RU (495) 989 48 46
Пленка на бампер

АНТИГРАВИЙНАЯ ЗАЩИТА БАМПЕРА

 

Плотность электролита в аккумуляторе зимой


Какая плотность должна быть в аккумуляторе зимой: оптимальные значения

Плотность электролита – главный параметр всех свинцово-кислотных электрических аккумуляторов, потому что он оказывает влияние на срок эксплуатации и ёмкость прибора.

Необходимо удерживать оптимальное значение показателя, чтобы гарантировать правильную работу АКБ. Оно зависит не только от климатических характеристик региона, в котором находится автомобиль, но и от времени года. К примеру, если плотность аккумулятора в зимний период составляет 1,25 г/см3, то это свидетельствует о критическом уровне, при котором транспортное средство не сможет завестись. Особенно речь идёт о районах, в которых температура может опускаться до -50 градусов. Однако при умеренном климате такое значение соответствует заявленным требованиям нормы. Следовательно, считается, что показатели в разные временные сезоны должны отличаться друг от друга.

Перед многими автовладельцами встаёт дилемма: разная или одинаковая должна быть плотность аккумулятора зимой и летом? Давайте разбираться.

Зима

Плотность электролита на зиму в аккумуляторе транспортного средства должна составлять около 1,27 г/см3. Но такое значение оптимально лишь для центральных районов России. В регионах, в которых температурный режим ниже -35 градусов, показатель изменяется в диапазоне от 1,28 г/см3 до 1,35 г/см3. Например, если автомобиль работает в условиях Крайнего Севера, то величина колеблется в пределах 1,31–1,35 г/см3. Возникает вопрос: почему плотность электролита в аккумуляторе зимой должна иметь такое значение? Существует две причины, дающих ответ на поставленный вопрос:

  1. Жидкость с большой вероятностью превратится в лёд при минусовой температуре, так как в ней доля воды превышает допустимую норму.
  2. Механизмы автомобиля замерзают в мороз и требуют увеличения электродвижущей силы, чтобы осуществить запуск двигателя. Даже лучшие модели автомобилей не смогут работать без дополнительной энергии. Уменьшение значения показателя вплоть до 1,1 г/см3 приведёт к замерзанию электрического аккумулятора.

Зимняя плотность аккумулятора находится на низком уровне. Следовательно, при разрядке она упадёт до критических значений. Чтобы решить эту проблему, желательно постоянно следить за состоянием АКБ. Чтобы проследить взаимосвязь между уровнем заряда и водным соотношением в составе электролита, можно рассмотреть различные сценарии при уменьшении АКБ на 25 % и 50 %:

  1. При первоначальной плотности в 1,30 г/см3 она сократится до 1,26 г/см3 и 1,22 г/см3.
  2. При начальном значении показателя в 1,27 г/см3 объём уменьшится до 1,23 г/см3 и 1,19 г/см3.
  3. При исходной величине в 1,23 г/см3 диапазон упадёт до 1,19 г/см3 и 1,15 г/см3.

Следовательно, плотность аккумулятора на зиму не должна опускаться ниже 1,27 г/см3. Однако нужно помнить, что электролит не может прогреться в результате ежедневных поездок от дома на работу, которые составляют менее получаса. Это в свою очередь влияет на АКБ, который получает необходимый уровень заряда только после осуществления разогрева. Значение показателя стремительно падает по причине того, что аккумуляторная батарея разряжается.

Таким образом, отвечая на вопрос, какая плотность аккумулятора должна быть зимой, можно привести таблицу оптимальных значений. Однако данные показатели характерны исключительно для полностью заряженной батареи. В случае если заряд находится на недостаточном уровне, то они будут больше.

Регион использования транспортного средстваЗначение показателя плотности, г/см3
Южные регионы1,25
Центральные регионы1,27
Северные регионы1,29
Регионы Крайнего Севера1,31

Лето

В летний период аккумуляторная батарея имеет проблему, связанную с потерей большого количества жидкости. Плотность рекомендуется держать на 0,02 г/см3 ниже значения, которое требуется по стандартам. В первую очередь такое замечание относится к регионам, расположенным на юге России.

Летом температурный режим под капотом, в котором располагается аккумулятор, повышен. Это влечёт за собой следующие моменты:

  1. Улетучивание жидкости из состава кислоты.
  2. Активное прохождение процессов превращения электрической энергии в химическую, протекающих в аккумуляторных кислотных батареях.

