RU (495) 989 48 46
Пленка на бампер

АНТИГРАВИЙНАЯ ЗАЩИТА БАМПЕРА

 

Как повысить плотность электролита в аккумуляторе


Как поднять плотность электролита в аккумуляторе?

Многим этот вопрос кажется простым, а ответ очевидным. Слить электролит с низкой плотностью и залить с более высокой. Или слить только часть, а вместо неё добавить концентрированный раствор. Но перед тем как это делать, стоит задуматься, а надо ли? Такой подход требуется в единичных случаях. Есть ещё один более правильный вариант – это поднятие плотности электролита с помощью зарядки. Чаще всего именно так и следует повышать плотность. В этой заметке речь пойдёт о том, как правильно поднять плотность электролита, зарядкой или заменой. Рассмотрим, что более уместно в той или иной ситуации.

 

Содержание статьи

А какая плотность нормальная?

Как известно, электролит в свинцово-кислотном аккумуляторе является раствором серной кислоты (H 2SO4) в воде (используется дистиллированная вода без примесей). В рамках этого материала мы не будет рассказывать о сортах серной кислоты, её плотности и т. п. Если интересно, можете прочитать это в отдельном материале про электролит.



Плотность электролита полностью заряженного аккумулятора должна быть на отметке 1,27 гр/см3. Обычно в разных банках она лежит в интервале 1,25─1,27 гр/см3. При этом ЭДС на выводах аккумуляторной батареи 12,6─12,9 вольта. В таблице ниже можно посмотреть зависимость плотности, напряжения, степени заряженности и температуры замерзания электролита.
Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия)Напряжение, В (в отсутствии нагрузки)Напряжение, В (с нагрузкой 100 А)Степень заряда АКБ, %Температура замерзания электролита, гр. Цельсия
1,1111,78,40-7
1,1211,768,546-8
1,1311,828,6812,56-9
1,1411,888,8419-11
1,1511,94925-13
1,16129,1431-14
1,1712,069,337,5-16
1,1812,129,4644-18
1,1912,189,650-24
1,212,249,7456-27
1,2112,39,962,5-32
1,2212,3610,0669-37
1,2312,4210,275-42
1,2412,4810,3481-46
1,2512,5410,587,5-50
1,2612,610,6694-55
1,2712,6610,8100-60
Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия)Напряжение, В (в отсутствии нагрузки)Напряжение, В (с нагрузкой 100 А)Степень заряда АКБ, %Температура замерзания электролита, гр. Цельсия

Падение плотности ниже 1,15 гр/см3 (ЭДС ниже 12 В) рекомендуется не допускать. Это приводит к необратимым последствиям для аккумулятора. Если автомобиль эксплуатируется в холодном климате, то плотность допускается увеличивать до 1,29─1,3 гр/см3. От себя могу добавить, что в последнее время часто встречаю новые аккумуляторы типа Ca/Ca, у которых электролит в заряженном состоянии (ЭДС > 12,6 В) имеет плотность 1,24─1,25 гр/см3. Об таких фактах можно найти немало отзывов в сети. С чем это связано? Мне кажется, причина может быть только в сульфатации во время хранения.



Вернуться к содержанию
 

А нужно ли поднимать плотность?

Если коротко, то далеко не всех случаях требуется повышение плотности. Точнее не требуется её повышение неестественными способами. Чтобы пояснить мысль, нужно обратиться к процессам, происходящим в свинцово-кислотной электрохимической системе.

Аккумуляторная батарея состоит из наборов положительных и отрицательных электродов, погруженных в раствор серной кислоты. Чтобы исключить замыкание, электроды помещены в изолирующие конверт-сепараторы. Электрод состоит из решётки и обмазки.

Решётки изготавливаются по различным технологиям из разных сплавов и это тема отдельного разговора. А в качестве обмазки на отрицательных электродах присутствует порошкообразный свинец (Pb), а на положительных – паста диоксида свинца (PbO2). Последний имеет красно-коричневый цвет.



В процессе разряда АКБ на электродах протекают следующие реакции при непосредственном участии электролита.

Положительный электрод (анод)

PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e => PbSO4 + 2H2O

Отрицательный электрод (катод)

Pb + SO42- — 2e => PbSO4

Общая реакция в электрохимической системе описывается уравнением

Pb + 2H2SO4 + PbO2 => 2PbSO4 + 2H2O

Как видите, в процессе разряда серная кислота из электролита взаимодействует как с диоксидом свинца на аноде и металлическим свинцом на катоде с образованием сульфата свинца (PbSO4) и воды (H2O). Ток течёт от анода к катоду. В результате реакции постепенно падает плотность электролита. Обычно нижний предел 1,1─1,15 гр/см3. К этому моменту поры обмазки забиваются сульфатом свинца и реакция сходит на нет. Напряжение на выводах к этому моменту падает до 12 вольт и ниже.



При заряде указанные реакции идут в обратном направлении. То есть, сульфат свинца растворяется с расходом воды и образованием Pb, PbO 2 и серной кислоты. Концентрация электролита растёт и плотность увеличивается.

К чему все это было сказано? Дело в том, что плотность электролита должна повышаться «естественным путём» в результате зарядки. Если к моменту окончания заряда плотность не достигла 1,27 гр/см3, то причина проблемы не электролит, а система в целом. Конечно, это условии, что зарядное устройство (ЗУ) работает исправно и плотность вы измеряете исправным ареометром.

Итак, в чём причина пониженной плотности к моменту окончания заряда? Это процесс сульфатации, подробнее о котором можно прочитать здесь. Постепенно в процессе эксплуатации часть PbSO4 не растворяется до конца во время зарядки и накапливается на активной массе электродов. Это значит (см. реакции выше), что процессы при зарядке прошли не до конца. Поскольку растворился не весь сульфат свинца, то восстановилась не вся серная кислота и осталось больше воды. Результат – концентрация электролита меньше, как и его плотность.

Отсюда вывод. Чтобы поднять плотность электролита в аккумуляторе, нужно в первую очередь заниматься десульфатацией и максимально полной зарядкой АКБ. Если пониженная плотность вызвана сульфатацией, то не следует повышать её увеличением концентрации электролита. Это только усугубит ситуацию.

Даже если плотность ниже 1,27 гр/см3, все вещества остаются в электрохимической системе. Если вы искусственно увеличиваете плотность электролита, то равновесие нарушается и концентрация PbSO4 будет ещё больше. При разряде из электролита выделится сульфат свинца, который уже точно не растворится при заряде, поскольку теперь он в избытке. А плотность по окончании заряда снова будет ниже нормы. И так далее.



Что делать? Никому не навязываю своё мнение, но, мне кажется замена электролита (или изменение его плотности «вручную») для увеличения плотности уместна в следующих случаях.

Я менял электролит в АКБ только один раз из-за непредвиденной ситуации. Заряжал его как-то даче рядом с домом под открытым небом. Зарядил, отключил, но пробки закрывать не стал, чтобы газы вышли он отстоялся немного. Занялся другими делами и забыл про него. Пошёл ливень и все залило с верхом. Пришлось выбирать оттуда старый и заливать новый покупной электролит с нормальной плотностью. Если же просто упала плотность в результате эксплуатации, это не повод увеличивать его концентрацию.


Вернуться к содержанию
 

Как повысить плотность электролита в Pb аккумуляторе?

Итак, вы всё же решили поднять плотность раствора в аккумуляторной батарее. Как это сделать? Вам потребуется электролит (продаётся в автомобильных магазинах с плотностью 1,27─1,29 гр/см3), ёмкость для откачиваемого электролита, резиновая «груша», длинная гибкая трубка из материала стойкого к серной кислоте, пластиковая воронка (удобно заливать электролит обратно в банки), зарядное устройство.


Внимание! Электролит является едким веществом! При попадании на кожу и слизистые вызывает сильный химический ожог! Поэтому при работе обязательно используйте очки для защиты глаз, а также резиновые перчатки для защиты рук. Если будете разводить концентрированную кислоту, помните, что нужно наливать кислоту в воду, а не наоборот. При падании электролита на кожу или слизистые нужно обратиться в больницу.

Процесс выглядит примерно так.



Это если нужна полная замена электролита, когда он испорчен. Если же нужно увеличить концентрацию, то можно частично отобрать электролит из банок. Я для этого использую колбу от старого ареометра. Поплавок давно разбился, а колбу я оставил и использую вместо «груши».

Затем в банки заливаете такое же по объёму количество раствора более высокой концентрации. Можно использовать аккумуляторную кислоту (92─94%) плотностью 1,835 гр/см3. После этого можно поставить АКБ на зарядку для выравнивания концентрации. Не нужно трясти и бултыхать батарею для перемешивания. Иначе могут быть те же последствия, что и при переворачивании.
Вернуться к содержанию
 

Опрос

Примите участие в опросе!

 Загрузка ...
Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Исправления и дополнения к материалу, а также ваше мнение о повышении плотности электролита в свинцово-кислотном аккумуляторе, оставляйте в комментариях ниже. Голосуйте в опросе и оценивайте статью.
Вернуться к содержанию

Как поднять плотность в аккумуляторе в домашних условиях

В автомобильных аккумуляторах, которые находятся в активной эксплуатации со временем происходит падение плотности. Это может происходить по ряду причин. Сервисы предлагают услуги по корректировке плотности АКБ. Также проблему можно решить самостоятельно. Но прежде всего стоит ознакомиться с тем, как поднять плотность в аккумуляторе в домашних условиях.

По каким причинам происходит падение плотности

Прежде чем сразу же приступать к исправлению проблемы стоит разобраться в причине ее возникновения.  Для АКБ явление падения плотности — это естественное явление. При разряде она показатели снижаются, при заряде повышаются.

Низкие показатели в АКБ говорят о следующем:

  1. Батарея просто разряжена.
  2. Аккумулятор перенес перезарядку, из-за чего раствор просто выкипел.
  3. Дистиллированная вода просто доливалась без замера показателей.

В первом случае падение — это естественное явление. Во втором, когда батарея перенесла перезарядку произошло частичное выкипание, что сильно повлияло на параметры жидкости. В третьем, упала плотность электролита в аккумуляторе из-за большого содержания воды.

Важно! Плотность электролита прямо влияет на качество батареи. А самое главное на то как она будет держать заряд.

Рекомендуется постоянно производить замеры показателя плотности электролита при первых признаках. К ним можно отнести быструю разрядку АКБ. В противном случае при долгой работе с некорректными показателями пластины внутри батареи будут разрушены. Исправить такое можно будет только полностью заменив батарею.

Способы повышения плотности

Повысить плотность электролита в АКБ можно поднять несколькими способами. Они различаются своей сложностью исполнения и длительностью.

Корректирующий электролит

Повышение плотности электролита в аккумуляторе происходит в несколько этапов. В этом действии важно соблюдать последовательность, только в этом случае можно получить достоверные результаты.

Также потребуются следующие инструменты и продукты:

Важно! Перед тем как приступить к работе необходимо убедится, что батарея находилась несколько часов в помещении с температурой 20-25 градусов.

