RU (495) 989 48 46
Пленка на бампер

АНТИГРАВИЙНАЯ ЗАЩИТА БАМПЕРА

 

Аккумулятор плотность электролита


Плотность электролита в аккумуляторе - какая должна быть

Автомобильный аккумулятор предназначен для обеспечения бортовой сети транспортного средства и накопления энергии, которую вырабатывает генератор. Больше века кислотно-свинцовые батареи применяются в автомобильной промышленности и по-прежнему удерживают лидирующие позиции. Причина долголетия проста – высокая эффективность при дешевой себестоимости. Подобные батареи состоят из гальванических элементов, которые взаимодействуя с водным раствором серной кислоты, вырабатывают электрическую энергию. Такие источники питания имеют стабильную плотность электролита в аккумуляторе, отличаются высокой морозоустойчивостью и длительным сроком работы.

Плотность электролита

Электролит — это основной компонент аккумулятора, а именно, вещество, проводящее электрический ток вследствие распада на ионы в растворе. Основным свойством, которое необходимо знать при использовании АКБ в автомобиле, является плотность электролита — в науке данный термин означает соотношение массы жидкости к занимаемому объему. В АКБ роль раствора выполняет электролит, состоящий из кислоты и дистиллированный воды.

Непосредственно плотность зависит от температуры электролита (чем ниже температура, тем выше плотность). Работа аккумулятора – это чередование циклов разрядки и зарядки, во время которых происходит широкий спектр химических реакций. При разрядке батареи химическая энергия трансформируется в электрический ток, при зарядке электричество превращается в химическую энергию. Данные процессы оказывают серьезное влияние на плотность электролитического раствора. Процесс зарядки повышает плотность электролита, разряд элемента питания – понижает это значение.

Температура замерзания электролита в зависимости от плотности — Таблица 1

С помощью прибора ареометра можно замерить плотность электролита в аккумуляторе, а также точно определить степень зарядки АКБ. При полном разряде батареи, показатель плотности падает настолько, что между пластинами остается практически дистиллированная вода. Сульфат свинца, который избыточно вырабатывается во время разряда, полноценно не расходуется при зарядке батареи и покрывает свинцовые пластины белым налетом. Сульфатация негативно влияет на емкость аккумулятора, сокращая рабочий ресурс источника питания. Свинцовые пластины со временем начинают осыпаться, что приводит к короткому замыканию внутри батареи.

Поскольку электролит является смесью воды и кислоты, то плотность электролита в аккумуляторе может возрастать. При зарядке АКБ происходит электролиз – выкипание дистиллированной воды из корпуса, благодаря чему концентрация кислоты в растворе возрастает, увеличивая его плотность. Печальная перспектива электролиза очевидна. Потеря воды неизбежно приведет к уменьшению уровня жидкости. Свинцовые пластины оголятся и вступят в химическую реакцию с кислородом, что приведет к осыпанию свинца и выходу батареи из строя. Именно поэтому важно остановить зарядку батареи при первых признаках кипения жидкости и своевременно доливать дистиллят при низком уровне электролита в обслуживаемых батареях.

Какая должна быть плотность электролита в аккумуляторе

Отечественные автовладельцы ведут отчаянный спор о правилах эксплуатации аккумуляторных батарей. Количество автомобилей стремительно растет, и каждый водитель пытается сформулировать свою позицию по данному вопросу. Даже среди профильных специалистов мнения существенно разнятся. Поэтому будем отталкиваться от рекомендаций производителей, ведь только разработчики элементов питания способны сформулировать нюансы эксплуатации собственных изделий. Любая новая АКБ имеет сопроводительную инструкцию, в которой конкретно прописаны мероприятия по техническому обслуживанию.

Аккумуляторная батарея негативно воспринимает и повышенную, и пониженную плотность электролита. Высокий показатель плотности активизирует химические процессы, делая электролит «агрессивным», что приводит к значительному снижению рабочего ресурса изделия. Низкая плотность уменьшит емкость АКБ, что способствует проблемам запуска силового агрегата, особенно в зимнее время. Именно по этой причине необходимо придерживаться значений, рекомендованных производителем. Плотность полностью заряженного нового аккумулятора должна составлять 1.27 г/см3 при температуре +25 °С. При жарком климате допускается понижение плотности на 0,01 г/см3 , а при морозах — на 0,01 — 0,02 г/см3 больше.

Плотность электролита в аккумуляторе зимой и летом

Современный аккумулятор – устройство, сбалансированное и беспричинно корректировать электролит бессмысленно. Плотность электролита в аккумуляторе 1.27 г/см3 не позволит кристаллизоваться жидкости до –50°С. Подобные экстремальные температуры встречаются только на крайнем севере. В таких регионах плотность увеличивают, чтобы предотвратить замерзание электролита. Лучше своевременно заряжать батарею и не допускать разряда, чтобы показатель плотности держался в номинальном значении. Поскольку температура окружающей среды изменчива, то для замера плотности электролита предлагаем использовать специальную таблицу с поправками.

Плотность электролита в аккумуляторе зимой и летом — Таблица 2

Как проверить плотность электролита в аккумуляторе

Данную процедуру необходимо выполнять с периодичностью в три месяца или каждые 15-20 тыс. км, дабы контролировать работоспособность элемента питания. Также замеры производят при покупке новой батареи или при возникновении проблем во время запуска двигателя. Проверку можно выполнить на станции технического обслуживания или самостоятельно в условиях гаража. Перед проверкой показателя электролита следует полностью зарядить аккумулятор и сделать временную паузу длительностью шесть часов. Ведь во время зарядки плотность электролита повышается и информация будет некорректной. Для процедуры измерения потребуется ареометр, который можно приобрести в любом автомагазине. Данное устройство вполне доступно, так как имеет низкую цену.

Для работы потребуется:

Перед измерением источник питания необходимо установить на ровную поверхность и выкрутить заглушки. Далее следует рукой сжать резиновую грушу прибора и опустить наконечник ареометра в крайнюю банку АКБ. Погрузив устройство в электролит, грушу можно отпустить. Разряженный воздух в колбе, начнёт засасывать жидкость из банки. Теперь нужно визуально оценить уровень раствора в ареометре. Количество жидкости должно позволить измерительному поплавку свободно плавать внутри прибора.

После того, как поплавок прекратит колебательные движения, можно зафиксировать показатель плотности электролита, который должен составлять 1,24 – 1,29 г/см3. Если цифры существенно отличаются, то следует выполнить коррекцию плотности раствора. Аналогичные процедуры необходимо произвести со всеми банками аккумулятора. Следует помнить, что любые операции с электролитом необходимо выполнять в защитных перчатках и очках. После завершения работ пластиковый корпус АКБ рекомендуется насухо протереть чистой тряпкой, дыбы исключить саморазряд батареи.

Коррекция плотности электролита

Эксплуатация автомобиля подразумевает циклическую нагрузку на АКБ, во время которой катализатор электрохимического процесса изменяет свою структуру. Поскольку электролит состоит из кислоты(35%) и дистиллированной воды(65%), то это соотношение способно изменяться в зависимости от степени заряженности источника энергии. Во время движения транспортного средства генератор постоянно подает на батарею электрический ток.

Когда емкость восстанавливается, начинается процесс электролиза, во время которого электролит закипает и испаряется. Аналогичный процесс происходит при длительной зарядке специальным устройством. Количество воды в растворе уменьшается, из-за чего увеличивается плотность и убавляется объем жидкости. Чтобы восстановить номинальное значение необходимо долить дистиллированную воду в каждую банку батареи.

Причины снижения плотности электролита

Чтобы поддержать работоспособность элемента питания автовладельцы добавляют в батарею дистиллированную воду, забывая проверить показатели плотности. Большая концентрация воды приводит к сильному электролизу, во время которого вместе с водой начинает испаряться серная кислота, что снижает плотность электролита. Со временем содержание кислоты в растворе становится критическим и раствор перестает выполнять функцию катализатора химических процессов, что негативно отражается на функциональности аккумулятора.

Как повысить плотность электролита в аккумуляторе в домашних условиях

Любая батарея состоит из нескольких банок, поэтому, чтобы поднять плотность электролита в аккумуляторе, придется корректировать электролитический раствор в каждой отдельной емкости. С помощью спринцовки жидкость выкачивается и отправляется в мерную емкость. После чего в банку заливается аналогичное количество нового электролита, который в готовом виде можно приобрести в магазине. Данная операция выполняется с каждой банкой, после чего аккумулятор необходимо зарядить в течение 30 минут, чтобы раствор перемешался. Затем после двухчасовой паузы повторно измеряем показатели плотности. При необходимости нужно повторить коррекцию электролита. Важно помнить, что разность плотности в банках не должна превышать 0.01 г/см3.

Бывают ситуации, когда показатель плотности падает ниже значения 1.18 г/см3. В таких случаях вышеописанная технология не поможет восстановить работоспособность батареи – необходима полная замена электролитического раствора.

Как поднять плотность электролита зарядным устройством

Существует еще один способ, которым следует поделиться. Он требует меньших трудозатрат и больше времени. Суть процесса проста – необходимо поставить батарею на зарядку, выставив минимальный ток (не более 1A). Достигнув полного заряда, аккумуляторная батарея начнет «кипеть». При этом дистиллированная вода будет активно испаряться. Уровень жидкости в корпусе постепенно снизится. Вместо испарившейся воды, доливаем электролит номинальной плотности. Процесс очень длительный, однако, за несколько суток можно добиться необходимого результата.

Как заменить электролит в аккумуляторе

С помощью замены электролита в аккумуляторе владелец автомобиля может значительно продлить рабочий ресурс АКБ. Замена потребует наличие следующих компонентов:

Снятый с машины аккумулятор, тщательно протираем чистой ветошью, удаляя с поверхности грязь и пыль. Рекомендуется производить замену при комнатной температуре. После демонтажа крышек с банок производится откачка раствора. Переворачивать АКБ категорически запрещено, ведь химический осадок, скопившийся на дне, способен вызвать короткое замыкание в пластинах, после чего батарея придёт в негодность. Для удаления остатков электролита необходимо на дне каждой банки просверлить небольшое отверстие, через которое вытекут остатки жидкости.

Теперь в пустые банки заливается дистиллят, чтобы тщательно промыть внутренности батареи. Далее необходимо запаять отверстия специальным пластиком стойким к воздействию кислот. С помощью стеклянной воронки заливаем до необходимого уровня новый электролит, после чего аккумулятор ставится на зарядку. Для восстановления оптимальной емкости источник питания следует разрядить и снова зарядить. Заряженная полностью батарея должна выдавать напряжение 12.7 В. Процесс замены окончен, аккумулятор можно устанавливать на автомобиль.

Использованный электролит необходимо правильно утилизировать. Для этой цели потребуется сода, которая является щелочью и способна нейтрализовать разрушительное действие серной кислоты. В емкость с раствором высыпаем половину пачки соды и наблюдаем бурную химическую реакцию. После окончания бурления получившуюся субстанцию можно вылить в канализацию.

И напоследок совет: своевременно проверяйте плотность электролита своего аккумулятора и регулярно заряжайте батарею. Тогда источник питания «отблагодарит» своего хозяина длительной и бесперебойной работой.

что это такое и ее значения

Большинство автомобилей комплектуются свинцово-кислотными аккумуляторными батареями. Принцип действия свинцовых аккумуляторов заключается в обратимой химической реакции свинца и его окиси, расположенный в пластинах и раствора электролита. В качестве электролита используется водный раствор серной кислоты Плотность электролита показывает концентрацию (степень разбавленности) кислоты.

Что такое плотность электролита

Серная кислота и вода могут смешиваться в любых пропорциях. Понятие плотность электролита введено для того, чтобы показать, какое количество чистой кислоты содержится в единице объем электролита.