Всё это обеспечивает сильную отдачу тока, осуществляющуюся даже при минимальных допустимых показателях плотности электролита. Например, значение 1,22 г/см3 характерно для местности с тёплым и влажным климатом. Если уровень электролита систематически опускается, то это приводит к увеличению значения. Такой взаимосвязанный процесс является причиной химического разрушения проводников электрического тока. Поэтому контроль количества воды в АКБ – важная задача, выполнение которой является залогом грамотного ухода за автомобилем. Решение заключается в добавлении дистиллированной жидкости при понижении уровня электролита. Если данное действие опустить, то могут возникнуть проблемы с перезарядом и сульфацией.

Рассеянность автолюбителей – главный фактор, который лежит в основе разрядки аккумулятора. Другими словами, если водитель не уследил за состоянием АКБ, то нужно предпринять определённые меры. Они заключаются в обеспечении батареи зарядом при помощи специального устройства. Однако перед этим необходимо обратить внимание на уровень жидкости, которая могла испариться в процессе функционирования. Если это произошло, требуется долить очищенную воду без содержания каких-либо примесей.

Следовательно, рассмотрев, какая плотность должна быть в аккумуляторе зимой в зависимости от региона, нельзя не привести значения для летнего сезона.

Регион использования транспортного средстваЗначение показателя плотности, г/см3
Южные регионы1,25
Центральные регионы1,27
Северные регионы1,27
Регионы Крайнего Севера 1,27

Как правильно откорректировать плотность электролита?

Автовладельцы часто сталкиваются с необходимостью поднять плотность в аккумуляторной батарее, что объясняется двумя причинами. Во-первых, периодическим регулированием количества дистиллированной жидкости. Во-вторых, частой зарядкой устройства, так как уменьшение интервала осуществления данного действия – первый признак того, что желательно провести процедуру повышения величины. Выделяют два способа корректировки значения показателя:

Чтобы изменить в нужном направлении плотность в аккумуляторной батарее, следует приобрести следующие предметы:

Алгоритм действий по изменению значения включает в себя 5 этапов:

  1. Взять небольшое количество электролита с банки аккумуляторной батареи.
  2. Добавить корректирующий раствор в количестве, которое соответствует взятому на предыдущем этапе. Такое действие осуществляется при условии, что поставлена задача поднять плотность. Если необходимо получить противоположный результат, то регулирующий раствор заменяют на дистиллированную жидкость.
  3. Аккумулятор следует подзарядить с помощью специального устройства, так как номинальный ток даст возможность поступившей воде смешаться.
  4. После отключения АКБ от батареи целесообразно выждать в районе 2 часов. Это позволит плотности во всех банках встать на один уровень, что сделает вероятность возникновения погрешности при контрольном тестировании минимальной.
  5. Вторично осмотреть значение электролита. Если оно осталось на прежнем уровне, то повторно осуществить предыдущие этапы.

Плотность электролита изменяется в результате понижения в определённом отсеке аккумулятора. Причём предварительно полезно изучить номинальный объём, который в нём находится. Например, в классической стартерной батарее 6СТ-55 величина электролита равна 633 см3, а в 6СТ-45 – 500 см3. Если рассматривать его состав, то в него входят серная кислота и очищенная вода в процентном соотношении 40 на 60. Достичь необходимой плотности показателя можно, опираясь на представленные данные в следующей таблице:

Плотность аккумулятора, г/см3Обязательная величина параметра, г/см3
1,241,251,26
Забор электро-литаДолив раствора 1,40 г/см3Добавление жидкостиЗабор электро-литаДолив раствора 1,40 г/см3Добавление жидкостиЗабор электро-литаДолив раствора 1,40 г/см3Добавление жидкости
1,24---6062-120125-
1,2544-25---6570-
1,2685-8839-40---
1,27122-12678-8040-43
1,28156-162117-12080-86
1,29190-200158-162123-127
1,30---------

Продолжение таблицы

Плотность аккумулятора, г/см3Обязательная величина параметра, г/см3
1,271,281,30
Забор электро-литаДолив раствора 1,40 г/см3Добавление жидкостиЗабор электро-литаДолив раствора 1,40 г/см3Добавление жидкостиЗабор электро-литаДолив раствора 1,40 г/см3Добавление жидкости
1,24173175-252256----
1,25118120-215220----
1,268566-177180-290294-
1,27---122126-246250-
1,2840-436365-8198202-
1,2975-78---143146-
1,30109-11336-387981-

Отметим, что представленные данные соответствуют корректирующему электролиту с плотностью 1,40 г/см3. Если жидкость будет иметь другое значение, то возникает необходимость использовать следующую формулу расчёта для рассматриваемого показателя:

Представленные вычисления можно заменить методом золотого сечения, который гораздо проще применить на практике:

  1. Откачать больший объём воды из банки аккумулятора.
  2. Вылить полученную воду в специальный стакан с делениями, чтобы получить информацию о величине.
  3. Заполнить половину освободившегося объёма банки необходимым количеством электролита.
  4. Если значение ещё не соответствует требуемому, то долить ¼ от откаченной величины.
  5. Продолжать добавлять раствор до достижения оптимального результата.