Чтобы реанимировать батарею и поднять плотность электролита в аккумуляторе требуется выполнить следующие действия:

  1. Зарядить АКБ, в котором предположительно упала плотность электролита. Важно чтобы батарея заряжалась около 8-12 часов. Необходимо чтобы она стала именно полностью заряженной, так как этот момент сильно влияет на показатели.
  2. После зарядки требуется замерить параметр ареометром в каждой банке АКБ. Показатели должны быть в пределах 1.25-1.27 г/см в кубе. Отклонение в показателях между банками допускается до 0.01.
  3. Если результат оказался ниже нормы, требуется откачать часть электролита из банок с недопустимыми параметрами.
  4. В банку заливается корректирующий электролит, в объеме в двое меньше откаченного. Далее заливают дистиллированную воду для закрытия пластин.
  5. Как только была произведена частичная замена электролита необходимо поставить АКБ на подзарядку. Достаточно 30-60 минут. После требуется оставить батарею на 2 часа чтобы жидкость смешалась.
  6. По истечению времени производится повторный замер. Если она все также ниже нормального действия повторяются.

Важно! Если планируется самостоятельно делать корректирующий электролит стоит заливать кислоту в воду, а не наоборот. В противном случае произойдет реакция, в ходе которой вода вскипит, и кислота расплескаться.

Выравнивание с помощью зарядки

Для этого метода потребуется зарядное устройство для АКБ с возможностью регулировать выходное напряжение. Простая зарядка, которая уменьшает силу тока при полном заряде не подойдет.

Корректировка плотности электролита в аккумуляторе происходит по следующей схеме:

  1. Батарея полностью заряжается.
  2. Когда электролит начинает кипеть силу тока снижается до 1-2 А.
  3. Пока электролит кипит вода из него испаряется и плотность постепенно повышается.
  4. После падения уровня необходимо долить электролит, и замерить плотность.

Выпариваться жидкость будет очень медленно и может понадобится более 24 часов. Этот способ наиболее безопасен. За счет естественного испарения замена производится без выкачивания химического раствора.

Полная замена

В случае если хоть в одной банке показатели ниже чем 1.18 г/м в квадрате, то поможет только полная замена электролита. Это действие стоит проводить очень аккуратно так как при ошибке вся батарея может выйти из строя.

Замена производится следующим образом:

  1. Из банок в АКБ выкачивается максимально возможное количество жидкости при помощи груши.
  2. После чего необходимо аккуратно перевернуть батарею на бок и просверлить отверстия в каждой банки. С них необходимо слить остатки электролита.
  3. После чего все емкости осторожно промываются дистиллятом. Отверстия запаиваются пластиком, который устойчив к кислоте.
  4. В свежевымытые банки заливается раствор электролита с необходимой плотностью. Далее батарея заряжается и проверяется на работоспособность.

Можно залить готовый корректирующий раствор, а после нормализовать параметры просто доливая дистиллированную воду.

Важно! Батарею требуется перевернуть очень аккуратно и медленно. Дело в том, что на дне остается осадок из свинца и при резком перевороте он может застрять между пластин тем самым их закоротив. После этого, как правило, батарея становится не дееспособной.

Как понизить

В некоторых случаях плотность не падает, а наоборот увеличивается. Такой исход также негативно сказывается на общем состоянии аккумулятора. Понижение происходит следующим образом:

  1. Из банок откачивается некоторое количество электролита.
  2. После чего заливается дистиллированная вода.
  3. Измеряется плотность, и в случае если она выше 1.27 необходимо добавить воды.

Желательно вводит воду постепенно. Это поможет избежать слишком сильного понижения показателей.

Чем опасна высокая или низкая плотность

Высокая плотность электролита в аккумуляторе приводит к быстрому разрушению пластин. С течением времени пластины будут съедены кислотой, и аккумулятор выйдет из строя.

Низкая плотность электролита в аккумуляторе не дает батареи держать заряд так как значительно падает емкость. Также повышенная концентрация именно воды увеличивает вероятность того что зимой такая батарея просто заледенеет из-за кристаллизации при низких температурах.

Также плотность рекомендуется выбирать исходя из времени года и региона. Разброс в параметрах не сильный, но это поможет избежать многих проблем с обслуживанием аккумулятора.

Советы и рекомендации

Для того, чтобы корректировка плотности прошла успешно, и батарея не была повреждена стоит следовать некоторым рекомендациям:

Совет! Если после всех манипуляций показатели падают за короткое время и не приходит в норму после зарядки батарею следует заменить.

Иногда выровнять плотность электролита в банках аккумулятора невозможно. Это, как правило, происходит по причине того, что батарея не исправна и аккумулятор не может держать плотность.

Заключение

Плотность электролита и его уровень оказывают сильное влияние на работоспособность и эффективность аккумулятора. Своевременная корректировка позволяет увеличить срок службы АКБ. Главное совершать все действия правильно в соответствие с нормами безопасности.

проверка и методы повышения плотности

Владельцы автомобилей часто сталкиваются с проблемой отказа двигателя от запуска. Подобное случается из-за разрядки аккумулятора и ухудшения свойств электролита. Перед тем как поднять плотность в аккумуляторе, нужно выяснить причину ухудшения качества кислотного раствора. После этого можно приступать к восстановлению батареи. Действия не представляют особых сложностей.

В процессе эксплуатации снижение плотности аккумулятора обычное явление, особенно при несвоевременной замены старого электролита.

Почему снижается плотность электролита

Снижению плотности способствуют такие факторы:

  1. Разряд. При потере заряда снижается и плотность наполнителя. Во процессе зарядки этот параметр постепенно увеличивается. Если батарея утрачивает большую часть емкости, речь идет о падении концентрации кислоты.
  2. Длительная эксплуатация или хранение в условиях низких температур.
  3. Выкипание электролита при перезаряде. Если зарядное устройство подает слишком высокое напряжение, жидкий электролит переходит в газообразное состояние и выводится наружу через имеющиеся на корпусе отверстия.
  4. Частое добавление воды. Водители добавляют жидкость для поддержания стабильного уровня электролита. Не все пользуются ареометром, измеряющим плотность. Вместе с водой выкипает и кислота, что приводит к снижению концентрации.

Пример сульфатации пластин автомобильного аккумулятора.

Опасности низкой и высокой концентрации кислоты

Повышенная концентрация электролита становится причиной преждевременного выхода батареи из строя. Кислота разрушает металлические пластины. К воздействию составов на основе серной кислоты чувствительна даже сталь.

Низкая концентрация приводит к таким проблемам:

  1. Сульфатация. На пластинах появляется налет, состоящий из сульфата свинца. Аккумуляторная батарея становится неспособной принимать заряд.
  2. Повышение порога замерзания. Жидкость кристаллизуется уже при -5°С. Лед сдвигает и повреждает металлические детали. При деформации пластин и коротком замыкании емкостей батарею восстановить невозможно. При плотности 1,28 г/см³ электролит замерзнет только при -58°С.
  3. Проблемы при запуске двигателя. Наиболее выражен этот признак в зимний период.

Для проверки плотности электролита используют денсиметр (справа).

Проверка плотности электролита

Определить плотность электролита можно в домашних условиях. Процедуру рекомендуется проводить при комнатной температуре.

Перед началом работы подготавливают такие инструменты:

  1. Защитные перчатки, костюм и очки. В состав наполнителя аккумулятора входит кислота. При попадании на кожу вещество вызывает химический ожог. Опасными являются и пары кислоты, поэтому работают только в хорошо проветриваемом помещении.
  2. Денсиметр. Прибор используется для измерения плотности. Имеет вид стеклянной трубки с грушей и встроенным ареометром.

Самостоятельно измерение плотности выполняют так:

Для проверки плотности электролита конец денсиметра погружают в ёмкость аккумулятора.

  1. Аккумулятор вынимают из посадочного гнезда. Защитный кожух демонтируют, вывинчивают пробки.
  2. Проверяют уровень электролита. В свинцово-кальциевых батареях раствор должен на 1,5 см закрывать пластины.
  3. Батарею полностью заряжают. Проверку плотности начинают через 5-6 часов после завершения зарядки. При нормальном уровне электролита трубку денсиметра погружают в банки, выкачивая небольшое количество жидкого наполнителя.
  4. Оценивают показатели прибора. Ареометр должен свободно плавать в растворе. Соприкосновение прибора со стенками емкости не допускается. Показания оценивают с учетом температуры окружающей среды.
  5. Проверяют плотность электролита в остальных банках. Показания записывают и сравнивают с нормальной плотностью.

Такой способ проверки подходит только для разборной батареи, когда имеется доступ к электролиту. Необслуживаемый аккумулятор снабжен индикатором, цвет которого меняется в зависимости от плотности наполнителя.

Как откорректировать плотность раствора

Нормальное показание лежит в диапазоне 1,25-1,29 г/см³. Если при температуре +25°С отмечается более низкое значение, его нужно повышать. Падение концентрации в одной из банок свидетельствует о коротком замыкании.

Высокие значения выявляются после зарядки мощным током, сопровождающейся кипением электролита. Повысить плотность можно путем добавления кислоты, заправки готового состава или использования зарядного устройства.

Плотность раствора в холодный период

В холодное время года плотность наполнителя заряженного аккумулятора должна составлять 1,27 г/см³. Дополнительная корректировка в регионах с суровым климатом при смене сезона не проводится.

Таблица зависимости плотности электролита в аккумуляторе от температуры.

Подготовка к восстановлению батареи

На этапе подготовки выполняют такие действия:

  1. Зарядка батареи. Нельзя начинать восстановление при низком заряде. Добавление электролита способствует резкому повышению концентрации кислоты. Это приводит к разрушению металлических пластин, при котором батарею утилизируют.
  2. Нормализация температуры электролита. Показатель лежит в пределах +20…+25°С. Уровень электролита в каждой банке должен быть нормальным.
  3. Осмотр батареи. Корпус не должен иметь трещин и сколов, особенно возле выводов. Повреждению способствует раскачивание при попытке снять прикипевшую клемму.

Повышение плотности электролита

Если плотность составляет более 1,18, доливают готовый состав с нормальной концентрацией серной кислоты.

Процедура включает такие этапы:

  1. Разрядка батареи. Долив электролита проводится только при полном разряде. Для этого АКБ подключают к мощной лампе или другому потребителю энергии.
  2. Подготовка корректирующего компонента. Уровень кислоты в таком средстве должен составлять не менее 1,4 г/см³.
  3. Добавление корректирующего состава. Предварительно откачивают часть имеющегося электролита. Густота раствора должна повыситься до 1,25. Действие выполняется для каждой банки. Объем доливаемой жидкости должен составлять не более 50% от откачанного. После добавления жидкости АКБ встряхивают, давая наполнителю перемешаться.
  4. Зарядка батареи. Аккумулятор оставляют на полчаса, что позволяет концентрации в банках выровняться. Элемент питания подключают к зарядному устройству на 30 минут. Сила тока должна быть минимальной. Через 2 часа после прекращения зарядки замеряют плотность и количество наполнителя. Если концентрация не поднимается, вышеуказанные действия повторяют.

Можно ли повысить минимальную плотность

Когда плотность падает до отметки ниже 1,18, добавление кислоты оказывается неэффективным. Для восстановления батареи используют раствор, содержащий большее, чем электролит, количество действующего вещества.

Перед заливкой нового электролита старый нужно слить.