Смешивая кислоту с водой, получают промежуточные значения. Чем больше воды содержит раствор, тем меньшее значение плотности он имеет, поскольку концентрированная кислота гораздо тяжелее:

Какую плотность имеет электролит в аккумуляторах

Плотность электролита в аккумуляторе имеет определенные значения, которые существенны для нормального протекания химических реакций в процессе работы. В зимний период и летом концентрация кислоты должна иметь разные значения. Особенно это касается регионов с большими колебаниями температуры. Несоответствие плотности оптимальным значениям может привести к отрицательным последствиям:

  1. Низкая плотность:
  1. Высокая плотность:

Важно! Плотность электролита в АКБ не является постоянной величиной. Это связано с тем, что во время разряда кислота из раствора реагирует с материалом пластин и ее концентрация падает. Во время зарядки происходит обратная реакция. Разность плотностей заряженного и разряженного аккумулятора составляет примерно 0.15 – 0.16 г/см3.

Таким образом, зная параметры электролита в полностью заряженном аккумуляторе, можно определить степень разрядки, не пользуясь измерительными приборами, а определив состояние электролита при помощи ареометра.

Измерения производят с учетом температуры, так как наблюдается сильная зависимость. Рекомендуемые значения относятся к измерениям при температуре от +20 до +30°С В других случаях поправки к измерениям должны иметь такие значения:

Зависимость плотности от степени заряженности

Для электролита автомобильного аккумулятора с нормальной плотностью 1.27 гр/см3 можно привести следующую зависимости от степени разряда батареи:

Плотность гр/см3 Уровень заряда Температура замерзания
1.27 100%, – 60°С;
1.26 95%, – 55°С;
1.25 87%, – 50°С;
1.24 80%, – 46°С;
1.23 75%, – 42°С;
1.22 70%, – 37°С;
1.21 63%, – 32°С;
1.20 56%, – 27°С;
1.19 50%, – 24°С;
1.18 44%, – 18°С;
1.17 37%, – 16°С;
1.16 31%, – 14°С;
1.15 25%, – 13°С;
1.14 19%, – 11°С;
1.13 13%, – 9°С;
1.12 6%, – 8°С;

В таблице плотности электролита приведена зависимость плотности и температуры замерзания. Приведенные данные показывают, что глубокий разряд батареи чреват ее замерзанием уже при температуре 8 — 16°С

Рекомендуемые значения плотности

Часто задаваемый вопрос – какая должна быть плотность электролита для лета и для зимы? Большинство производителей аккумуляторов рекомендуют придерживаться следующих значений плотности, в зависимости от минимальной зимней температуры. Важность контроля плотности электролита зимой связана не только с недопущением перемерзания электролита, но и повышением КПД батареи для успешного запуска непрогретого двигателя:

Перечисленные значения справедливы для полностью заряженных батарей. Заливка электролита в новую батарею производится раствором меньшей концентрации – на 0.02 гр/см3. В процессе зарядки значение поднимется до необходимой величины.

Нормой плотности электролита в средней полосе принято считать 1.26 – 1.27 гр/см3.

Коррекция плотности при смене сезона

При большой разнице среднесуточных температур в летний и зимний период рекомендуется корректировать значение плотности. Процесс не представляет сложности, но опасен из-за агрессивности электролита.

Если машина храниться в гараже и эксплуатируется регулярно, то необходимость в коррекции не возникает, поскольку в результате длительных поездок батарея успевает зарядиться до нормального состояния и содержание кислоты не палает до критических значений.

Кратковременные поездки не способствуют нормальному заряду. Старые аккумуляторы имеют повышенные значения саморазряда, поэтому после длительного простоя плотность может упасть до недопустимых значений.

Электролит корректируется на полностью заряженном аккумуляторе. Важно знать, что в большинстве автомобилей с правильно отрегулированной системой регулировки напряжения, уровень заряда аккумулятора не превышает 80 – 90%. В зимнее время при наличии большого числа мощных потребителей (вентилятор печки, обогрев стекол и сидений, свет фар), это значение еще меньше. Для правильной подготовки батареи к зимнему сезону необходима полная зарядка специализированным зарядным устройством.

Заряд производят при слабом кипении электролита до тех пор, пока в течении текущих двух часов плотность расти уже не будет. Рост плотности говорит о том, что заряд еще не окончен.

Плотность электролита в заряженном аккумуляторе измеряют через два часа после зарядки, чтобы пластины полностью освободились от пузырьков газа и снизилась температура. Не забывайте про учет температуры электролита!

Содержание кислоты повышают при помощи корректирующего электролита, который добавляют в банки взамен части основного электролита.

Важно! Отбор раствора из каждой банки батареи должен быть одинаковым! Количество добавляемого корректора также одинаково. Сколько убрано жидкости, столько корректирующего раствора нужно добавлять

Плотность электролита в аккумуляторе и зимой и летом проверяется после получаса дополнительного заряда с последующей двухчасовой выдержкой. Это делается с целью равномерного перемешивания электролита. Обязателен учет температуры.

Переход на летнюю эксплуатацию делается аналогично, только вместо более крепкой кислоты добавляется дистиллированная вода. Дополнительный заряд должен продолжаться более длительное время, поскольку добавляемая вода из-за низкого удельного веса будет находится в верхнем слое.

Важно! Нельзя ускорять перемешивание покачиванием и переворачиванием батареи, поскольку осадок с дна емкости попадет между пластинами и батарея выйдет из строя.

Выравнивание плотности

В процессе эксплуатации аккумулятора можно увидеть, что разные банки имеют расхождения при измерении плотности. Если эта величина не превосходит 0.01 – 0.02 гр/см3, то ничего страшного нет. Большая разница свидетельствует, что банка с меньшим значением начинает выходить из строя.

Встречаются рекомендации исправлять состояние неисправной банки путем долива корректирующего раствора. Этого делать нельзя ни в коем случае. Простое увеличение концентрации кислоты даст только отрицательный эффект и ускорит выход банки из строя.

В данной ситуации необходимо произвести тренировочный цикл заряда. Полностью заряженный аккумулятор разряжают до 50% номинальной емкости, а затем заряжают малым током до полного заряда. Повторяя процесс несколько раз, можно полностью восстановить неисправные банки батареи.

 

Такие же требования предъявляются к выравниванию уровня электролита. В процессе зарядки током бортовой сети происходит частичное испарение воды из банок. Особенно активно этот процесс происходит летом. Кислота при этом не испаряется, вопреки некоторым источникам из интернета. Поэтому уровень электролита выравнивается исключительно дистиллированной водой.

самый подробный обзор ?, какие должны быть в заряженном АКБ или при разрядке зимой и летом (таблицы с показателями и видео)

Плотность электролита в аккумуляторе автомобиля представляет собой соотношение химически активного вещества и дистилированной воды, залитых в банки АКБ в определенной пропорции. Данный параметр устанавливается в зависимости от условий использования транспортного средства и совокупности требований к автомобилю.

Какие должны быть плотность и уровень электролита

В регионах с умеренным климатом рабочий параметр плотности электролита должен составлять от 1,25 до 1,27 г/см3 ±0,01 г/см3.

Важно знать

Следует учитывать, что чем ниже плотность электролита в полностью заряженной батарее авто, тем дольше она прослужит.

Плотность кислоты с водой в банках автомобильного аккумулятора разная, и зависит от нескольких параметров:

Оптимальный уровень электролита в аккумуляторе машины должен быть таким, чтобы в каждой банке раствор покрывал пластины с запасом 10-15 мм.

Таблица: плотность в зависимости от климатической зоны

Климатический район (среднемесячная температура воздуха в январе, °C)Время годаЗаливаемогоПолностью заряженная батареяБатарея разряжена
на 25%на 50%
Очень холодный (от -50 до -30)Зима1,28-1,291,301,261,22
Лето1,271,281,241,20
Холодный (от -30 до -15)Круглый год1,261,271,241,20
Умеренный (от -15 до -8)Круглый год1,241,271,241,20
Теплый влажный (от 0 до +4)Круглый год1,221,231,191,05
Жаркий сухой (от +4 до +15)Круглый год1,201,231,191,15

Плотность электролита в аккумуляторе зимой

В странах, где зимой температура воздуха опускается до -30 градусов данное значение должно быть на 0,01 г/см3 больше, а в областях с жарким климатом — на 0,01 г/см меньше. Если в зимнее время года температура воздуха опускается до -50 °C, то уровень плотности рекомендуется увеличивать до 1,29 г/см3. Если данный показатель будет меньше, это станет причиной снижения электродвижущей силы и возможного замерзания рабочего раствора.

Важно знать

Слишком высокий уровень плотности раствора электролита в банках аккумуляторной батареи повлияет на ее срок службы. Пониженный параметр становится причиной падения напряжения и трудному пуску силового агрегата.

Если плотность рабочего раствора в холодное время года снизится до 1,09 г/см3, это станет причиной замерзания аккумуляторной батареи уже при -7 градусах. Надо учитывать, что кратковременные поездки на транспортном средстве, составляющие менее 30 минут, не дают возможности рабочей жидкости полностью прогреться и эффективно заряжаться. Поэтому разряд электролита при низких температурах ежедневно растет, что серьезно влияет на уровень плотности.

Полезно знать

Для нового и исправного аккумулятора нормальная величина изменения плотности рабочей жидкости при полном заряде и разряжении составляет в диапазоне от 0,15 до 0,16 г/см3.

Таблица: температура замерзания электролита в зависимости от его плотности
Плотность электролита (г/см3)Степень заряженности (%)Температура замерзания, °C
1,110,0-7
1,126-8
1,1312,56-9
1,1419-11
1,1525-13
1,1631-14
1,1737,5-16
1,1844-18
1,1950-24
1,256-27
1,2162,5-32
1,2269-37
1,2375-42
1,2481-46
1,2587,5-50
1,2694-55
1,27100-60

Плотность электролита в аккумуляторе летом

Важно знать

Данный параметр для теплых и влажных климатических регионов должен составить не менее 1,22 г/см3 (эта величина является критической).

В конце весны и летом температура в моторном отсеке более высокая, что приводит к испарению воды из кислотного раствора и более активному протеканию электрохимических процессов в аккумуляторе. Это становится причиной повышенной токоотдачи.

В жаркое время года из-за высокой температуры особо остро стоит проблема обезвоживания для аккумулятора. Поскольку высокий уровень плотности негативно влияет на свинцовые пластины обслуживаемых и необслуживаемых батарей, рекомендуется, чтобы этот параметр имел отклонение на 0,02 г/см3 меньше номинального. В частности, если речь идет о южных регионах, где используется устройство. При снижении объема или количества рабочей жидкости и увеличения параметра плотности коррозийные процессы на электродных выходах могут увеличиться.

Причины изменения плотности

Список причин, которые приводят к изменению уровня плотности аккумулятора:

  1. Снижение уровня электролита в АКБ (приводит к повышению плотности).
  2. Уменьшение концентрации серной кислоты в аккумуляторе или так называемая сульфатация пластин. Сульфат свинца кристаллизуется, теряя способность участвовать в химических реакциях. В результате такого процесса аккумулятор уже не получится зарядить полностью даже при использовании внешнего зарядного устройства, поскольку не вся площадь пластин задействована в работе. Так как аккумулятор не заряжается до конца, то и плотность электролита не восстанавливается до своих исходных значений.
  3. Разряд батареи. Данная проблема особо актуальна для зимы и тех автомобилей, которые редко используются или где замена аккумулятора производилась давно.
  4. Неоднократная зарядка аккумулятора. Это приводит к закипанию раствора и его испарению, что снижает его количество и повышает концентрацию. В этом случае активных молекул для ионизации свинца и его солей становится меньше, соответственно снижается густота жидкости.
  5. Не осуществляется контроль за уровнем концентрации раствора в емкостях с электродами после каждого пополнения дистиллятом. С каждым новым разбавлением концентрата снижается доля электролита за счет испарения воды и небольшого количества электролитической жидкости.

