Плотность в акб: какая должна быть, как проверить, как поднять?

Как проверить плотность электролита в аккумуляторе?

Диагностика и ремонт4 марта 2018

Содержание

• 1 Условия проведения замеров
• 2 Подготовка к проверке
• 3 Как правильно измерять?
• 4 Показатель выше нормы
• 5 Пониженная плотность раствора

Если на машине установлен источник питания обслуживаемого типа, снабженный откручивающимися пробками, автолюбитель может в любой момент проверить плотность электролита в аккумуляторе. Периодические замеры позволяют контролировать работоспособность батареи и поддерживать ее в нормальном техническом состоянии. Отсюда задача данной публикации – рассказать о процедуре измерения и способах корректировки плотности.

Условия проведения замеров

Показателем «здоровья» кислотно-свинцовых аккумуляторов является плотность электролита, измеряемая в граммах на кубический сантиметр (г/см³). Последний представляет собой раствор обессоленной (дистиллированной) воды с концентрированной серной кислотой. Когда источник питания отдает энергию бортовой сети автомобиля, данный параметр снижается, в процессе зарядки и восстановления – повышается.

Благодаря описанному свойству электролитической жидкости техническое состояние обслуживаемого аккумулятора можно контролировать. Когда в одной из секций (в просторечии – банок) плотность раствора остается низкой, невзирая на длительную подзарядку, встает вопрос о работоспособности батареи и необходимости ее замены. Превышение нормы указывает на испарение воды из электролита вследствие постоянного кипения – жидкость становится плотнее.

Справка. В процессе кипения электролита испаряется только вода, серная кислота остается в растворе, но ее концентрация возрастает. Водяной пар выходит наружу через специальный клапан.

Замер плотности производится в определенных условиях:

• температура электролитической жидкости находится в пределах 20–22 °С;
• источник питания должен быть полностью заряжен;
• температура окружающей среды – 20–25 °С.

При соблюдении перечисленных условий нормальный показатель для всех банок исправного аккумулятора составит 1,27–1,29 г/см³, минимально допустимый – 1,25 г/см³. Если не выдержать указанные требования и измерить плотность электролита при более низкой температуре либо на разряженной батарее, то результаты не отразят реальной картины. Полученные значения будут заметно ниже нормы.

Подготовка к проверке

Чтобы добиться максимально точных результатов замеров, выполните ряд подготовительных действий:

1. Очистите от пыли и грязи поверхность корпуса, где расположены пробки. Задача – избежать попадания мусора внутрь после выкручивания крышек.
2. Зарядите аккумуляторную батарею до максимума.
3. В холодный период года аккумулятор придется снять с автомобиля, занести в теплое место и дать корпусу прогреться до комнатной температуры.
4. Перед подзарядкой выверните пробки и убедитесь, что пластины каждой секции полностью погружены в кислотный раствор. При необходимости долейте дистиллированную воду и произведите зарядку.

Оптимальный уровень электролита над пластинами – 15 мм, минимальный – 1 см. Проверить несложно: опустите в колодец тонкую стеклянную трубку, закройте с другого конца пальцем и вытащите наружу. Высота столба жидкости в трубке покажет реальный уровень над банками.

Из инструментов потребуется специальный прибор для измерения плотности – ареометр. Представляет собой стеклянную колбу с грушей для всасывания жидкости, внутрь помещен прозрачный поплавок с цифровой шкалой. Нехитрый прибор действует по закону Архимеда – чем плотнее раствор, тем сильнее он выталкивает погруженное тело.

Справка. Некоторые необслуживаемые источники питания оснащаются пластиковым глазком, позволяющим наблюдать за состоянием жидкости. Аккуратно демонтировав эту деталь, вы получите доступ хотя бы к одной секции батареи.

Перед измерениями установите источник питания на ровную поверхность либо закрепите в штатном кронштейне автомобиля. Выкрутите все крышки – поскольку секции разделены глухими стенками и не сообщаются между собой, мерить придется в каждом колодце отдельно. Правильно проверить плотность кислотного раствора поможет шкала ареометра – большинство производителей ставят на ней минимальную и максимальную отметку.

Как правильно измерять?

Процесс замера сложности не представляет и выполняется в следующем порядке:

1. Опустите наконечник в первый открытый колодец, сдавите резиновую грушу и втяните электролит внутрь колбы.
2. Удерживая ареометр вертикально и не вынимая из отверстия, добейтесь, чтобы поплавок не касался стенок колбы.
3. Запомните показания и выдавите кислотный раствор обратно в аккумулятор.
4. Операцию повторите на оставшихся банках.

Совет. Держите под рукой ветошь, чтобы обтирать наконечник от электролита после извлечения из очередного колодца. Используйте резиновые перчатки – жидкость агрессивна и способна разъесть кожу при попадании.

Выполняя измерение плотности электролита в аккумуляторе, записывайте показания по каждой секции. Чтобы освободить руки, аккуратно откладывайте ареометр на ветошь. По окончании замеров хорошенько промойте стеклянные детали прибора проточной водой и переходите к анализу результатов.

Показатель выше нормы

Если в одной либо нескольких банках электролит оказался плотнее нормы, есть повод проверить исправность регулятора напряжения и электрогенератора. Что происходит в батарее: концентрация кислоты в растворе повышается из-за недостатка воды, которая испаряется вследствие кипения. Значит, имеет место так называемая перезарядка – напряжение на клеммах аккумулятора слишком велико.

Восстановить требуемую плотность электролита довольно просто – необходимо добавить в нужные секции дистиллированную воду пользуясь инструкцией:

1. Измерьте уровень электролита в банке. Если он оказался недостаточным, долейте нужное количество воды и повторите замер плотности.
2. В случае когда уровень жидкости соответствует норме, доливать дистиллят нельзя. Пользуясь грушей ареометра, отсосите часть раствора и слейте его в стеклянную закрывающуюся емкость.
3. Доливая порции чистой воды и электролита, добейтесь оптимальной концентрации кислоты в растворе – 1,27 г/см³.

После восстановления нормальной плотности во всех банках аккумулятор рекомендуется дополнительно зарядить малым током – до 3 ампер.

Пониженная плотность раствора

Если проверка ареометром выявила низкую концентрацию кислоты в одной секции, за батареей придется наблюдать. Вполне вероятно, что между пластинами произошло замыкание и срок службы источника питания исчерпан. Вариант второй – сульфатация пластин, возникающая из-за глубокого разряда либо недостаточного напряжения зарядки на автомобиле.

Сделать электролитическую жидкость плотнее можно тремя проверенными способами:

• испарение лишней воды путем длительной зарядки и медленного кипячения;
• замещение части кислотного раствора более концентрированным;
• добавление серной кислоты.

Примечание. Существует способ полной замены жидкости, предусматривающий промывку батареи. Не применяйте его без крайней нужды – в процессе опорожнения свинцовые крошки, осевшие на дне аккумулятора, могут попасть между пластин и устроить замыкание, ведущее к разрушению банки и непригодности источника питания к дальнейшей эксплуатации.

Для реализации первого способа понадобится зарядное устройство, чей ток регулируется вручную. Порядок действий выглядит так:

1. Определите ток зарядки, взяв 3% от начальной емкости батареи. Пример: аккумулятор на 60 А*ч нужно заряжать силой тока 60 х 0,03 = 1,8 А.
2. Поставьте автономный источник питания на зарядку и дождитесь появления пузырьков.
3. Отрегулируйте ток заряда и по мере испарения воды измеряйте плотность. Когда она достигнет нормы, отключите «зарядник».

Если в процессе кипения уровень жидкости сильно понизился, придется купить готовый электролит нормативной плотности 1,27 г/см³ и долить нужное количество в банки.

Замещение кислотного раствора производится по аналогии с доливкой дистиллированной воды. Жидкость отсасывается из колодца грушей, на ее место заливается более плотный раствор, купленный в магазине. В продаже имеются электролиты с показателями 1,34–1,41 г/см³. Затем делается проверка плотности, при необходимости – корректировка и полная зарядка батареи.

Трудность третьего варианта заключается в отсутствии раствора серной кислоты высокой концентрации – отыскать и купить его практически невозможно. Если вам удалось достать указанное химическое вещество, добавляйте его в банки маленькими порциями, буквально по 1 см³, с помощью шприца. Действуйте осторожно и пользуйтесь средствами индивидуальной защиты – серная кислота весьма агрессивна.

Разная плотность в банках аккумулятора что делать

Содержание

• Главные вкладки
• Поиск
  • • Измерение плотности электролита.
• Почему плотность электролита падает
• Подготовка
  • Корректирующая подзарядка АКБ
  • Корректирующий электролит
• Поднимаем плотность электролита в АКБ
  • Доливка корректирующего электролита
• Выравнивание при помощи зарядного устройства
  • Если плотность слишком низкая
• Почему снижается плотность электролита?
• Подготовка к восстановлению батареи
• Повышение плотности электролита
• Плотность ниже минимального значения
• Можно ли повысить минимальную плотность?
• Как повысить при помощи зарядного устройства
  • Похожие новости
  • Добавить комментарий Отменить ответ

Главные вкладки

Поиск

Нормальные параметры АКБ:

• напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) 12,6 – 12,9 В
• плотность электролита 1,28 г/см 3 (при +20°С)
• напряжение на клеммах АКБ при работе двигателя на 1500-2000 об/мин и включенном дальнем свете составляет 13,9 – 14,3 В

Когда необходимо зарядить АКБ:

• плотность электролита ниже 1,26 г/см 3
• напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) ниже 12,6 В
• плотность электролита в разных банках отличается более, чем на 0,02 г/см 3

При плотности 1,2 г/см 3 температура замерзания электролита около -20°С. Замерзший электролит в аккумуляторе приведет батарею в негодность, замороженный аккумулятор невозможно восстановить, так что не оставляйте сильно разряженную АКБ на морозе, а сразу несите в дом и заряжайте!

Если в одной из банок плотность электролита значительно ниже, чем в остальных, это может служить сигналом о возможном внутреннем замыкании пластин аккумулятора.