Для замены наполнителя выполняют такие действия:

  1. Слив содержимого. Максимальное количество жидкости выкачивают грушей. Затем аккумулятор помещают в большую емкость и переворачивают на бок. В дне каждой банке формируют небольшое отверстие. Батарею возвращают в прежнее положение и дожидаются вытекания жидкого наполнителя.
  2. Добавление воды. Жидкость заливается через крышки банок для удаления остатков старого наполнителя. Сделанные ранее отверстия закрываются полимерным материалом, устойчивым к воздействию кислот.
  3. Заправка батареи новым раствором. Если все действия выполнены правильно, АКБ становится готовой к использованию. Недостатком метода является снижение срока эксплуатации аккумулятора. Несколько недель устройство проработает, однако потом придется покупать новое.

Как повысить при помощи зарядного устройства

Если концентрация кислоты упала за зиму, ее можно восстановить путем подачи слабого тока. Зарядка занимает не менее 3 суток, она считается эффективной при невозможности восстановления АКБ другими методами. Содержимое набравшей полную мощность батареи при зарядке начинает кипеть. Признаком испарения воды является образование мелких пузырьков на поверхности.

Избыток жидкости испарится, концентрация кислоты увеличится. Общий уровень наполнителя станет маленьким, поэтому придется добавлять готовый аккумуляторный раствор. После завершения процедуры пользуются ареометром. Если показатели прибора слишком низкие, зарядку и добавление электролита повторяют.

Как повысить плотность электролита в аккумуляторе. Самостоятельно, зарядным устройством и без него. Простые шаги - ЗА БАРАНКОЙ

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

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

Почему снижается плотность электролита?

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

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

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

Подготовка к восстановлению батареи

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

Повышение плотности электролита

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

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

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

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

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

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

Плотность ниже минимального значения

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

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

Можно ли повысить минимальную плотность?

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

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

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

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

Как повысить при помощи зарядного устройства

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

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

Сейчас небольшое, но полезное видео.

 

Источник

Как поднять плотность электролита в аккумуляторе?

Диагностика и ремонт10 октября 2020

В автомобильные свинцовые батареи залит водный раствор серной кислоты, удельный вес которого определяет степень заряда. В процессе эксплуатации параметр падает, что приводит к снижению емкости и проблемам с пуском двигателя при отрицательной температуре. Владелец автомобиля может поднять плотность электролита в аккумуляторе, но при деградации активной массы с образованием шлама восстановить исходную емкость батареи не получится.

Причины падения плотности электролита

Снижение удельного веса рабочей жидкости в кислотных АКБ происходит в случаях:

  1. Естественного разряда батареи (например при многократных попытках пуска силового агрегата с неисправными системами зажигания и подачи топлива). На части аккумуляторов предусмотрено смотровое окно с цветным поплавком, позволяющим определить степень зарядки по плотности. Следует учесть, что глазок обеспечивает замер только в 1 банке и не дает полноценной картины состояния источника постоянного тока.
  2. Доливки в ячейки батареи дистиллированной воды без проведения контрольных замеров удельного веса. В процессе эксплуатации часть электролита выкипает, владельцы восполняют недостаток добавлением воды в банки. В результате плотность раствора падает ниже допустимого порога, емкости аккумулятора не хватает для работы светотехнического оборудования или стартера под нагрузкой.
  3. Выкипания части электролита из-за перезаряда (например при поломке регулятора напряжения на генераторе) либо длительной эксплуатации батареи при повышенной температуре воздуха.

Чем опасна низкая плотность?

Падение концентрации серной кислоты приводит к уменьшению емкости с одновременным ростом внутреннего сопротивления пластин батареи. В результате аккумулятор не в состоянии подавать требуемый пусковой ток. Дополнительной проблемой является повышение температуры замерзания электролита.

Формирующиеся кристаллы льда разрушают элементы конструкции и пластиковый корпус. Высыпающаяся из решеток активная масса замыкает пластины, что приводит к ускоренному саморазряду и окончательному выходу батареи из строя.

Как повысить плотность электролита в АКБ?

Владелец автомобиля может восстановить плотность несколькими способами:

Восстановление возможно при наличии винтовых пробок в крышке источника питания. Многие производители (например Varta или Bosch) выпускают изделия необслуживаемого типа с запаянными банками. Для доступа потребуется частично разобрать крышку и просверлить отверстия, которые затем заклеивают или запаивают пластиком. При разведении электролита следует учесть, что не допускается введение дистиллированной воды в кислоту. Работы по обслуживанию АКБ рекомендуется выполнять в перчатках и защитных очках в хорошо проветриваемом помещении.

Корректирующий электролит

Алгоритм действий:

  1. Отключить аккумулятор от бортовой сети автомобиля и занести в помещение, дождаться прогрева корпуса до температуры +20...+25°С. Протереть корпус от пыли и следов электролита тряпкой, смоченной в растворе нашатырного спирта.
  2. Отвернуть вентиляционные пробки (при наличии) и подсоединить клеммы зарядного устройства.
  3. Выставить ток зарядки на уровне 10% от емкости батареи или перевести регулятор в положение автоматической работы и произвести восстановление ресурса на протяжении 8-10 часов. Процесс проводят в проветриваемом помещении, поскольку электролит выделяет пары кислоты и взрывоопасный водород.
  4. После окончания зарядки и прекращения выделения газов («кипения» электролита) провести замер ареометром. Допустимая плотность находится в диапазоне от 1,24 до 1,27 г/см³, отклонение между ячейками не должно быть больше 0,01 г/см³. Если разница превышает допустимый порог или удельный вес ниже минимального уровня, то необходимо ввести свежий электролит. Следует учитывать, что корректирующее вещество нельзя использовать при повышенном удельном весе рабочей жидкости в батарее.
  5. Откачать часть жидкости медицинским шприцем или резиновой грушей с удлинительной трубкой.
  6. Залить корректирующий раствор плотностью 1,33 г/см³ до нормального уровня (жидкость должна перекрывать верхние кромки пластин на 15-20 мм).
  7. Провести зарядку батареи на протяжении 30-40 минут в автоматическом режиме.
  8. Выдержать аккумулятор 2 часа для смешивания фракций, стабилизации температуры и удаления пузырей газа из жидкости.
  9. Повторно проверить плотность, при недостаточном параметре провести процедуру повторно. Для снижения удельного веса следует слить часть электролита и ввести дистиллированную воду. Если выровнять плотность в ячейках не удается, то необходимо провести стабилизирующую зарядку (сила тока в цепи в 2-3 раза ниже номинального значения).
  10. Закрыть пробки и подключить аккумулятор к бортовой сети машины.

Выравнивание с помощью зарядки

Методика снижения плотности зарядкой подразумевает подачу тока силой 1-2 А на клеммы заряженной батареи. В результате кипения из электролита постепенно уходит дистиллированная вода, плотность повышается до нормативного значения.

Процедура занимает до 24 часов, владельцу необходимо периодически проверять удельный вес ареометром. В случае чрезмерного роста показателя необходимо разбавить электролит дистиллированной водой.

Полная замена

Последовательность действий при обслуживании:

  1. Снять батарею и очистить корпус от грязи ветошью и нашатырным спиртом, а затем открыть пробки. Если аккумулятор оснащен монолитной крышкой, то потребуется просверлить отверстия диаметром 2-3 мм. При выполнении работы важно не повредить свинцовые пластины. Не допускается сверление боковых крышек или дна корпуса, поскольку герметично заделать каналы невозможно.
  2. Откачать электролит из банок подручными средствами (например медицинским шприцем или корпусом ареометра с вынутым поплавком). Слитую жидкость собрать в отдельную емкость и утилизировать. Не допускается переворачивание корпуса, поскольку скопившийся шлам попадает в зазоры между пластинами и вызывает короткие замыкания.
  3. После обнажения верхних кромок пластин наклонить корпус вбок на 45° и откачать остатки жидкости. Поскольку между электродами и в нижней части банок остается реагент, то следует заполнить ячейки дистиллированной водой для промывки. Для улучшения проникновения рекомендуется покачивать корпус в разных направлениях с наклоном до 45°. Промывку следует повторить 2-3 раза. Полностью удалить старый электролит невозможно (например, жидкость остается в решетках пластин).
  4. Вставить в отверстие воронку и залить свежий электролит с требуемой плотностью до нормативного уровня. В батареи с монолитной крышкой жидкость можно заправить резиновой грушей.
  5. Закрыть пробки или заклеить отверстия, а затем выдержать аккумулятор в течение 5-6 часов. Подавать ток силой 0,1 А на протяжении суток, избегая кипения электролита, а затем увеличить показатель до 10% от номинальной емкости АКБ и довести напряжение на клеммах до 14,5-14,7 В.

Профилактические меры и советы по эксплуатации АКБ

В процессе эксплуатации автомобильной батареи необходимо удалять загрязнения с поверхности корпуса. Оседающие пары электролита формируют дорожки между полюсами, что приводит к ускоренной разрядке. На машинах старого образца не предусмотрена система электронного контроля зарядки, поэтому необходимо периодически проверять напряжение в бортовой сети. В случае использования цифровой шины CAN или LIN блок управления автоматически поддерживает АКБ в заряженном состоянии.

Если автомобиль эксплуатируется в регионах с минимальными температурами ниже -50°С, то плотность электролита необходимо довести до 1,29 г/см³ (при полной зарядке). Дополнительная серная кислота позволяет снизить точку кристаллизации раствора. Если машина эксплуатируется зимой редко или водитель совершает частые поездки на короткие расстояния, то следует периодически заряжать батарею от внешнего устройства.

Как поднять плотность электролита в аккумуляторе в домашних условиях

У грамотного владельца автомобиля аккумулятор всегда заряжен. Владение знаниями и навыками проверки плотности электролита гарантирует отсутствие неприятностей при старте двигателя и работе сигнализации.

Важность аккумулятора в системе обеспечения функционирования автомобиля нельзя переоценить. Сам запуск двигателя, в первую очередь, зависит от стабильной работы аккумулятора. Одной из причин внезапной или несвоевременной разрядки АКБ является отклонение значения параметра густоты электролита от нормы.

Содержание статьи

Какая должна быть концентрация кислоты?

Плотность отражает отношение массовой доли серной кислоты и дистиллированной воды в составе электролита.

Требуемое соотношение – 1:2, в процентах это выглядит как 35%/65%. Более привычным для автомобилистов и специалистов по обслуживанию является измерение в граммах на кубический сантиметр (г/см³).

Измеряется показатель специальным прибором — ареометром. Показания в диапазоне 1,27-1,29 г/см³ говорят о нормальной плотности, обеспечивающей стабильную работу аккумулятора.

Важно! Именно благодаря наличию электролита строго определенной плотности происходит накопление заряда.

Аккумуляторная батарея – это последовательно подключенные изолированные друг от друга отсеки, в которых загружены пластины-электроды (плюс и минус). Каждый отсек генерирует такое напряжение, которое в сумме составляет примерно 12 вольт.

Почему падает насыщенность раствора в АКБ

Изменения концентрации электролита во время использования АКБ закономерно. Основными причинами падения значения параметра являются:

  1. Испарение раствора в результате закипания, которое может произойти при долгой зарядке;
  2. Просачивание жидкости через пробки на корпус, когда автомобиль эксплуатируется на дорогах с ухабами или на бездорожье;
  3. Разрядка АКБ, которая приводит к оседанию серной кислоты на пластинах (сульфатация)

Подробно рассмотрим почему падает плотность:

Испарение электролита. Обычно это длительный процесс, который продолжительное время позволяет АКБ работать, обеспечивая двигатель питанием, но он может быть стремительным, в случае закипания жидкости.