Как самостоятельно проверить плотность электролита и степень разряженности батареи?

Прежде чем измерить плотность электролита нужно провести проверку и подготовку аккумулятора, затем произвест

как измерить ее в батарее, почему она бывает высокой

Практически каждый автомобилист знает, насколько важно держать аккумуляторную батарею своего автомобиля в порядке. От ее состояния зависит не только возможность пуска двигателя, но и нормальная работа всего электрооборудования машины. К сожалению, далеко не всем известно, что исправность и «боеготовность» батареи зависит не только от своевременной и качественной ее зарядки, но и от нормальной плотности электролита в аккумуляторе.

Устройство и принцип работы АКБ

Для того чтобы качественно провести обслуживание аккумулятора и обеспечить правильную его работу, необходимо хотя бы приблизительно представлять, что у него внутри и как все это работает. Поэтому, прежде чем перейти к вопросам об электролите, необходимо понять, как устроен автомобильный аккумулятор и по какому принципу он работает.

Конструкция батареи

Практически все свинцово–кислотные батареи имеют одинаковую конструкцию. Состоят они из отдельных секций (банок), каждая из которых имеет набор положительных и отрицательных пластин. Первые называются катодными и выполнены из металлического свинца. Вторые, анодные, сделаны из диоксида свинца. Пластины собраны в пакет и помещены в кислотостойкую емкость, в которую впоследствии заливается рабочая жидкость – водный раствор серной кислоты или так называемый электролит.

Устройство секции свинцово-кислотного аккумулятора:

Готовые секции, соединенные последовательно, и являются аккумуляторной батареей. В шестивольтовых АКБ таких секций три, в 12-ти вольтовых – шесть.

Как это работает

Итак, конструкция АКБ достаточно проста, но каким образом на ее выводах появляется напряжение? Действительно, если взять батарею прямо из магазина и подключить к ней вольтметр, то прибор покажет «0». Отсутствие тока обусловлено тем, что электролит не заливается в батарею сразу после изготовления, и в стоящем на магазинной полке аккумуляторе пластины сухие. Рабочая жидкость заливается в АКБ уже после покупки.

Самое время выяснить, для чего нужен электролит. Поскольку положительные и отрицательные пластины имеют различный химический состав, между ними, погруженными в кислотный раствор, возникает разность потенциалов (примерно 2 В на секцию, чем и обусловлено количество секций в батарее). При подключении к клеммам АКБ нагрузки между пластинами, благодаря высокой электропроводности электролита, начинает течь ток. Одновременно начинается химический процесс преобразования диоксида свинца в сульфат свинца с участием серной кислоты. Как только количество диоксида и серной кислоты упадет до определенного уровня, процесс прекратится, и батарея перестанет вырабатывать ток – разрядится.

В процессе разрядки серная кислота и диоксид свинца расходуются на образование сульфата свинца

Но аккумуляторы, в отличие от гальванических элементов (батареек), могут восстанавливать свои химические свойства. Если подключить АКБ к источнику постоянного тока, то под его действием сульфат начнет разлагаться на диоксид свинца и серную кислоту. Батарея начнет заряжаться, преобразуя электрическую энергию в химическую. Как только количество диоксида и кислоты достигнет исходных величин, батарею можно считать заряженной.

Химические процессы, возникающие в батарее при ее разрядке и зарядке

Серная кислота, входящая в состав электролита, играет одну из основных ролей в работе АКБ. Именно от ее свойств будет зависеть качественная и долговременная работа батареи в целом.

Понятие плотности электролита

Вполне понятно, что количество серной кислоты и диоксида свинца в батарее должно быть сбалансированным – ведь они расходуются вместе. Поскольку количество диоксида свинца определяется производителем, автомобилисту после покупки аккумулятора остается лишь заправить АКБ необходимым количеством кислоты. Емкость секций батареи тоже фиксирована, поэтому в нее больше нормы не зальешь.

Остается единственный вариант – разбавить кислоту нейтральной к свинцу жидкостью, что и делается. Разбавляется кислота обычной водой, но дистиллированной, чтобы соли, содержащиеся в обычной воде, не нарушили чистоту раствора и не вывели АКБ из строя. Обычно автолюбитель покупает уже готовый электролит нужной плотности в автомагазине, хотя приготовить его можно и самостоятельно.

Процентное отношение воды к кислоте в полностью заряженном аккумуляторе составляет 70/30. Но при составлении электролита и его измерениях намного удобнее пользоваться единицами плотности – г/см. куб. или кг/м. куб. Удельный вес воды и кислоты различен, а значит, по общей плотности раствора можно судить о процентном соотношении его составляющих – концентрации.

Оптимальная концентрация кислоты

Пониженная концентрация, как правило, приводит к ускоренной сульфатации пластин – образованию на них нерастворимого сульфата свинца, который уже не может разложиться на кислоту и диоксид. В результате емкость батареи катастрофически падает, КПД уменьшается, а внутреннее сопротивление увеличивается (сульфат – диэлектрик).

Даже полностью заряженная, но сульфатированная батарея, выдающая, казалось бы, нормальное напряжение, садится после первого пуска, а то и вообще не в состоянии провернуть стартер. Кроме того, электролит с низкой плотностью замерзает при более высоких температурах, а значит, на стоянке даже при легком морозе батарею попросту разорвет льдом.

Чрезмерно высокая плотность электролита в аккумуляторной батарее не менее опасна, поскольку излишняя кислотность сокращает ресурс батареи в разы, буквально съедая пластины. Конечно, аккумулятор, залитый одной кислотой, будет крутить «как зверь», но сколько проживет такая АКБ? Сутки, может неделю. Если повезет – месяц.

А теперь пора вернуться к оптимальной плотности. В сети можно увидеть множество таблиц «рекомендованной» плотности, в зависимости от климатических условий. Если тепло – пониже, если мороз – повыше. Чем грозят эти «повыше» и «пониже», было описано в предыдущих абзацах. Поэтому не стоит изобретать велосипед, поскольку все эксперименты уже провели производители АКБ, а рекомендованная плотность приводится в сопроводительной документации.

С новым, сухим (сухозаряженным) аккумулятором все просто – в него заливается электролит комнатной температуры с плотностью 1.28 г/см. куб. Через час концентрация упадет до 1.26 – 1.27 г/см. куб., и батарея готова к работе. Далее, в процессе заряда/разряда аккумулятора и в зависимости от температуры окружающей среды, плотность раствора будет все время колебаться. Больше разряд – ниже плотность, идет заряд – плотность повышается. В нормально функционирующей АКБ отношение плотности к степени заряда и напряжению на клеммах выражается следующими показателями:

Стоит обратить внимание на то, что все параметры батареи, включая плотность и напряжение, сильно зависят от температуры. Поэтому значения справедливы только при 26.7 градусах Цельсия. Если нужно провести измерения при другой температуре окружающей среды, то дополнительно придется воспользоваться таблицей плотности электролита от температуры, которую несложно найти в сети.

Выяснив зависимость плотности от выходного напряжения батареи, а значит, и от степени ее заряда, контролировать концентрацию электролита несложно. Достаточно замерить напряжение на клеммах отключенного аккумулятора любым вольтметром, затем измерить плотность и проверить их соответствие.

Проверка плотности рабочей жидкости

Для измерения плотности жидкостей существуют специальные приборы – ареометры или плотномеры. Есть такой и для автомобильных аккумуляторов. Выполнен он в виде большого шприца, внутри которого расположен поплавок со специально отградуированной шкалой.

Поплавок автоареометра комплектуется специальным «шприцем» для работы в узкогорлых секциях аккумуляторов.

Для того чтобы измерить плотность в аккумуляторе, со всех его секций сворачиваются пробки. Далее грушу ареометра сжимают, а его иглу погружают в секцию. Отпустив грушу, набирают в шприц электролит. При этом поплавок прибора всплывает. Плотность жидкости считывают со шкалы по тому уровню, до которого всплыл поплавок.

Поплавок всплыл до уровня 1.200. Плотность электролита – 1.2 г/см. куб.

После измерения грушу вновь сжимают, а после слива электролита обратно в батарею ареометр промывают проточной водой и сушат. Не следует забывать, что каждая секция – отдельная, независимая часть АКБ, поэтому плотность нужно измерить в каждой.

Когда и чем доливают аккумулятор

Необходимость доливки рабочей жидкости в батарею возникает нечасто, но она бывает необходимв. Что, сколько и в каких случаях нужно доливать? Всего таких случаев два: низкий уровень электролита и ненормальная кислотность рабочей жидкости.

Низкий уровень в секциях

Эта ситуация возникает часто, поскольку в процессе работы батареи вода испаряется или, как принято говорить, выкипает. При этом уровень раствора в секциях уменьшается, и края пластин оказываются сухими. Определить это можно визуально, просто свинтив пробки с секций и заглянув в заливные горловины. Нормальный уровень жидкости в секции должен быть примерно на 1 см выше уровня среза пластин. В некоторых АКБ даже имеется специальная метка, отштампованная на корпусе. Если уровень низкий, то ситуация хоть и серьезна, но устранить ее легко. Для этой операции понадобятся:

Дистиллированная вода набирается в шприц и заливается в соответствующие секции, до нужного уровня. После доливки жидкости в аккумулятор его ставят на зарядку. В этом плане автоареометр намного предпочтительней, поскольку, долив воду, тут же можно проконтролировать плотность раствора.

Следует соблюдать осторожность: нельзя работать с кислотой, если глаза не защищены.

Ненормальная кислотность

Если изначально батарея была заправлена как положено, то чрезмерно большая плотность электролита в аккумуляторе может появиться только в случае, если выкипела вода или измерения проводились при сильном морозе (с понижением температуры плотность повышается, и это нормально). В первом случае достаточно просто долить воду, во втором – произвести перерасчет или, что проще и правильнее, заняться измерениями в отапливаемом помещении.

А вот падение концентрации кислоты – ситуация реальная. Обычно это происходит из-за неправильной эксплуатации АКБ или ввиду ее «преклонного возраста». Причина – появление нерастворимого сульфата, который при своем образовании использовал кислоту, но уже не разлагается при зарядке, а значит, вернуть ее обратно в раствор не может. Ситуация не особо радостная, но восстановить плотность необходимо хотя бы для того, чтобы дотянуть до покупки новой батареи.

Прежде чем принять решение о доливке кислоты, необходимо еще раз убедиться в том, что плотность действительно ниже положенной при текущем состоянии АКБ. Если решение принято, то понадобятся ареометр, перчатки, очки и корректирующий электролит плотностью 1.35 — 1.40 г/см. куб. (в продаже есть и такой).

Корректирующий электролит для доливки в автомобильный аккумулятор

В крайнем случае подойдет и стандартный 1.28 г/см. куб., но, возможно, придется отобрать лишнюю жидкость из секции в отдельную емкость, чтобы освободить место для более «крепкого».

Методика доливки та же, что и воды, но при этом плотность в банке постоянно контролируется тем же ареометром.

Категорически запрещается поднимать концентрацию раствора доливкой чистой серной кислоты. Во-первых, это очень опасно, во-вторых, даже нескольких грамм концентрированной кислоты достаточно, чтобы кардинально изменить плотность раствора в секции, а значит, выставить нужную плотность пол-литровым ареометром исключительно сложно.

какая должна быть, как проверить, как поднять плотность

Какая плотность электролита должна быть в аккумуляторе

Добраться до электролита, измерить плотность и отрегулировать показатель можно только в обслуживаемых аккумуляторах. Они изготавливаются по технологии WET или иначе мокрых банок. Представляют собой пластиковый корпус, поделенный на 6 отсеков (банок). В отсеках находятся пакеты пластин, залитые электролитом. Каждая банка это отдельный маленький аккумулятор напряжением 2,1 вольт, соединённые последовательно. Поэтому на крайних контактах в сумме получается 12,5 – 12,6 В. Сверху отсеки закрыты крышкой с пробками. Через эти пробки можно контролировать состояние электролита. Внешне всё выглядит как пластиковая коробка с ручкой, пробками и двумя контактами плюс и минус.