Кислотная среда небезопасна для человека при неграмотном обращении. Целесообразно соблюдать все меры предосторожности, чтобы раствор электролита не попал на кожу или в дыхательные пути. Осуществлять корректировку рассматриваемой величины рекомендуется в помещениях с хорошей вентиляцией.

Возникают ситуации, в которых значение показателя опускается ниже 1,18 г/см3. В таких случаях использование электролита должно сопровождаться применением кислоты. Причём алгоритм действий изменения плотности включает в себя аналогичные этапы с одной поправкой: шаг разбавления при таком значении должен быть небольшим. Это связано с тем фактом, что плотность электролита имеет очень большую концентрацию, и возникает вероятность пропустить нужную отметку.

В процессе приготовления раствора в жидкость нужно вливать кислоту, а не наоборот.

При определённых обстоятельствах не представляется возможным исправить плотность электролита. Поэтому есть только один выход: купить новый аккумулятор. Возникает вопрос: как определить такие случаи? Очень просто: электролит становится коричневого оттенка, что свидетельствует об осыпании активной массы, принимающей участие в реакции электрохимического плана. Следовательно, это приводит к постепенной поломке аккумуляторной батареи.

Чтобы такая ситуация не застала врасплох, необходимо знать, что хороший АКБ будет служить в течение 5 лет при следовании всем эксплуатационным правилам. Следовательно, если данный срок истёк, то нет смысла проводить манипуляции по ремонту батареи. Если вы хотите, чтобы ваш прибор прослужил положенный срок, то следуйте следующим указаниям:

Чем грозит завышенная или заниженная плотность электролита?

Оптимальный уровень плотности находится в пределах от 1,27 до 1,35 г/см3 в соответствии с сезоном и температурным режимом региона. Если значение рассматриваемого показателя выше нормы, то это свидетельствует о завышении, что отрицательно влияет на функционирование автомобиля. Данный процесс может привести к повреждениям аккумуляторной батареи. В ситуациях, при которых наблюдается противоположная картина, существует вероятность того, что автомобиль не заведётся. Главная причина в том, что АКБ замёрзнет при низких температурах.

Следовательно, необходимо контролировать значение, чтобы плотность электролита в аккумуляторе зимой и летом соответствовала оптимальной. Это поможет избежать возникновения непредвиденных обстоятельств. Однако сделать подобное проблематично, так как плотность изменяется при разных уровнях заряда аккумулятора. Например, при её уменьшении происходит поглощение дистиллированной жидкости батареей, что приводит к увеличению концентрации показателя. В обратных ситуациях возникает процесс сульфатации, ведущий к снижению уровня плотности. В результате этой химической реакции пластины наглухо закрываются и теряют возможность правильно заряжаться. Главный исход – выход из строя АКБ.

Плотность электролита в аккумуляторе - зимой и летом: таблица

Большая часть аккумуляторных батарей, которые продаются в России, относится к полуобслуживаемым. Это означает, что владелец может откручивать пробки, проверять уровень и плотность электролита и при необходимости доливать внутрь дистиллированную воду. Все кислотные АКБ, когда только поступают в продажу, заряжены, как правило, на 80 процентов. При покупке следите за тем, чтобы продавец выполнил предпродажную проверку, одним из пунктов которой является проверка плотности электролита в каждой из банок.

В сегодняшней статье на нашем портале Vodi.su мы рассмотрим понятие плотности электролита: что это такое, какой она должна быть зимой и летом, как ее повысить.

В кислотных АКБ в качестве электролита применяется раствор h3SO4, то есть серной кислоты. Плотность напрямую связана с процентным содержанием раствора — чем больше серы, тем она выше. Еще один немаловажный фактор — температура самого электролита и окружающего воздуха. Зимой плотность должна быть выше, чем летом. Если же она упадет до критической отметки, то электролит попросту замерзнет со всеми вытекающими последствиями.