Аккумулятор у большинства автомобилей располагается рядом с двигателем. Нагрев устройства происходит естественным образом во время работы двигателя. В летний период, когда температура окружающей среды способствует скорейшему испарению жидкостей, следует проверять плотность электролита еженедельно.

При испарении достаточным действием является доливание дистиллированной воды в банки АКБ, поскольку испариться может только вода. Обязательной должна стать процедура перемешивания добавленной воды с имеющимся в банках раствором кислоты. Крайне важным этот процесс становится в период холодов, когда вода может замерзнуть.

Вытекание. Если замечено выплескивание или вытекание из отсеков аккумулятора смеси кислоты и дистиллированной воды, следует доливать электролит. Предварительно важно удалить с поверхности АКБ пролитый электролит при помощи чистой ветоши, раствором кальцинированной соды или нашатырным спиртом. Верхнюю часть корпуса батареи необходимо содержать в чистоте всегда.

Механическая очистка производится щеткой, имеющей жесткую щетину, исключая попадание устройства грязи.. Разрядка аккумулятора приводит к появлению на пластинах кристаллов сульфата свинца. Продолжительное отсутствие зарядки усугубляет ситуацию – кристаллы увеличиваются в размерах, покрывая всю поверхность металла. Это приводит в невозможности зарядки аккумулятора в связи с отсутствием контакта пластин с раствором кислоты.

Сульфатация. Процесс образования сульфита свинца – плохо растворимого кристаллического вещества, является результатом взаимодействия серной кислоты и не дистиллированной воды в аккумуляторе. Оседая на металлических пластинах, кристаллы становятся препятствием для прохождения заряда между электролитом и активной массой. Реакция возникает при особых условиях, в которых находиться аккумуляторная батарея. Например:

Начавшийся процесс сульфатации можно остановить зарядным устройством, используя специальные режимы зарядки.

Внимание! После зарядки удельный вес кислоты повышается.

Опасности низкой и высокой концентрации кислоты

Повышенный показатель плотности раствора, сохраняющийся стабильно станет причиной сокращения срока эксплуатации аккумуляторной батареи. В результате повышения концентрации кислоты в электролите выше нормы, произойдет разрушение металлических пластин, ведь растворы с высокой концентрацией серной кислоты способны разрушить даже изделия из стали.

Свинцовые пластины, станут легкой добычей кислоты уже при плотности 1,35 г./см³.

Низкая концентрация раствора серной кислоты (менее 1,27 г/см³) станет причиной такого процесса, как сульфатация. Это оседание на пластинах кристаллов сульфита свинца, что лишает металл возможности накопления заряда.

При низком значении плотности (1,17 г/см³) порог замерзания -5 градусов. Жидкость замерзнет и сломает металлические пластины. Восстановить АКБ после замерзания и подобных деформаций еще никому не удавалось.

Внимание! Электролит замерзнет при температуре -7 градусов, если его густота 1,11 г/см³ и ниже, но если его плотность 1,28 г/см³, то он замёрзнет только при -58 градусах.

В таблице приведены данные зависимости плотности от температуры.

 плотность г/см3  температура замерзания  плотность г/см3  температура замерзания
 1,1  -8 °С  1,19  -25 °С
 1,11  -9 °С  1,2  -28 °С
 1,12  -10 °С  1,21  -34 °С
 1,13  -12 °С  1,22  -40 °С
 1,14  -14 °С  1,23  -45 °С
 1,15  -16 °С  1,24  -50 °С
 1,16  -18 °С  1,25  -54 °С
 1,17  -20 °С  1,28  -58 °С
 1,18  -22 °С

Низкая концентрация электролита становится причиной затруднительного запуска двигателя и приводит к замерзанию жидкости при минусовых температурах.

А теперь посмотрим что делать при неполадках.

Как поднять самостоятельно плотность

Чтобы устранить причину неудовлетворительного состояния АКБ, необходимо выяснить причину падения плотности электролита.

В случае повреждения пластин, придется привлекать специалистов, учитывая, что вероятность восстановления батареи минимальна.

При условии, что падение концентрации произошло в результате изменения количества раствора или его состава, поднять плотность возможно в домашних условиях, следуя инструкции:

  1. Измерить концентрацию электролита в каждом отсеке (банке) отдельно.
  2. При полученных значениях густоты в диапазоне 1,18-1,20 г/см³, правильным решением станет процедура замены части электролита в банке на новый, нормальной концентрации- 1,27 г/см³.
  3. Грушей откачать отработанный раствор, замерить объем.
  4. Долить половину от изъятого объема новым. Потрясти АКБ, чтобы перемешать жидкость в банке.
  5. Измерить плотность.
  6. Повторять действия из пунктов 1-4 до получения необходимого значения параметра.
  7. Закрыть банки, приступить к зарядке аккумулятора.

Для проведения мероприятий, направленных на повышение плотности раствора серной кислоты понадобятся:

  1. Перчатки резиновые
  2. Прибор для измерения плотности –ареометр
  3. Резиновая груша
  4. Электролит
  5. Мерный стакан
  6. Емкость для слива жидкости из отсеков.

Внимание! Контакт со смесью кислоты и воды может вызвать ожоги, причем, не только кожных покровов, но и дыхательных путей. Самостоятельной заменой раствора кислоты следует заниматься с высокой степенью осторожности.

При отсутствии готового электролита возможно приготовление нужного раствора. Правильно вливать кислоту в воду, важно помнить, что вливать воду в кислоту – ОПАСНО.

Вот подробная инструкция, как восстановить концентрацию кислоты в домашних условиях.

Подробная инструкция

Для обоснования необходимости проведения процедуры корректировки плотности электролита, измерение этого показателя обязательно должно быть произведено только при полностью заряженной батарее.

До начала процедуры важно определиться с уровнем густоты состава, который является целью. Корректировка плотности заключается в замене части раствора кислоты, находящегося в отсеках АКБ, тем же объемом электролита нужной плотности.

Вот подробная инструкция, как восстановить концентрацию кислоты в домашних условиях.

  1. Замену кислотно-водного раствора необходимо производить только после полной разрядки батареи током 10-часового разряда.
  2. Проверить уровень электролита в каждом отсеке, используя трубку для измерения. В процессе корректировки проверять уровень необходимо регулярно. Нормальным считается уровень, выше верхнего края пластин на 15-20 мм.
  3. Подготовить корректирующий раствор кислоты. Концентрация кислоты в таком составе должна быть не менее, чем 1,4 г/см³, если необходимо повысить плотность. Понижение плотности происходит путем замены части электролита на дистиллированную воду.
  4. АКБ должен простоять выключенным не менее 30 минут. Это время необходимо для выравнивания концентрации в отсеках.
  5. Батарею поставить заряжаться минимальным током на 30 минут.
  6. Отключить АКБ от зарядного устройства на 2 часа.
  7. Получить значения показателей плотности и уровня электролита.
  8. Повторять действия пунктов 2-6 до получения необходимого значения показателя.

Внимание!  Концентрация раствора кислоты в отсеках не должна отличаться более, чем на 0,02 г/см³. В противном случае необходимо подзарядить АКБ током от 1 до 2 А в течение 24 часов.

Полезное видео

Популярный блогер подробно рассказал о плотности электролита в видео:

 

Заключение.

Проводить проверку уровня плотности раствора, содержащегося в банках автомобильного аккумулятора необходимо не дожидаясь признаков изменения этого параметра. Специалисты рекомендуют делать это не реже одного раза в месяц, если владелец автомобиля не отмечает изменений в работе АКБ, и значительно чаще, при особых условиях эксплуатации.

Только поддержание значения показателя плотности на оптимальном (рекомендованном) уровне, гарантирует стабильное накопление и сохранение заряда, что обеспечит безупречную работу двигателя.

Практические соображения - Аккумуляторы | Аккумуляторы и системы питания

  • Авторизоваться
  • Присоединиться
    • Авторизоваться
    • Присоединиться к AAC
    • Или войдите с помощью

      • Facebook
      • Google
      • LinkedIn
      • GitHub

0:00 / 0:00

.

Новая концепция может сделать более экологичные батареи возможными - ScienceDaily

Новая концепция алюминиевой батареи имеет вдвое большую плотность энергии, чем предыдущие версии, изготовлена ​​из большого количества материалов и может привести к снижению производственных затрат и снижению воздействия на окружающую среду. У идеи есть потенциал для крупномасштабных приложений, включая хранение солнечной и ветровой энергии. За этой идеей стоят исследователи из Технологического университета Чалмерса, Швеция, и Национального института химии, Словения.

Использование технологии алюминиевых батарей может дать несколько преимуществ, включая высокую теоретическую плотность энергии и тот факт, что уже существует устоявшаяся промышленность по их производству и переработке. По сравнению с сегодняшними литий-ионными батареями новая концепция исследователей может привести к заметно более низким производственным затратам.

«Материальные затраты и воздействие на окружающую среду, которые мы предполагаем от нашей новой концепции, намного ниже, чем то, что мы видим сегодня, что делает их пригодными для крупномасштабного использования, например, для парков солнечных батарей или хранения энергии ветра», - говорит Патрик. Йоханссон, профессор кафедры физики Чалмерса.

«Кроме того, наша новая концепция батарей имеет вдвое большую плотность энергии по сравнению с алюминиевыми батареями, которые сегодня являются« самыми современными »».

В предыдущих конструкциях алюминиевых батарей в качестве анода (отрицательного электрода) использовался алюминий, а в качестве катода (положительный электрод) - графит. Но графит обеспечивает слишком низкое энергосодержание для создания аккумуляторных элементов с достаточной производительностью, чтобы быть полезными.

Но в новой концепции, представленной Патриком Йоханссоном и Чалмерсом, вместе с исследовательской группой в Любляне под руководством Роберта Доминко, графит был заменен органическим наноструктурированным катодом, изготовленным из молекулы антрахинона на основе углерода.

Антрахиноновый катод был широко разработан Яном Битенцем, ранее приглашенным исследователем в Chalmers из группы Национального института химии в Словении.

Преимущество этой органической молекулы в материале катода заключается в том, что она позволяет накапливать положительные носители заряда из электролита, раствора, в котором ионы перемещаются между электродами, что делает возможным более высокую плотность энергии в батарее.

«Поскольку новый катодный материал позволяет использовать более подходящий носитель заряда, батареи могут лучше использовать потенциал алюминия.Теперь мы продолжаем поиски еще лучшего электролита. Текущая версия содержит хлор - мы хотим от него избавиться », - говорит исследователь Chalmers Никлас Линдал, изучающий внутренние механизмы, управляющие хранением энергии.

На данный момент нет доступных в продаже алюминиевых батарей, и даже в мире исследований они относительно новые. Вопрос в том, смогут ли алюминиевые батареи со временем заменить литий-ионные.

«Конечно, мы надеемся, что смогут.Но, прежде всего, они могут дополнять друг друга, обеспечивая использование литий-ионных батарей только там, где это строго необходимо. Пока плотность энергии алюминиевых батарей вдвое меньше, чем у литий-ионных батарей, но наша долгосрочная цель - добиться такой же плотности энергии. Еще предстоит работа с электролитом и разработка лучших механизмов зарядки, но алюминий в принципе является значительно лучшим носителем заряда, чем литий, поскольку он многовалентен, а это означает, что каждый ион «компенсирует» несколько электронов.Кроме того, батареи могут быть значительно менее вредными для окружающей среды », - говорит Патрик Йоханссон.