Как заряжать:

Перед зарядкой автомобильного аккумулятора необходимо вывернуть все пробки, снять крышки банок.

• Заряжаем АКБ током, равным по величине 0,05 от ее номинальной ёмкости. Для батареи с номинальной ёмкостью 55 Ач оптимальная величина зарядного тока составляет 2,75 А.
• Максимальный зарядный ток — 0,1 ёмкости аккумулятора.
• Максимальное напряжение на выходе зарядного устройства — не выше 14,4 В, лучше, если есть возможность регулировать напряжение заряда.
• Чем меньше зарядный ток, тем глубже зарядится батарея.
• Признаки окончания зарядки: бурное выделение газа и отсутствие на протяжении 1-2 часов изменения плотности электролита.

Если аккумулятор частично (на 25%) разряжен, ток в начале заряда при включении зарядного устройства может резко подпрыгнуть вверх. Регулируем его до величины не выше 0,1 ёмкости аккумулятора или еще меньше, если напряжение на выводах батареи близко к 14В. Например, если батарея имеет емкость 55Ач — максимальный ток зарядки 5,5А. Далее в процессе зарядки напряжение будет расти, а ток уменьшаться.

Периодически желательно выравнивать плотность электролита АКБ небольшим током, например в том случае, если плотность электролита в разных банках аккумулятора отличается на ±0,01 г/см 3 . Включив зарядное устройство, устанавливаем ток зарядки в районе 2А или ниже. Заряжаем АКБ подобным образом до двух суток. Особенно это необходимо делать после того, как аккумулятор полностью посажен в результате многократных безуспешных попыток завести двигатель. Причём делаем это безотлагательно, пока не началась сульфатация пластин.

Изготовители батарей не предусматривают добавление в электролит каких-либо улучшающих добавок, электролит должен состоять только из дистиллированной воды и серной кислоты, поэтому для доведения уровня электролита до нормы в батарею необходимо доливать исключительно дистиллированную воду. Не используйте воду из под крана. Если электролит часто выкипает, необходимо проверить электрооборудование авто.

Бывает, что, при попытке зарядить батарею, ее владелец видит отсутствие тока на зарядном устройстве. При этом НРЦ батареи не превышает 10 В, и плотность электролита близка к нормальной и примерно одинакова во всех банках. В этом случае имеет место обрыв цепи между соседними банками батареи.

Измерение плотности электролита.

Плотность электролита у полностью заряженной батареи 1,28±0,01 г/см 3 . Если плотность электролита у вас 1,20±0,01 г/см 3 , значит батарея разряжена на 50%. У полностью разряженной батареи плотность электролита равна 1,10±0,01 г/см 3 . При наличии замыкания пластин плотность электролита в дефектной банке будет значительно ниже (на 0,10-0,15 г/см 3 ), чем в остальных.

Для измерения плотности жидкостей применяют прибор под названием ареометр.

При измерении поплавок должен плавать в электролите, не касаясь стенок ареометра. Также замеряем температуру электролита. Результат измерения плотности приводим к +25 градусам Цельсия путем прибавления температурной поправки к показаниям прибора, руководствуясь таблицей:

Автор: Максим Марков

Доброго времени суток! Все читатели блога знают, что обслуживаемый аккумулятор, требует периодических проверок. Ведь концентрация серной кислоты в нем со временем падает. Поэтому, каждый уважающий себя автомобилист, должен знать, как поднять плотность электролита в аккумуляторе. Об этом, мы с вами и поговорим.

Почему плотность электролита падает

Прежде чем разбираться, как повысить плотность электролита в аккумуляторе, давайте выясним причины ее падения.

Для любого АКБ, изменение плотности это нормальное явление. Т.е., аккумулятор разрядился – ее значение понизилось. Зарядился – повысилось. Но в некоторых ситуациях, батарея попросту не держит заряд. А это говорит о том, что концентрация упала слишком сильно и ее пора поднимать.

Почему у АКБ становится маленькая плотность:

• аккумулятор просто разряжен;
• батарея подвергалась перезарядке, в результате чего выкипал электролит;
• в банки доливается дистиллированная вода, а замеры концентрации не проводятся. В результате плотность электролита постепенно падает;

Кстати, если АКБ будет долго работать в таком состоянии, это приведет к сульфитации пластин. Поэтому, лучше его не запускать.

Подготовка

Итак, если в результате проверки ареометром, обнаружилась низкая плотность электролита в аккумуляторе ее нужно поднимать. Но, прежде чем это делать, нужно убедиться, что соблюдены некоторые условия:

• АКБ заряжен;
• температура электролита в банках находится в пределах 20-25 оС;
• во всех банках уровень жидкости в норме;
• аккумулятор целый. На АКБ, часто появляются трещины возле токовыводов, из-за расшатывания контактов. Поэтому не нужно стучать и прикладывать излишних усилий чтобы снять клемму на аккумуляторе. Лучше потратить немного больше времени и сделать это аккуратно.

Если же батарея автомобиля разряжена, то она заряжается, а после измеряется плотность. Почему так? Дело в том, что при низком заряде – концентрация кислоты в банках уменьшается.

Если залить корректирующий раствор в незаряженный аккумулятор – концентрацию серной кислоты можно повысить до такой степени, что в банках осыпятся пластины.

Нужно учесть, и тот факт, что автомобильный генератор, заряжает аккумулятор лишь на 85-90%. Поэтому перед замерами, зарядку батареи нужно проводить в обязательном порядке.

Корректирующая подзарядка АКБ

Иногда, может возникнуть ситуация, что после полной зарядки, плотность электролита в банках оказывается разная. Вообще, разница в плотности допускается не более 0,01 кг/см3. Иначе, требуется ее выравнивание.

Для этого, можно провести корректирующую подзарядку батареи. В 2-3 раза уменьшается сила тока (по сравнению с номинальной величиной) и АКБ заряжается 1-2 часа. Если это не помогло выровнять плотность электролита – потребуются более радикальные меры.

Корректирующий электролит

Корректирующим, называют электролит с плотностью 1,40 кг/см3. Запомните, ни в коем случае, нельзя просто так вливать его в АКБ. Т.е. вначале, нужно проверить аккумулятор и выяснить причину падения уровня жидкости, а потом его уже поднимать.

Часто встречается ситуация, когда начинающие автолюбители неправильно истолковывают название «корректирующий». Например, когда из банок выпарилась вода. Т.е. нужно поднять уровень жидкости, а тут как раз корректирующий раствор. Логика проста:

• в АКБ залит электролит, а его уровень упал;
• раствор корректирующий, значит он предназначен для корректировки уровня жидкости.

К сожалению, такая точка зрения в корне неправильна. В большинстве случаев, для выравнивания уровня, в АКБ льется дистиллированная вода.

А корректирующий электролит льется в таких случаях:

• если жидкость вытекла из банок;
• если вы налили в АКБ слишком много дистиллята и понизили плотность.

Поэтому не нужно его лить, если, например, батарея просто разряжена, а соответственно концентрация ниже требуемой.

Поднимаем плотность электролита в АКБ

Итак, давайте разбираться, как повысить плотность аккумулятора. Скажу сразу – дело это хоть и не хитрое, но достаточно кропотливое и к тому же, занимает много времени. Поэтому лучше заранее запастись терпением.

Нормальная плотность электролита должна быть в пределах 1,25-1,27 г/см3. Причем, это значение должно быть одинаково для всех банок. Для того чтобы поднять концентрацию электролита в банках аккумулятора, используется корректирующий раствор. Если же вы захотите самостоятельно приготовить смесь в домашних условиях, запомните последовательность:

• в емкость льется дистиллят , а уже в него добавляется серная кислота. Если сделать наоборот – раствор начнет бурно кипеть.

Кроме того, понадобится:

• аэрометр с грушей для откачки жидкости из банок;
• стеклянная емкость для слива старого электролита;
• мерный стакан ;
• защитные очки , перчатки.

Важно помнить и то, что у жидкости может быть разная плотность в банках. Поэтому имеет смысл сделать простую табличку, куда заносить результаты замеров по каждой банке – иначе можно запутаться.

Сразу сделаю одно важное уточнение. Некоторые товарищи, советуя как поднять плотность в аккумуляторе, предлагают полностью выливать электролит и заливать новый. А для этого, они рекомендуют просто перевернуть батарею, вылить жидкость и промыть все дистиллированной водой. А в результате таких манипуляций перестает работать одна или несколько банок.

Почему так происходит? Дело в том, что на дне собирается свинцовый осадок. И если АКБ перевернуть – кусочки свинца могут упасть между пластин и закоротить их. Т.е. банка перестает работать.

Итак, когда упала плотность электролита, есть несколько действенных метода, чтобы ее безболезненно поднять. Давайте их рассмотрим.

Доливка корректирующего электролита

Для этого понадобится концентрированный электролит.

Как увеличить плотность:

• из банки откачивается жидкость при помощи аэрометра или обычной спринцовки;
• вместо нее, заливается такой же объем корректирующего раствора;
• АКБ ставится на зарядку на полчаса – час, после чего, выдерживается в течение 2-3 часов;
• проводятся контрольные замеры;
• при необходимости, процедура повторяется.

При откачке, нужно следить, чтобы не оголялась поверхность пластин.

Выравнивание при помощи зарядного устройства

Здесь все просто. Единственное условие, понадобится зарядное для автомобиля с жесткой регулировкой выходного напряжения. Автоматические зарядные, уменьшающие силу тока при достижении полной зарядки не подойдут.

Как восстановить плотность:

• АКБ доводится до полной зарядки;
• когда он заряжен и начинает кипеть – уменьшается сила тока до 1-2 Ампер;
• логика простая – АКБ кипит, вода испаряется, концентрация электролита повышается;
• время выпаривания зависит от конкретного случая и может длиться больше суток;
• когда уровень упал – доливается электролит и замеряется плотность;
• если нужно – операция повторяется.

Из минусов, стоит отметить, что это долго.

Если плотность слишком низкая

Как выровнять плотность, если она слишком низкая? Например, если ее значение, ниже 1,18, описанные методы не сработают. Придется сливать кислоту полностью.

