Повышенная плотность — электролит — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Cтраница 1
Повышенная плотность электролита вызывает коррозию решеток, сокращает срок службы и снижает качество работы аккумуляторов. Работа с электролитом повышенной плотности целесообразна только при низких температурах, так как такой электролит замерзает при более низкой температуре. [1]
Повышенная плотность электролита также вредна для деревянной сепарации. При длительном воздействии электролита повышенной плотности древесина обугливается и приобретает повышенную хрупкость. Комбинированная сепарация аккумуляторов типа СН от повышения плотности ( в пределах, могущих быть практически в эксплуатации) не страдает. [2]
Повышенная плотность электролита отрицательно сказывается на сроке службы аккумуляторной батареи, поэтому она устанавливается в зависимости от условий и требований эксплуатации. [3]
Интенсивное сульфатирование происходит также при повышенной плотности электролита
[4]Преждевременное разрушение пластин наступает при длительном перезаряде батареи, повышенной плотности электролита, слабом креплении батареи на автомобиле, замерзании воды в электролите. [5]
Сульфатация пластин ускоряется при длительном хранении батареи без подзаряда, повышенной плотности электролита, большом саморазряде, соприкосновении пластин с воздухом и систематическом недозаряде батареи. [6]
При эксплуатации аккумуляторных батарей необходимо учитывать, что хранение их с повышенной плотностью электролита существенно сокращает срок службы. [7]
Сульфатация — образование на поверхности электродов крупных малорастворимых кристаллов сернокислого свинца — происходит при повышенной плотности электролита
, длительном хранении батарей без подзаряда, систематическом недозаряде, наличии контакта электродов с воздухом вследствие пониженного уровня электролита. Батареи с сульфатированными электродами быстро теряют емкость при разряде.
[8]Наиболее вероятными причинами необратимой сульфатации могут служить: систематические недозаряды батареи, работа с повышенной плотностью электролита, усиленный саморазряд вследствие загрязнения электролита вредными примесями или коротких замыканий пластин, слишком низкий уровень электролита. [9]
В процесе эксплуатации необходимо следить, чтобы на заряд не отправлялись заряженные аккумуляторы, так как систематические перезаряды последних приводят к быстрому нарастанию плотности электролита за счет разложения воды в результате электролиза. Эксплуатация аккумуляторов с повышенной плотностью электролита
Изменение плотности электролига аккумуляторной батареи в зависимости от длительности ее хранения при различной температуре.
[11] |
Плотность электролита при этом должна быть не более 1 290, так как хранение батарей с повышенной плотностью электролита ускоряет разрушение пластин и сепараторов. [12]
Страницы: 1
Аккумуляторные батареи электропогрузчиков — причины преждевременного старения — Эксплуатация электропогрузчиков — Статьи, публикации
25.01.12
Условия хранения аккумуляторов
Аккумуляторные батареи могут поставляться как в сухозаряженном состоянии, так и залитые и заряженные. Причём в последнем случае обязательно должна быть указана дата заряда (ввод в АКБ в эксплуатацию).
- При поставке в сухозаряженном состоянии батареи могут сохранять ёмкость в течении нескольких лет при соблюдении определённых условий, основными из которых являются влажность и перепады температуры, которые приводят к конденсации влаги внутри батареи.
Повышение температуры хранения выше 40°С приводит к ускорению процессов старения батареи.
- При хранении залитой и заряженной батареи, необходимо ежемесячно производить уравнительные и поддерживающие заряды. Как правило, несоблюдение данных условий приводят к необратимым последствиям в батареи и к её полному выходу из строя. Такие случаи особенно характерны для предприятий, которые закупают батареи впрок и хранят их на складе в упаковочном виде, с последующим вводом в эксплуатацию и часто не соблюдают указанные в инструкциях правило хранения.
Повышение температуры хранения выше 40°С приводит к ускорению процессов старения батареи.
Условия эксплуатации аккумуляторных батарей электропогрузчиков
Средняя температура эксплуатации
Выделения тепла в аккумуляторе возникает в связи с разностью принимаемой при заряде и отдаваемой при разряде энергией. Так в среднем, заряд повышает температуру аккумуляторной батареи на 12-15°С. В течении недели при односменном режиме работы и температуре воздуха 20°С , средняя температура электролита аккумуляторной батареи после заряда, отстоя, рабочей смены не успевает вернуться к исходному значению и происходит нарастание температуры таким образом, что к концу недели после заряда температура электролита превышает 50°С.