История Источник:

Материалы предоставлены Технологическим университетом Чалмерса . Оригинал написан Джошуа Уорт и Миа Халлерод Палмгрен. Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

.

Стоит ли снимать аккумулятор ноутбука, чтобы продлить срок его службы?

Мы все проводим много времени в дороге. А в наши дни ноутбук - жизненно важная часть любого дорожного комплекта. Выжимание этих последних драгоценных унций энергии из портативного литиевого элемента - решающая битва 21 века. Но как это сделать?

Один вечный вопрос касается непосредственно батареи.Работа ноутбука от сети переменного тока повреждает аккумулятор? Кроме того, следует ли снимать аккумулятор, чтобы продлить срок его службы?

Прочтите, чтобы узнать ответы и еще несколько полезных советов по времени автономной работы ноутбука.

Как работает аккумулятор для ноутбука?

Прежде чем мы рассмотрим, является ли извлечение аккумулятора лучшим вариантом, давайте рассмотрим, как именно работает аккумулятор вашего ноутбука.

Есть два основных типа аккумуляторов для ноутбуков: литий-ионные и литий-полимерные.К этому моменту никель-кадмиевые и никель-металлогидридные аккумуляторы для ноутбуков были полностью выведены из употребления и заменены их более надежными и эффективными аналогами на литиевых элементах. Литий-ионные и литий-полимерные работают очень похоже, несмотря на технологические различия. У них обоих есть разные сильные и слабые стороны.

Например, литий-ионный аккумулятор обычно имеет более высокую плотность мощности, но страдает от разложения компонентов (жидкости внутри аккумулятора).И наоборот, литий-полимерный аккумулятор более надежен, но обычно сохраняет меньше энергии.

В обеих батареях есть две истины:

  • Аккумулятор нельзя перезарядить .Если вы оставите аккумулятор подключенным все время, он не будет «перезаряжаться». Когда он достигнет 100%, он прекратит зарядку и не начнется снова, пока напряжение не упадет ниже определенного уровня.
  • Полная разрядка аккумулятора приведет к его повреждению. . В отличие от старых никель-кадмиевых батарей, у литиевых батарей нет профиля заряда. Глубокая разрядка может привести к необратимому повреждению аккумулятора.

Как батарея вырабатывает энергию

В литиевых батареях литий-ионы неплотно встроены в пористый углерод анода (отрицательного электрода).Когда вы щелкаете выключателем питания, ионы текут от анода к катоду (положительный электрод) через электролит (обычно это соль лития в органическом растворителе).

Этот процесс высвобождает энергию и приводит к разрядке аккумулятора.При зарядке к устройству прикладывается энергия, и ионы текут в обратном направлении, обращая процесс. Таким образом, мы получаем ионы обратно на анод, готовые к использованию.

Стоит ли снимать аккумулятор?

Да, с «но»." Позволь мне объяснить.

Современные аккумуляторы намного превосходят свои старые аналоги.Они не завышают цену и не страдают от проблем с профилем заряда. Однако они все еще подвержены некоторым из тех же проблем. Тепло - это особая проблема. Во время интенсивной сессии подключенный к сети портативный компьютер потенциально выделяет больше тепла. Перегрев литиевой батареи - одна из основных причин долговременных повреждений. В этом случае, если вы собираетесь использовать ноутбук, подключенный к розетке, в течение длительного периода во время игр или редактирования видео (или других длительных ресурсоемких действий), вероятно, будет лучше вынуть аккумулятор, прежде чем продолжить.

laptop-battery

Вот «но».

Вам нужно решить, когда стоит вынимать аккумулятор, а когда на это просто нет времени.

Когда снимать аккумулятор

Как я уже сказал, если вы собираетесь использовать свой ноутбук в течение длительного времени, будучи подключенным к розетке, вынуть аккумулятор - отличная идея.

Но когда вы просто останавливаетесь в кафе на час, чтобы отправить электронное письмо, я бы оставил аккумулятор ноутбука.Дополнительная зарядка батареи может быть действительно полезной, особенно если вы в пути в течение дня.

Никогда не используйте ноутбук при зарядке аккумулятора, а если вы используете вилку, выньте аккумулятор

- 🏮Jremy-sama🏮 (@LuminatedJremy) 11 октября 2017 г.

Еще одна причина удалить аккумулятор - это длительный период, когда вы не будете использовать ноутбук.Если вы не собираетесь использовать ноутбук в течение нескольких недель, извлеките аккумулятор ноутбука. Эксперты по аккумуляторным батареям предлагают зарядить аккумулятор ноутбука до 40%, а затем извлечь аккумулятор для хранения. Это дает батарее достаточный заряд, чтобы оставаться стабильной, не повреждая химический состав литиевого элемента.

(Другие также предлагают хранить батарею в холодильнике в течение очень длительного периода бездействия, но это имеет свой собственный набор проблем, которые могут повредить батарею вашего ноутбука.)

Литий-ионные батареи могут стареть

Литий-ионные батареи являются центральным элементом продолжающегося бума портативной бытовой электроники.Они есть почти в каждом смартфоне, который у вас когда-либо был, в вашем iPad, вашем ноутбуке и т. Д. Но они не являются неразрушимыми, и со временем ионы, генерирующие энергию, становятся менее эффективными.

В настоящее время в разработке находится 20 мега-заводов литий-ионных аккумуляторов общей мощностью 325 ГВтч к 2021 году.В 2014 году их было 3 на общую сумму 50 ГВтч. @benchmarkmin

- Саймон Мур (@sdmoores) 13 октября 2017 г.

На практике аккумулятор имеет ограниченный срок службы.Ионы захватываются и больше не текут от анода к катоду, что, в свою очередь, снижает емкость батареи. Фактически, литиевые батареи начинают стареть, как только они производятся, с самого первого заряда (многие бытовые электронные устройства теперь идут хотя бы с частичным зарядом).

Литий-ионные аккумуляторы заряжаются до 4.20 В / элемент, что составляет 100% заряда. Это составляет около 300-500 циклов зарядки / разрядки, хотя большинство производителей предлагают консервативные оценки. Потеря емкости обычно выражается в процентах от емкости после определенного количества циклов и называется глубиной разряда. В Battery University есть довольно удобная общая таблица разряда для измерения циклов заряда / разряда по общей емкости:

Как только глубина разряда достигнет 10%, будет доступно до 15000 циклов разряда, но ваш ноутбук практически не будет работать из-за крайне ограниченного времени автономной работы.

Что вызывает старение литиевых батарей?

Несколько вещей могут испортить вашу литиевую батарею.

  1. Более высокое напряжение. Несмотря на то, что современные аккумуляторы для ноутбуков не могут перезарядиться, их постоянная полная зарядка создает еще один стрессовый фактор. Разрядка аккумулятора с нормальной скоростью (но не до полного разряда!) Является частью правильного использования аккумулятора.
  2. Температура выше 21 ° C / 70 ° F способствует химическим реакциям в аккумуляторе. Если вы храните аккумулятор или подвергаете его воздействию высоких температур, он теряет емкость.
  3. Низкие температуры. Температура в диапазоне 0–5 ° C / 32–41 ° F может повредить компоненты аккумулятора, снизить емкость и вызвать серьезные проблемы при попытке зарядки.
  4. Длительное хранение. Литий-ионный аккумулятор разряжается примерно на 8% в месяц при хранении при температуре 21 ° C / 70 ° F. Эта скорость увеличивается только при более высоких температурах. Длительное хранение может привести к состоянию глубокой разрядки (зависит от батареи, но современные батареи обычно имеют предел разряда между 92-98%).
  5. Физический шок. Батареи прочные и обычно находятся внутри вашего ноутбука. Но они хрупкие и могут сломаться физически.

Могу ли я увеличить срок службы батареи?

На самом деле вы не можете «увеличить» продолжительность жизни.Как я упоминал ранее, литиевая батарея приходит в негодность с момента первой зарядки. Но вы можете (и должны) принять активные меры для защиты емкости и качества аккумулятора. Вот краткое изложение того, как лучше всего использовать литиевую батарею.

  • Никогда не бывает состояния глубокой разрядки
  • Всегда частично разряжать, затем заряжать
  • Избегайте длительного воздействия высоких температур
  • Зарядите при более низком напряжении (если возможно)
  • Извлеките аккумулятор при длительном подключении к сети переменного тока.
  • Используйте только циклы частичного разряда - от 20% до 80-85% идеально
  • При хранении в течение длительного времени заряжайте до 40% и периодически заряжайте аккумулятор.

Если вы все же решили хранить батарею в холодильнике, используйте герметичный пакет с замком на молнии, чтобы не допустить попадания влаги.Кроме того, дайте батарее остыть до комнатной температуры, прежде чем пытаться ее использовать.

Литиевые батареи есть везде.Одно из самых больших раздражений 21 st века - смартфон или ноутбук, батарея которого умирает (посмотрите эти 7 ноутбуков с отличным временем автономной работы!). Воспользуйтесь этими советами, и вы сможете использовать батарею, выпущенную производителем вашего ноутбука, на долгие годы.

Какие у вас наконечники для литиевых батарей? Всегда ли нужно снимать аккумулятор? Или вы всегда оставляете аккумулятор включенным? Сообщите нам свои мысли ниже!

Кредит изображения: jipen / Depositphotos

android-custom-rom 5 лучших пользовательских прошивок для Android, которые все еще стоит попробовать

Хотите установить новую версию Android на свой телефон? Вот лучшие пользовательские прошивки для Android, которые вы можете попробовать сегодня.

Об авторе Гэвин Филлипс (Опубликовано 653 статей)

Гэвин - младший редактор отдела Windows and Technology Explained, регулярный участник Really Useful Podcast и редактор дочернего сайта MakeUseOf, посвященного криптографии, Blocks Decoded.У него есть степень бакалавра (с отличием) в области современного письма с использованием методов цифрового искусства, разграбленных на холмах Девона, а также более десяти лет профессионального писательского опыта. Он любит много пить чая, настольные игры и футбол.

Ещё от Gavin Phillips
Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать технические советы, обзоры, бесплатные электронные книги и эксклюзивные предложения!

Еще один шаг…!

Подтвердите свой адрес электронной почты в только что отправленном вам электронном письме.

.

Определение, функции, дисбаланс и источники

Электролиты участвуют во многих важных процессах в организме.

Они играют роль в проведении нервных импульсов, сокращении мышц, поддержании гидратации и регулировании уровня pH в организме (1, 2, 3, 4).

Следовательно, вам необходимо получать достаточное количество электролитов из своего рациона, чтобы ваше тело функционировало должным образом.

В этой статье подробно рассматриваются электролиты, их функции, риск дисбаланса и возможные источники.

«Электролит» - это общий термин для частиц, которые несут положительный или отрицательный электрический заряд (5).

В области питания этот термин относится к важным минералам, содержащимся в крови, поте и моче.

Когда эти минералы растворяются в жидкости, они образуют электролиты - положительные или отрицательные ионы, используемые в метаболических процессах.

В вашем теле содержатся следующие электролиты:

Эти электролиты необходимы для различных процессов организма, включая правильную работу нервов и мышц, поддержание кислотно-щелочного баланса и поддержание гидратации.