Залитые свинцово – кислотные батареи до сих пор остаются самыми распространёнными АКБ (аккумуляторными батареями). Их используют в легковых и гольф автомобилях, газонокосилках и другой садовой технике, грузовиках и на водном транспорте. Имеют две отличительные особенности – низкую цену и необходимость обслуживания. В составе электролита никаких секретов нет, это водный раствор обыкновенной серной кислоты h3SO4.

Показатель плотности измеряют в весе одного кубического сантиметра раствора. В продаже имеется электролит для заливки плотностью - 1,28 г/см3 и так называемый, корректирующий - 1,33. Для изготовления электролита плотностью 1,28 при температуре 25 °С смешивают 0,285 мл кислоты с 0,781 лм дистиллированной воды.

Оптимальная плотность очень важна для стабильной и долговечной работы аккумулятора. Она зависит от уровня заряда и температуры окружающей среды при измерении. Достоверные данные можно получить только на полностью заряженной батарее с температурой электролита 25 °С.

Немаловажным фактором являются условия эксплуатации. Для жаркого и холодного климата используют батареи с различной плотностью. В условия Крайнего Севера при сильных морозах она должна быть 1,3 и снижаться до 1,23 в жарком климате при высокой температуре. Это связано с поведением электролита при различных температурах. На морозе он должен не замерзнуть и не закипеть в жару. Для эксплуатации в средних климатических условиях допускается плотность 1,27 полностью заряженной АКБ. На разряженной показатель снижается до 1,11 и ниже.

Как проверить плотность электролита аккумулятора

Обслуживаемые АКБ требуют повышенного внимания. Они склонны к выкипанию и разбрызгиванию электролита. Плотность в банках может разнонаправленно меняться. Поэтому замеры необходимо проводить через каждые 15 – 20 тыс. км пробега или весной и осенью.

Для измерения необходим ареометр, очки, резиновые или силиконовые перчатки и старая одежда. Электролит очень агрессивен. В зависимости от чувствительности, при попадании на кожу его можно не почувствовать. А вот глаза и слизистые оболочки нужно беречь. Попадание на одежду на первый взгляд незаметно. Но даже небольшие капли проявят себя. После стирки обнаружатся большие и маленькие дырки на любимых джинсах, рубашке или куртке.

Ареометр – единственный прибор для измерения плотности электролита. Состоит из стеклянной колбы с помещенным внутрь денсиметром. Сверху находится резиновая груша. Денсиметр, это запаянная стеклянная трубка с металлическими шариками в нижней части и утончённым верхом. В утонченной части расположена шкала.

Для измерения нужно открутить пробки. Нажать на грушу и поместить в заливное отверстие кончик ареометра. Отпустить грушу и набрать электролит до всплывания денсиметра. Он не должен касаться донышка и стенок колбы. Ареометр нужно держать в вертикальном положении. Денсиметр будет плавать, на плотность укажет шкала на уровне электролита. Предварительный замер укажет на состояние аккумулятора. Обычно крайние банки разряжены сильнее и плотность в них меньше средних. После замера надо проверить уровень электролита, если необходимо долить дистиллированную воду.

Состояние батареи можно оценить только полностью зарядив её. Заряжаем АКБ и даём отдохнуть пару часов. Зарядка сопровождается кипением и повышением температуры электролита. Для достоверного замера газы должны выйти, температура упасть. После остывания можно проводить измерение. В зависимости от этих результатов можно сделать выводы о состоянии АКБ.

Таблица плотности электролита в аккумуляторе

Состояние можно оценить сопоставив плотность и напряжение аккумулятора, это делают руководствуясь данными таблицы:

Плотность электролита, г/см3

Напряжение без нагрузки, В

Напряжение под нагрузкой 100 А, В

Уровень заряда, %

1,11

11,7

8,4

0

1,12

11,75

8,5

6

1,13

11,8

8,6

12

1,14

11,85

8,8

19

1,15

11,9

9

25

1,16

12

9,2

31

1,17

12

9,3

37

1,18

12,1

9,4

44

1,19

12,2

9,6

50

1,2

12,25

9,7

56

1,21

12,3

9,9

62

1,22

12,35

10

69

1,23

12,4

10,2

75

1,24

12,47

10,3

81

1,25

12,5

10,5

87

1,26

12,6

10,6

94

1,27

Не менее 12,66

10,8

100

Не всегда возможно создать идеальные условия для зарядки и измерения плотности электролита. В большинстве случаев применяют поправки. Для этого пользуются таблицей приведения полученных измерений.

Температура электролита от и до, °С

Температурная поправка, г/см3

+ 47 + 50

+ 0,02

+ 33 + 46

+ 0,01

+ 18 + 32

0

+ 4 + 17

- 0,01

+ 3 – 10

- 0,02

– 11 – 25

- 0,03

– 26 – 39

-0,04

– 40 – 50

-0,05

На что влияет плотность электролита в аккумуляторе

Отрицательно влияют на аккумулятор колебания плотности в обе стороны.

При повышенной бурный химический процесс ведет к выкипанию воды и разрушению пластин. Необходимо постоянно доливать дистиллированную воду. Срок эксплуатации АКБ резко снижается.

Низкая затрудняет пуск двигателя, а при отрицательной температуре электролит может попросту замерзнуть. В теплый период года затруднения можно не заметить, но зимой стартер не сможет прокрутить двигатель. Электролит плотностью 1,11 замерзает при температуре всег лишь - 10 °С. Аккумулятор с пониженной плотностью полностью не заряжается, что провоцирует сульфатацию пластин.

Соблюсти баланс помогает утвердившаяся практика использования электролита различной плотности в зависимости от климата:

Как следствие, ненормированная плотность приводит к преждевременной сдаче аккумулятора в утиль.

Как поднять плотность электролита

Первое, что необходимо сделать - попробовать поднять плотность полностью зарядив аккумулятор. Открыть пробки, при необходимости долить дистиллированной воды и подключить зарядное устройство. Полная зарядка может привести к следующим результатам:

  1. Плотность во всех банках одинакова.
  2. Во всех ниже нормы.
  3. Различается более на 0,1 г/см3 и более.

В первом случае каких либо действий не требуется.

Во втором случае потребуется специфическая зарядка. На поверхности свинцовых пластин уже хорошо потрудившихся аккумуляторов откладывается сульфат свинца. В таком состоянии батарею невозможно зарядить полностью. Её необходимо разрядить и провести зарядку импульсным устройством автоматически переключив его на Десульфатацию.

Обычным устройством это сделать труднее и процесс длится дольше. Для этого на 2 часа установить ток зарядки в 1/10 от ёмкости АКБ. Например для аккумулятора 65 Ач, ток зарядки выставить 6,5 А. После этого снизить ток до 2 А и заряжать 8 – 12 часов. Дать отстояться батарее до комнатной температуры измерить плотность. Если не пришла в норму, опять разрядить и провести ступенчатую зарядку.

Десульфатация обычно проводится в два – три цикла. Отрицательный результат говорит о том, что с АКБ придётся расстаться. Можно ещё попробовать полностью слить электролит, промыть дистиллированной водой и залить новый. Но этого обычно хватает ненадолго.

В третьем случае, когда плотность в банках разница более чем на 0,1 надо попробовать провести десульфатацию. Не помогло – откорректировать. Для этого приобрести корректирующий электролит плотностью 1,33 – 1,4 и дистиллированную воду. В банках с ненормальной плотностью откачать по 20 мл электролита. Для повышения добавить корректирующий, для снижения дистиллят. Зарядить 30 минут, дать отстояться ещё полчаса и замерить. Скорее всего к успеху приведут несколько корректировок.

Усилия ни к чему не приведут, а аккумулятор окажется непригоден при буром цвете электролита. В этом случае можно не предпринимать никаких действий.

Не сильно изношенным аккумуляторам десульфатация и корректировка значительно продлевает жизнь. Если усилия не увенчались успехом, то с батарей нужно расстаться немедленно и без сожаления. Иначе непредвиденный отказ станет неприятным сюрпризом.

Срок службы АКБ при условии соблюдения элементарных правил до пяти лет. В автомобиле нужно контролировать напряжение, не допускать чрезмерного и нулевого заряда батареи. Периодически заряжать и следить за плотностью электролита. При таком отношении аккумулятор служит долго и безотказно.

Плотность электролита в аккумуляторе - какая плотность должна быть и как проверить

Автор Milavlad На чтение 6 мин. Просмотров 12 Опубликовано


Большинство автолюбителей не раз были знакомы с низкой плотью электролита. Проще говоря, проблема разряженного аккумулятора касалась практически каждого второго автовладельца.

Нормальное показание плотности электролита

Электролит проводит электрический ток и имеет в своём составе дистиллированную воду и серную кислоту. Данные вещества находятся приблизительно в одинаковых долях. На одну часть приходится дистиллированная вода и 1,25 части серной кислоты. Таким образом нормальная плотность аккумулятора составляет 1,25.

Постоянно полуразряженный или полностью разряженный аккумулятор приводит к сульфатации пластин. Это бесповоротно убивает АКБ, снижая его ёмкость и увеличивая внутреннее сопротивление. В процессе сульфатации, пластины аккумулятора покрываются сернокислым крупнокристаллическим свинцом.

Всегда следует:

  1. Делать периодическую профилактику вашего аккумулятора.
  2. Взять за правило поддерживать заряд и чистоту аккумуляторной батареи.
  3. Устранять наличие окислов на клеммах и грязи.

Почему необходим полноценный заряд аккумулятора

  1. Чем чаще происходит разреженность свинцовых пластин в аккумуляторе, тем быстрее наступает процесс сульфатации.
  2. Качественная работа АКБ прямо пропорциональна плотности электролита.

Примечания:

  1. Профилактику АКБ следует проводить каждый сезон. Особенно в период осенне-зимней эксплуатации.
  2. АКБ приходит в негодность по разным причинам. Зачастую длительными запусками двигателя стартером. Зимой стартер потребляет повышенный ток и может привести к короблению пластин.
  3. Заряд аккумулятора прямо пропорционален плотности электролита степени заряда.

Как проверить плотность электролита аккумулятора

Важно! При повышении температуры плотность электролита прямо пропорционально уменьшается на 0.01 г/см3. И, с точностью до наоборот увеличивается при понижении температуры.

Краткий инструктаж предварительной подготовки:

  1. Соблюдая меры безопасности подготовить необходимые ниже перечисленные инструменты и материалы.
  2. Самостоятельное изготовление электролита требует внимательности и аккуратности. Кислоту медленно добавляют в воду, а не наоборот. При добавлении в воду кислота реагирует не агрессивно, исключив ожоги и испарения. Кислота погружается в толщу воды и разбрызгивания не происходит из-за определенной реакции. Рекомендация: Аккуратно вливая кислоту в дистиллированную воду, непрерывно перемешивайте раствор стеклянной палочкой. Растворение серной кислоты в воде выделяет большое количество тепла. Выливая воду в кислоту, вы подвергните себя большой опасности. Кислота имеет по сравнению с водой высокую плотность (практически в два раза). Следовательно, вода растекается на поверхности кислоты. Преобразуясь в быстро нагревающуюся агрессивную среду, образуя пары и кислотные брызги. Будьте внимательны!
  3. Ни в коем случае не переворачивайте аккумулятор! Это ведет к осыпанию пластин и может вызвать короткое замыкание.
  4. Специальную посуду и инструменты для приготовления электролита следует подготовить заранее:
    1. Защитная одежда (брезентовые рукавицы, фартук прорезиненный, кислотно-щелочестойкие перчатки, защитные очки).
    2. В свободном доступе бак с чистой холодной водой.
    3. В аптечку стоит добавить пищевую соду и нашатырный спирт.
    4. Различные приспособления для работы с реагентами (мензурку, резиновую грушу и воронку).
    5. Учесть и определенные приборы (ареометр, трубку для измерения уровня, паяльник и дрель).