Превышение средней температуры 40°С электролита, существенно снижает срок службы (особенно гелиевых батарей), температура 55°С для классических батарей (45°С для гелиевых) является максимально допустимой во избежание повреждений батарей.
На практике очень часто встречаются случаи преждевременного выхода из строя тяговых батарей именно по причине повышенной средней температуры, причём особенно для необслуживаемых гелиевых батарей, где невозможно компенсировать потери воды в электролите.
Работа при низких температурах
Если температура батареи существенно ниже номинальной, то следует использовать зарядное устройство с датчиком температуры, иначе может происходить не дозаряд.
После передачи батареи на заряд из холодной зоны необходимо выдерживать батарею в тёплом месте, чтобы температура электролита перед зарядом была не менее 10°С.
Ток разряда
В соответствии с DIN 43 539 при испытаниях поддерживается разрядный ток – 1,25 I5. В реальных условиях мы встречаем высокие токи, связанные с максимальными нагрузками, что приводит к большому выделению тепла или наоборот низкие токи, которые ведут к сильному воздействию на активную массу.
Условия обслуживания АКБ
Зачастую предприятия экономят на квалифицированном обслуживании, что приводит к значительным финансовым затратам на закупку нового оборудования. В качестве примера можно привести случаи эксплуатации батареи с низким уровнем электролита в элементах, например при неисправности системы залива дистиллированной воды. Отсутствие воды длительное время, приводят к необратимым изменениям в верхней (сухой) части пластин, вследствие чего батарея теряет ёмкость и преждевременно выходит из строя.
Технология заряда аккумуляторов
Срок службы батареи весьма существенно зависит от технологии заряда. Необходимо рассматривать совместно батарею и зарядное устройство применительно к существующим условия эксплуатации. Существующие технологии заряда в основном определяются тремя величинами: ток заряда, напряжение заряда и температура. Разработанные технологии заряда отличаются для батарей с жидким и гелиевым электролитом. Некоторые типы многофункциональных зарядных устройств требуют перенастройки под конкретный тип аккумулятора квалифицированным персоналом, в противном случае батарея может преждевременно выйти из строя.
Основными и наиболее часто встречающимся процессами, которые могут возникать в процессе эксплуатации свинцово-кислотных тяговых аккумуляторных батарей являются: сульфатация, перезаряд тяговой батареи, заводнение, переплюсовка, металлизация сепараторов.
Сульфатация
По мнению специалистов сервисных служб производителей и официальных продавцов АКБ, сульфатация является одной из главных причин сокращения срока службы АКБ и выхода её из строя. Сульфатация батареи происходит в результате её хранение в разряженном состоянии, а так же из-за неполного и чрезмерного заряда, чересчур высокой плотности электролита, или не достаточное его количества. Основным признакам сульфатации является быстрый рост напряжения на электродах батареи при низкой плотности электролита, а так же перегрев элементов батареи “во время заряда”.
В этом случае «активная масса становится рыхлой и быстро осыпается”, при этом рабочая поверхность пластин электродов уменьшается. В результате батарея быстро теряет ёмкость, и её пластинам наносятся необратимые повреждения.
Признаки сульфатации:
- быстрое повышение напряжения, при этом плотность электролита остаётся низкой;
- усиленный разогрев элементов при заряде
Причины возникновения:
- недостаточный заряд;
- глубокие разряды;
- хранение без подзаряда;
- высокая плотность электролита;
- недостаток электролита
Воздействие на аккумулятор:
- потеря плотного соединения активной массы с решеткой;
- рыхлая, осыпающаяся активная масса;
- активная масса на отрицательной пластине рассыпчатая, осыпающаяся
Последствия:
- прогрессирующая потеря ёмкости, которая не может быть устранена, если процесс слишком затянулся;
- повреждения пластин и батареи
Способы устранения сульфатации, том случае, если она существует не продолжительное время:
- многократный выравнивающий заряд током менее 5А/100Ач в течении нескольких часов с паузами для отдыха батареи;
- при прогрессирующей форме сульфатации, должен применятся заряд током возможно малого значения до тех пор, пока плотность электролита не начнёт повышаться. Температура электролита не должна превышать 55°С;
- заряд постоянным напряжением до установления тока нормального значения. По окончании необходимо откорректировать плотность электролита;
- при очень сильной сульфатации плотностью удалить электролит и залить дистиллированную воду и заряжать малым током не более 5А /100Ач. После десульфатационного заряда необходимо выровнять плотность электролита, а затем желательно провести глубокий разряд малым током с последующим качественным зарядом. Особо следует отметить, что доливать кислоту в элементы для повышения плотности электролита категорически недопустимо. Это, не даст ни какого положительного эффекта, а только усугубит ситуацию. Плотность электролита следует увеличивать только путём использования методов, стимулирующих разложение образовавшегося на пластинах электродов сульфата свинца на исходные составляющие: электрохимически активную массу, состоящую из свинца и оксида свинца, водный раствор серной кислоты.