Давайте разберемся, что делать в этом случае:

• электролит откачивается из банок, насколько это возможно;
• АКБ аккуратно переворачивается, и в дне высверливаются отверстия в каждой банке.
• Желательно делать это в какой-нибудь емкости, например в тазу;
• после этого, батарея ставится в вертикальное положение, и с нее выливаются остатки жидкости;
• аккумулятор промывается дистиллированной водой;
• отверстия запаиваются, и заливается новый раствор.

Пластик для запаивания дырок, должен быть устойчивым к серной кислоте.

Иногда встречаются ситуации, когда в старых аккумуляторах совсем нет плотности. Это говорит о глубокой сульфатации. В этом случае потребуются более серьезные меры для восстановления.

На самом деле, если в вашем аккумуляторе упала плотность электролита – это не такая уж большая проблема. И поднять ее можно без особых трудов. Но, лишь в том случае, если определить падение концентрации вовремя. Если же за аккумулятором не следить – он просто выйдет из строя.

Наверняка большинство автомобилистов сталкивались с ситуацией, когда оставленная на некоторое время машина перестает заводиться. При этом стартер может вообще не подавать каких-либо признаков жизни. Основной причиной этому, скорее всего, является аккумуляторная батарея, что за несколько дней полностью разрядился. Попытка зарядить ее в этом случае не приведет к положительному результату. Подобная проблема является результатом снижения плотности электролита, что залит в банки батареи …

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

Ведь эта жидкость, по сути является катализатором электрохимического процесса, без нее аккумулятор это набор свинца и пластика, который работать не будет. Как мы с вами знаем, состоит от из дистиллированной воды (примерно 65%) и серной кислоты (35%), у этой жидкости есть определенная плотность, которая может понижаться и повышаться, в зависимости от заряженности.

Почему снижается плотность электролита?

Чаще всего с целью поддерживать на требуемом уровне количество жидкости внутри автомобильной батареи владельцы машины доливают туда дистиллированную воду. При этом редко проверяется плотность получившегося раствора. Вместе с тем, когда количество дистиллированной воды будет достаточно большим, при подзарядке вместе с этой жидкостью будет выкипать и электролит, что и приводит к снижению его плотности.

Рано или поздно этот показатель упадет ниже критического уровня, и завести транспортное средство уже не получиться.

В таком случае возникает необходимость повысить этот параметр раствора в аккумуляторе, что вернет его работоспособность.

Подготовка к восстановлению батареи

Перед тем, как своими силами повышать уровень плотности аккумуляторной батареи, к этому процессу следует тщательно подготовиться. В первую очередь:

• Замеряется этот основной показатель автомобильной батареи при температуре около 22 градусов. Сделать этом можно при помощи специального прибора – ареометра. При этом работать можно только в перчатках и защитных очках, чтобы избежать возможных ожогов.

• При приготовлении нового электролита кислота добавляется в воду. Если же сделать наоборот, жидкость начнет кипеть, что может привести к кислотным ожогам.
• Переворачивать аккумулятор при работе с ним категорически запрещено, поскольку при этом могут посыпаться его пластины, что приведет к выходу прибора из строя.
• Наперед следует подготовить емкости, в которые будет сливаться старая жидкость и готовиться новая.
• Потребуются точные расчеты необходимого объема кислоты, поскольку в процессе зарядки плотность жидкости в АКБ возрастет.

Повышение плотности электролита

В АКБ есть несколько банок, электролитический раствор есть в каждой из них. Проверять и при необходимости повышать уровень плотности необходимо в каждой банке.

Нормальный уровень данного показателя зависит от нескольких факторов, в первую очередь – от температуры воздуха. Нормальным считается значение 1,25-1,29г/см3. Разница таких показателей между банками не должна превышать 0,1.

Если измерение этого показателя является ниже нормы, нужно повысить плотность электролита в аккумуляторе.

При помощи спринцовки из каждой банки выкачивается раствор. При этом набирать нужно как можно большее количество жидкости, измеряя ее объем, чтобы затем долить точно такое же количество свежего электролита.

Залив столько же свежего раствора, сколько было извлечено старого, АКБ хорошенько прокачивается с целью размешивания нового и старого электролита.

После этого снова проводиться измерение этого показателя: если он все еще находиться ниже нормы, все действия повторяются до достижения нужного значения плотности. По завершению при необходимости в банки автомобильной батареи добавляется дистиллированная вода.

Плотность ниже минимального значения

Бывают такие случаи, когда уровень этого показателя опускается ниже отметки 1,18. В таком случае вышеописанный способ ничем не поможет.

Чтобы восстановить работоспособность аккумуляторной батареи, вместо электролитического раствора нужно использовать кислоту, плотность которой выше, чему у электролита. При этом все действия проводятся точно так же, как и в предыдущем случае до того времени, пока показатель не придет в норму.

Можно ли повысить минимальную плотность?

Если уровень плотности раствора, что проводит ток в АКБ автомобиля упал намного ниже 1,18 г/см3, поднимать ее нет никакого смысла. В таком случае необходимо слить весь раствор, заменив его свежим.

Сначала с банок откачивается с помощью спринцовки как можно больше электролита. Далее батарея помещается в большую емкость, аккуратно переворачивается на бок, в дне каждой банки просверливается небольшое отверстие. Перевернув прибор, с него сливаются все излишки оставшейся жидкости.

Далее через крышки банок заливается дистиллированная вода с целью их промывания. После этого проделанные отверстия запаиваются пластмассой, стойкой к воздействию электролитической жидкости.

Сделав это, в АКБ заливается свежий раствор, после чего прибор будет готов к использованию. Недостатком подобного способа является то, что в конечном результате снижается срок службы устройства, но некоторое время оно все еще поработает до покупки нового.

Тут также все просто, нам нужно заряжать аккумулятор на слабом токе, длительный промежуток времени. Суть такова, при достижении полного заряда, электролит начнет кипеть, пойдут пузырьки, это распадается и испаряется вода. Для повышения плотности нам нужно чтобы лишняя вода испарилась, а кислота осталась. Конечно, будет понижаться уровень в батареи – но вместо ушедшего уровня, добавляем нужный плотности электролит. Процесс этот долгий и муторный (выкипание — добавление), но примерно через пару суток можно догнать уже до плотности в 1,27 – 1,29 г/см3, что уже нормально.

Как видите повысить плотность можно, причем делается этот процесс зачастую своими руками, но разным способами — выбирайте свой, нужный вам.

Сейчас небольшое, но полезное видео.

А на этом у меня все, читайте наш АВТОБЛОГ.

(27 голосов, средний: 4,07 из 5)

Похожие новости

Сколько свинца в аккумуляторе. Разбираем автомобильные варианты .

Что такое AGM аккумулятор? 8 принципиальных отличий этой техноло.

Как проверить утечку тока в автомобиле. Мультиметром или попрост.

Добавить комментарий

Доброго всем дня, решил я написать свой отзыв о Toyota Avensis 2010 года. Просто хочу…

ТОП статей за месяц

У меня есть много различных статей и видео по различным коробкам передач, например вот здесь…

У меня на сайте уже есть статья про выбор карт памяти (можете посмотреть здесь), очень…

В статье – можно ли открывать окна при работающем кондиционере (почитать можно здесь), мне задали…

Плотность электролита в аккумуляторе, график приведения плотности

Электролит в автомобильном свинцово-кислотном аккумуляторе представляет собой 30% раствор серной кислоты в дистиллированной воде. Аккумуляторная серная кислота, поступающая в продажу, содержит 94% химически чистой кислоты. Она прозрачна, не имеет цвета и запаха, кипит при температуре 33°С, имеет плотность 1,83 г/см. Чаще в торговую сеть поставляется электролитный раствор с плотностью 1,4 г/см или чтобы плотность электролита являлась требуемой для данного климатического региона.

Плотность электролита в автомобильном аккумуляторе, выбор плотности и приготовление электролита, график приведения плотности электролита.

Под плотностью электролитного раствора (или кислоты) понимают отношение массы вещества (в граммах) к занимаемому им объему (в см3). Таким образом, плотность электролита — это параметр электролита, подобный его удельному весу.

Плотность электролит в 1,10–1,30 г/см3 соответствует массовой концентрации серной кислоты в 28-40%. В исправной автомобильной аккумуляторной батарее плотность электролита может находиться в пределах от 1,07–1,3 г/см3. Разброс значений плотности электролита в банках полностью заряженной исправной АКБ не должен превышать 0,01 г/см3. Если батарея разряжена, значение плотности в банках АКБ может быть различным.

Это зависит от:

— Состояния разряженности данного аккумулятора.
— Его технического состояния.
— Плотности первоначально залитого в него электролита.

При выборе плотности электролита для первоначальной заливки приходится выбирать между продолжительностью срока службы АКБ, который с уменьшением плотности увеличивается, и емкостью батареи, которая с понижением плотности электролита уменьшается.

Кроме того, с увеличением плотности электролита до 1,30 г/см3 батарея может храниться при более низкой температуре. Без причинения ей ущерба и без размораживания активных масс электродов.

В рабочем свинцово-кислотном аккумуляторе плотность электролита ниже 1,07 г/см3 недопустима. И не только из-за раннего замерзания электролита (Т = –5°С), но и по причине падения емкости аккумулятора при нормальных температурных условиях (T > 10°С). Таким образом, плотность электролита во всех аккумуляторных банках автомобильной стартерной батареи должна поддерживаться одинаковой и в определенных границах в соответствии с заданными условиями эксплуатации, которые значительно отличаются для разных климатических регионов.

ГОСТ 16360-80 определяет климатические регионы по среднемесячной температуре воздуха в январе. С учетом требований ГОСТ составлена таблица. Проводить сезонное изменение плотности электролита необходимо только в широтах, где средняя температура января ниже –30°С.

Среднемесячная температура воздуха в январе по ГОСТ 16360-80.

Приготовление электролита.

