Таблица плотности электролита: Перевірка браузера, будь ласка, зачекайте…

4.3. Проверка НРЦ и плотности электролита

–Автостарт. Аккумуляторы в Уфе–Полезные статьи–

Электронная версия издания Николая Курзакова и Владимира Ягнятинского Содержание 4. Ремонт, заряд, контроль и хранение АКБ Для того, чтобы замедлить старение АКБ, необходимо выполнять несколько основных требований по контролю за состоянием батареи и электрооборудования автомобиля. Проверка напряжения разомкнутой цепи (НРЦ) проводится через 6-8 часов после выключения двигателя (или зарядного тока при заряде от внешнего зарядного устройства). Напряжение на клеммах батареи измеряется с помощью вольтметра. Значение НРЦ в зависимости от степени заряженности батареи приведено в табл. 1. Степень заряженности также однозначно связана и с плотностью электролита АКБ (рис. 4). Таблица 1. Зависимость напряжения разомкнутой цепи (НРЦ) АКБ при различных температурах электролита При безотказной эксплуатации необслуживаемой батареи, которая не имеет пробок, достаточно один раз в 3-4 месяца проверять ее НРЦ с целью определения состояния заряженности в соответствии с табл. 1. Если же возникают трудности с пуском двигателя, необходимо проверить исправность электрооборудования (см. главы 4.4 и 4.5). У полностью заряженной батареи плотность электролита составляет 1,28+0,01 г/см3. Линейно снижаясь, по мере разряда АКБ, она составляет 1,20±0,01 г/см3 у батарей, степень заряженности которых снизилась до 50%. У полностью разряженной батареи плотность электролита составляет 1,10±0,01 г/см3. Если значение плотности во всех аккумуляторах («банках») одинаково (с разбросом ±0,01 г/см3), это говорит об отсутствии внутренних замыканий. При наличии внутреннего короткого замыкания плотность электролита в дефектном аккумуляторе будет значительно ниже, чем в остальных ячейках. Для измерения плотности применяют ареометры со сменными денсиметрами для измерения плотности различных жидкостей, например, антифриза с плотностью от 1,0 до 1,1 г/см3 или электролита с плотностью от 1,1 до 1,3 г/см3. Рисунок 5. Универсальный ареометр Универсальный ареометр показан на рис.5. При измерении поплавок не должен касаться стенок цилиндрической части стеклянной трубки. Одновременно необходимо замерить температуру электролита. Результат измерения плотности приводят к +25°С. Для этого к показаниям денсиметра надо прибавить или отнять поправку, полученную с помощью табл. 2 (в соответствии со знаком указанного значения поправки). Если при измерении окажется, что НРЦ ниже 12,6 В, а плотность электролита ниже 1,24 г/см3, батарею необходимо подзарядить и проверить зарядное напряжение на ее клеммах при работающем двигателе. Таблица 2. Температурные поправки к показаниям денсиметра при приведении плотности электролита к +25°С. вперед назад

НОВОСТИ И АКЦИИ

22.02.2023

График работы магазинов в День Защитника Отечества

06.02.2023

Учет

27.10.2022

Мотоциклетные аккумуляторы ИРКУТ

Сеть магазинов Автостарт приветствует вас на нашем сайте!

Сеть магазинов Автостарт c 1992 года работает на рынке аккумуляторных батарей в Уфе. Мы предлагаем в широком ассортименте аккумуляторы всех типов: стартерные аккумуляторы, мото-аккумуляторы, тяговые аккумуляторы (кислотные, щелочные), а также сцепления, зарядные и пуско-зарядные устройства, моторные масла, смазки, автохимию.

Данные для точной подгонки плотности электролита для автомобильных аккумуляторных батарей



Данные для точной подгонки плотности электролита для автомобильных аккумуляторных батарей

Интернет-журнал по ремонту бытовой техники и автоэлектроники Времонт. su

Для точной подгонки плотности электролита при его заливке в батарею необходимо иметь дистиллированную воду и электролит с повышенной плотностью 1,4 г/см³.

Если приготовленный электролит имеет плотность ниже требуемой, то в него доливается не аккумуляторная кислота, а электролит с повышенной плотностью.

При необходимости понизить плотность в электролит доливают дистиллированную воду.