Температура электролита не должна превышать 55°С;
Перезаряд тяговой батареи
К признакам перезаряда батареи относятся: повышенный расход воды в электролите, чрезмерное повышение температуры электролита во время заряда, сильное газовыделение (кипение), а так же рост положительных полюсов.
В этом случае наблюдается: разрушение активной массы на положительной пластине, интенсивная коррозия пластин, а так же снижение электропроводности на границе между рабочей поверхностью пластины и её основой. Всё это ведёт к прогрессирующей потери ёмкости батареи, снижение срока её службы и быстрому выходу батареи из строя. Происходит перезаряд в основном из-за неправильной настройки или неисправности зарядного устройства, а так же вследствие её неправильного выбора.
Заводнение
Если в электролите плавают белые хлопья, а батарея не заряжается, т.е. зарядный ток равен нулю, – это признак заводнения АКБ. Возникает вследствии того, что разряженный элемент слишком долго остаётся в электролите низкой плотности, в результате чего на положительной пластине образуется слой гидрата свинца (являющегося диэлектриком), и она выходит из строя.
К сожалению, этот процесс необратим, и такой элемент батареи восстановить уже не удастся.
Следует отметить, что заводнение АКБ случается крайне редко.
Признак заводнения: белые хлопья в электролите.
Причина возникновения: разряженный элемент слишком долго оставался с электролитом с низкой плотностью.
Воздействие на батарею: гидрат свинца выступает на положительной пластине (гидрата свинца – диэлектрик).
Последствия: процесс необратим, элемент поврежден
Переплюсовка
Признак переплюсовки: значение напряжения при разряде противоположно.
Причина возникновения: элемент смонтирован в батарею наоборот или элемент отдаёт слабую мощность при разряде, является получателем энергии.
Воздействие на батарею: превращение отрицательной активной массы в положительную и наоборот и образование диоксида свинца.
Последствия: отсутствие ёмкости, сокращение срока службы при использовании в циклическом режиме
Металлизация сепараторов
Металлизация сепараторов вызывается соединением высвободившегося свинца в порах сепаратора и сопровождается интенсивным саморазрядом батареи.
Это происходит в результате эксплуатации батареи при высокой температуре либо при слишком большой плотности электролита и приводит к опасности короткого замыкания внутри элементов батареи, а также – к резкому сокращению возможных сроков хранения.
Признак заводнения: сильный саморазряд.
Причина возникновения: эксплуатация при высоких температурах или при высокой плотности электролита.
Воздействие на батарею: высвободившийся свинец осаждается в порах сепаратора, вследствие чего ток саморазряда увеличивается.
Последствия: очень короткие сроки складирования, опасность короткого замыкания.
Промежуточный заряд
Этот вопрос актуален для многих пользователей. С одной стороны, промежуточный заряд продлевает время рабочей смены батареи, а с другой в процессе подзаряда температура батареи повышается. Это приводит к сокращению срока службы батареи. Так же может появится так называемый “эффект памяти”.
При принятии решения об осуществлении промежуточного заряда батареи рекомендуется руководствоваться следующим принципом: если мощности (ёмкости) батареи хватает, что бы отработать полную смену без подзаряда, то производить его не следует.
Когда мощности недостаточно, подзаряжать батарею следует только в том случае, если она разряжена не менее чем на 20%.
Глубокий разряд
Глубокий разряд – это более чем на 80% от номинальной ёмкости батареи. Глубокие постоянные разряды приводят к разрушению активной массы пластин и соответственно снижению ёмкости, к механическому повреждению пластин, и иногда даже к изменению полярности элементов.
Своевременная очистка
Дело в том, что пыль и электролит на поверхности корпуса батареи образуют токопроводящий слой, по которому протекают так называемые блуждающие токи.
Правила очистки аккумуляторов:
- категорически нельзя использовать моющие средства;
- температура воды не должна превышать 60°С;
- рабочее давление – не более 50 бар;
- не задерживать струю на одной точке долее 3-х секунд;
- жидкость, попавшая внутрь короба, должна быть откачена.