Электролит приготавливают вливанием кислоты в воду, а не наоборот. Важно отметить, что в начале составляют электролит в пропорции 0,42 литра 94% кислоты и 0,65 литра дистиллированной воды. При этом получается электролит с плотностью 1,4 г/см3 (при T = 25°С). Далее электролит разбавляют до нужной плотности в дистиллированной воде.

Для получения одного литра электролита требуемой плотности при эксплуатации батареи в средних широтах России 0,6 литра электролита с плотностью 1,40 г/см3 необходимо влить в 0,4 литра дистиллированной воды. Получится электролит с плотностью 1,24 г/см3. После полной зарядки плотность электролита во всех банках АКБ достигает номинального значения 1,26 г/см3. Для Московского региона круглогодичная плотность электролита в полностью заряженной батарее несколько выше — 1,27 г/см3.

Повышение плотности электролита непосредственно в аккумуляторе.

Если необходимо повысить плотность электролита непосредственно в аккумуляторе, то доливают не кислоту, а электролит с плотностью 1,43 г/см3. При этом производят также выравнивание плотности и уровня электролита в разных банках. Это делают в процессе заряда батареи. Измеряют уровень с помощью стеклянной мерной трубочки, а плотность электролита — с помощью денсиметра (аэрометра) или с помощью поплавкового плотномера. Необходимо также наличие градусника.

График приведения плотности электролита автомобильного аккумулятора.

После измерения плотности и температуры электролита измеренную плотность электролита приводят к температуре 25°С по формуле:

γ25 = γт + 0,0007 (Т-25)

Или с помощью графика, показанного выше. На нем слагаемое 0,0007 (Т-25) обозначено как величина температурной поправки Δγ (г/см3). Из графика видно, что в интервале температур (20–30°С) величина поправки Δγ незначительна и ею можно пренебречь. Если же плотность электролита измеряется за пределами указанного диапазона, приведенная плотность электролита определяется с учетом поправки:

γ25 = γт + γ25

где γт — плотность электролита при температуре измерения Т.

Например.

Если измеренная при температуре Т = –5°С плотность γт = 1,28 г/см3, то согласно графику это означает, что при температуре 25°С плотность γ25 = 1,28–0,02 = 1,26 (г/см3).

Возможно и обратное использование графика:

Если известно, что при температуре 25°С плотность электролита 1,26 г/см3, то при температуре 40°С она изменится и определится как:

γ40 = γ25 – γт = 1,26 – 0,01 = 1,25.

Разность между плотностью полностью заряженного аккумулятора и полностью разряженного (γз) при температуре 25°С всегда равна 0,16 г/см3. Тогда, если известна начальная плотность γн полностью заряженной аккумуляторной батареи, по измеренной плотности γт электролита можно определить степень разряженности (%) каждого аккумулятора в отдельности:

ΔСр = 625(γн – γт + Δγ)%.

Следует помнить, что серная кислота, входящая в состав электролита, исключительно активное химическое вещество. Она способна вызвать опасные кислотные ожоги на теле человека. Парами кислоты можно отравиться. Работа с электролитом требует особой осторожности, специальной химической посуды и индивидуальных средств защиты.

По материалам учебного пособия «Автомобильная электроника и электрооборудование»
Ю. А. Смирнов, В. А. Детистов.

Amprius поставляет первую партию аккумуляторов «самой высокой в ​​мире плотности»

Energy

Посмотреть 3 изображения

Калифорнийская компания Amprius отгрузила первую партию литиевых батарей, которые, по ее утверждению, являются самыми энергоемкими на сегодняшний день. Эти элементы с кремниевым анодом содержат на 73 процента больше энергии, чем элементы Tesla Model 3 по весу, и занимают на 37 процентов меньше объема.

Нынешние аккумуляторы Tesla Model 3 служат образцом для сравнения и вмещают около 260 Втч/кг и 730 Втч/л, по данным Enpower. Новые аккумуляторы Amprius — это значительный шаг вперед как по удельной энергии, так и по плотности энергии: они обеспечивают 450 Втч/кг и 1150 Втч/л. высотных псевдоспутников» дают ему право похвастаться «ячейками с самой высокой плотностью энергии, доступными сегодня в аккумуляторной промышленности».

Компания Amprius заявляет, что впечатляющая производительность аккумуляторов достигается за счет технологии анодов из кремниевых нанопроволок. Когда вы заряжаете литий-ионный аккумулятор, вы эффективно отрываете электрон от каждого атома лития, счастливо сидящего на катоде, и перемещаете их к аноду по внешней проводке, поскольку электроны не могут пройти через электролит или разделитель между ними. анод и катод. Их отрицательный заряд притягивает положительно заряженные ионы лития через электролит и сепаратор, где каждый из них находит электрон и внедряется в то, что обычно представляет собой графитовую решетку на аноде.

Amprius

Компания Amprius заменила графитовую решетку на кремниевые нанопроволоки. Кремний может хранить в 10 раз больше лития, чем графит, но он имеет тенденцию набухать и трескаться, резко сокращая срок службы элемента. Амприус говорит, что когда вы формируете кремний в пористые нанопроволоки, расположенные в виде леса из более длинных проволок с более короткими проволоками между ними, кремний способен выдерживать набухание и сопротивляться растрескиванию, продлевая срок службы ячейки до такой степени, что кремниевые аноды может стать конкурентоспособной технологией.

Компания заявляет, что кремниевые нанопроволоки укоренены прямо в подложке анода, поэтому проводимость (и, следовательно, мощность) высока. В нем говорится, что срок службы элемента «отличный» и «постоянно улучшается», хотя он не указывает никаких цифр, а также говорится, что анод — единственная часть батареи, которая меняется; остальное может быть произведено с использованием существующих методов производства и компонентов.

Очевидно, что мир готов и ждет аккумуляторных элементов следующего поколения, которые могут хранить больше энергии при меньших размерах и весе — все, от смартфонов до электромобилей, выиграет либо от веса, либо от уменьшения пространства, а также от новых технологий, таких как электрические самолеты вертикального взлета и посадки. взывают к батареям, которые могут улучшить их диапазон и возможности.

Amprius

И, конечно же, плотность энергии и удельная энергия — это всего лишь два показателя, по которым батарея должна конкурировать. Тепловые характеристики, безопасность, скорость зарядки/разрядки и срок службы будут играть большую роль, как и цена. Тот факт, что первый клиент Amprius находится в передовой аэрокосмической отрасли и производит спутники, предполагает, что на данный момент эти элементы не будут конкурировать по цене.

Вскоре компания выберет участок, на котором она начнет строительство завода массового производства, который принесет экономию за счет масштаба, что может сделать эту технологию востребованной на рынке электромобилей и в других местах. К тому времени, когда эта фабрика будет запущена, мы также сможем установить некоторые точные показатели производительности другого передового производителя электродов, о котором мы сообщали: Nawa Technologies заявляет, что разработала способ дешевого производства вертикально ориентированных электродов из углеродных нанотрубок. может привести к 300-процентному улучшению современных литиевых батарей. Мы увидим.

Источник: Амприус

Лоз Блейн

Лоз был одним из самых разносторонних авторов с 2007 года и с тех пор зарекомендовал себя как фотограф, видеооператор, ведущий, продюсер и инженер подкастов, а также как старший автор статей. Присоединившись к команде в качестве специалиста по мотоциклам, он освещал почти все для New Atlas, в последнее время сосредоточившись на eVTOL, водороде, энергии, авиации, аудиовизуальных, странных вещах и вещах, которые работают быстро.

Три аккумуляторные технологии, которые могут питать будущее | Saft

Миру нужно больше энергии, желательно в чистой и возобновляемой форме. Наши стратегии хранения энергии в настоящее время формируются за счет литий-ионных аккумуляторов, являющихся передовыми технологиями, но на что мы можем рассчитывать в ближайшие годы?

Начнем с основных сведений об аккумуляторах. Батарея представляет собой набор из одного или нескольких элементов, каждый из которых имеет положительный электрод (катод), отрицательный электрод (анод), сепаратор и электролит. Использование для них различных химикатов и материалов влияет на свойства батареи — сколько энергии она может хранить и выдавать, сколько энергии она может обеспечить или сколько раз ее можно разряжать и перезаряжать (также называемая циклической емкостью).

Аккумуляторные компании постоянно экспериментируют, чтобы найти более дешевые, плотные, легкие и более мощные химические вещества. Мы поговорили с Патриком Бернардом, директором по исследованиям Saft, который рассказал о трех новых аккумуляторных технологиях с трансформационным потенциалом.

ЛИТИЙ-ИОННЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Что это?

В литий-ионных (литий-ионных) аккумуляторах накопление и высвобождение энергии обеспечивается перемещением ионов лития от положительного электрода к отрицательному туда и обратно через электролит. В этой технологии положительный электрод действует как первоначальный источник лития, а отрицательный электрод — как носитель лития. Несколько химических элементов собраны под названием литий-ионных аккумуляторов в результате десятилетий отбора и оптимизации, близких к совершенству положительных и отрицательных активных материалов. Литированные оксиды металлов или фосфаты являются наиболее распространенным материалом, используемым в качестве материалов для положительных положительных результатов. Графит, а также графит/кремний или литированные оксиды титана используются в качестве негативных материалов.

Ожидается, что в ближайшие годы литий-ионная технология достигнет предела энергопотребления при использовании реальных материалов и конструкций элементов. Тем не менее, недавние открытия новых семейств прорывных активных материалов должны разблокировать нынешние ограничения. Эти инновационные соединения могут хранить больше лития в положительных и отрицательных электродах и впервые позволят объединить энергию и мощность. Кроме того, с этими новыми соединениями также учитываются дефицит и критичность сырья.

Каковы его преимущества?

Сегодня среди всех современных технологий хранения данных технология литий-ионных аккумуляторов обеспечивает самый высокий уровень плотности энергии. Такие характеристики, как быстрая зарядка или рабочий температурный диапазон (от -50°C до 125°C), могут быть точно настроены за счет большого выбора конструкций элементов и химических составов. Кроме того, литий-ионные аккумуляторы обладают дополнительными преимуществами, такими как очень низкий саморазряд и очень долгий срок службы, а также цикличность, обычно тысячи циклов зарядки/разрядки.