Измеряется данный показатель в граммах на сантиметр кубический — г/см3. Измеряют ее при помощи простого прибора ареометра, который собой представляет стеклянную колбу с грушей на конце и поплавком со шкалой в середине. При покупке нового АКБ продавец обязан измерить плотность, она должна составлять, в зависимости от географической и климатической зоны, 1,20-1,28 г/см3. Допускается разница по банкам не более 0,01 г/см3. Если же разница больше, это свидетельствует о возможном коротком замыкании в одной из ячеек. Если же плотность одинаково низкая во всех банках, это говорит как о полном разряде батареи, так и о сульфатации пластин.

Помимо измерения плотности продавец должен также проверить, как аккумулятор держит нагрузку. Для этого применяют нагрузочную вилку. В идеале напряжение должно падать с 12 до девяти Вольт и держаться на этой отметке некоторое время. Если же оно падает быстрее, а электролит в одной из банок кипит и выделяет пар, значит от покупки этой АКБ следует отказаться.

Плотность в зимний и летний период

Более детально данный параметр для вашей конкретной модели АКБ нужно изучить в гарантийном талоне. Созданы специальные таблицы для различных температур, при которых электролит может замерзнуть. Так, при плотности 1,09 г/см3 замерзание происходит при -7°С. Для условий севера плотность должна превышать 1,28-1,29 г/см3, ведь при таком показателе температура его замерзания составляет -66°С.

Плотность обычно указывают для температуры воздуха +25°С. Она должна составлять для полностью заряженной батареи:

Таким образом, если вы эксплуатируете автомобиль в летний период в географических широтах Москвы или Санкт-Петербурга, плотность может быть в пределах 1,25-1,27 г/см3. Зимой же, когда температуры опускаются ниже -20-30°С, плотность повышается до 1,28 г/см3.

Обратите внимание, что “повышать” ее искусственно никак не нужно. Вы попросту продолжаете пользоваться своим автомобилем в обычном режиме. А вот если АКБ быстро разряжается, имеется смысл провести диагностику и при необходимости поставить на зарядку. В случае же, если машина долго стоит на морозе без работы, АКБ лучше снять и унести в теплое место, иначе он от длительного простоя попросту разрядится, а электролит начнет кристаллизоваться.

Практические советы по эксплуатации АКБ

Самое основное правило, которое следует запомнить, — в батарею ни в коем случае нельзя заливать серную кислоту. Повышать плотность таким образом вредно, так как при повышении активизируются химические процессы, а именно сульфатации и коррозии, и уже через год пластины станут полностью ржавыми.

Регулярно проверяйте уровень электролита и при его падении доливайте дистиллированную воду. Затем АКБ нужно либо поставить на зарядку, чтобы кислота смешалась с водой, либо зарядить АКБ от генератора во время длительной поездки.

Если машину ставите «на прикол», то есть некоторое время не используете ее, то, даже если среднесуточные температуры опускаются ниже нуля, нужно позаботиться о том, чтобы АКБ был полностью заряжен. Это минимизирует риск замерзания электролита и разрушения свинцовых пластин.

При падении плотности электролита увеличивается его сопротивление, из-за чего, собственно, и затруднен запуск двигателя. Поэтому прежде, чем завести мотор, прогрейте электролит, включив на некоторое время фары или другое электрооборудование. Не забывайте также проверять состояние клемм и очищать их. Из-за плохого контакта пускового тока недостаточно для создания нужного крутящего момента.


Плотность аккумулятора зимой и летом, какой аккумулятор лучше для зимы

Правильное обслуживание автомобиля, позволяющее без особых проблем использовать его в любое время года, включает и заботу о его батарее. Кроме своевременной зарядки, необходимо также знать, какова плотность аккумулятора зимой и летом и как это влияет на эксплуатацию автомобиля.

Для машин используют свинцово-кислотные АКБ. Устройство аккумулятора этого вида таково, что электроды изготавливаются из свинца с примесью других металлов, а в роли электролита выступает водный раствор серной кислоты. Обычно соотношение этих двух веществ составляет 65% для воды и 35% для кислоты.

Под плотностью АКБ имеют в виду густоту электролита. От этого показателя зависит то, насколько хорошо батарея будет держать заряд, и срок службы пластин. Считается, что показатели плотности аккумулятора зимой и летом должны отличаться. Усредненное значение этой величины, при котором работа батареи считается нормальной, — 1,27 – 1,29 г/см3. Летом эти цифры могут быть немного меньше.