Для удобства составления электролита с требуемой плотностью приведена таблица:

Плотность электролита в аккумуляторе, г/см3	Корректировка плотности электролита в объеме 1 л
	До 1,25 г/см3			До 1,27 г/см3			До 1,29 г/см3			До 1,31 г/см3
	Количество отбираемого электролита	Добавки см3		Количество отбираемого электролита	Добавки см3		Количество отбираемого электролита	Добавки см3		Количество отбираемого электролита	Добавки см3
		Электролита плотностью 1,40 г/см3	Дистилли- рованной воды		Электролита плотностью 1,40 г/см3	Дистилли- рованной воды		Электролита плотностью 1,40 г/см3	Дистилли- рованной воды		Электролита плотностью 1,40 г/см3
1,24	61	62	—	173	175	—	252	256	—	—	—
1,25	—	—	—	118	119	—	215	219	—	—	—
1,26	39	—	40	65	66	—	174	180	—	290	294
1,27	78	—	80	—	—	—	122	124	—	246	249
1,28	117	—	120	40	—	42	63	64	—	198	201
1,29	157	—	161	75	—	78	—	—	—	143	145
1,30	—	—	—	109	—	113	36	—	37	79	81
1,31	—	—	—	143	—	148	72	—	76	—	—
Примечание: плотность электролита увеличивается на 0,0007 г/см3 при понижении температуры на 1°С

Как приготовить и залить электролит в автомобильный аккумулятор. Простые правила.

© Обслуживание автомобильных аккумуляторов — учебное пособие для самостоятельной подготовки специалиста

Технические задания

DOE для компонентов топливных элементов с полимерно-электролитной мембраной

Отдел технологий водорода и топливных элементов

В этих таблицах перечислены технические цели Министерства энергетики США (DOE) для компонентов топливных элементов с мембраной из полимерного электролита (PEM): мембранно-электродных сборок, мембран, электрокатализаторов и биполярных пластин. Эти цели были разработаны при участии партнерства U.S. DRIVE, в которое входят автомобильные и энергетические компании и, в частности, техническая группа по топливным элементам. Цели компонентов руководства разработаны, чтобы помочь разработчикам компонентов оценить прогресс без тестирования всей системы.

Дополнительную информацию о целях можно найти в разделе «Топливные элементы» Многолетнего плана исследований, разработок и демонстраций Управления технологий топливных элементов.

Технические задачи: Мембранные электродные сборки для транспортных применений

9 0027 5 000 ^d 9002 3

Характеристика	Единицы	Состояние на 2015 г.	20 20 целей
Стоимость a	$/кВт нетто	17 b	14
Долговечность при циклировании	часов	2 500 c
Долговечность при включении/отключении e	циклов	–	5000
Производительность при 0,8 В f	мА/см 2	240 г	300
Производительность при номинальной мощности ч (150 кПа абс. )	мВт/см 2	810 i	1000
Прочность (холодная эксплуатация) j	см. сноску	1,09 k	0,7
Прочность (горячий режим) л	см. сноску	0,87 k	0,7 9003 0
Прочность (холодный переходный процесс) м	см. сноску	0,84 k	0,7