Когда можно ожидать?

Ожидается, что новое поколение передовых литий-ионных аккумуляторов будет развернуто до первого поколения твердотельных аккумуляторов. Они идеально подходят для использования в таких приложениях, как системы хранения энергии для возобновляемых источников энергии и транспорта (морского, железнодорожного, авиационного и внедорожного), где требуется высокая энергия, высокая мощность и безопасность.

АККУМУЛЯТОРЫ СЕРНЫЕ ЛИТИЙ

Что это такое?

В литий-ионных батареях ионы лития накапливаются в активных материалах, действующих как стабильные структуры-хозяева во время заряда и разряда. В литий-серных (Li-S) батареях нет структур-хозяев. При разрядке литиевый анод расходуется, а сера превращается в различные химические соединения; при зарядке происходит обратный процесс.

Каковы его преимущества?

В Li-S аккумуляторе используются очень легкие активные материалы: сера в положительном электроде и металлический литий в качестве отрицательного электрода. Вот почему его теоретическая плотность энергии чрезвычайно высока: в четыре раза больше, чем у литий-иона. Это делает его подходящим для авиационной и космической промышленности.

Компания Saft выбрала и одобрила наиболее многообещающую технологию Li-S на основе твердотельного электролита. Этот технический путь обеспечивает очень высокую плотность энергии, длительный срок службы и устраняет основные недостатки жидкого Li-S (ограниченный срок службы, высокий саморазряд и т. д.).

Кроме того, эта технология дополняет твердотельные литий-ионные благодаря превосходной гравиметрической плотности энергии (на кону +30% в Втч/кг).

Когда ждать?

Основные технологические барьеры уже преодолены, и уровень зрелости очень быстро приближается к полномасштабным прототипам.

Ожидается, что эта технология появится на рынке сразу после полупроводниковых литий-ионных аккумуляторов для приложений, требующих длительного времени автономной работы.

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ БАТАРЕИ

Что это?

Твердотельные батареи представляют собой смену парадигмы с точки зрения технологии. В современных литий-ионных батареях ионы перемещаются от одного электрода к другому через жидкий электролит (это также называется ионной проводимостью). В полностью твердотельных батареях жидкий электролит заменен твердым соединением, которое, тем не менее, позволяет ионам лития мигрировать внутри него. Эта концепция далеко не нова, но за последние 10 лет — благодаря интенсивным исследованиям во всем мире — были открыты новые семейства твердых электролитов с очень высокой ионной проводимостью, аналогичной жидкому электролиту, что позволило преодолеть этот особый технологический барьер.

Сегодня усилия компании Saft Research & Development сосредоточены на двух основных типах материалов: полимерах и неорганических соединениях с целью синергии физико-химических свойств, таких как технологичность, стабильность, проводимость…

Каковы его преимущества?

Первым огромным преимуществом является заметное повышение безопасности на уровне элемента и батареи: твердые электролиты негорючи при нагревании, в отличие от их жидких аналогов. Во-вторых, он позволяет использовать инновационные высоковольтные материалы с высокой емкостью, что позволяет создавать более плотные и легкие батареи с более длительным сроком хранения в результате снижения саморазряда. Более того, на системном уровне это принесет дополнительные преимущества, такие как упрощенная механика, а также управление температурой и безопасностью.

Поскольку аккумуляторы могут иметь высокое отношение мощности к весу, они идеально подходят для использования в электромобилях.

Когда ждать?

Несколько видов полностью твердотельных батарей, вероятно, появятся на рынке по мере развития технического прогресса. Первыми будут твердотельные батареи с анодами на основе графита, обеспечивающие улучшенные энергетические характеристики и безопасность. Со временем более легкие технологии твердотельных батарей с использованием металлического литиевого анода должны стать коммерчески доступными.

Достигнута одна из самых высоких в мире плотностей энергии — ScienceDaily

Новости науки

от исследовательских организаций

2

Достигнута одна из самых высоких в мире плотностей энергии

Дата:

20 января 2022 г.

Источник:

Национальный институт материаловедения, Япония

Резюме:

Исследователи разработали литий-воздушную батарею с плотностью энергии более 500 Втч/кг, что значительно выше, чем у нынешних ионно-литиевых батарей. Затем исследовательская группа подтвердила, что эту батарею можно заряжать и разряжать при комнатной температуре. Кроме того, команда обнаружила, что батарея, разработанная командой, демонстрирует самую высокую плотность энергии и лучшие характеристики жизненного цикла из когда-либо достигнутых. Эти результаты означают важный шаг к практическому использованию литий-воздушных батарей.

Поделиться:

ПОЛНАЯ ИСТОРИЯ

NIMS и Softbank Corp. разработали литий-воздушную батарею с плотностью энергии более 500 Втч/кг, что значительно выше, чем у нынешних ионно-литиевых батарей. Затем исследовательская группа подтвердила, что эту батарею можно заряжать и разряжать при комнатной температуре. Кроме того, команда обнаружила, что батарея, разработанная командой, демонстрирует самую высокую плотность энергии и лучшие характеристики жизненного цикла из когда-либо достигнутых. Эти результаты означают важный шаг к практическому использованию литий-воздушных батарей.

реклама

Воздушно-литиевые батареи потенциально могут стать лучшими перезаряжаемыми батареями: они легкие и имеют большую емкость, а их теоретическая плотность энергии в несколько раз выше, чем у доступных в настоящее время ионно-литиевых батарей. Из-за этих потенциальных преимуществ они могут найти применение в широком спектре технологий, таких как дроны, электромобили и бытовые системы хранения электроэнергии. NIMS проводит фундаментальные исследования литий-воздушных аккумуляторов при поддержке программы ALCA-SPRING (ALCA: Advanced Low Carbon Technology Research and Development Program, SPRING: Specially Promoted Research for Innovative Next Generation Batteries). Эта программа финансируется Японским агентством по науке и технологиям (JST) с целью ускорения исследований и разработок аккумуляторных батарей большой емкости. В 2018 году NIMS и Softbank стали соучредителями Центра разработки передовых технологий для проведения исследований с целью практического использования литий-воздушных аккумуляторов в базовых станциях мобильных телефонов, Интернете вещей (IoT), HAPS (высотных платформенных станциях). и другие технологии. Несмотря на их очень высокую теоретическую плотность энергии, фактически было изготовлено и испытано лишь небольшое количество литий-воздушных батарей с высокой плотностью энергии. Этот ограниченный успех объясняется тем фактом, что большая доля по весу литий-воздушной батареи содержит тяжелые неактивные компоненты (например, сепараторы и электролиты), которые непосредственно не участвуют в реальных реакциях батареи.

Эта исследовательская группа ранее разработала оригинальные материалы для батарей, которые значительно повышают производительность литий-воздушных батарей в исследованиях, поддерживаемых ALCA-SPRING. Затем команда разработала метод изготовления литий-воздушных элементов с высокой плотностью энергии в Центре разработки передовых технологий NIMS-SoftBank. Наконец, команда создала новую литий-воздушную батарею, объединив эти новые материалы и технологии изготовления. Разработанная батарея показала плотность энергии более 500 Втч/кг, что значительно выше, чем у современных литий-ионных батарей. Примечательно, что повторная реакция разряда и заряда протекает при комнатной температуре. Плотность энергии и срок службы этой батареи являются одними из самых высоких из когда-либо достигнутых.*

* На основе опросов, проведенных NIMS (по состоянию на 14 декабря 2021 г.)

В настоящее время команда разрабатывает материалы для аккумуляторов с более высокими характеристиками и планирует интегрировать их в недавно разработанную литий-воздушную батарею с целью значительного увеличения срока службы батареи. жизнь цикла. Затем команда планирует ускорить усилия по практическому использованию батареи в Центре разработки передовых технологий NIMS-SoftBank.

Этот проект выполнялся исследовательской группой под руководством Шоичи Мацуда (старший научный сотрудник, NIMS), Манаи Оно (постдокторский научный сотрудник, NIMS), Сёдзи Ямагучи (специалист, NIMS) и Кохеи Уосаки (научный сотрудник, NIMS; также директор , Центр развития передовых технологий НИМС-SoftBank). Эта работа была в основном поддержана программой JST ALCA-SPRING и Центром развития передовых технологий NIMS-SoftBank.

изменить мир к лучшему: спонсируемая возможность

Источник истории:

Материалы предоставлены Национальным институтом материаловедения, Япония . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Номер журнала :

1. Шоичи Мацуда, Манай Оно, Шоджи Ямагучи, Кохей Уосаки. Критерии оценки литий-воздушных батарей в научных кругах для правильного прогнозирования их практической эффективности в промышленности . Материалы Horizons , 2022; DOI: 10.1039/d1mh01546j

Цитировать эту страницу :

• MLA
• АПА
• Чикаго

Национальный институт материаловедения, Япония. «Разработка литий-воздушной батареи с плотностью энергии более 500 Вт⋅ч/кг: достигнута одна из самых высоких плотностей энергии в мире». ScienceDaily. ScienceDaily, 20 января 2022 г. .

Национальный институт материаловедения, Япония. (2022, 20 января). Разработка литий-воздушной батареи с плотностью энергии более 500 Втч/кг: Достигнута одна из самых высоких плотностей энергии в мире. ScienceDaily . Получено 24 сентября 2022 г. с сайта www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220120140724.htm

Национальный институт материаловедения, Япония. «Разработка литий-воздушной батареи с плотностью энергии более 500 Вт⋅ч/кг: достигнута одна из самых высоких плотностей энергии в мире». ScienceDaily. www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220120140724.htm (по состоянию на 24 сентября 2022 г.).

реклама

Определение плотности энергии для проектирования практических литий-серных аккумуляторов

• Перспектива
• Опубликовано: 21 апреля 2022 г.