Резюме

Электролиты - это минералы, несущие электрический заряд. Они содержатся в крови, моче и поте и имеют жизненно важное значение для определенных процессов, которые поддерживают нормальное функционирование вашего тела.

Электролиты имеют решающее значение для поддержания функционирования нервной системы и мышц, а также для поддержания баланса внутренней среды.

Функция нервной системы

Ваш мозг посылает электрические сигналы через нервные клетки для связи с клетками по всему телу.

Эти сигналы называются нервными импульсами, и они генерируются изменениями электрического заряда мембраны нервной клетки (6).

Изменения происходят из-за движения электролита натрия через мембрану нервной клетки.

Когда это происходит, запускается цепная реакция, перемещая больше ионов натрия (и изменяя заряд) по длине аксона нервной клетки.

Функция мышц

Электролит кальция необходим для сокращения мышц (7).

Позволяет мышечным волокнам скользить вместе и перемещаться друг над другом по мере того, как мышца укорачивается и сокращается.

Магний также необходим в этом процессе, чтобы мышечные волокна могли скользить наружу, а мышцы расслаблялись после сокращения.

Правильная гидратация

Вода должна храниться в нужных количествах как внутри, так и снаружи каждой клетки вашего тела (8).

Электролиты, особенно натрий, помогают поддерживать баланс жидкости за счет осмоса.

Осмос - это процесс, при котором вода движется через стенку клеточной мембраны от разбавленного раствора (больше воды и меньше электролитов) к более концентрированному раствору (меньше воды и больше электролитов).

Это предотвращает разрыв клеток от переполнения или сморщивание из-за обезвоживания (9).

Внутренние уровни pH

Чтобы оставаться здоровым, вашему организму необходимо регулировать свой внутренний pH (10).

pH - это показатель кислотности или щелочности раствора. В вашем теле это регулируется химическими буферами или слабыми кислотами и основаниями, которые помогают минимизировать изменения во внутренней среде.

Например, ваша кровь должна поддерживать pH около 7.От 35 до 7,45. Если он отклоняется от этого, ваше тело не может нормально функционировать, и вы заболеете.

Правильный баланс электролитов имеет основополагающее значение для поддержания уровня pH в крови (10).

Резюме

Электролиты необходимы для поддержания функционирования нервной системы и мышц. Они также обеспечивают оптимальную внутреннюю среду вашего тела, поддерживая гидратацию и помогая регулировать внутренний pH.

В некоторых случаях уровень электролитов в крови может стать слишком высоким или низким, вызывая дисбаланс (11, 12, 13).

Нарушения электролитов могут оказать вредное воздействие на ваше здоровье и в редких случаях даже привести к летальному исходу (14).

Нарушение баланса электролитов часто возникает из-за обезвоживания, вызванного чрезмерным нагревом, рвотой или диареей. Вот почему вы должны помнить о восполнении любых потерянных жидкостей, когда вам жарко или когда вы больны (15).

Некоторые болезни, в том числе болезни почек, расстройства пищевого поведения и травмы, такие как тяжелые ожоги, также могут вызывать нарушение электролитного баланса (16, 17, 18, 19).

Если у вас легкое нарушение электролитного баланса, у вас, вероятно, не будет никаких симптомов.

Однако более серьезные дисбалансы могут вызывать такие симптомы, как (20, 21):

  • Усталость
  • Быстрое или нерегулярное сердцебиение
  • Онемение и покалывание
  • Путаница
  • Слабость и спазмы мышц
  • Головные боли
  • Судороги

Если вы подозреваете, что у вас дисбаланс электролитов, обязательно обсудите свои симптомы с врачом.

Резюме

Электролитный дисбаланс чаще всего возникает, когда люди сильно обезвожены из-за рвоты, диареи или чрезмерного потоотделения. Сильный дисбаланс может мешать функционированию вашего тела.

Когда вы потеете, вы теряете воду и электролиты, особенно натрий и хлорид.

В результате длительные физические нагрузки или активность, особенно в жару, могут вызвать значительную потерю электролитов.

По оценкам, пот в среднем содержит около 40–60 ммоль натрия на литр (22).

Но фактическое количество электролитов, теряемых с потом, может варьироваться от человека к человеку (23, 24).

В США максимальная рекомендуемая доза натрия составляет 2300 мг в день, что эквивалентно 6 граммам или 1 чайной ложке поваренной соли (25).

Поскольку около 90% взрослых американцев потребляют намного больше, большинству людей не нужно восполнять потерю натрия с потом (26).

Тем не менее, некоторые группы населения, такие как спортсмены на выносливость, которые тренируются более двух часов, или те, кто тренируется в условиях сильной жары, могут захотеть рассмотреть возможность употребления обогащенных электролитом спортивных напитков, чтобы восполнить свои потери (27).

Для всех остальных достаточно получать нормальное количество натрия из продуктов и питьевой воды, чтобы оставаться гидратированным.

Резюме

Когда вы потеете, вы теряете воду и электролиты, особенно натрий. Тем не менее, натрия, потребляемого с пищей, обычно достаточно, чтобы покрыть любые потери.

Лучший способ достичь и поддерживать баланс электролитов - это здоровое питание.

Основными пищевыми источниками электролитов являются фрукты и овощи.Однако в западной диете обычным источником натрия и хлоридов является поваренная соль.

Ниже приведены некоторые продукты, содержащие электролиты (28, 29, 30):

  • Натрий: Маринованные продукты, сыр и поваренная соль.
  • Хлорид: Поваренная соль.
  • Калий: Фрукты и овощи, такие как бананы, авокадо и сладкий картофель.
  • Магний: Семена и орехи.
  • Кальций: Молочные продукты, витаминизированные заменители молока и зеленые листовые овощи.

Электролиты, такие как бикарбонат, вырабатываются естественным путем в организме, поэтому вам не нужно беспокоиться о том, чтобы включить их в свой рацион.

Резюме

Электролиты содержатся во многих продуктах питания, включая фрукты, овощи, молочные продукты, орехи и семена.

Некоторые люди пьют воду с электролитом или добавляют электролиты, такие как натрий и кальций, чтобы обеспечить их достаточное количество.

Однако сбалансированной диеты, включающей источники электролитов, должно хватить для большинства.

Ваше тело обычно может эффективно регулировать электролиты и поддерживать их на нужном уровне.

Но в некоторых случаях, например, во время приступов рвоты и диареи, когда потери электролитов чрезмерны, может оказаться полезным добавление раствора для регидратации, содержащего электролиты (31).

Сумма, которую вам нужно будет израсходовать, будет зависеть от ваших потерь. Всегда читайте инструкции по замене без рецепта.

Также обратите внимание, что если у вас не низкий уровень электролитов из-за чрезмерных потерь, то прием добавок может вызвать аномальный уровень и, возможно, болезнь (32).

Перед добавлением электролитов лучше проконсультироваться с врачом или фармацевтом.

Резюме

Если вы придерживаетесь сбалансированной диеты, которая содержит хорошие источники электролитов, добавки обычно не нужны.

Электролиты - это минералы, которые несут электрический заряд при растворении в воде.

Они жизненно важны для вашей нервной системы, мышц и поддержания оптимальной среды тела.

Большинство людей удовлетворяют свои потребности в электролитах за счет сбалансированной диеты, хотя может возникнуть дисбаланс, если вы обезвожены из-за болезни или перегрева.

Если вы подозреваете, что у вас нарушение баланса электролитов, поговорите со своим врачом.

.

Ученые установили причину появления вредных дендритов и усов в литиевых батареях

Ученые PNNL Чунминь Ван, Ву Сю и Ян Хэ со специально модифицированным просвечивающим электронным микроскопом, который они использовали для захвата изображений и видео растущих усов внутри литиевой батареи. Кредит: Андреа Старр / PNNL

Ученые обнаружили первопричину роста игольчатых структур, известных как дендриты и усы, поражающих литиевые батареи, иногда вызывая короткое замыкание, выход из строя или даже пожар.

Группа ученых, возглавляемая Чонгмином Вангом из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики, показала, что присутствие определенных соединений в электролите - жидком материале, который делает возможным критический химический состав батареи - вызывает рост дендритов и усов. Команда надеется, что это открытие приведет к новым способам предотвращения их роста, манипулируя ингредиентами батареи.Результаты были опубликованы в Интернете 14 октября в журнале Nature Nanotechnology .

Дендриты - это крошечные твердые древовидные структуры, которые могут расти внутри литиевой батареи; их игольчатые выступы называются усами. Оба причиняют огромный вред; в частности, они могут пробить конструкцию, известную как разделитель внутри батареи, так же, как сорняк может проткнуть бетонный внутренний двор или асфальтированную дорогу. Они также усиливают нежелательные реакции между электролитом и литием, ускоряя выход батареи из строя.Дендриты и усы сдерживают широкое использование литий-металлических батарей, которые имеют более высокую плотность энергии, чем их обычно используемые литий-ионные аналоги.

Команда PNNL обнаружила, что происхождение усов в литий-металлической батарее лежит в структуре, известной как «SEI» или межфазная фаза твердого электролита, пленка, где твердая литиевая поверхность анода встречается с жидким электролитом. Кроме того, ученые определили виновника процесса роста: этиленкарбонат, незаменимый растворитель, добавляемый в электролит для повышения производительности аккумулятора.

Оказывается, карбонат этилена оставляет батарею уязвимой для повреждения.

Улавливание быстро движущихся объектов внутри литиевых батарей

Выводы команды включают видеоролики, которые демонстрируют постепенный рост усов внутри наноразмерной литий-металлической батареи, специально разработанной для исследования.

Исследователи из PNNL засняли на видео рост вредной структуры, известной как усы, внутри наноразмерной литий-металлической батареи. Ионы лития начали слипаться, образуя частицу; структура растет медленно, поскольку все больше и больше атомов лития растут, растут так же, как сталагмит растет из пола пещеры.Затем, внезапно, вырастает усик. Предоставлено: He et. al., Nature Nanotechnology

Дендрит возникает, когда ионы лития начинают слипаться или «зарождаться» на поверхности анода, образуя частицу, которая означает рождение дендрита. Структура растет медленно по мере того, как все больше и больше атомов лития растут, растут так же, как сталагмит растет из пола пещеры. Команда обнаружила, что динамика энергии на поверхности SEI толкает больше ионов лития в медленно растущий столб.Затем, внезапно, вырастает усик.

Команде было непросто запечатлеть происходящее. Для этого ученые объединили атомно-силовой микроскоп (AFM) и просвечивающий электронный микроскоп для окружающей среды (ETEM), высоко ценимый инструмент, который позволяет ученым изучать работающую батарею в реальных условиях.

Команда использовала АСМ для измерения крошечной силы усов по мере их роста. Подобно тому, как врач измеряет силу руки пациента, прося пациента оттолкнуться от вытянутых рук врача, команда PNNL измерила силу растущего уса, надавив на его кончик с помощью кантилевера AFM и измерив силу дендрита. проявляется во время его роста.

Рецепт электролита

Команда обнаружила, что уровень этиленкарбоната напрямую коррелирует с ростом дендритов и усов.Чем больше материала команда добавила в электролит, тем больше выросли усы. Ученые экспериментировали со смесью электролитов, меняя ингредиенты, чтобы уменьшить количество дендритов. Некоторые изменения, такие как добавление циклогексанона, предотвратили рост дендритов и усов.