Инструктаж по увеличению плотности электролита

Показатель плотности решает всё. Например, хорошее состояние определяет значение 1,25-1,28, и профилактика не нужна. Низкий показатель плотности (1,18-1,20) говорит о доливке электролита с плотностью 1,25.

Итак, приступаем:

Повышение плотности электролита

Наипростейшим методом решения данного вопроса — это добавление дистиллированной воды. Хотя многие не догадываются, что вода выкипает со временем, следовательно, и сам электролит тоже.

Прежде чем повышать плотность электролита, следует произвести определённые замеры. Это поможет понять износ вашего аккумулятора и выявить дальнейшие действия. Проверку следует производить правильным образом. Специальный прибор, созданный для данной процедуры — это ареометр. Электролит является небезопасным реагентом.

Прежде чем замерять его плотность, в обязательном порядке следует подумать о мерах безопасности:

Понижение плотности электролита

Обыкновенным доливом электролита вряд ли удастся решить этот вопрос. В данном варианте случае понадобится аккумуляторная кислота, потому что по плотности она выше.

Совет: если вы желаете долгую и радостную жизнь вашему аккумулятору, своевременно делайте профилактику Этот метод похож на процесс добавления электролита. Не получилось с первого раза достичь нужных результатов? Повторите процедуру до требуемого результата.

Не стоит мучиться при пониженной плотности вашего аккумулятора (1,15) просто полностью замените электролит:

  1. Во-первых, откачайте большое количество жидкости резиновой грушей.
  2. Плотно закрыть отверстия пробок на банках АКБ.
  3. Далее нужно последовательно просверлить 3,5 миллиметровые зазоры в дне каждой из банок (поставив аккумулятор набок).
  4. Прежде чем просверливать новое отверстие, необходимо извлечь электролит полностью.
  5. Делаем полную промывку АКБ дистиллированной водой.
  6. Затем запаиваем высверленные отверстия кислотно-щелочной пластмассой.

Проведя данную процедуру можно смело заливать правильно приготовленный электролит.

Безопасность в профилактике АКБ

Аккумулятор состоит из свинцовых пластин, а свинец отравляет организм. Чтобы не отравиться парами серной кислоты и не получить ожогов кожных покровов, следует придерживаться четкой техники безопасности.

Обязательным условием безопасности считается применение спецодежды и средств хим защиты. Материал одежды желательно использовать из хлопка с кислотостойкой пропиткой. Для работы в зимнее время года используют грубые шерстяные волокна.

Используйте керамическую или санфаянсовую емкость для работы с реагентами. Категорически запрещена стеклянная посуда. Стекло не предназначено для использования с такими реагентами.

Предпочтительно при работе с аккумулятором в аптечке иметь запас дополнительных средств: пищевая сода, марганец, нашатырный спирт, бинты и вату.

Непроветриемость рабочего помещения приводит к различным травмам и отравлениям. Без респиратора и перчаток вы рискуете приобрести хроническую форму отравления свинцом. Свинцовая пыль, как правило, попадает в организм через дыхательные пути. Вследствие чего появляется общая слабость, малокровие, а также заболевание почек и даже судооги.

При подозрении на отравление необходимо срочно выйти на свежий воздух и прополоскать рот содовым раствором. После чего немедленно вызвать врача. Содой можно также нейтрализовать брызги воды или электролита.

Электролит плотностью 1,25 при попадании на кожу рук и лица, нейтрализуется обычной водой с мылом.

Примечание: помните, что никакая правильная профилактика не увеличивает срок службы вашего аккумулятора как у новой АКБ.

Как работает электролит? - Батарейный университет

Узнайте больше о катализаторе, который охватывает электроды батареи и обеспечивает поток электричества.

Электролит служит катализатором, делающим батарею проводящей, способствуя перемещению ионов от катода к аноду при зарядке и в обратном направлении при разряде. Ионы - это электрически заряженные атомы, которые потеряли или приобрели электроны. Электролит батареи состоит из растворимых солей, кислот или других оснований в жидком, гелеобразном и сухом форматах.Электролит также бывает полимера, который используется в твердотельной батарее, твердой керамики и расплавленных солей, как в натрий-серной батарее.

Для свинцовой кислоты используется серная кислота . При зарядке кислота становится более плотной, так как оксид свинца (PbO 2 ) образуется на положительной пластине, а затем превращается почти в воду при полном разряде. Удельный вес серной кислоты измеряется ареометром. (См. Также BU-903: Как измерить состояние заряда). Свинцово-кислотные батареи бывают залитых и герметичных форматов, также известных как свинцово-кислотные с регулируемым клапаном (VRLA) или необслуживаемые.

Серная кислота бесцветна с легким желто-зеленым оттенком, растворима в воде и обладает высокой коррозионной активностью. Обесцвечивание до коричневатого оттенка может быть вызвано ржавчиной в результате анодной коррозии или попаданием воды в аккумуляторный блок.

Свинцово-кислотные батареи бывают разной плотности (SG). В батареях глубокого цикла используется плотный электролит с удельным весом до 1,330 для достижения высокой удельной энергии, стартерные батареи имеют средний удельный вес около 1,265, а стационарные батареи имеют низкий удельный вес около 1.От 225 до умеренной коррозии и увеличения срока службы. (См. BU-903: Как измерить заряд.).

Серная кислота находит широкое применение, а также содержится в очистителях канализации и различных чистящих средствах. Кроме того, он служит для переработки минерального сырья, переработки минерального сырья, производства удобрений, нефтепереработки, обработки сточных вод и химического синтеза.

ВНИМАНИЕ: Серная кислота может вызвать серьезные повреждения при контакте с кожей и привести к необратимой слепоте при попадании в глаза.Проглатывание серной кислоты вызывает необратимые повреждения.

Электролитом в NiCd является щелочной электролит (гидроксид калия) . Большинство никель-кадмиевых батарей имеют цилиндрическую форму, в которой несколько слоев положительных и отрицательных материалов намотаны в рулон желе. Версия NiCd для заливки используется в качестве судовой батареи в коммерческих самолетах и ​​в системах ИБП, работающих в жарком и холодном климате, требующих частой езды на велосипеде. NiCd дороже свинцово-кислотной, но служит дольше.

NiMH использует тот же или аналогичный электролит, что и NiCd, который обычно представляет собой гидроксид калия. Электроды NiMH уникальны и состоят из никеля, кобальта, марганца, алюминия и редкоземельных металлов, которые также используются в Li-ion. NiMH доступен только в герметичных версиях.

Гидроксид калия - это неорганическое соединение с формулой КОН, обычно называемое едким калием. Электролит бесцветен и имеет множество промышленных применений, таких как ингредиент большинства мягких и жидких мыл.КОН вреден при проглатывании.

В Li-ion используется жидкий, гелевый или сухой полимерный электролит. Жидкая версия представляет собой горючий органический, а не водный тип, раствор солей лития с органическими растворителями, подобными этиленкарбонату. Смешивание растворов с различными карбонатами обеспечивает более высокую проводимость и расширяет диапазон температур. Другие соли могут быть добавлены для уменьшения газовыделения и улучшения высокотемпературного цикла.

Литий-ионный

.

Электролит Материалы в литий-ионных батарей

*

Выберите страну / regionUnited StatesCanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийский океан TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral африканских RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократическая Республика ofCook IslandsCosta RicaCote D'IvoireCroatiaCubaCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEast TimorEcuadorEgyptEl СальвадорЭкваториальная ГвинеяЭритреяЭстонияЭфиопияФолклендские (Мальвинские) острова Фарерские островаФиджиФинляндияГермания Югославская Республика МакедонияФранцияФранция GuadeloupeGuamGuatemalaGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard и McDonald IslandsHoly Престол (Ватикан) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran (Исламская Республика) IraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakstanKenyaKiribatiKorea, Корейские Народно-Демократической RepKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народный Демократической RepLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Arab JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные StatesMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPanamaPapua Нового GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint HelenaSaint Китс и НевисСент-ЛюсияСент-Пьер и МикелонСамоаСан-МариноСао Томе и ПринсипиСау ди ArabiaSenegalSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSpainSri LankaSth Georgia & Sth Sandwich Институт социальных Винсент и GrenadinesSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwan, провинция ChinaTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited арабских EmiratesUnited KingdomUruguayUS Minor Отдаленные IslandsUzbekistanVanuatuVenezuelaVietnamVirgin острова (Британские) Виргинские острова (U.S.) Острова Уоллис и Футуна Западная Сахара Йемен Югославия Замбия Зимбабве 9000 3.

Вещество или обман? - Батарейный университет

Узнайте, почему литий-полимерный так популярен.

Термин «полимер» обычно используется для описания определенного типа литиевой батареи, которая может быть или не быть полимерной. Обычно они включают мешочки и призматические ячейки. Хотя слово «полимер» воспринимается как пластик, полимеры варьируются от синтетических пластмасс до природных биополимеров и белков, которые образуют фундаментальные биологические структуры.

Литий-полимерный отличается от других аккумуляторных систем типом используемого электролита.В оригинальной полимерной конструкции 1970-х годов использовался твердый (сухой) полимерный электролит, напоминающий пленку, похожую на пластик. Этот изолятор обеспечивает обмен ионами (электрически заряженными атомами) и заменяет традиционный пористый сепаратор, пропитанный электролитом.

Твердый полимер имеет плохую проводимость при комнатной температуре, поэтому для обеспечения протекания тока аккумулятор необходимо нагреть до 60 ° C (140 ° F) и выше. Были установлены большие полимерные батареи для стационарных применений, которые нуждались в обогреве, но с тех пор они исчезли.Долгожданная реклама «настоящей пластиковой батареи», обещанная в начале 2000-х, не оправдалась, поскольку электропроводность не могла быть достигнута при температуре окружающей среды.

Чтобы сделать современный литий-полимерный аккумулятор проводящим при комнатной температуре, был добавлен гелеобразный электролит. Большинство литий-ионных полимерных элементов сегодня содержат микропористый сепаратор с небольшим количеством влаги. Литий-полимерный может быть построен на многих системах, таких как литий-кобальт, NMC, литий-фосфат и литий-марганец, и не считается уникальным химическим составом батарей.Большинство литий-полимерных упаковок изготовлено на основе кобальта; также может быть добавлен другой активный материал.

В чем разница между обычным ионно-литиевым и литий-ионным полимером с добавлением гелеобразного электролита? Что касается пользователя, литий-полимер по сути такой же, как литий-ионный. Обе системы используют одинаковый материал катода и анода и содержат одинаковое количество электролита.

Литий-полимер уникален тем, что микропористый электролит заменяет традиционный пористый сепаратор.Литий-полимерный материал имеет немного более высокую удельную энергию и может быть тоньше обычного литий-ионного полимера, но стоимость производства выше, чем у цилиндрической конструкции. В целях обсуждения карманные клетки часто идентифицируются как литий-полимерные.

Литий-полимерные элементы также поставляются в гибком корпусе из фольги, напоминающем упаковку для еды. В то время как для стандартного литий-ионного аккумулятора требуется жесткий корпус, чтобы прижать электроды вместе, для литий-полимерного материала используются ламинированные листы, которые не нуждаются в сжатии. Корпус из фольги снижает вес более чем на 20 процентов по сравнению с классическим твердым корпусом.Технология тонких пленок упрощает дизайн, так как батарее можно придать любую форму, чтобы она идеально вписывалась в стильные мобильные телефоны и планшеты. Литий-полимер также можно сделать очень тонким, чтобы напоминать кредитную карту (см. Ячейку в мешочке). Легкий вес и высокая удельная мощность делают литий-полимер предпочтительным выбором для любителей.