^a Прогнозируемые затраты на крупносерийное производство (500 000 80 кВт 90 032 нетто системы в год).
^b Затраты при производстве достаточного количества MEA для 500 000 систем в год. Отчет Министерства энергетики США по водороду и топливным элементам 15015, «Стоимость системы топливных элементов — 2015 г.». В стоимость входят все компоненты MEA, включая рамы и прокладки.
^c Время до снижения напряжения на 10 % при 1,0–1,5 А/см ² для МЭА Gore с катализатором 510 (загрузка анода/катода 0,2/0,4 мг _PGM /см ² ), работающего по протоколу испытаний на долговечность, приведенному в таблице P. 7. Род Боруп и Рангачари Мукундан (LANL), личное общение и презентация Ежегодного обзора заслуг за 2013 год. В других источниках сообщалось о более высоких значениях долговечности (например, 3900 часов при дорожных испытаниях, таблица 3.4.3), но эти более высокие значения не были измерены с использованием ездового цикла, указанного в таблице P.7.
^d Необходимость соответствия или превышения при температурах от 80°C до пиковой температуры. На основе кривой поляризации и протоколов испытаний на долговечность в таблице P.6 и таблице P.7, с падением номинальной мощности <10% после испытаний.
^e Измерено в соответствии с протоколом, приведенным в таблице P.8, при снижении напряжения менее чем на 5% при 1,2 А/см ² .
^f Измерено с использованием протокола кривой поляризации в таблице P.6.
^г Kongkanand et al. (Дженерал Моторс), «Высокоактивные катализаторы на основе диаллоя», Годовой отчет о ходе работ за 2014 г.
^h Измерено с использованием протокола поляризационной кривой в Таблице P.6, но может использоваться любая температура вплоть до максимальной рабочей температуры с максимальной относительной влажностью на входе 40%. Рабочая точка номинальной мощности зависит от температуры МЭБ и определяется как напряжение, при котором V = 77,6 / (22,1 + T[°C]), исходя из целевого значения Q/ΔTi = 1,45 кВт/°C и определения Q/ΔTi из Таблица 3.4.4, с аппроксимацией температуры МЭБ равной температуре теплоносителя на выходе из дымовой трубы.
ⁱ Поверхностная плотность мощности 810 мВт/см ² при 150 кПа _абс. и 1060 мВт/см ² При 250 кПа _абс. . А. Штейнбах и др. (3M), «Высокопроизводительные, долговечные и недорогие сборки мембранных электродов для транспортных приложений», Ежегодный обзор заслуг, 2014 г.
^j Отношение напряжения при 30°C к напряжению при 80°C во время работы при 1,0 А/см ² , измеренное с использованием протокола для поляризационной кривой, приведенного в таблице P. 6. Точка росы 25°C используется только для работы при 30°C.
^k На основании испытаний, проведенных в LANL с использованием МЭА Gore с высокой катодной нагрузкой (0,1/0,4 мг _PGM /см ² анод/катод) и SGL GDL (25BC/25BC). Род Боруп, презентация группе специалистов по топливным элементам, 15 июля 2015 г. поляризационная кривая находится в таблице П.6. Точка росы 59°C используется как при 90°C, так и при 80°C.
^м Отношение напряжения при 30°C в переходном режиме к напряжению при 80°C в установившемся режиме при 1,0 А/см ² , измеренное с использованием протокола для поляризационной кривой, приведенного в таблице P.6. Точка росы 25°C используется только для работы при 30°C. Переходный режим при 30°C составляет 1 А/см ² в течение не менее 15 минут, затем снижается до 0,1 А/см ² в течение 3 минут без изменения рабочих условий. Через 3 минуты плотность тока возвращается к 1 А/см ² . Напряжение измеряется через 5 секунд после возврата к 1 А/см ² .

Технические задачи: Мембраны для транспортных применений

9002 7       Максимальная рабочая температура и парциальное давление воды от 40 до 80 кПа

Характеристика	Единицы	2015 Статус	2020 Цели 9 0016
Максимальное пересечение кислорода a	мА/см 2	2,4 b	2
Максимальный переход водорода a	мА/см 2	1,1 c	2
Площадь удельного сопротивления протону при:
Ом·см 2	0,072 (120 °C, 40 кПа) c	0,02
80°C и парциальное давление воды 25–45 кПа	Ом·см 2 900 30	0,027 (25 кПа) с	0,02
30°C и парциальное давление воды до 4 кПа	Ом·см 2	0,027 (4 кПа) c	0,03
-20°C	Ом см 2	0,1 b	0,2
Максимальная рабочая температура	°C	120 9002 8 c	120
Минимальное электрическое сопротивление	Ом см 2	>5,600 c	1,000
Стоимость d 9003 0	$/м 2	17 e	20
Долговечность f
Механический	Циклы до >15 мА/см 2 H 2 900 33 кроссовер г	23 000 c	20 000
Химический	Часы до >15 мА/см 2 Пересечение или потеря >20% в OCV	742 c	>500
Комбинированный химический/механический	Циклы до > 15 мА/см 2 Пересечение или потеря >20 % в OCV	–	20 000

^a Испытано в MEA на O ₂ или H ₂ , 80°C, полностью увлажненные газы , 1 атм полное давление. Для Н ₂ методы испытаний, см. M. Inaba et. др. Electrochimica Acta, 51, 5746, 2006. О методах испытаний O ₂ см. Zhang et. др. Journal of The Electrochemical Society, 160, F616-F622, 2013.
^b Мембрана PFIA 14 мкм с подложкой из нановолокна. М. Яндрасиц (3М), частное сообщение, 1 февраля 2016 г.
^c Армированная и химически стабилизированная мембрана PFIA. М. Яндрасиц и соавт. (3M), Годовой отчет о ходе выполнения программы Министерства энергетики США по водороду и топливным элементам за 2015 год.
^d Затраты, прогнозируемые для крупносерийного производства (500 000 систем мощностью 80 кВт в год).
^e Стоимость при производстве достаточного количества мембраны для 500 000 систем в год. Отчет Министерства энергетики США по водороду и топливным элементам 15015, «Стоимость системы топливных элементов — 2015 г.».
^f Измерено в соответствии с протоколами в Таблице P.3, Таблице P.4 и Таблице P. 5.
^g Для испытаний воздухом или N ₂ в качестве альтернативы можно использовать эквивалентный переходный показатель 0,1 см3/см ² при перепаде давления 50 кПа, 80°C и относительной влажности 100%.