«Мы не хотим просто подавлять рост дендритов; мы хотим найти первопричину и устранить их», - сказал Ван, автор статьи вместе с У Сюй. «Мы опирались на опыт наших коллег, которые разбираются в электрохимии.Я надеюсь, что наши выводы побудят сообщество взглянуть на эту проблему по-новому. Ясно, что необходимы дополнительные исследования ».

Понимание того, что вызывает появление и рост усов, приведет к новым идеям по их устранению или, по крайней мере, управлению ими для минимизации ущерба, - добавил первый автор Ян Хэ. Он и его команда отслеживали, как усы реагируют на препятствие: прогибание, податливость, изгиб или остановка. Более глубокое понимание может помочь проложить путь для широкого использования литий-металлических батарей в электромобилях, ноутбуках, мобильных телефонах и других областях.


Проверка ограничений литиевых батарей может повысить безопасность и срок службы
Дополнительная информация: Происхождение образования и роста литиевых усов в условиях стресса, Nature Nanotechnology (2019).DOI: 10.1038 / s41565-019-0558-z, nature.com/articles/s41565-019-0558-z Предоставлено Тихоокеанская Северо-Западная национальная лаборатория

Цитата : Ученые установили причину появления вредных дендритов и усов в литиевых батареях (2019, 14 октября) получено 27 декабря 2020 с https: // физ.org / новости / 2019-10-science-dendrites-whiskers-lithium-battery.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, нет часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

.

Что такое аккумулятор? - learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 20

Введение

Батареи - это совокупность одной или нескольких ячеек, химические реакции которых создают поток электронов в цепи. Все батареи состоят из трех основных компонентов: анода (сторона «-»), катода (сторона «+») и какого-то электролита (вещество, которое химически реагирует с анодом и катодом).

Когда анод и катод батареи подключены к цепи, между анодом и электролитом происходит химическая реакция. Эта реакция заставляет электроны проходить через цепь и возвращаться на катод, где происходит другая химическая реакция. Когда материал в катоде или аноде расходуется или больше не может быть использован в реакции, батарея не может производить электричество. В этот момент ваша батарея «разряжена».

Батареи, которые необходимо выбрасывать после использования, известны как первичные батареи .Батареи, которые можно перезаряжать, называются вторичными батареями и .

Литий-полимерные батареи, например, можно заряжать

Без батарей ваш квадрокоптер пришлось бы привязать к стене, вам пришлось бы вручную провернуть машину, а ваш контроллер Xbox должен был бы быть постоянно подключен к розетке (как в старые добрые времена). Батареи позволяют хранить потенциальную электрическую энергию в переносном контейнере.

Батареи бывают разных форм, размеров и химического состава.

Изобретение современной батареи часто приписывают Алессандро Вольта. На самом деле все началось с удивительной аварии, связанной с рассечением лягушки.

Что вы узнаете

В этом руководстве будут подробно рассмотрены следующие темы:

  • Как были изобретены батарейки
  • Из каких частей состоит аккумулятор
  • Как работает аккумулятор
  • Общие термины, используемые для описания батарей
  • Различные способы использования батарей в схемах

Рекомендуемая литература

Есть несколько концепций, с которыми вы, возможно, захотите ознакомиться перед тем, как начать читать это руководство:


Хотите изучить различные батареи?

Мы вас прикрыли!

Щелочная батарея 9 В

В наличии PRT-10218

Это ваши стандартные щелочные батарейки на 9 вольт от Rayovac.Даже не думайте пытаться перезарядить их. Используйте их с…

1

История

Термин Батарея

Исторически слово «батарея» использовалось для описания «серии подобных объектов, сгруппированных вместе для выполнения определенной функции», как в случае артиллерийской батареи. В 1749 году Бенджамин Франклин впервые использовал этот термин для описания серии конденсаторов, которые он соединил вместе для своих экспериментов с электричеством.Позже этот термин будет использоваться для любых электрохимических ячеек, соединенных вместе с целью обеспечения электроэнергии.

Батарея «конденсаторов» Лейденской банки, соединенных вместе
(Изображение любезно предоставлено Альвинруном из Wikimedia Commons)

Изобретение батареи

В один роковой день 1780 года итальянский физик, врач, биолог и философ Луиджи Гальвани рассекал лягушку, прикрепленную к медному крючку. Когда он коснулся лягушачьей лапы железным отростком, нога дернулась.Гальвани предположил, что энергия исходит от самой ноги, но его коллега-ученый Алессандро Вольта считал иначе.

Вольта выдвинул гипотезу о том, что импульсы лягушачьей лапки на самом деле были вызваны различными металлами, пропитанными жидкостью. Он повторил эксперимент, используя ткань, пропитанную рассолом, вместо трупа лягушки, что привело к аналогичному напряжению. Вольта опубликовал свои открытия в 1791 году, а позже создал первую батарею, гальваническую батарею, в 1800 году.

Гальваническая свая состояла из пакета цинковых и медных пластин, разделенных тканью, пропитанной рассолом

Стопка

Volta страдала от двух основных проблем: из-за ее веса электролит вытек из ткани, а особые химические свойства компонентов привели к очень короткому сроку службы (около часа).Следующие двести лет уйдут на совершенствование конструкции Вольты и решение этих проблем.

Исправления в гальванической куче

Уильям Круикшанк из Шотландии решил проблему утечки, положив гальваническую батарею на бок, чтобы сформировать «желобную батарею».

Лотковая батарея решила проблему утечки гальванической сваи

Вторая проблема, короткий срок службы, была вызвана разложением цинка из-за примесей и скоплением пузырьков водорода на меди.В 1835 году Уильям Стерджен обнаружил, что обработка цинка ртутью предотвратит разложение.

Британский химик Джон Фредерик Дэниелл использовал второй электролит, который вступал в реакцию с водородом, предотвращая накопление на медном катоде. Батарея Даниэля с двумя электролитами, известная как «ячейка Даниэля», станет очень популярным решением для обеспечения энергией зарождающихся телеграфных сетей.

Коллекция клеток Даниэля из 1836 г.

Первая аккумуляторная батарея

В 1859 году французский физик Гастон Планте создал батарею из двух прокатанных листов свинца, погруженных в серную кислоту.Путем реверсирования электрического тока через батарею химия вернется в исходное состояние, создав первую перезаряжаемую батарею.

Позже, в 1881 году, Камилла Альфонс Фор улучшила конструкцию Планте, превратив листы свинца в пластины. Эта новая конструкция упростила производство аккумуляторов, а свинцово-кислотные аккумуляторы получили широкое распространение в автомобилях.

-> Дизайн обычного «автомобильного аккумулятора» существует уже более 100 лет
(Изображение любезно предоставлено Эмилианом Робертом Виколом из Wikimedia Commons) <-

Сухая камера

Вплоть до конца 1800-х годов электролит в батареях был в жидком состоянии.Это сделало транспортировку аккумуляторов очень осторожным делом, и большинство аккумуляторов никогда не предназначались для перемещения после подключения к цепи.

В 1866 году Жорж Лекланше создал батарею, используя цинковый анод, катод из диоксида марганца и раствор хлорида аммония в качестве электролита. Хотя электролит в элементе Лекланше все еще был жидкостью, химический состав батареи оказался важным шагом для изобретения сухого элемента.

Карл Гасснер придумал, как создать электролитную пасту из хлорида аммония и гипса.Он запатентовал новую "сухую" батарею в 1886 году в Германии.

Эти новые сухие элементы, обычно называемые «угольно-цинковыми батареями», производились массово и пользовались огромной популярностью до конца 1950-х годов. Хотя углерод не используется в химической реакции, он играет важную роль в качестве электрического проводника в углеродно-цинковой батарее.

-> Цинк-угольная батарея 3 В 1960-х годов
(Изображение любезно предоставлено PhFabre из Wikimedia Commons) <-

В 1950-х годах Льюис Урри, Пол Марсал и Карл Кордеш из компании Union Carbide (позже известной как «Eveready», а затем «Energizer») заменили электролит хлористого аммония щелочным веществом на основе химического состава батареи, сформулированного Вальдемаром. Юнгнер в 1899 году.Щелочные батареи с сухими элементами могут содержать больше энергии, чем угольно-цинковые батареи того же размера, и имеют более длительный срок хранения.

Щелочные батареи приобрели популярность в 1960-х годах, обогнали угольно-цинковые батареи и с тех пор стали стандартными первичными элементами для потребительского использования.

-> Щелочные батареи бывают разных форм и размеров
(Изображение любезно предоставлено Aney ~ commonswiki из Wikimedia Commons) <-

Аккумуляторы 20-го века

В 1970-х годах компания COMSAT разработала никель-водородную батарею для использования в спутниках связи.Эти батареи хранят водород в газообразной форме под давлением. Многие искусственные спутники, такие как Международная космическая станция, по-прежнему используют никель-водородные батареи.

Исследования нескольких компаний с конца 1960-х годов привели к созданию никель-металлгидридной (NiMH) батареи. NiMH батареи были выпущены на потребительский рынок в 1989 году и стали более дешевой альтернативой никель-водородным аккумуляторным элементам меньшего размера.

Японская компания Asahi Chemical создала первую литий-ионную батарею в 1985 году, а Sony создала первую коммерческую литий-ионную батарею в 1991 году.В конце 1990-х годов был создан мягкий гибкий корпус для литий-ионных аккумуляторов, в результате чего появилась «литий-полимерная» или «LiPo» батарея.

Химические реакции в литий-полимерной батарее практически такие же, как и в литий-ионной батарее

Очевидно, что было изобретено, произведено и устарело гораздо больше химикатов батарей. Если вы хотите узнать больше о современных и популярных технологиях аккумуляторов, ознакомьтесь с нашим руководством по технологиям аккумуляторов.

Компоненты

Батареи

состоят из трех основных компонентов: анода , катода и электролита . Сепаратор часто используется для предотвращения соприкосновения анода и катода, если электролита недостаточно. Для хранения этих компонентов аккумуляторы обычно имеют какой-то кожух .

Хорошо, большинство батарей на самом деле не разделены на три равные части, но вы поняли.Лучшее поперечное сечение щелочной ячейки можно найти в Википедии.

И анод, и катод относятся к типу электродов . Электроды - это проводники, через которые электричество входит или выходит из компонента в цепи.

Анод

Электроны выходят из анода в устройстве, подключенном к цепи. Это означает, что обычный «ток» течет в анод.

На аккумуляторах анод обозначен как отрицательная (-) клемма

В батарее химическая реакция между анодом и электролитом вызывает накопление электронов на аноде.Эти электроны хотят перейти к катоду, но не могут пройти через электролит или сепаратор.

Катод

Электроны текут в катод в устройстве, подключенном к цепи. Это означает, что обычный «ток» проходит от катода .

На аккумуляторах катод помечен как положительный (+) вывод

В батареях в химической реакции внутри катода или вокруг него используются электроны, образующиеся на аноде.Электроны могут попасть на катод только через цепь, внешнюю по отношению к батарее.

Электролит

Электролит - это вещество, часто жидкость или гель, которое способно переносить ионы между химическими реакциями, происходящими на аноде и катоде. Электролит также препятствует потоку электронов между анодом и катодом, так что электроны легче проходят через внешнюю цепь, чем через электролит.