Характеристики заряда и разряда литий-полимерных систем идентичны другим литий-ионным системам и не требуют специального зарядного устройства. Вопросы безопасности также схожи в том, что необходимы схемы защиты.Скопление газа во время зарядки может вызвать разбухание некоторых призматических ячеек и ячеек мешочков, и производители оборудования должны учитывать это расширение. Литий-полимерный корпус в упаковке из фольги может быть менее прочным, чем литий-ионный в цилиндрической упаковке.

Последнее обновление 31.07.2017

*** Пожалуйста, прочтите комментарии ***

Комментарии предназначены для «комментирования», открытого обсуждения среди посетителей сайта. Battery University отслеживает комментарии и понимает важность выражения точек зрения и мнений на общем форуме.Однако при общении необходимо использовать соответствующий язык, избегая спама и дискриминации.

Если у вас есть предложение или вы хотите сообщить об ошибке, воспользуйтесь формой «Свяжитесь с нами» или напишите нам по адресу: [email protected] Нам нравится получать от вас известия, но мы не можем ответить на все запросы. Мы рекомендуем размещать свой вопрос в разделах комментариев, чтобы Battery University Group (BUG) могла поделиться им.

.

Frontiers | Новые твердые электролиты для литий-ионных аккумуляторов: перспективы исследований электронной микроскопии

Введение

В связи с исчерпанием ископаемых видов топлива в последние годы большое внимание уделяется высокоэффективным накопителям энергии (Quartarone and Mustarelli, 2011; Bruce et al., 2012). В то время как литий-ионный аккумулятор (LIB) является очень многообещающим альтернативным источником энергии, проблемы безопасности и недостаточная плотность энергии препятствуют его применению в тяжелых условиях, например.г., электромобили и сетевое хранилище энергии (Quartarone and Mustarelli, 2011; Bruce et al., 2012). К счастью, эти проблемы можно решить путем интеграции новых твердых электролитов (Quartarone and Mustarelli, 2011; Takada, 2013; Wang et al., 2015). С одной стороны, эти твердые материалы обычно негорючие и не имеют утечки, что позволяет обойти проблемы безопасности, связанные с традиционными органическими жидкими электролитами. Это необходимое условие для крупномасштабного применения. С другой стороны, также можно эффективно улучшить плотность энергии.Гораздо большее электрохимическое окно позволяет использовать современные электродные материалы, несовместимые с обычными жидкими электролитами. Кроме того, исключая необходимость в громоздких предохранительных механизмах, можно значительно уменьшить размер батареи. Благодаря этим преимуществам твердые электролиты в последние годы вызывают огромный интерес.

Однако перед тем, как твердые электролиты можно будет использовать в коммерческих аккумуляторах, необходимо решить две большие проблемы. Во-первых, их ионная проводимость обычно низкая, что предотвращает быструю зарядку и разрядку (Takada, 2013; Wang et al., 2015). Во-вторых, сложно сформировать стабильную проводящую поверхность раздела между твердым электролитом и электродом (Zhu et al., 2015 и 2016; Richards et al., 2016). Преодоление первой проблемы требует механистического понимания взаимодействия между миграцией Li и атомной структурой материала. Для решения второй задачи сначала необходимо систематически установить корреляцию между структурой интерфейса / химией и ионным транспортом. Очевидно, что обе задачи требуют структурного и химического анализа со сверхвысоким пространственным разрешением.

Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ), в первую очередь сканирующая просвечивающая электронная микроскопия с коррекцией аберраций (STEM), является идеальным инструментом для получения критически важных сведений на атомном уровне. Он не только способен непосредственно визуализировать атомные конфигурации, но также может прояснять химическую информацию с пространственным разрешением суб-ангстрема с использованием спектроскопии потерь энергии электронов (EELS) и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS) (Pennycook, 1992; Muller et al. al., 2008; Chi et al., 2011; Yabuuchi et al., 2011; Wu et al., 2015). Однако исследования твердых электролитов методом STEM создают многочисленные проблемы, поскольку высокая подвижность Li и плохая электронная проводимость делают эти материалы очень уязвимыми для повреждений электронным облучением (Egerton et al., 2004). К счастью, благодаря значительно улучшенным возможностям визуализации и подготовки образцов для ПЭМ в последние годы эта проблема значительно уменьшилась. Некоторые светочувствительные материалы, которые ранее не могли быть изучены, теперь могут быть проанализированы в атомном масштабе (Ma et al., 2015), и многие из этих исследований внесли значительный вклад в исследования твердых электролитов.

В данном мини-обзоре будут рассмотрены исследования с помощью электронной микроскопии трех важных факторов, определяющих поведение твердых электролитов: (1) влияние атомной конфигурации внутри зерна на ионную проводимость, (2) влияние границ зерен и (3) поведение твердого тела. границы раздела электролит – электрод. На основе этого будут обсуждены возможности, проблемы и перспективы будущих исследований.

Влияние внутренней атомной конфигурации зерна на ионную проводимость

Миграция Li внутри кристаллической решетки продиктована атомным каркасом, который формирует каналы для транспорта Li. Для объяснения ионного переноса внутри решетки требуется точное понимание атомной структуры. Обладая сверхвысоким пространственным разрешением и чувствительностью к тонким различиям в дифракции, (S) ПЭМ не только дополняет исследования рассеяния рентгеновских лучей и нейтронов, но также предоставляет уникальные возможности для понимания на атомном уровне.Недавние микроскопические исследования в основном были сосредоточены на двух системах: Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZO) и Li 3 x La 2 / 3− x TiO 3 (LLTO).

Li 7 La 3 Zr 2 O 12 в настоящее время является наиболее многообещающим оксидным твердым электролитом благодаря сосуществованию превосходной стабильности по отношению к металлическому Li и относительно высокой проводимости (Муруган и др., 2007; Кассен, 2010). Он кристаллизуется в структуре граната с двумя полиморфами (Cussen, 2010): кубической фазой с относительно высокой проводимостью (c-LLZO) и менее проводящей тетрагональной фазой (t-LLZO). Различение этих двух фаз имеет решающее значение для правильной интерпретации поведения ионного транспорта. Исследование прецессионной дифракции электронов (PED) Buschmann et al. (2011) успешно разграничили эти две фазы, избежав влияния двойной дифракции. Этот результат дополнительно подтвердил, что легирование алюминием имеет решающее значение для стабилизации кубической фазы.В сочетании с дифракцией нейтронов было обнаружено, что позиции Li в c-LLZO, в отличие от тех, что в t-LLZO, частично заполнены. Высокая концентрация вакансий в c-LLZO приводит к более высокой подвижности лития и превосходной проводимости. Помимо исследования PED, Buschmann et al. также пытались выполнить ПЭМ с высоким разрешением (ПЭМВР), но подробный анализ был невозможен из-за повреждения электронным пучком. Недавно эта проблема была успешно решена Ma et al. (2015). Тщательный выбор условий получения изображений и подготовки образцов позволил провести высококачественный анализ TEM / EELS с атомным разрешением (S) (рисунки 1A, B).Исследования Ма показали, что c-LLZO сохраняет свою кубическую кристаллическую структуру даже в водной среде с pH> 7. Такая высокая структурная стабильность указывает на то, что c-LLZO предлагает надежную атомную основу для транспорта Li. Учитывая высокую ионную проводимость, совместимость с литием и желаемую структурную стабильность по отношению к водным растворам с широким диапазоном значений pH, LLZO является многообещающим кандидатом в качестве сепаратора в новых водных Li-батареях.

Рисунок 1.(A) Атомная структура чувствительного к электронному лучу твердого электролита LLZO успешно визуализирована с помощью STEM-изображения в высокоугловом кольцевом темном поле (HAADF). (B) Данные EELS LLZO после обмена Li + / H + с различными водными растворами. Содержание Li можно точно контролировать. Воспроизведено с разрешения (Ma et al., 2015).

Другой системой, которая широко исследовалась электронной микроскопией, является LLTO, которая имеет структуру типа перовскита (Stramare et al., 2003). Изменяя состав и / или условия обработки, можно получить несколько полиморфов с разной ионной проводимостью. Тем не менее, большинство из них демонстрируют чередующееся наложение между слоями A-сайта с высоким содержанием La и бедным по La, а миграции Li благоприятствуют слои с низким содержанием La. Наибольшая объемная проводимость составляет 10 −3 См см −1 , приближаясь к проводимости обычных жидких электролитов (10 −2 См см −1 ) (Takada, 2013). Следовательно, глубокое понимание происхождения таких исключительных характеристик имеет решающее значение при разработке твердых электролитов с высокой проводимостью.Исследования (S) TEM внесли важный вклад в это дело. Воспользовавшись чувствительностью STEM-изображения кольцевого светлого поля (ABF) к легким элементам, таким как Li, Gao et al. (2013) непосредственно визуализировали вариацию положений Li в разных полиморфах LLTO. Было обнаружено, что Li находится в окне O4 для композиции с низким содержанием Li La 0,62 Li 0,16 TiO 3 , но рядом с позицией A для композиции с высоким содержанием Li La 0,56 Li 0,33 TiO 3 .Содержание Li, валентное состояние катионов и геометрия кислородных октаэдров в слоях, богатых La и бедных La, также были выявлены методом EELS. Кроме того, были исследованы доменные структуры, связанные с упорядочением между слоями, богатыми La и бедными La (Gao et al., 2014). Было обнаружено, что с La, блокирующим пути Li, доменные границы препятствуют ионному транспорту. Помимо этого, можно также визуализировать структурные особенности, которые невозможно легко обнаружить дифракционными методами. Как упоминалось выше, перенос Li в LLTO зависит от бедных La слоями.Однако ни одно из предыдущих дифракционных исследований не обнаружило таких важных особенностей у наиболее проводящего полиморфа, закаленного при 1350 ° C La 0,56 Li 0,33 TiO 3 (Stramare et al., 2003). В результате механизм его ионного транспорта оставался неясным в течение многих лет. Недавно исследование STEM с атомным разрешением напрямую визуализировало ранее не замеченные пути ближнего упорядочения Li в этом материале (Ma et al., 2016). Длина когерентности упорядочения оказалась в мезоскопическом масштабе (менее 10 нм), что не позволяло обнаружить его большинством дифракционных методов.В сочетании с моделированием молекулярной динамики (МД) это наблюдение показало, что такая неуловимая мезоскопическая структура может наиболее эффективно максимизировать количество путей переноса лития, приводя к высокой проводимости. Это открытие не только примирило давно существовавшее несоответствие структуры и свойств, но также указывало на новый взгляд на улучшение ионной проводимости.

Хотя ПЭМ с атомным разрешением (S) очень помог фундаментальному пониманию ионного транспорта, текущие исследования ограничиваются оксидами.Для сравнения, сульфидные твердые электролиты, несмотря на их более высокую проводимость (Takada, 2013), редко исследуются. Микроскопические исследования этих материалов чрезвычайно сложны из-за (1) уязвимости слабых связей Li – S для электронов и (2) их чувствительности к окружающей атмосфере. Если эти проблемы могут быть устранены, (S) ТЕА будет играть еще более важную роль в исследовании твердых электролитов.

Воздействие границ зерен

Хотя исследования твердых электролитов в основном сосредоточены на внутренней части зерен, границы зерен часто являются узким местом.Хотя объемная проводимость многих твердых электролитов уже сравнима с проводимостью обычных жидких электролитов, их большое сопротивление границ зерен обычно снижает общую проводимость на порядки (Takada, 2013). Из-за отсутствия надлежащего понимания механизма проводимости Li по границам зерен целенаправленная оптимизация пока невозможна.