Технические задачи: Электрокатализаторы для транспортных применений

Характеристика	Единицы	2015 Статус	2020 Цели 9 0016
Общее содержание металлов платиновой группы (оба электрода) a	г/ кВт (номинал, b брутто) при 150 кПа (абс.)	0,16 c,d	0,125
Металл группы платины (PGM) общая нагрузка (оба электрода) a	мг МПГ/см 2 площадь электрода	0,13 c	0,125
Массовая активность 90 028 e	А/мг МПГ при 900 мВ Без ИК-излучения	>0,5 f	0,44
Потеря начальной каталитической активности e	% потери массовой активности	66 c 9 0030	<40
Потеря производительности при 0,8 А/см 2 e	мВ	13 c	<30
Стабильность электрокатализатора г 9 0029	% потери массы	41 ч	<40
Потеря производительность при 1,5 А/см 2 г	мВ	65 ч	<30
Без ПГМ активность катализатора	А/см 2 при 0,9 В без ИК-излучения	0,016 i	>0,044 j

^a Контент PGM и целевые значения загрузки могут быть ниже для достижения целевых показателей стоимости системы.
^b Рабочая точка номинальной мощности зависит от температуры МЭБ и определяется как напряжение, при котором V = 77,6 / (22,1 + T[°C]), исходя из целевого значения Q/ΔTi = 1,45 кВт/°C и определения Q/ΔTi из таблицы 3.4.4, с аппроксимацией температуры МЭБ равной температуре теплоносителя на выходе из дымовой трубы.
^c Steinbach et al. (3M), «Высокопроизводительные, долговечные и недорогие сборки мембранных электродов для транспортных приложений», Ежегодный обзор заслуг, 2014 г.
^d На основе полной мощности MEA при 150 кПа абс. Измерено при 0,692 В и 90°C, удовлетворяя Q/ΔT < 1,45 кВт/°C. При 250 кПа абс.состояние составляет 0,12 г/кВт.
^e Измерено с использованием протокола в таблице P.1.
^f Kongkanand et al. (General Motors), «Высокоактивные катализаторы на основе диаллоя», 2014 Annual Merit Review.
^г Измерено с использованием протокола, приведенного в таблице P.2.
^h Б. Попов и др., «Разработка катодных катализаторов со сверхнизким содержанием легированной платины для топливных элементов PEM», Ежегодный обзор заслуг, 2015 г.
ⁱ П. Зеленай (LANL), «Катоды топливных элементов из неблагородных металлов: разработка катализатора и конструкция электродной структуры», Ежегодный обзор достижений за 2016 г. мг _PGM при 0,1 мг _PGM /см ² .

Технические задачи: биполярные пластины для транспортных приложений

9002 7 0,4 90 027 0 ^е

Характеристика	Единицы	2015 Статус	2020 Цели 9 0016
Стоимость a	$/кВт нетто	7 b	3
Вес плиты	кг/кВт нетто	<0,4 c
Пластина H 2 Коэффициент проницаемости d	Стандарт см 3 /(с см 2 Па) при 80°C, 3 атм, 100% относительной влажности	<1,3x10 -14 f
Коррозия, анод г	мкА/см 2	нет активного пика 9002 8 ч	<1 и нет активного пика
Коррозия, катод i	мкА/см 2	<0,1 c	<1
Электропроводность	См/см	>100 j 9 0029	>100
Поверхностное удельное сопротивление кОм	Ом·см 2	0,006 ч	<0,01
Прочность на изгиб л	МПа	>34 (угольная пластина) м	>25
Формовочное удлинение n	%	20–40 o	40