Зарядные устройства
Сейчас продаётся очень много различных зарядных устройств для тяговых батарей, от самых простых и дешевых до дорогих с большим количеством функций и компьютерным управлением. Иногда спрашивают зарядные устройства, которые могут заряжать несколько батарей. Если речь идёт об одновременном заряде батарей, то лучше использовать два отдельных зарядных устройства, так как силовые части всё равно будет две, а сэкономить можно будет только на корпусе. Если же говорить о заряде разных типов батарей, то такие устройства существуют, но, несмотря на кажущееся удобство, обладают двумя существенными недостатками: во-первых, могут возникать ошибки при распознании батареи (глубоко разряженная 48-вольтовая батарея может определиться как 36-вольтовая), а во-вторых, их использование не экономично. Менее мощная батарея использует более дорогое зарядное устройство, которое использует лишь часть своей мощности. Особенно ощутима эта экономическая разница при большем парке батарей.
Рекомендации специалистов
- Категорически не допустимо оставлять батарею в разряженном состоянии даже на ночь, не говоря уже о выходных днях
- Правильный подбор и квалифицированная эксплуатация АКБ и зарядных устройств, является самым главным требованием
Разделы / Эксплуатация электропогрузчиков
Химические добавки улучшают стабильность литий-ионных аккумуляторов высокой плотности
Диаграммы на этом рисунке показывают состав катода, взаимодействие катода и электролита (CEI) и сольватную оболочку, то есть то, как различные химические молекулы в растворителе взаимодействуют друг с другом. На графиках показано поведение электролита при высоких и низких температурах, включая график, показывающий емкость в зависимости от времени и емкость при различных напряжениях. Кредит: Нано Исследования Поскольку наша потребность в батареях высокой плотности увеличивается с широким распространением электромобилей и альтернативных источников энергии, повышение стабильности и емкости литий-ионных батарей является необходимостью.
Современная технология литий-ионных аккумуляторов, в которой часто используется никель, менее стабильна при экстремальных температурах, что приводит к перегреву как из-за температуры, так и из-за высокого напряжения. Эти батареи также имеют тенденцию быстро портиться.
Чтобы решить эту проблему, исследователи изучают новые химические комбинации, которые могут устранить эти недостатки. В недавнем исследовании ученые продемонстрировали, как растворитель и добавка неорганического соединения могут улучшить стабильность и производительность литий-ионных аккумуляторов с никелевыми катодами.
Они опубликовали свои результаты 12 сентября в Nano Research .
Основы работы аккумуляторов одинаковы, независимо от того, думаете ли вы о промышленном литий-ионном аккумуляторе или об обычном домашнем аккумуляторе типа АА. Катод — это положительный электрод, анод — отрицательный электрод, а между ними внутри батареи находится раствор, называемый электролитом. Положительно и отрицательно заряженные ионы проходят через электролит, а химическая реакция генерирует электрическую энергию.
В этом исследовании исследователи определили жидкий электролит на основе сульфолана с добавленным к нему перхлоратом лития как потенциальное решение общих недостатков литий-ионных аккумуляторов.
«Для катодов на основе никеля хорошие низкотемпературные электрохимические характеристики обычно достигаются в ущерб имуществу и безопасности при комнатных температурах. Это связано с тем, что электролиты с легкоплавкими растворителями резко портятся. Высокая летучесть и воспламеняемость этих электролитов также ограничивают их применение при высоких температурах», — сказал профессор Фан Лянь из Школы материаловедения и инженерии Пекинского университета науки и технологии в Пекине, Китай. Исследователи обнаружили, что добавление перхлората лития к сульфолану может устранить многие из этих недостатков.
Сульфолан — это растворитель, который изначально был создан для использования в нефтяной и газовой промышленности, но теперь он используется во многих различных промышленных условиях, поскольку остается стабильным при повышенных температурах.
Перхлорат лития представляет собой неорганическое соединение, которое в сочетании с сульфоланом помогает поддерживать стабильность электролита. Третий химикат добавляется для разбавления электролита и повышения стабильности электролита в широком диапазоне температур.
Чтобы проверить, насколько хорошо работает предложенный электролит, исследователи создали батарею с использованием электролита и провели серию тестов и теоретических расчетов.