• Гуанминь Чжоу ORCID: orcid.org/0000-0002-3629-5686 ^{1 na1 nAff3} ,
• Хао Чен ORCID: orcid.org/0000-0002-2852-0070 ^{1 na1} и
• Йи Цуй ORCID: orcid.org/0000-0002-6103-6352 ^1,2  

Энергия природы том 7 , страницы 312–319 (2022)Процитировать эту статью

• 5754 Доступ

• 11 цитирований

• 4 Альтметрика

• Сведения о показателях

Предметы

• Батареи
• Электрохимия
• Материалы для энергетики и катализа
• Материаловедение

Abstract

Литий-серные (Li-S) батареи являются одной из наиболее перспективных аккумуляторных систем благодаря высокой теоретической плотности энергии и низкой стоимости. Несмотря на впечатляющий прогресс в его разработке, всесторонний анализ ключевых параметров производительности, влияющих на плотность энергии Li-S аккумуляторов, отсутствует. Здесь мы анализируем возможные причины потери энергии при работе от батареи. Мы выделяем два ключевых дескриптора ( R _вес и R _{энергия} ), которые представляют собой компромисс плотности энергии полной клетки на уровне массы и энергии соответственно. Предлагается формула для расчета плотности энергии на основе критических параметров, включая массовую нагрузку серы, массовое отношение серы, соотношение электролит/сера и соотношение материалов отрицательного электрода к положительному. Также обобщается и анализируется текущий прогресс в области аккумуляторов Li-S на уровне Ah. Наконец, предложены будущие направления исследований, цели и перспективы разработки практических высокопроизводительных литий-серийных аккумуляторов.

Это предварительный просмотр содержимого подписки, доступ через ваше учреждение

Варианты доступа

Подписаться на журнал

Получить полный доступ к журналу на 1 год

118,99 €

всего 9,92 € за выпуск

Подписаться

Расчет налогов будет завершен во время оформления заказа.

Купить статью

Получите ограниченный по времени или полный доступ к статье на ReadCube.

$32,00

Купить

Все цены указаны без учета стоимости.

Ссылки

1. Чой, Дж. В. и Аурбах, Д. Обещание и реальность пост-литий-ионных батарей с высокой плотностью энергии. Нац. Преподобный Матер. 1 , 16013 (2016).

   Артикул Google ученый

2. Брюс П.Г., Фройнбергер С.А., Хардвик Л.Дж. и Тараскон Ж.-М. Li–O ₂ и Li–S аккумуляторы с высоким запасом энергии. Нац. Матер. 11 , 19–29 (2012).

   Артикул Google ученый

3. Чу С., Цуй Ю. и Лю Н. Путь к устойчивой энергетике. Нац. Матер. 16 , 16–22 (2017).

   Артикул Google ученый

4. Лю, Дж. и др. Пути создания практичных высокоэнергетических литий-металлических батарей с длительным циклом. Нац. Энергия 4 , 180–186 (2019).

   Артикул Google ученый

5. Лю Ю., Чжоу Г., Лю К. и Цуй Ю. Разработка сложных наноматериалов для хранения энергии: прошлый успех и будущие возможности. Согл. хим. Ред. 50 , 2895–2905 (2017).

   Артикул Google ученый

6. Мантирам, А., Фу, Ю., Чанг, С.-Х., Зу, К. и Су, Ю.-С. Аккумуляторы литий-серные. Хим. Ред. 114 , 11751–11787 (2014).

   Артикул Google ученый

7. Chung, W.J. et al. Использование элементарной серы в качестве альтернативного сырья для полимерных материалов. Нац. хим. 5 , 518–524 (2013).

   Артикул Google ученый

8. Панг, К., Лян, X., Квок, С.Ю. и Назар, Л.Ф. Достижения в области литий-серных батарей на основе многофункциональных катодов и электролитов. Нац. Энергия 1 , 16132 (2016).

   Артикул Google ученый

9. Джи, С. Л., Ли, К. Т. и Назар, Л. Ф. Высокоупорядоченный наноструктурированный углерод-серный катод для литий-серных батарей. Нац. Матер. 8 , 500–506 (2009 г.).

   Артикул Google ученый

10. Zheng, G. et al. Амфифильная модификация поверхности полых углеродных нановолокон для увеличения срока службы литий-серных батарей. Нано Летт. 13 , 1265–1270 (2013).

    Артикул Google ученый

11. Ван, Х., Чжан, В., Сюй, Дж. и Го, З. Достижения в области полярных материалов для литий-серных батарей. Доп. Функц. Матер. 28 , 1707520 (2018).

    Артикул Google ученый

12. Zhou, G., Paek, E., Hwang, G.S. & Manthiram, A. Долговечные литий-полисульфидные батареи с высоким содержанием серы, обеспечиваемые легкой трехмерной графеновой губкой, легированной азотом/серой. Нац. коммун. 6 , 7760 (2015).

    Артикул Google ученый

13. Пэн, Х.-Дж., Хуан, Дж.-К., Ченг, X.-Б. & Чжан, К. Обзор литий-серных батарей с высокой нагрузкой и высокой энергией. Доп. Энергия Матер. 7 , 1700260 (2017).

    Артикул Google ученый

14. «>

    Лин Д., Лю Ю. и Цуй Ю. Восстановление металлического литиевого анода для высокоэнергетических батарей. Нац. нанотехнологии. 12 , 194–206 (2017).

    Артикул Google ученый

15. Чжао Ю. и др. Проектирование интерфейса анода и проектирование архитектуры высокопроизводительных литий-серных аккумуляторов. Доп. Матер. 31 , 1806532 (2019).

    Артикул Google ученый

16. Ян, X., Ли, X., Адаир, К., Чжан, Х. и Сунь, X. Структурный дизайн литий-серных аккумуляторов: от фундаментальных исследований до практического применения. Электрохим. Энергия Версия 1 , 239–293 (2018).

    Артикул Google ученый

17. Юань, Х. и др. Обзор функциональных связующих в литий-серных батареях. Доп. Энергия Матер. 8 , 1802107 (2018).

    Артикул Google ученый

18. Чжан С., Уэно К., Докко К. и Ватанабе М. Последние достижения в области электролитов для литий-серных батарей. Доп. Энергия Матер. 5 , 1500117 (2015).

    Артикул Google ученый

19. McCloskey, B.D. Достижимая гравиметрическая и объемная плотность энергии ионно-литиевых аккумуляторных элементов Li-S и Li с твердыми литий-металлическими анодами, защищенными сепаратором. J. Phys. хим. лат. 6 , 4581–4588 (2015).

    Артикул Google ученый

20. Dörfler, S. et al. Проблемы и основные параметры литий-серных аккумуляторов на уровне карманных ячеек. Джоуль 4 , 539–554 (2020).

    Артикул Google ученый

21. «>

    Сюэ, В. и др. Гравиметрическая и объемная плотность энергии литий-серных аккумуляторов. Курс. мнение Электрохим. 6 , 92–99 (2017).

    Артикул Google ученый

22. Чен Ю. и др. Основные материалы и технологические исследования литий-серных аккумуляторов. Наука о хранении энергии. Тех. 6 , 169–189 (2017).

    Google ученый

23. Bower, G. Tesla Model 3 2170 Плотность энергии по сравнению с болтом, Model S P100D https://insideevs.com/news/342679/tesla-model-3-2170-energy-density-compared-to -bolt-model-s-p100d/ (2019).

24. Ву, Ф. и др. Наноточки серы, вшитые в двумерную «пузырьковую» взаимосвязанную углеродную ткань, используются в качестве катодов с повышенной обратимостью для литий-серных батарей. ACS Nano 11 , 4694–4702 (2017).

    Артикул Google ученый

25. «>

    Qu, C. et al. Не содержащий LiNO ₃ электролит для Li–S аккумуляторов: предпочтительный растворитель с низким Kуд полисульфида и низким содержанием дендрита лития. Nano Energy 39 , 262–272 (2017).

    Артикул Google ученый

26. Сюэ, В. и др. Гибридные катоды интеркаляции-преобразования, позволяющие создавать полноэлементные архитектуры Li-S с превосходными гравиметрическими и объемными плотностями энергии. Нац. Энергия 4 , 374–382 (2019).

    Артикул Google ученый

27. Congress, G. C. Sion Power Reports 400 Втч/кг, 700 Втч/л и 350 циклов при 1C для литий-ионной батареи с литий-металлическим анодом https://www.greencarcongress.com/2016/10 /20161003-sion.html (2016).

28. Ye, Y. et al. На пути к практичным высокоэнергетическим батареям: модульная овальная углеродная микроструктура для толстых серных электродов. Доп. Матер. 29 , 1700598 (2017).

    Артикул Google ученый

29. Chen, J. et al. Улучшение характеристик литий-серных аккумуляторов при работе с обедненным электролитом за счет наноразмерного удержания в мягких набухающих гелях. Нано Летт. 17 , 3061–3067 (2017).

    Артикул Google ученый

30. Energy, O. OXIS Energy близка к достижению 500 Втч/кг и нацелена на 600 Втч/кг с твердотельной литиево-серной технологией https://45uevg34gwlltnbsf2plyua1-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2020/01/500-and-600-whkg-pressor.pdf (2020).

31. Chen, J. Новые достижения в исследованиях и разработках Li-S аккумуляторов в Даляньском институте химической физики http://english.dicp.cas.cn/ns_17179/ue/201509/t20150928_153096.html (2015).

32. «>

    Ван, В., Ван, А. и Джин, К. Проблемы практического применения литий-серных батарей. Научный аккумулирование энергии. Тех. 9 , 593–597 (2020).

    Google ученый

33. Промышленность, Э. С. П. Описание продукта http://www.energas-group.cn/nav/45.html (2018).

34. Microsystems, B. Высокоэнергетические, легкие батареи http://barnardmicrosystems.com/UAV/engines/batteries.html (2018 г.).

35. Фотоухи, А., А., Д., О’Нил, Л., Кливер, Т. и Валус, С. Готовность технологии литий-серных батарей и их применение — обзор. Энергия 10 , 1937 (2017).

    Артикул Google ученый

36. Служба, РФ. Литий-серные батареи готовы к скачку. Наука 359 , 1080–1081 (2018).

    Артикул Google ученый

37. «>

    Harlow, J. E. et al. Широкий спектр результатов испытаний отличных химических элементов литий-ионных элементов, которые будут использоваться в качестве эталонов для новых аккумуляторных технологий. Дж. Электрохим. соц. 166 , A3031–A3044 (2019).