^a Прогнозируемые затраты на крупносерийное производство (500 000 систем мощностью 80 кВт в год), при условии, что MEA соответствует характеристикам цель 1000 мВт/см ² .
^b Стоимость при производстве достаточного количества пластин для 500 000 систем в год. Отчет Министерства энергетики США по водороду и топливным элементам 15015, «Стоимость системы топливных элементов — 2015 г.».
^с К.Х. Ван (Тредстоун), «Недорогие металлические биполярные пластины топливных элементов PEM», Годовой отчет о ходе работ за 2012 г.
^d В соответствии со стандартными испытаниями на транспортировку газа (ASTM D1434).
^и С.Х. Wang (Treadstone), частное сообщение, октябрь 2014 г.
^f Blunk, et al., J. Power Sources 159 (2006) 533–542.
^г pH 3 0,1 ppm HF, 80°C, пиковый активный ток <1x10 ^-6 А/см ² (потенциодинамический тест при 0,1 мВ/с, от -0,4 В до +0,6 В (Ag/AgCl) ), деаэрированный с продувкой Ar.
^h Кумар, М. Рикеттс и С. Хирано, «Оценка ex-situ золотого покрытия в нанометровом диапазоне на подложке из нержавеющей стали для биполярной пластины автомобильного топливного элемента с мембраной из полимерного электролита», Journal of Power Sources 195 (2010): 1401 –1407, сентябрь 2009 г.
ⁱ pH 3 0,1 ppm HF, 80°C, пассивный ток <5x10 ^-8 А/см ² (потенциостатическое испытание при +0,6 В (Ag/AgCl) в течение >24 ч, аэрированный раствор
^j О. Адрианович (GrafTech), «Биполярные пластины следующего поколения для автомобильных топливных элементов PEM», 2009 г.Годовой отчет о проделанной работе.
^k Включает межфазное контактное сопротивление (при получении и после потенциостатического испытания), измеренное с обеих сторон согласно Wang, et al. J. Power Sources 115 (2003) 243–251 при 200 фунтов на квадратный дюйм (138 Н/см ² ).
^l ASTM-D 790-10 Стандартный метод испытаний на изгиб неармированных и армированных пластиков и электроизоляционных материалов.
^м Д. Хаак и др. (Porvair), «Углерод-углеродные биполярные пластины», Годовой отчет о ходе работ за 2007 г.
ⁿ В соответствии со стандартными методами испытаний металлических материалов на растяжение ASTM E8M-01 или продемонстрировать возможность штамповки общей конструкции канала с указанием ширины, глубины и радиуса.
^o M. Brady et al. (Национальная лаборатория Ок-Риджа), «Азотированные металлические биполярные пластины», Годовой отчет о ходе работ за 2010 г.

Преимущества литий-металлических анодов

19 мая 2022 г.

Преимущества литий-металлических анодов

19 мая 2022 г.

Перезаряжаемые литий-металлические батареи десятилетиями были предметом интенсивных исследований, и сегодня они кажутся ближе, чем когда-либо, к выходу на рынок. Но почему литий-металлические аноды так востребованы в науке об аккумуляторах? Здесь мы попытаемся пролить свет на ажиотаж вокруг металлического лития.

Почему литий?

Многие элементы могут использоваться в перезаряжаемых батареях. Итак, что такого особенного в литии, что делает его таким привлекательным для электромобилей?

• Он легкий и маленький
  Литий — самый легкий металл в периодической таблице, и он может хранить много энергии относительно своей массы. Литий входит в группу элементов, известных как щелочные металлы и , которые имеют несколько общих свойств — все они мягкие, имеют низкие температуры плавления и обладают высокой реакционной способностью. Поскольку атомы лития менее массивны, чем атомы других элементов, это отличный материал для случаев, когда вес и размер имеют значение, таких как бытовая электроника или электромобили. Сравните это с натрием (Na), следующим элементом в группе щелочных металлов: натрий примерно в три раза массивнее лития. Из-за этого батареи на основе натрия всегда будут в значительном проигрыше, когда речь идет об плотности энергии.

• Он щедр на электроны
  Щелочные металлы легко отдают электроны, а литий имеет самый низкий восстановительный потенциал в группе. Это означает, что литий-ионные батареи имеют относительно высокое напряжение по сравнению с другими типами батарей, а более высокое напряжение приводит к хранению большего количества энергии.

• Его много
  Литий в изобилии: лития в земной коре достаточно для производства 100 миллионов электромобилей в год в течение следующего миллиарда лет.[1] Он примерно так же распространен, как хлор[2], который содержится в обычной поваренной соли (хлорид натрия). Как и хлор, литий обычно содержится в солях по всему миру, в глине, горячих источниках и даже в морской воде. Литий редко встречается в высоких концентрациях, поэтому сбор лития может быть сложным, но разрабатываются и внедряются более совершенные и экологически безопасные методы. Также, как и многие другие металлы, литий может быть переработан и повторно использован для изготовления новых батарей.

Почему литий-металлические аноды?

