж. Ли, Л. Ю. Больё и Дж. Р. Дан, «Исследование транспортных свойств электролитов лития, не содержащих этиленкарбоната», Журнал Электрохимического общества, том .
165, нет. 3, 2018.
- О. Лави, С. Луски, Н. Шпигель, К. Менахем, З. Померанц, Ю. Элиас и Д. Аурбах, «Электролитные растворы для перезаряжаемых литий-ионных аккумуляторов на основе фторсодержащих растворителей», ACS Applied Energy Materials, vol. . 3, стр. 7845-7499, 2020.
- Л. К. Томас, «TP006 Modulated DSC® Paper #1: Почему модулированная DSC®? ; Обзор и сводка преимуществ и недостатков по сравнению с традиционной DSC», TA Instruments, New Castle, DE.
- TA Instruments, «Примечание по тепловым приложениям TN34: модулированный DSCTM: простой метод со значительными преимуществами», TA Instruments, New Castle, DE.
- Л. А. Робертсон, З. Ли, Ю. Цао, И. А. Шкроб, М. Тяги, К. С. Смит, Л. Чжан, Дж. С. Мур и Ю. З., «Наблюдение за микрогетерогенностью в высококонцентрированных неводных растворах электролитов», Журнал Американского химического общества. Общество, том. 141, нет. 20, стр. 8041-8046, 2019.
- TA Instruments, «TN045: Выбор условий в модулированном DSC®», TA Instruments, New Castle, DE.