    Артикул Google ученый

38. Чанг С.-Х. и Мантирам, А. Текущее состояние и перспективы металл-серных батарей. Доп. Матер. 31 , 1

    5 (2019).

    Артикул Google ученый

39. Ли, В. и др. Синергетический эффект полисульфида лития и нитрата лития для предотвращения роста дендритов лития. Нац. коммун. 6 , 7436 (2015).

    Артикул Google ученый

40. Schmuch, R., Wagner, R., Hörpel, G., Placke, T. & Winter, M. Характеристики и стоимость материалов для автомобильных аккумуляторов на основе лития. Нац. Энергия 3 , 267–278 (2018).

    Артикул Google ученый

41. Chen, H. et al. Отдельно стоящие ультратонкие фольги из металлического лития и оксида графена с регулируемой толщиной для литиевых батарей. Нац. Энергия 6 , 790–798 (2021).

    Артикул Google ученый

42. Ye, Y. et al. Сверхлегкие и огнетушащие токоприемники для энергоемких и безопасных литий-ионных аккумуляторов. Нац. Энергия 5 , 786–793 (2020).

    Артикул Google ученый

43. Аргиру, М. К., Христодулидес, П. и Калогиру, С. А. Аккумулирование энергии для производства электроэнергии и связанных процессов: оценка технологий и применение в масштабе сети. Продлить. Поддерживать. Energy Rev. 94 , 804–821 (2018).

    Артикул Google ученый

44. «>

    Cano, Z. P. et al. Аккумуляторы и топливные элементы для развивающихся рынков электромобилей. Нац. Энергия 3 , 279–289 (2018).

    Артикул Google ученый

45. Ян, К. Электромобили с аккумуляторной батареей и увеличенным запасом хода: анализ затрат и энергопотребления. Заявл. Энергия 306 , 118116 (2022).

    Артикул Google ученый

46. Даффнер Ф., Венткер М., Гринвуд М. и Лекер Дж. Моделирование стоимости аккумуляторов: обзор и направления будущих исследований. Продлить. Поддерживать. Energy Rev. 127 , 109872 (2020 г.).

    Артикул Google ученый

47. Whittingham, M.S. Предельные пределы реакций интеркаляции для литиевых батарей. Хим. Ред. 114 , 11414–11443 (2014).

    Артикул Google ученый

Загрузить ссылки

Благодарности

Перспектива была поддержана помощником министра по вопросам энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Управления автомобильных технологий Министерства энергетики США в рамках программы исследования аккумуляторных материалов (BMR) и Консорциума Battery500.

Информация об авторе

Примечания автора

1. Guangmin Zhou

   Текущий адрес: Tsinghua Shenzhen International Graduate School, Университет Цинхуа, Шэньчжэнь, Китай

2. Эти авторы внесли равный вклад: Guangmin Zhou, Hao Chen.

Авторы и организации

1. Факультет материаловедения и инженерии Стэнфордского университета, Стэнфорд, Калифорния, США

   Гуанминь Чжоу, Хао Чен и И Цуй

2. Стэнфордский институт материаловедения и энергетических наук, Национальная ускорительная лаборатория SLAC, Менло-Парк, Калифорния, США PubMed Google Scholar

3. Hao Chen

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия

4. Yi Cui

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Автор, ответственный за переписку

Йи Цуй.

Декларации этики

Конкурирующие интересы

Y.C. является основателем и членом совета директоров компании Amprius Inc., занимающейся разработкой кремниевых анодов. Он владеет акциями Amprius. Г.З. и Х.К. заявлять об отсутствии конкурирующих интересов.

Рецензирование

Информация о рецензировании

Nature Energy благодарит анонимных рецензентов за их вклад в рецензирование этой работы.

Дополнительная информация

Примечание издателя Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Права и разрешения

Перепечатки и разрешения

Об этой статье

Эта статья цитируется

• Время для литий-ионных альтернатив

  Энергия природы (2022)

ViPER — Research

Литий-ионный | литий-сера | Ион натрия | Калий-ион | Твердотельные батареи | Низкотемпературные батареи

Литий-ионный аккумулятор

Обычные литий-ионные аккумуляторы состоят из графитового анода и катода из оксида лития-переходного металла. Во время фазы заряда ионы лития внедряются между отдельными графеновыми слоями графита с образованием гексакарбида лития (LiC ₆ ). Во время фазы разряда ионы лития вводятся в катод. Перезаряжаемые литий-ионные батареи сегодня широко используются в области электрохимического накопления энергии из-за их высокой плотности энергии и широкого спектра применений в портативных электронных устройствах, имплантируемых медицинских устройствах и электромобилях. Несмотря на эти преимущества, литий-ионным батареям не хватает высокой удельной мощности (т. е. производительности), что является критически важным для многих коммерческих приложений. Одной из основных задач является получение превосходных характеристик производительности при сохранении длительного срока службы и безопасности. Электронная и ионная проводимости большинства электродных материалов недостаточны для достижения высоких скоростей. Использование графитовых анодов с теоретической емкостью 372 мАч/г является одним из критических факторов, ограничивающих производительность и безопасность литий-ионных аккумуляторов текущего поколения. Другой проблемой безопасности является использование легковоспламеняющихся растворов органических электролитов.

Цели данного исследования включают:

• Разработка новых методов синтеза наноструктурированных электродных материалов высокой емкости
• Повышение безопасности и срока службы за счет изготовления новых архитектур электродов и электролитов
• Синтез органо-неорганических гибридных электродов с превосходными электрохимическими характеристиками

Наша общая цель при исследовании литий-ионных аккумуляторов состоит в том, чтобы преодолеть упомянутые выше недостатки путем изготовления наноструктурированных электродных материалов и гибридных электролитов.

Литий-серная батарея

В последние годы возрос интерес к вторичной литий-серной (Li-S) батарее, поскольку присутствие серы в качестве активного материала позволяет катоду удерживать большее количество энергии на единицу массы. активного материала. Это приводит к тому, что Li-S предлагает максимальную теоретическую емкость 1675 мАч/г и высокую теоретическую плотность энергии 2600 Втч/кг, самые высокие расчетные значения среди твердофазных элементов. Для сравнения, коммерческие литий-ионные батареи демонстрируют теоретическую плотность энергии 570 Втч/кг для систем на основе оксида лития-кобальта и 180 Втч/кг для систем на основе оксида лития-марганца. Li-S также предлагает различные преимущества в плане безопасности, доступности и финансовых преимуществ. Однако основной проблемой Li-S аккумуляторов является полисульфидный челночный эффект, при котором самопроизвольное образование полисульфидов снижает производительность Li-S. Во время первого разрядного цикла частицы серы принимают электроны и реагируют со свободными ионами лития в электролите с образованием полисульфидов лития, которые растворяются в большинстве органических электролитов, похищают пригодный для использования литий из системы, что наблюдается при электрохимических испытаниях в виде быстрого снижения емкости и непрерывного саморазряд элемента при хранении. Наиболее широко изученный и, возможно, самый многообещающий подход к Li-S заключается в реализации новой трехмерной композитной архитектуры углерод-сера на катоде. Этот подход лучше всего улучшает разрядную емкость, способность к циклированию и эффективность Колумба за счет значительного уменьшения эффекта челнока и увеличения чистой проводящей способности. Основное внимание в нашей работе уделяется разработке масштабируемых, экологически безопасных и эффективных методов синтеза, а также пористых углеродно-серных композитов, соответствующих практическим литий-серным батареям. Эта работа также включает оптимизацию методов синтеза, а также совместимых электролитных систем.

Натрий-ионная батарея

По оценкам, к 2040 году мировое производство энергии вырастет примерно до 49 триллионов киловатт-часов; беспрецедентный рост почти вдвое по сравнению с текущим размером. Этот прогноз ставит впечатляющую задачу по сбору и хранению этого огромного ресурса как эффективно, так и действенно. Крупномасштабные системы накопления энергии (ESS), включая насосные гидроаккумуляторы, сжатый воздух, маховики и электрохимические батареи, являются многообещающими кандидатами для удовлетворения таких экстремальных требований. В частности, электрохимические батареи завоевывают популярность благодаря своей гибкости при выравнивании нагрузки, высокой эффективности преобразования энергии и простоте обслуживания. В настоящее время доступны три коммерчески доступных электрохимических ЭЭС: свинцово-кислотный, натрий-серный (Na-S) и литий-ионный (Li-ion), но каждая система демонстрирует определенный уровень инвалидности. Свинцово-кислотная химия страдает от низкой плотности энергии и короткого срока службы. Химия Na-S требует чрезмерно высоких рабочих температур около 300°C и легко подвержена коррозии. Литий-ионная химия требует высоких затрат на внедрение и чувствительна к колебаниям температуры. Таким образом, улучшение существующих конструкций ESS может обеспечить превосходную функциональность сети, снизить эксплуатационные расходы, сократить инвестиции в инфраструктуру и повысить уровень надежности.

Популярным решением для ESS следующего поколения является система с ионами натрия (Na-ion). Химия ионов Na привлекательна по следующим причинам:

• Натрий является четвертым наиболее встречающимся в природе элементом, содержание которого в 1000 раз превышает содержание лития
• Восстановительный потенциал металлического натрия (-2,7109 В) примерно равен потенциалу металлического лития (-3,045 В)
• Прекурсор металлического натрия (трона: 165 долларов США за тонну) в 30 раз дешевле литиевого аналога (карбонат лития: 5000 долларов США за тонну)
• Диапазон рабочих температур для химии ионов натрия близок к температуре окружающей среды

Несмотря на эти практические преимущества, химия ионов натрия сопряжена с рядом проблем:

• Ионы натрия испытывают кинетику медленной диффузии
• Большинство анодных материалов большой емкости подвергаются значительному объемному расширению и структурному измельчению при циклировании
• В химии ионов Na в настоящее время отсутствует подходящая оптимизированная система электролитов, которая создает стабильную промежуточную прослойку вторичного электролита (SEI)

Эти проблемы могут быть связаны с большим размером катиона натрия, радиус которого на 0,26 Å больше, чем у катиона лития с радиусом 0,76 Å. Это эквивалентно увеличению размера катиона на 140 %.