Когда дело доходит до выбора материала для анода батареи на основе лития, существуют различные варианты.[4] Наиболее важными характеристиками материала анода являются его емкость и напряжение, которые вместе определяют его общую способность накапливать энергию. Когда дело доходит до анодов для аккумуляторов электромобилей, есть три основных претендента: графит, кремний и металлический литий. Металлический литий является победителем по плотности энергии,[5] но у каждого есть свои проблемы.

Графит

Преимущества

• Предотвращает рост дендритов при низкой скорости зарядки
• Приемлемая стабильность
• Хороший срок службы

Проблемы

• Низкая плотность энергии
• Узкое место быстрой зарядки
• Дендриты все еще формируются при быстром заряде

Кремний

Преимущества

• Хорошая плотность энергии
• Более быстрая зарядка, чем графит

Проблемы

• Низкий срок службы из-за измельчения
• Низкая стабильность SEI; часто требуется избыток лития
• Снижение напряжения
• Высокая стоимость современных кремниевых анодов

Литий-металлический

Преимущества

• Лучшая плотность энергии
• Отсутствие узкого места быстрой зарядки
• Может формироваться на месте (нет необходимости в аноде при производстве)

Проблемы

• Необходимо подавлять или предотвращать образование дендритов
• Реакции с жидкостями, сульфидами и твердыми полимерными электролитами
• Высокая стоимость литиевой фольги (если не безанодная)

• Графит
  Графит на сегодняшний день является наиболее распространенным материалом анода в обычных литий-ионных батареях. Первоначально графитовые аноды были введены, чтобы остановить образование литиевых дендритов, корнеобразных структур из чистого металлического лития, которые могут расти и разрушать батарею изнутри. Молекулярная структура графита обеспечивает естественные промежутки для размещения лития при зарядке батареи в процессе, известном как 9.0902 интеркаляция , но при этом держать их достаточно далеко друг от друга, чтобы они не могли собраться вместе и начать формировать дендриты.

  Однако графит имеет относительно низкую емкость , поэтому он не может упаковать много ионов лития в заданное пространство. Это означает, что аноды на основе графита имеют низкую плотность энергии , что приводит к ограниченному запасу хода в электромобилях. Существует также предел скорости интеркалирования лития в графит, что является критическим узким местом, ограничивающим высокую скорость зарядки транспортных средств.[7]

  Графит также реагирует с жидкими электролитами в обычных литий-ионных батареях. Эта реакция создает стабильный межфазный слой твердого электролита (SEI), который защищает большую часть графита от контакта с электролитом. Потеря емкости из-за побочных реакций, хотя и остается проблемой, с графитом представляет меньшую проблему, чем с другими материалами, такими как кремний. Эта относительная стабильность делает графит таким популярным в качестве основы для анода, несмотря на другие его недостатки. Тем не менее, эти побочные реакции по-прежнему потребляют литий, уменьшая емкость батареи и создавая побочные продукты, которые затрудняют перемещение лития в анод и из него. Эти два эффекта снижают как мощность, которую аккумулятор может выдать, так и энергию, которую он может хранить, что означает более медленную зарядку, более медленное ускорение и меньший запас хода.

• Кремний
  Кремний обсуждался как кандидат на замену графита в анодах. Теоретически кремний может хранить примерно в 10 раз больше лития, чем графит.[8] Однако литий не встраивается точно в кремний, как в графит; кремний на самом деле химически связывается с литием, создавая совершенно новую молекулярную структуру. В результате кремний резко набухает во время заряда и сжимается во время разряда, что приводит к растрескиванию кремния и его измельчению в течение многих циклов .

  Этот процесс растрескивания означает, что слой SEI постоянно разрушается и восстанавливается в течение многих циклов, увеличивая скорость, с которой побочные реакции расходуют литий в батарее. Это приводит к тому, что аккумулятор теряет емкость и увеличивает сопротивление элемента, что снижает его напряжение. Это означает, что батареи на основе кремниевых анодов имеют тенденцию быстро терять способность накапливать энергию.

Адаптировано из Choi et al. Nat Rev Mater 1, 16013 (2016). https://doi.org/10.1038/natrevmats.2016.13

Есть несколько обходных путей для этой проблемы, но все они имеют компромиссы. В кремний может быть добавлен литий, чтобы компенсировать потери емкости, известный как до литиирования , но это увеличивает стоимость и усложняет производство. Батареи можно держать под огромным давлением, чтобы предотвратить растрескивание кремния, но масса устройства, работающего под давлением, сводит на нет большую часть преимуществ, которые дает кремний. Кремниевые наноструктуры могут быть спроектированы для преодоления этих проблем, но они более сложны и дороги, чем простой графит, и в первую очередь снижают теоретическое преимущество использования кремния. Наконец, кремний платит штраф за напряжение, которое снижает энергию ячейки. Из-за этих недостатков кремний обычно смешивают с графитом и обычно только в небольших количествах.