-> В щелочных батареях может протекать электролит, гидроксид калия, если они подвергаются воздействию высоких температур или обратного напряжения
(Изображение любезно предоставлено Wiliam Davies из Wikimedia Commons) <-

Электролит имеет решающее значение в работе аккумулятора.Поскольку электроны не могут проходить через него, они вынуждены проходить через электрические проводники в виде цепи, соединяющей анод с катодом.

Сепаратор

Сепараторы представляют собой пористые материалы, которые предотвращают соприкосновение анода и катода, что может вызвать короткое замыкание в батарее. Сепараторы могут быть изготовлены из различных материалов, включая хлопок, нейлон, полиэстер, картон и синтетические полимерные пленки. Сепараторы не вступают в химическую реакцию ни с анодом, ни с катодом, ни с электролитом.

В гальванической куче использовалась ткань или картон (разделитель), пропитанные рассолом (электролитом), чтобы электроды разнесены

Ионы в электролите могут быть положительно заряженными, отрицательно заряженными и могут быть разных размеров. Могут быть изготовлены специальные сепараторы, которые пропускают одни ионы, но не пропускают другие.

Кожух

Большинству батарей требуется способ удерживать химические компоненты. Кожухи, также известные как «кожухи» или «оболочки», представляют собой просто механические конструкции, предназначенные для удержания внутренних компонентов батареи.

Свинцово-кислотный аккумулятор в пластиковом корпусе

Корпуса батарей

могут быть изготовлены практически из чего угодно: из пластика, стали, мягких пластиковых пакетов и так далее. В некоторых батареях используется токопроводящий стальной кожух, который электрически соединен с одним из электродов. В случае обычного щелочного элемента AA стальной кожух соединен с катодом.

Операция

Батареи обычно требуют нескольких химических реакций для работы.По крайней мере, одна реакция происходит внутри анода или вокруг него, и одна или несколько реакций происходят внутри или вокруг катода. Во всех случаях реакция на аноде дает дополнительные электроны в процессе, называемом окислением , а реакция на катоде использует дополнительные электроны во время процесса, известного как восстановление .

Когда переключатель замкнут, цепь замыкается, и электроны могут течь от анода к катоду. Эти электроны активируют химические реакции на аноде и катоде.

По сути, мы разделяем определенный вид химической реакции, реакцию восстановления-окисления или окислительно-восстановительную реакцию, на две отдельные части. При переносе электронов между химическими веществами происходят окислительно-восстановительные реакции. Мы можем использовать движение электронов в этой реакции, чтобы они выходили за пределы батареи и питали нашу цепь.

Анодное окисление

Эта первая часть окислительно-восстановительной реакции, окисление, происходит между анодом и электролитом и производит электроны (обозначены как e - ).

Некоторые реакции окисления образуют ионы, например, в литий-ионной батарее. В других химических реакциях расходуются ионы, как в обычной щелочной батарее. В любом случае ионы могут свободно проходить через электролит, а электроны - нет.

Катодное восстановление

Другая половина окислительно-восстановительной реакции, восстановление, происходит в катоде или рядом с ним. Электроны, образующиеся в результате реакции окисления, расходуются во время восстановления.

В некоторых случаях, например, в литий-ионных батареях, положительно заряженные ионы лития, образующиеся во время реакции окисления, расходуются во время восстановления.В других случаях, например, в щелочных батареях, во время восстановления образуются отрицательно заряженные ионы.

Электронный поток

В большинстве батарей некоторые или все химические реакции могут происходить, даже когда батарея не подключена к цепи. Эти реакции могут повлиять на срок годности батареи.

По большей части, реакции будут происходить с полной силой только тогда, когда между анодом и катодом замыкается электрически проводящая цепь. Чем меньше сопротивление между анодом и катодом, тем больше электронов может течь и тем быстрее протекают химические реакции.

Короткое замыкание в аккумуляторе (в данном случае даже случайное) может быть опасным. Известно, что литий-ионные батареи перегреваются и даже задымляются или загораются при коротком замыкании.

Мы можем пропускать эти движущиеся электроны через различные электрические компоненты, известные как «нагрузка», для выполнения чего-то полезного. В анимационном ролике в начале этого раздела мы зажигаем виртуальную лампочку движущимися электронами.

Разряженная батарея

Химические вещества в аккумуляторе в конечном итоге достигают состояния равновесия. В этом состоянии химические вещества больше не будут реагировать, и в результате аккумулятор больше не будет генерировать электрический ток. На данный момент аккумулятор считается «мертвым».

Первичные элементы необходимо утилизировать, когда батарея разряжена. Вторичные элементы можно перезаряжать, и это достигается путем подачи через батарею обратного электрического тока.Перезарядка происходит, когда химические вещества выполняют еще одну серию реакций, чтобы вернуть их в исходное состояние.

Терминология

Люди часто используют общий набор терминов, говоря о напряжении аккумулятора, емкости, возможности источника тока и так далее.

Ячейка

Элемент относится к одному аноду и катоду, разделенным электролитом, используемым для выработки напряжения и тока. Батарея может состоять из одной или нескольких ячеек.Например, одна батарея AA - это одна ячейка. Автомобильные аккумуляторы содержат шесть ячеек по 2,1 В.

Обычная 9-вольтовая батарея содержит шесть щелочных элементов по 1,5 В, установленных друг на друга

Первичный

Первичные клетки содержат химический состав, который нельзя изменить. В результате аккумулятор необходимо выбрасывать после того, как он разрядился.

Среднее

Вторичные элементы можно перезаряжать, и их химический состав возвращается в исходное состояние.Эти элементы, также известные как «аккумуляторные батареи», можно использовать много раз.

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение аккумулятора - это напряжение, указанное производителем.

Например, щелочные батареи типа AA указаны как имеющие напряжение 1,5 В. В этой статье Mad Scientist Hut показано, что их испытанные щелочные батареи начинаются с напряжения около 1,55 В, а затем медленно теряют напряжение по мере разряда. В этом примере номинальное напряжение «1,5 В» относится к максимальному или пусковому напряжению батареи.

Этот аккумуляторный блок Storm для квадрокоптеров показывает кривую разряда для их LiPo-элементов, начиная с 4,2 В и снижаясь до 2,8 В по мере разряда. Номинальное напряжение, указанное для большинства литий-ионных и LiPo-элементов, составляет 3,7 В. В этом случае номинальное напряжение «3,7 В» относится к среднему напряжению аккумулятора в течение всего цикла разряда.

Вместимость

Емкость аккумулятора - это величина электрического заряда, который он может доставить при определенном напряжении. Большинство батарей рассчитаны на ампер-часы (Ач) или миллиампер-часы (мАч).

Этот LiPo аккумулятор рассчитан на 1000 мАч, что означает, что он может обеспечить 1 ампер в течение 1 часа, прежде чем он будет считаться разряженным.

Большинство графиков разряда батареи показывает напряжение батареи как функцию от емкости, например, эти тесты батареи AA, проведенные PowerStream. Чтобы выяснить, достаточно ли емкости аккумулятора для питания вашей схемы, найдите самое низкое допустимое напряжение и найдите соответствующий номинал мАч или Ач.

C-скорость

Многие батареи, особенно мощные литий-ионные, обозначают ток разряда как «C-Rate», чтобы более четко определить характеристики батареи.C-Rate - это скорость разряда относительно максимальной емкости аккумулятора.

1С - это количество тока, необходимое для разрядки аккумулятора за 1 час. Например, аккумулятор емкостью 400 мАч, обеспечивающий ток 1С, будет обеспечивать 400 мА. 5С для той же батареи будет 2 А.

Большинство батарей теряют емкость при повышенном потреблении тока. Например, этот информационный график продукта от Chargery показывает, что их LiPo-элемент имеет меньше мАч при более высоких скоростях C.

ПРИМЕЧАНИЕ: Общий совет гласит, что вы должны заряжать LiPo батареи при 1С или меньше.


MIT предлагает фантастическое руководство по спецификациям и терминологии батарей, которое идет намного дальше этого обзора.

Использование

Однокамерный

Некоторые схемы могут питаться от одного элемента, но убедитесь, что батарея может обеспечивать достаточное напряжение и ток.

Этот экран для фотонной батареи питается от одного элемента LiPo

Если напряжение слишком высокое или слишком низкое для вашей схемы, вам, вероятно, понадобится преобразователь постоянного тока в постоянный.

серии

Чтобы увеличить напряжение между выводами батареи, вы можете расположить элементы последовательно. Последовательность означает штабелирование ячеек встык, соединение анода одного с катодом следующего.

Последовательно соединяя батареи, вы увеличиваете общее напряжение. Сложите напряжение всех ячеек, чтобы определить рабочее напряжение. Емкость остается прежней.

В этом примере четыре ячейки 1,5 В подключены последовательно.Напряжение на нагрузке составляет 6 В, а общий набор аккумуляторов имеет емкость 2000 мАч.

В большинстве бытовых электронных устройств, в которых используются щелочные батареи, батареи устанавливаются последовательно. Например, этот держатель батареек 2x AA может поднять номинальное напряжение до 3 В для проекта.

ПРИМЕЧАНИЕ: Если вы заряжаете литий-ионные или литий-полимерные батареи последовательно, вам необходимо обязательно использовать специальные схемы, известные как «балансир», чтобы гарантировать равномерное напряжение между элементами.Некоторые зарядные устройства, такие как это, имеют балансиры для безопасной зарядки.

Параллельный

Если напряжение отдельного элемента соответствует нагрузке, вы можете добавить батареи параллельно, чтобы увеличить емкость. Обратите внимание, что это также означает увеличение доступного тока (C-Rate).

Будьте осторожны при параллельном подключении аккумуляторов! Все элементы должны иметь одинаковое номинальное напряжение и одинаковый уровень заряда. Если есть какие-либо различия в напряжении, может произойти короткое замыкание, вызывающее перегрев и, возможно, возгорание.

В этом примере четыре ячейки 1,5 В подключены параллельно. Напряжение на нагрузке остается на уровне 1,5 В, но общая емкость увеличивается до 8000 мАч.

Серия

и параллельный

Если вы хотите увеличить напряжение и емкость, вы можете комбинировать последовательные и параллельные батареи. Еще раз убедитесь, что уровень напряжения одинаков для батарей, включенных параллельно, так как может произойти короткое замыкание.

В этом примере полное напряжение на нагрузке составляет 3 В, а общая емкость аккумуляторов составляет 4000 мАч.

В больших аккумуляторных блоках, особенно литий-ионных, вы часто видите конфигурацию, указанную с использованием «S» и «P» для последовательного и параллельного подключения. Конфигурация схемы выше - 2S2P. В качестве практического примера современные электромобили используют массивные массивы батарей, соединенных последовательно и параллельно.

Ресурсы и движение вперед

К настоящему времени вы должны понимать, как были изобретены батарейки и как они работают. Батареи - это один из способов обеспечения вашего проекта электроэнергией, и они могут быть невероятно полезны, если вам нужен портативный источник питания.

Если вы хотите больше узнать о батареях, вот еще несколько уроков:

Хотите увидеть аккумуляторы в действии? Взгляните на эти проекты, в которых используются разные батареи в разных конфигурациях:

Simon Splosion Wireless

Это учебное пособие, демонстрирующее один из многих методов "взлома" Саймона Сэйса. Мы выделим технику, чтобы взять ваш Simon Says Wireless.

.

Смотрите также