Границы зерен в твердых телах часто ограничиваются очень маленьким масштабом длины с шириной всего в несколько элементарных ячеек.Таким образом, STEM с его разрешением ниже ангстрема кажется идеальным инструментом для их изучения. Ma et al. (2014) успешно использовали STEM / EELS с атомным разрешением, чтобы раскрыть атомарное происхождение сопротивления границ крупных зерен в LLTO. Наблюдалось, что большинство границ зерен демонстрируют более темный контраст Z-, чем соседние зерна, что позволяет предположить, что средний атомный номер на границе зерен ниже. Дальнейший анализ в атомном масштабе показал, что атомная конфигурация границ зерен значительно отличается от конфигурации внутри зерен (рис. 2A, B).Вместо структуры перовскита ABO 3 такие реконструированные границы зерен, по существу, представляют собой бинарный слой Ti – O, запрещающий избыток носителя заряда Li + . Следовательно, они действуют как внутренние барьеры для транспорта лития. Эта тема также исследовалась HRTEM и EDS. Кроме того, Gellert et al. (2012) изучали границы зерен в литий-алюминиевом фосфате титана (LATP). В зависимости от взаимной ориентации между соседними зернами наблюдались два типа границ зерен.Если ориентации аналогичны, будет присутствовать толстая граница кристаллического зерна. Считалось, что его высокая степень кристалличности обеспечивает относительно легкий перенос ионов. Если ориентации сильно различаются, образуется более тонкий, но аморфный слой, который, как полагают, обладает высоким сопротивлением.

Рис. 2. (A) Изображение HAADF-STEM с атомным разрешением границы зерен в LLTO. (B) Атомная модель границы зерен LLTO с дефицитом лития, основанная на всестороннем исследовании STEM / EELS.Воспроизведено с разрешения (Ma et al., 2014).

В отличие от двух материалов, рассмотренных выше, LLZO демонстрирует сопротивление границ зерен, сопоставимое с сопротивлением внутренней части зерна (Муруган и др., 2007). Однако происхождение этого доброкачественного поведения остается неизвестным. Несколько исследовательских групп пытались изучить границы зерен LLZO с помощью электронной микроскопии, но результаты противоречивы. Кумадзаки и др. (2011) наблюдали аморфный Li – Al – Si – O и нанокристаллический LiAlSiO 4 на границах зерен LLZO.Напротив, чистые границы зерен, свободные от каких-либо изменений второй фазы или состава, сообщили Wolfenstine et al. (2012). Для окончательного объяснения необходимы систематические исследования с более высоким пространственным разрешением.

Эти исследования демонстрируют, что границы зерен, несмотря на их сильно локализованный характер, можно эффективно исследовать с помощью (S) ПЭМ в сочетании с локальными аналитическими методами, такими как EELS и EDS. Однако текущие усилия в этой области очень ограничены.Прежде чем будет осуществлено систематическое понимание и рациональная оптимизация переноса лития на границах зерен, необходимы дальнейшие углубленные исследования.

Поведение границ раздела электролит-электрод

Стабильная и проводящая граница раздела электрод / электролит является предпосылкой для длительной эксплуатации аккумуляторов на основе твердого электролита (Zhu et al., 2015 и 2016; Richards et al., 2016). Тем не менее, из-за отсутствия механистического понимания, которое могло бы направить рациональное улучшение, все еще очень сложно сформировать такие интерфейсы.В качестве первого шага к этой цели необходимо прямое экспериментальное наблюдение за интерфейсами.

Хотя до настоящего времени не сообщалось об исследованиях электронной микроскопии с атомным разрешением, границы раздела между катодными материалами и несколькими твердыми электролитами были исследованы с помощью наноэлектронной дифракции (NED), STEM и EDS. Kim et al. (2011) исследовали межфазную стабильность между LLZO и LiCoO 2 (LCO). Тонкая пленка LCO была выращена на полированной поверхности керамики LLZO методом импульсного лазерного осаждения при 937 К.Наблюдения с помощью ПЭМ показали наличие межфазного реакционного слоя толщиной ~ 50 нм. Измерения профиля линии EDS и NED, полученные вблизи границы раздела, показали, что этот реакционный слой состоит из La 2 CoO 4 , который, как полагают, препятствует диффузии Li. Кроме того, граница раздела между LCO и прототипом сульфидного электролита Li 2 S – P 2 S 5 была исследована Сакудой и др. (2009). Интерфейс был просто сформирован механическим шлифованием.После зарядки образовался межфазный слой, связанный с взаимной диффузией Co, P и S, и этот слой вызвал большое сопротивление. Аналогичное поведение наблюдалось между LiMn 2 O 4 и Li 2 S – P 2 S 5 (Китаура и др., 2010). Наблюдали межфазный слой, возникающий в результате диффузии Mn в твердый электролит, и полагали, что он дает большое сопротивление. Эти исследования с помощью электронной микроскопии показывают, что реакционный слой может часто образовываться между твердым электролитом и катодом из-за взаимной диффузии.В отличие от границы раздела твердого электролита (SEI) в обычных LIB, реакционные слои на границе раздела твердый электролит / электрод обычно скорее вредны, чем полезны, поскольку они обычно препятствуют ионному переносу (Qian et al., 2015).

Помимо этих экспериментально наблюдаемых реакционных слоев, часто предполагалось сильно локализованное межфазное разложение на границах раздела твердый электролит и электрод, хотя они показывают определенную степень стабильности в электрохимических измерениях (Zhu et al., 2015 и 2016; Richards et al., 2016). Однако большинство таких предположений основано на теоретических расчетах. Экспериментальная проверка является довольно сложной задачей из-за чрезвычайно малого масштаба предполагаемой толщины и высокой летучести / нестабильности металлического лития (Wenzel et al., 2015, 2016). (S) ПЭМ, который может исследовать локальные особенности с чрезвычайно высоким пространственным разрешением вплоть до уровня субангстрема, предоставляет прекрасные возможности для исследования этих интригующих межфазных взаимодействий.

Итоги и перспективы

В этом мини-обзоре мы обсудили недавний прогресс в исследованиях (S) ТЕМ твердых электролитов для литиевых батарей. С успехом в решении проблем, вызванных повреждением электронным пучком, сообщается о все большем и большем количестве исследований, которые ранее не могли быть выполнены. Эти исследования прояснили несколько давних заблуждений относительно взаимосвязи структура-свойство, предоставили первые экспериментальные сведения о большом сопротивлении границ зерен и внесли вклад в понимание реакционного слоя на катоде / SEI.

Тем не менее, проблемы остаются. Для ионного транспорта внутри зерна сульфидные электролиты, которые часто демонстрируют более высокую проводимость, чем оксиды, требуют тщательного изучения на атомном уровне. Их уязвимость для электронного пучка из-за слабых связей Li с S в структуре и ограниченной электронной проводимости значительно ограничивает надежные измерения их атомной и электронной структуры в ПЭМ. Чтобы понять роль границ зерен в твердых электролитах, необходимо исследовать широкий спектр материалов, чтобы установить систематическое понимание.В частности, особого внимания заслуживают материалы с доброкачественными границами зерен, так как они могут вдохновить на создание материалов с проводящими границами зерен. Для границы раздела твердый электролит / электрод одной из наиболее актуальных задач является проверка сильно локализованных межфазных реакционных слоев, которые недавно были предложены теоретическими работами. Кроме того, оставалось исследовать изменение этих поверхностей раздела в зависимости от состава, условий обработки и цикличности. Следует подчеркнуть, что недавно разработанные методы ПЭМ in situ, , такие как in situ, нагрев и in situ, электрохимический цикл с желаемым пространственным разрешением, значительно облегчат эти исследования (Gu et al., 2013; Chi et al., 2015; Zeng et al., 2015). Их способность проводить структурный / химический анализ с высоким разрешением в режиме реального времени позволит получить уникальную информацию, которую невозможно получить другим способом. В связи с недавними замечательными разработками в области приборов для микроскопии, таких как быстрые камеры и детекторы, низковольтные ПЭМ и многофункциональные столики для образцов, эти проблемы должны быть преодолены в ближайшем будущем, и ожидается, что электронная микроскопия будет играть все более важную роль в исследование литий-ионных твердых электролитов.

Авторские взносы

Все перечисленные авторы внесли существенный, прямой и интеллектуальный вклад в работу и одобрили ее для публикации.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Финансирование

Эта работа спонсировалась Министерством энергетики США (DOE), Управлением науки, Управлением фундаментальных энергетических наук, Отделом материаловедения и инженерии.Характеристика материалов была проведена в рамках предложения пользователя в Центре науки о нанофазных материалах, который является объектом пользователя Управления науки Министерства энергетики США.

Список литературы

Брюс П. Г., Фрейнбергер С. А., Хардвик Л. Дж. И Тараскон Ж.-М. (2012). Li-O 2 и Li-S батареи с высоким накопителем энергии. Nat. Mater. 11, 19–29. DOI: 10.1038 / nmat3191

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бушманн, Х., Долле, Дж., Берендтс, С., Кун, А., Боттке, П., Вилкенинг, М., и др. (2011). Структура и динамика быстрого литий-ионного проводника «Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ». Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 19378–19392. DOI: 10.1039 / c1cp22108f

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chi, M. F., Mizoguchi, T., Martin, L. W., Bradley, J. P., Ikeno, H., Ramesh, R., et al. (2011). Атомная и электронная структура интерфейса SrVO 3 -LaAlO 3 . J. Appl. Phys. 110, 046104. doi: 10.1063 / 1.3601870

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чи, М. Ф., Ван, К., Лей, Ю. К., Ван, Г. Ф., Ли, Д. Г., Мор, К. Л. и др. (2015). Поверхностная огранка и поведение элементарной диффузии на атомном уровне для наночастиц сплава во время отжига in situ и . Nat. Commun. 6, 8925. DOI: 10.1038 / ncomms9925

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Куссен, Э.Дж. (2010). Структура и ионная проводимость литиевых гранатов. J. Mater. Chem. 20, 5167–5173. DOI: 10.1039 / b925553b

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гао, X., Фишер, К.А.Дж., Кимура, Т., Икухара, Ю.Х., Кувабара, А., Мориваке, Х., и др. (2014). Структуры доменных границ в титанатах лития лантана. J. Mater. Chem. А 2, 843–852. DOI: 10.1039 / C3TA13726K

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гао, X., Фишер, К.А.Дж., Кимура, Т., Икухара, Ю.Х., Мориваке, Х., Кувабара, А. и др. (2013). Распределение атома лития и вакансии A-позиции в титанате лития лантана. Chem. Mater. 25, 1607–1614. DOI: 10,1021 / см3041357

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Геллерт, М., Грис, К. И., Яда, К., Роскиано, Ф., Волц, К., и Ролинг, Б. (2012). Границы зерен в литий-ионно-литиевой стеклокерамике типа фосфата лития-титана: микроструктура и свойства нелинейного переноса ионов. J. Phys. Chem. С 116, 22675–22678. DOI: 10.1021 / JP305309R

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гу, М., Родитель, Л. Р., Мехди, Б. Л., Уноцич, Р. Р., МакДауэлл, М. Т., Саччи, Р. Л. и др. (2013). Демонстрация электрохимической жидкой ячейки для наблюдения с помощью просвечивающей электронной микроскопии литиирования / делитирования анодов батарей с Si-нанопроволокой. Nano Lett. 13, 6106–6112. DOI: 10.1021 / nl403402q

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким, К.Х., Ирияма, Ю., Ямамото, К., Кумазаки, С., Асака, Т., Танабе, К. и др. (2011). Характеристика границы раздела между LiCoO 2 и Li 7 La 3 Zr 2 O 12 в полностью твердотельной перезаряжаемой литиевой батарее. J. Источники энергии 196, 764–767. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2010.07.073