• Металлический литий
  Металлический литий может быть идеальным анодным материалом для литиевых батарей по нескольким причинам.
  1. A Металлический литий-анод обеспечивает максимально возможную гравиметрическую плотность энергии (количество энергии, которое может храниться на единицу массы) .[9]
  2. Скорость заряда литий наносится непосредственно на анод.
  3. При правильно подобранном электролите можно спроектировать батарею без анодной архитектуры, в которой используется только чистый металлический литий, что позволяет сэкономить на материалах и производственных затратах, а также повысить плотность энергии.

Почему не все аноды сделаны из лития?

Чистый металлический литий имеет тенденцию образовывать дендриты, которые могут снизить безопасность и срок службы батареи. Было показано, что многие электролитные материалы, такие как жидкости, твердые полимеры и сульфиды, не предотвращают образование дендритов.

Металлический литий также обладает высокой реакционной способностью, что создает проблемы для сульфидов, жидкостей и твердых полимеров. Эта реактивность потребляет литий, поэтому для работы в батарею должен быть добавлен дополнительный литий в виде тонкой литиевой фольги. К сожалению, литиевая фольга представляет собой компромисс между объемной плотностью энергии (количеством энергии, хранящейся в заданном объеме) и стоимостью. Очень тонкая литиевая фольга дорога в производстве и трудна в обращении, а более толстая литиевая фольга устраняет преимущество объемной плотности энергии, которое мотивирует переход от графита.

Литиевая фольга также затрудняет решение проблемы дендритов. Производимая фольга всегда имеет небольшие примеси или изменения в самом материале, что усиливает литиевое покрытие в определенных точках и катализирует рост дендритов.

Аккумуляторная технология QuantumScape предназначена для решения фундаментальных проблем, связанных с металлическим литием. Наш керамический твердоэлектролитный сепаратор продемонстрировал способность сопротивляться дендритам при мощности, характерной для электромобилей. Наш сепаратор обеспечивает очень хорошую стабильность с металлическим литием, что снижает потребление лития в побочных реакциях и способствует отличной кулоновской эффективности. Эта стабильность означает, что дополнительный литий не требуется, и элементы можно производить без анода. Вместо этого, когда элемент заряжается, литий вытягивается из катода через керамический твердоэлектролитный сепаратор и пластины на аноде в виде чистого металлического лития. Этот процесс гарантирует, что анод не содержит примесей, и устраняет материальные и производственные затраты, необходимые для производства и интеграции литиевой фольги в ячейку.

Вместо добавления дорогостоящих дополнительных анодных материалов технология QuantumScape позволяет создавать более качественные батареи за счет упрощения конструкции элемента . Устранение необходимости в графите, кремнии или литиевой фольге позволяет технологии QuantumScape увеличить плотность энергии и увеличить запас хода автомобиля, одновременно обеспечивая 15-минутную быструю зарядку. Мы считаем, что наша технология твердотельных литий-металлических аккумуляторов представляет собой наиболее многообещающий путь к производительности аккумуляторов следующего поколения.

---

[1] Грубо говоря, содержание лития в земной коре составляет ~20 частей на миллион (ppm) по массе и ~70 ppm по числу атомов. [Источник: https://en.wikipedia.org/wiki/Abundances_of_the_elements_(data_page)] Количество атомов в Земле приблизительно равно 1,33 x 10 ⁵⁰ [Источник: https://education.jlab.org/qa/ мататом_05.html]. Земная кора составляет ~1% от объема Земли [Источник: https://en.wikipedia.org/wiki/Earth%27s_crust)]. Плотность ядра и коры различна, но для оценки порядка величины предположим, что кора содержит 1% атомов Земли. Следовательно, имеется ~1 x 10 ⁴⁴ атомов лития в земной коре. Этот литий представляет собой 2 x 10 ²¹ Ач емкости аккумулятора (8 x 10 ²¹ Втч при 4 В), при условии, что половина ионов лития в аккумуляторе активна. Если средний аккумуляторный блок электромобиля составляет 75 кВтч, это соответствует 100 квадриллионам (1 x 10 ¹⁷ ) электромобилей. Предполагая, что в год продается около 100 миллионов автомобилей, это составляет производство на один миллиард лет. Даже если можно использовать только один из миллиона атомов лития, это все равно составляет тысячу лет производства.