Целью нашей работы над Na-ion аккумулятором является разработка эффективных, высокоэффективных электродных материалов, отличающихся долговечностью; высокая безопасность; и простые, экономичные процессы синтеза. Дальнейшее развитие анодных материалов с ионами натрия включает композиционные материалы с оксидами и сплавами металлов; твердые угли; а также микро- и нанокомпозиты с уникальной морфологией.

Калийно-ионная батарея

Из-за высокой стоимости и дефицита лития поиск альтернативных металл-ионных батарей для более дешевого хранения энергии становится все более важным. Недавно было показано, что ионы калия обратимо интеркалируют в графит, стандартный анод для литий-ионных аккумуляторов, несмотря на неспособность ионов натрия сделать это. Высокая теоретическая емкость 279 мАч/г и плато напряжения при 0,2 В являются многообещающими, но объемные ионы калия ограничивают характеристики при высоких токах. Наша лаборатория заинтересована в изучении новых электродных материалов и наноструктур для K-ионных аккумуляторов. В частности, мы экспериментируем с углеродными структурами, такими как графен, нанотрубки, нановолокна и аморфный углерод, полученный из биомассы, которые могут приспособиться к большому изменению объема (50%) введения калия. Кроме того, уменьшенные диффузионные расстояния и улучшенный контакт с электролитом обеспечивают более высокие характеристики производительности и циклируемости по сравнению со стандартным графитовым материалом. Помимо углеродистых материалов, мы изучаем новые двумерные структуры, такие как Mxenes и MoS 9.0275 2 , за электрохимические характеристики и понимание механизмов в системе K-ion. Мы также изучаем безопасность K-ion батарей с точки зрения экзотермических реакций и теплового разгона. Исследуется неизвестная природа образования межфазной фазы твердого электролита в системе K-ion и ее роль в безопасности аккумуляторов, а также состав электролита.

Твердотельные батареи

Твердотельные батареи (SSB) считаются ключевым решением для технологий хранения энергии нового поколения. Замена легковоспламеняющегося жидкого электролита твердотельными ионными проводниками также делает его подходящим для достижения повышенной плотности энергии за счет сопряжения с литий-металлическим анодом. Однако значительно высокий импеданс на границе раздела твердое тело-твердое из-за плохого контакта между электродом и частицами электролита приводит к плохой работе при комнатной температуре и высокой скорости заряда-разряда. Это гарантирует адаптированный интерфейс, подходящий для благоприятных механизмов переноса заряда, что позволяет использовать SSB с высокой плотностью энергии. Следовательно, в центре внимания нашей группы ViPER находится минимизация межфазного импеданса в SSB для повышения производительности.

Литий-ионные проводники на основе граната будут выбраны в качестве базовой модельной системы из-за их высокой литий-ионной проводимости (~10 ^-4 — 10 ^-3 См/см), термической и электрохимической стабильности с литий-металлическим анодом. и высоковольтные катоды. Легированный танталом LLZO (Li _6,4 La ₃ Zr _1,4 Ta _0,6 O ₁₂ ) имеет самую высокую литий-ионную проводимость ~ 10 ^-3 См/см при комнатной температуре LZO системы. Разработка гибридного электролита LLZO, легированного Ta, с ионно-литиевыми проводящими полимерами считается новой стратегией улучшения межфазных контактов. Синергетический эффект высокой ионной проводимости LLZO и гибкости полимеров делает гибридные электролиты многообещающей стратегией улучшения характеристик SSB. Группа ViPER занимается разработкой SSB, состоящих из химически адаптированного металлического литий-анодного электрода с минимальным межфазным сопротивлением и литий-интеркаляционного катода (Li-NMC) с улучшенными адгезионными свойствами с гранатом, которые могут обеспечивать удельную энергию >350 Втч·кг ^-1 с сохранением емкости на 80 % после 1000 циклов заряда-разряда при скорости C/3.

Низкотемпературные аккумуляторы

Одной из наиболее важных и нерешенных проблем в области литий-ионных аккумуляторов (LIB) является ограниченный диапазон рабочих температур, в котором они могут эффективно работать. Это ограничение создает серьезную проблему для современных приложений, поскольку растет спрос на батареи, которые могут работать при температуре ниже -40 ° C в космических приложениях, автономных подводных аппаратах (AUV), разведке недр в поисках нефти / газа, высотных беспилотных летательных аппаратах, электромобилях. и портативные устройства. Пример этого можно найти в цилиндрических элементах Panasonic 18650, которые дают плотность энергии 100 Втч/л при 25°C, а при -40°C дают только 5 Втч/л.

Для преодоления этого ограничения существуют четыре основные проблемы, с которыми приходится сталкиваться при попытке обеспечить работу LIB при экстремальных температурах!

1. Малая длина диффузии ионов лития внутри электродов
2. Пониженная проводимость ионов лития в электролите
3. Литиевое покрытие из-за поляризации анода
4. Повышенное сопротивление переносу заряда на границе электрод-электролит

Из четырех текущих проблем три могут быть напрямую связаны с электролитом, 2-4, причем последняя проблема связана со стадией ограничения скорости при отрицательных температурах. Было показано, что во время типичного процесса заряда/разряда сопротивление переносу заряда на границе раздела фаз катода или анода оказывает наибольшее влияние с последующим снижением температуры, что эффективно ограничивает общую емкость и скорость зарядки батареи.

Лаборатория ViPER специализируется на разработке экстремально низкотемпературных ЛИА за счет разработки передовых электролитов для снижения сопротивления переносу заряда, адаптации структуры сольватации, а также реализации других стратегий, таких как модификация поверхности электродов и сепараторов.

Компания Next Energy представляет аккумулятор емкостью 240 Ач с высокой плотностью энергии

Аккумулятор и топливный элемент   >

Компания Our Next Energy представляет аккумулятор емкостью 240 А·ч с высокой плотностью энергии

АккумуляторыИсследование аккумуляторовBMWOur Next EnergyStartup

Американский аккумуляторный стартап Our Next Energy (ONE), поддерживаемый BMW, представил крупноформатный призматический «безанодный» элемент емкостью 240 А·ч с плотностью энергии 1007 Вт·ч/л. Эта ячейка также может быть изготовлена ​​намного дешевле. Кроме того, эта ячейка, как говорят, значительно дешевле в производстве.

В пресс-релизе журнала Our Next Energy, анонсирующем новую ячейку емкостью 240 Ач, говорится, что ожидается снижение затрат на уровне ячейки до 50 долларов за киловатт-час. Говорят, что эта ячейка является результатом 12 месяцев исследований и разработок.

Техническое примечание: Термин «безанодный», конечно же, не является технически правильным утверждением, батарея по-прежнему имеет положительный и отрицательный полюс. Однако, поскольку такие «безанодные» аккумуляторные элементы не требуют классического оборудования для производства анодов и для переработки используемого там графита, этот термин утвердился в аккумуляторной промышленности. Оставшийся анод выполнен из металла.

Поскольку такой металлический анод намного легче производить, чем графитовые или кремниевые аноды с покрытием, ликвидация этих производственных мощностей вносит значительный вклад в экономию средств. «Наша призматическая безанодная ячейка производится с использованием примерно половины существующего производственного оборудования для эквивалентной мощности, что позволяет нам резко снизить затраты на масштабирование», — говорит Муджиб Иджаз, основатель и генеральный директор ONE.

В будущем более дешевая ячейка емкостью 240 Ач также должна помочь серийному выпуску так называемого аккумуляторного блока ONE Gemini с 2026 года. Это архитектура с двойной химией: аккумуляторный блок Gemini сочетает в себе элемент клетки ЛФП. Новый прототип этого смешанного аккумуляторного блока будет установлен и испытан на BMW iX до конца этого года. Цель 9Запас хода на автомобиле 65 км.

Смешанный аккумуляторный блок также является секретом, с помощью которого ONE хочет сделать безанодные элементы пригодными для использования в автомобиле: на самом деле такие элементы, которые в основном функционируют как литий-металлический аккумулятор, имеют слишком короткий срок службы для использования в автомобиле. По словам компании, при объединении их с ячейками LFP «потребности в цикле и пиковой мощности должны быть снижены на 90 процентов». В аккумуляторе Gemini «каждый специальный химический элемент должен быть в состоянии сосредоточиться на различных функциях»: элементы LFP заботятся о более коротких расстояниях, в то время как особо энергоемкие безанодные элементы сохраняют энергию для более длинных расстояний. Другими словами, высокоэнергетические элементы являются своего рода расширителями диапазона.

Комбинированная система должна обеспечивать срок службы 250 000 миль или чуть более 400 000 километров, согласно ONE. Технически такой комбинированный аккумуляторный блок может быть возможен и давать преимущества на бумаге для некоторых групп клиентов. Но испытания в реальных условиях могут дать важную информацию о том, как такая система работает в повседневной жизни или как система должна управлять ячейками — например, когда высокоэнергетические ячейки расширителя диапазона имеют высокий уровень заряда, но затем это не дальняя езда вперед на некоторое время.

В пресс-релизе Стивен Кэй, главный технический директор ONE, подчеркивает простоту конструкции новых элементов, поскольку менее чем за год они были увеличены в 100 раз — с 2 Ач в пакете до 240 Ач. Ах призматическая ячейка. Однако ячейка еще не полностью разработана: в настоящее время установлен катод NMC. К моменту начала производства в 2026 году в нем больше не должно быть кобальта, а содержание никеля должно снизиться примерно до 26 процентов при соответствующем более высоком содержании марганца.

ONE также планирует построить в США завод по производству аккумуляторов годовой мощностью 20 ГВтч.

С репортажем Себастьяна Шаала, Германия.

prnewswire.com, reuters.com

— РЕКЛАМА —

Предыдущая статья

Следующая статья

Нам необходимо ваше согласие, прежде чем вы сможете продолжить работу на нашем веб-сайте.