Они обнаружили, что растворитель способен сохранять проводимость в широком диапазоне температур от –60 до 55 градусов Цельсия. Для сравнения, традиционные электролиты имеют тенденцию затвердевать при температурах ниже -20 градусов Цельсия. Добавление перхлората лития в электролит усиливает взаимодействие различных химических веществ в электролите друг с другом и снижает количество необходимой энергии, облегчая работу электролита при более низких температурах.
«Разбавленный электролит высокой концентрации на основе сульфолана с добавкой перхлората лития реализует широкотемпературное применение в высоковольтных элементах.
Эта комбинация улучшает перенос ионов лития и снижает энергию десольватации, а также препятствует непрерывному разложению электролита и резкий износ катода при высоких температурах», — сказал Лиан. «Наша работа обеспечивает всестороннее понимание молекулярной структуры электролита, способствуя разработке литиевых батарей с высокой плотностью энергии».
Дополнительная информация: Yixin Zhu et al, Жидкий электролит на основе сульфолана с добавкой LiClO4 для широкотемпературного рабочего тройного катода с высоким содержанием никеля, Nano Research (2022). DOI: 10.1007/s12274-022-4852-y
Предоставлено Издательство Университета Цинхуа
Цитата : Химические добавки повышают стабильность литий-ионных аккумуляторов высокой плотности (2022, 14 сентября) получено 26 мая 2023 г. с https://phys.org/news/2022-09-chemical-additives-stability-high-density-lithium-ion.html
Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения.
Контент предоставляется только в ознакомительных целях.
Новый химический состав аккумуляторов сверхвысокой удельной мощности
Доцент кафедры химического машиностроения Мохаммад Асади. Предоставлено: Иллинойский технологический институт.Мохаммад Асади, доцент кафедры химического машиностроения Иллинойского технологического института, опубликовал статью в журнале Science , в которой описал химию, лежащую в основе его новой конструкции литий-воздушной батареи. Полученные знания позволят ему еще больше оптимизировать конструкцию батареи с потенциалом достижения сверхвысокой плотности мощности, намного превышающей нынешнюю литий-ионную технологию.
Конструкция батареи может хранить один киловатт-час на килограмм или больше, что в четыре раза больше, чем технология литий-ионных батарей, которая может преобразовать электрификацию транспорта, особенно большегрузных транспортных средств, таких как самолеты, поезда и подводные лодки.
.
Асади стремился создать батарею с твердым электролитом, обеспечивающую безопасность и энергетические преимущества по сравнению с батареями с жидким электролитом, и искал вариант, который был бы совместим с катодными и анодными технологиями, которые он разрабатывал для использования в литий-воздушных батареях. батареи.
Он выбрал смесь полимера и керамики, которые являются двумя наиболее распространенными твердыми электролитами, но оба имеют недостатки. Объединив их, Асади обнаружил, что может воспользоваться преимуществом высокой ионной проводимости керамики, высокой стабильностью и высокой межфазной связью полимера.
Результат позволяет критической обратимой реакции, которая позволяет батарее функционировать, — образованию и разложению диоксида лития — происходить с высокой скоростью при комнатной температуре, что является первой демонстрацией этого в литий-воздушной батарее.
Как описано в статье Science , Асади провел ряд экспериментов, которые демонстрируют науку о том, как происходит эта реакция.
«Мы обнаружили, что этот твердотельный электролит обеспечивает около 75 процентов общей плотности энергии. Это говорит нам о том, что есть много возможностей для улучшения, поскольку мы считаем, что можем минимизировать эту толщину без ущерба для производительности, и это позволит нам достичь очень, очень высокой плотности энергии», — говорит Асади.
Эти эксперименты проводились в сотрудничестве с Иллинойсским университетом в Чикаго и Аргоннской национальной лабораторией. Асади говорит, что планирует работать с отраслевыми партнерами, поскольку теперь он движется к оптимизации конструкции батареи и разработке ее для производства.
«Эта технология является прорывом, и она открыла большие возможности для вывода этих технологий на рынок», — говорит Асади.
Дополнительная информация: Алиреза Кондори и др., Перезаряжаемая при комнатной температуре литий-воздушная батарея на основе Li2O с твердым электролитом, Science (2023).
DOI: 10.1126/science.abq1347
Информация журнала: Наука
Предоставлено Иллинойсский технологический институт
Цитата : Новый химический состав батарей сверхвысокой плотности мощности (2 февраля 2023 г.) получено 26 мая 2023 г. с https://techxplore.com/news/2023-02-chemistry-ultra-high-power-density-batteries.html
Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.