[2] При расчете на атом: https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium#/media/File:Elemental_abundances.svg

[3] Для получения дополнительной информации о добыче лития в США. : https://medium.com/prime-movers-lab/does-the-u-s-have-enough-lithium-to-support-the-growing-ev-market-d73a44a969e5

[4] Мы рассмотрели некоторые из популярные варианты катодов в более ранней статье.

[5] Теоретически кремний имеет немного большую объемную емкость, чем металлический литий: теоретическая объемная емкость кремния составляет 2190 мАч/см3 против 2062 мАч/см3 для металлического лития. Но в реальных кремниевых анодах большая часть объема заполнена углеродом, полимером, жидким электролитом или другими материалами, поэтому практическая объемная емкость намного ниже. Напротив, безанодная литий-металлическая архитектура QuantumScape представляет собой чистый металлический литий без избытка, поэтому нет лишнего пространства. Кроме того, кремний платит штраф за напряжение по сравнению с металлическим литием, поэтому более высокая объемная емкость не приводит к более высокой энергии. Гравиметрическая плотность энергии выше для металлического лития в любом случае, так как нет дополнительного веса от атомов кремния.

[6] Для получения более подробной информации о дендритах см. наш блог о сульфидах: https://www.quantumscape.com/resources/blog/the-problem-with-sulfides/

[7] Для получения дополнительной информации о быстрой зарядке , см. наш официальный документ: https://www.quantumscape.com/resources/blog/white-paper-a-deep-dive-into-quantumscapes-fast-charging-performance/

[8] Удельная емкость графита составляет 372 мАч/г против 3600 мАч/г у кремния.

[9] Удельная емкость металлического лития составляет 3863 мАч/г.

---

Прогнозные заявления

В этой статье содержатся прогнозные заявления по смыслу федерального законодательства о ценных бумагах и информация, основанная на текущих ожиданиях руководства на дату настоящего отчета. Все заявления, кроме заявлений об исторических фактах, содержащиеся в этой статье, в том числе заявления о будущем развитии аккумуляторной технологии QuantumScape, ожидаемых преимуществах технологий QuantumScape и производительности ее аккумуляторов, а также о планах и целях будущих операций, являются заявлениями прогнозного характера. . При использовании в настоящем отчете слова «может», «будет», «оценивать», «проформа», «ожидать», «планировать», «полагать», «потенциальный», «предсказывать», «целевой», «должен», «был бы», «мог бы», «продолжать», «полагать», «предполагать», «намереваться», «предвидеть» отрицание таких терминов и другие подобные выражения предназначены для обозначения прогнозных заявлений, хотя не все прогнозные заявления содержат такие идентифицирующие слова.

Эти прогнозные заявления основаны на текущих ожиданиях, предположениях, надеждах, убеждениях, намерениях и стратегиях руководства в отношении будущих событий и основаны на имеющейся в настоящее время информации о результатах и ​​сроках будущих событий. Эти прогнозные заявления сопряжены со значительными рисками и неопределенностями, которые могут привести к существенному отличию фактических результатов от ожидаемых. Многие из этих факторов находятся вне контроля QuantumScape, и их трудно предсказать. QuantumScape предупреждает читателей, чтобы они не слишком полагались на какие-либо прогнозные заявления, которые действительны только на дату их публикации. Если иное не требуется применимым законодательством, QuantumScape отказывается от каких-либо обязательств по обновлению любых прогнозных заявлений. Если лежащие в основе предположения окажутся неверными, фактические результаты и прогнозы могут существенно отличаться от выраженных в каких-либо прогнозных заявлениях. Дополнительную информацию об этих и других факторах, которые могут существенно повлиять на фактические результаты QuantumScape, можно найти в периодических заявках QuantumScape в SEC. Заявки QuantumScape в SEC находятся в открытом доступе на веб-сайте SEC по адресу www.sec.gov.

---

Поделиться на

Продолжить чтение

Ceramics 101: разделитель QuantumScape в контексте

14 сентября 2022 г.

Технология твердотельных литий-металлических аккумуляторов QuantumScape обеспечивается запатентованным керамическим твердоэлектролитным сепаратором.

ПОДРОБНЕЕ

Преимущества литий-металлических анодов

19 мая 2022 г.