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Китаура, Х., Хаяси, А., Таданага, К., и Тацумисаго, М. (2010). Полностью твердотельные литиевые вторичные батареи с использованием электрода LiMn 2 O 4 и твердого электролита Li 2 S-P 2 S 5 . J. Electrochem. Soc. 157, A407 – A411. DOI: 10.1149 / 1.3298441

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кумазаки С., Ирияма Ю., Ким К.-Х., Муруган Р., Танабе К., Ямамото К. и др. (2011). Высокая проводимость по ионам лития Li 7 La 3 Zr 2 O 12 за счет включения как Al, так и Si. Электрохим. Commun. 13, 509–512. DOI: 10.1016 / j.elecom.2011.02.035

CrossRef Полный текст | Google Scholar

млн лет назад, C., Chen, K., Liang, C.D., Nan, C.W., Ishikawa, R., More, K., et al. (2014). Атомно-масштабное происхождение большого сопротивления границ зерен в перовскитных литий-ионных твердых электролитах. Energy Environ. Sci. 7, 1638–1642. DOI: 10.1039 / c4ee00382a

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ma, C., Cheng, Y., Chen, K., Li, J., Sumpter, B., Nan, C.-W., et al. (2016). Мезоскопический каркас обеспечивает легкий перенос ионов в твердых электролитах для литиевых батарей. Adv. Energy Mater. DOI: 10.1002 / aenm.201600053

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ма, К., Рангасами, Э., Лян, К. Д., Сакамото, Дж., Мор, К. Л., и Чи, М. Ф. (2015). Превосходная стабильность литий-ионного твердого электролита при обратимом обмене Li + / H + в водных растворах. Angew. Chem. Int. Эд. 54, 129–133. DOI: 10.1002 / anie.201410930

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мюллер, Д.A., Kourkoutis, L.F., Murfitt, M., Song, J.H., Hwang, H.Y., Silcox, J., et al. (2008). Химическое изображение состава и связи в атомном масштабе с помощью микроскопии с коррекцией аберраций. Наука 319, 1073–1076. DOI: 10.1126 / science.1148820

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Муруган, Р., Тангадурай, В., и Веппнер, В. (2007). Быстрая ионная проводимость лития в гранатах типа Li 7 La 3 Zr 2 O 12 . Angew. Chem. Int. Эд. 46, 7778–7781. DOI: 10.1002 / anie.200701144

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пенникук, С. Дж. (1992). Z-контрастная просвечивающая электронная микроскопия - прямая атомная визуализация материалов. Ann. Rev. Mater. Sci. 22, 171–195. DOI: 10.1146 / annurev.ms.22.080192.001131

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цянь, Д., Ма, К., Мор, К. Л., Мэн, Ю. С. и Чи, М. (2015). Расширенная аналитическая электронная микроскопия для литий-ионных аккумуляторов. NPG Asia Mater. 7, е193. DOI: 10.1038 / am.2015.50

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Quartarone, E., and Mustarelli, P. (2011). Электролиты для твердотельных литиевых аккумуляторных батарей: последние достижения и перспективы. Chem. Soc. Ред. 40, 2525–2540. DOI: 10.1039 / c0cs00081g

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ричардс, В. Д., Миара, Л. Дж., Ван, Ю., Ким, Дж. К., и Седер, Г.(2016). Стабильность интерфейса в твердотельных аккумуляторах. Chem. Mater. 28, 266–273. DOI: 10.1021 / acs.chemmater.5b04082

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сакуда А., Хаяси А. и Тацумисаго М. (2009). Наблюдение на границе раздела между электродом LiCoO 2 и твердыми электролитами Li 2 S-P 2 S 5 полностью твердотельных литиевых вторичных батарей с использованием просвечивающей электронной микроскопии. Chem. Mater. 22, 949–956. DOI: 10,1021 / см

9c

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Страмаре, С., Тангадураи, В., и Веппнер, В. (2003). Титанаты лития-лантана: обзор. Chem. Mater. 15, 3974–3990. DOI: 10,1021 / см0300516

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Такада, К. (2013). Развитие и перспективы твердотельных литиевых батарей. Acta Mater. 61, 759–770. DOI: 10.1016 / j.actamat.2012.10.034

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wang, Y., Richards, W. D., Ong, S. P., Miara, L. J., Kim, J. C., Mo, Y., et al. (2015). Принципы проектирования твердотельных литиевых суперионных проводников. Nat. Mater. 14, 1026–1031. DOI: 10.1038 / nmat4369

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Венцель, С., Лейхтвейс, Т., Крюгер, Д., Санн, Дж., И Янек, Дж. (2015). Межфазное образование на литиевых твердых электролитах - подход in situ к изучению межфазных реакций с помощью фотоэлектронной спектроскопии. Ионика твердого тела 278, 98–105. DOI: 10.1016 / j.ssi.2015.06.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Венцель, С., Вебер, Д. А., Лейхтвейс, Т., Буше, М. Р., Санн, Дж., И Янек, Дж. (2016). Межфазное образование и деградация кинетики переноса заряда между анодом из металлического лития и высококристаллическим твердым электролитом Li 7 P 3 S 11 . Ионика твердого тела 286, 24–33. DOI: 10.1016 / j.ssi.2015.11.034

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вольфенстин, Дж., Сакамото, Дж., И Аллен, Дж. Л. (2012). Электронно-микроскопические исследования горячепрессованного замещенного алюминия Li 7 La 3 Zr 2 O 12 . J. Sci. Mater. 47, 4428–4431. DOI: 10.1007 / s10853-012-6300-y

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ву, Ю., Ма, К., Янг, Дж. Х., Ли, З. К., Аллард, Л. Ф., Лян, К. Д., и другие. (2015). Исследование инициирования спада напряжения в слоистых катодных материалах с высоким содержанием лития на атомном уровне. J. Mater. Chem. А 3, 5385–5391. DOI: 10.1039 / C4TA06856D

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ябуучи, Н., Йоши, К., Мён, С. Т., Накаи, И., и Комаба, С. (2011). Детальные исследования материала электродов большой емкости для аккумуляторных батарей, Li 2 MnO 3 -LiCo 1 / 3Ni 1 / 3Mn 1 / 3O 2 . J. Am. Chem. Soc. 133, 4404–4419. DOI: 10.1021 / ja108588y

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zeng, Z. Y., Zhang, X. W., Bustillo, K., Niu, K. Y., Gammer, C., Xu, J., et al. (2015). In situ Исследование литиирования и делитирования нанолистов MoS 2 с помощью просвечивающей электронной микроскопии электрохимических жидких ячеек. Nano Lett. 15, 5214–5220. DOI: 10.1021 / acs.nanolett.5b02483

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжу, Ю., Он, X., и Мо, Y. (2015). Источник выдающейся стабильности литиевых твердых электролитов: выводы термодинамического анализа, основанные на расчетах из первых принципов. ACS Appl. Mater. Интерфейсы 7, 23685–23693. DOI: 10.1021 / acsami.5b07517

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжу, Ю., Хэ, X., и Мо, Ю. (2016). Изучение первых принципов электрохимической и химической стабильности границ раздела твердый электролит-электрод в полностью твердотельных литий-ионных батареях. J. Mater. Chem. А . 4, 3253–3266. DOI: 10.1039 / C5TA08574H

CrossRef Полный текст | Google Scholar

.

Список новых технологических стартапов в области литиевых батарей

Если вы остановитесь и задумаетесь на секунду, успехи в литиевых батареях послужили основой для значительного числа новых технологий в этом десятилетии. Электромобили, дроны, смартфоны - все это становится все популярнее благодаря усовершенствованию технологий литиевых батарей. Что касается портативных аккумуляторов, если не считать разработки совершенно новой технологии аккумуляторов, похоже, что на какое-то время мы остановимся на литиевых батареях.Вот откуда все эти батареи:

Прошло много времени с тех пор, как мы упоминали что-либо о аккумуляторных технологиях или элементах питания, а также о компаниях, стремящихся продвинуть эти

.

типов аккумуляторных элементов; Цилиндрическая ячейка, таблеточная ячейка, мешочная ячейка

Сравните плюсы и минусы цилиндрического элемента, кнопочного элемента, призматического элемента и мешка

По мере того, как батареи начали массово производиться, конструкция банки изменилась на цилиндрический формат. Большая ячейка F для фонарей была представлена ​​в 1896 году, а ячейка D последовала в 1898 году. С появлением потребности в ячейках меньшего размера в 1900 году последовала ячейка С, а в 1907 году была представлена ​​популярная ячейка AA.См. BU-301: Стандартизация батарей в соответствии с нормами.

Цилиндрическая ячейка

Цилиндрический элемент продолжает оставаться одним из наиболее широко используемых стилей упаковки первичных и вторичных батарей. Преимущества - простота изготовления и хорошая механическая стабильность. Трубчатый цилиндр может выдерживать высокое внутреннее давление без деформации.

Многие цилиндрические элементы на основе лития и никеля имеют переключатель с положительным тепловым коэффициентом (PTC). При воздействии чрезмерного тока нормально проводящий полимер нагревается и становится резистивным, останавливая ток и действуя как защита от короткого замыкания.Как только короткое замыкание устранено, PTC охлаждается и возвращается в проводящее состояние.

Большинство цилиндрических ячеек также имеют механизм сброса давления, а в простейшей конструкции используется мембранное уплотнение, которое разрывается под высоким давлением. После разрыва мембраны может произойти утечка и высыхание. Предпочтительной конструкцией являются закрывающиеся вентиляционные отверстия с подпружиненным клапаном. Некоторые потребительские литий-ионные элементы включают устройство прерывания заряда (CID), которое физически и необратимо отключает элемент при активации до небезопасного повышения давления.На рис. 1 показано поперечное сечение цилиндрической ячейки.

Рисунок 1: Поперечное сечение литий-ионного цилиндрического элемента .
Цилиндрическая конструкция ячейки обеспечивает хорошую цикличность, длительный календарный срок службы и экономична, но при этом она тяжелая и имеет низкую плотность упаковки из-за наличия пустот.
Источник: Sanyo


Типичные области применения цилиндрических элементов - электроинструменты, медицинские инструменты, ноутбуки и электровелосипеды.Чтобы допускать вариации в пределах заданного размера, производители используют частичные длины ячеек, например, половину и три четверти форматов, а никель-кадмиевые элементы обеспечивают самый широкий выбор элементов. Некоторые из них перешли на никель-металлогидрид, но не на литий-ионный, поскольку эта химия установила свои собственные форматы. 18650, показанный на рисунке 2, остается одним из самых популярных пакетов сотовых ячеек. Типичные области применения литий-ионного аккумулятора 18650 - электроинструменты, медицинские устройства, ноутбуки и электронные велосипеды.

Рисунок 2: Популярный литий-ионный аккумулятор 18650.
Металлический цилиндр диаметром 18 мм и длиной 65 мм. Более крупная ячейка 26650 имеет диаметр 26 мм.
Источник: Cadex


В 2013 году было произведено 2,55 млрд 18650 ячеек. Ранние энергетические ячейки имели 2,2 Ач; это было заменено ячейкой 2,8 Ач. Новые элементы теперь имеют 3,1 Ач с увеличением до 3,4 Ач к 2017 году. Производители элементов готовятся к 3,9 Ач 18650.

18650 вполне может быть наиболее оптимизированным элементом; он предлагает одну из самых низких затрат на ватт-час и имеет хорошие показатели надежности.По мере того как потребители переходят на плоские конструкции в смартфонах и планшетах, спрос на 18650 ослабевает, и на Рисунке 3 показано избыточное предложение, которое корректируется благодаря спросу на электромобили Tesla, которые в настоящее время также используют этот формат ячеек. По состоянию на конец 2016 года производители аккумуляторов опасаются нехватки аккумуляторов для удовлетворения растущего спроса на электромобили

.

Смотрите также