Обратите внимание: лучшие современные аккумуляторы для автомобилей не требуют корректировки плотности электролита, если, конечно, не эксплуатируются при температурах ниже 60°С. Речь идет о необслуживаемых АКБ, особенно заряженных гелевым электролитом.

Зимой

Плотность электролита в аккумуляторе зимой, особенно при сильных морозах, должна быть немного выше, чем обычно, но не превышать 1,35 г/см3. В чем причина? Во-первых, жидкость, в которой доля воды слишком высока, при минусовой температуре имеет все шансы замерзнуть. Вторая причина, по которой в холодное время года нужен более концентрированный раствор, — реакция на мороз остальных механизмов автомобиля. Чтобы заставить работать замерзшие детали, требуется большее количество энергии, чем в благоприятных условиях. Это справедливо даже для лучших моделей авто.

Реакция батареи на холод будет зависеть еще и от полноты заряда, так как при разряде доля кислоты заметно снижается. Соответственно, если изначально соотношение было меньше нормы, то при разрядке оно упадет до совсем неподходящих значений.

Несколько цифр, демонстрирующих взаимосвязь заряда и соотношения воды и кислоты в электролите:

Температура, при которой возникает опасность замерзания электролита плотностью 1,20 г/см3 , равна -20°С. Аккумулятор для зимы обязательно должен быть заряжен не меньше, чем наполовину, а соотношение между водой и кислотой в электролите должно быть не ниже 1,27 г/см3.

Автомобиль с установленным аккумулятором можно без лишних опасений оставлять на зиму на улице, если температура не падает ниже 10°С. Электролит при таких условиях не замерзает. Если в зимний период не планируется эксплуатация батареи, самый лучший вариант — снять ее и оставить в сухом прохладном месте, предварительно полностью зарядив.

Что делать, если автомобиль простоял всю зиму с подключенной АКБ? Самый плохой вариант развития ситуации — замена источника питания. Есть несколько способов уменьшить вред, который может нанести устройству холод.

Перед наступлением холодов:

Во время эксплуатации:

Если машина простояла при минусовой температуре без эксплуатации, но с подключенным источником питания, ее подготовка к работе обязательно должна включать осмотр АКБ, проверку уровня и густоты электролита в ней. Устройство обязательно понадобится зарядить.

Как выбрать АКБ для зимы?

Выбирая запчасти, иногда очень сложно определить, какой аккумулятор лучше для зимы. Чего делать не следует, так это обращать внимание на надписи типа «Арктический», «Arctic» и им подобные. Дело в том, что производители имеют полное право написать на корпусе или в названиях своих аккумуляторов любое слово, но технической характеристикой оно при этом являться не будет. Так что, если на нем написано «зимний», а в руководстве по эксплуатации этого не отражено, то надпись можно смело игнорировать.

Какие батареи хорошо работают даже самыми холодными зимами? Объективно лучшими для холодного времени года являются гелевые необслуживаемые устройства. От других аккумуляторов они отличаются тем, что там используется электролит консистенции геля. Такое устройство не требуется многократно подзаряжать, да и замерзнуть гелю сложнее, чем жидкости. Но устанавливать его на старый автомобиль можно только в том случае, если генератор современный, способен обеспечить подачу тока с минимальными колебаниями напряжения.

На что нужно обратить внимание, чтобы приобрести хороший аккумулятор для отрицательных температур:

Чтобы быть всегда довольным батареями на своей машине, автовладельцу нужно не только выбирать хорошие, качественные устройства, но и поддерживать их в работоспособном состоянии. Своевременная зарядка, контроль уровня и густоты электролита — все это не сложно. А наградой станет хороший, корректно работающий аккумулятор.

Плотность электролита в аккумуляторе зимой: значения, как поднять?

Автомобилю, постоянно находящемуся в использовании, требуется надежный АКБ, который позволит быстро запустить двигатель вне зависимости от внешних факторов. Плотность электролита в аккумуляторе зимой необходимо держать в определенных рамках, чтобы жидкость не замерзла. Данный параметр является основным и оказывает существенное влияние на длительность службы источника питания.

При правильной и своевременной корректировке значений кислотности жидкости можно значительно увеличить срок службы АКБ. Ведь плотность электролита в аккумуляторе зимой и летом должна отличаться, чтобы компенсировать влияние температуры, влажности и других климатических условий на химические процессы.

Что такое плотность электролита и от чего она зависит?

Если говорить простым языком, то плотность — это кислотность жидкости в АКБ. В роли электролита сурьмянистые аккумуляторы используют смесь воды и серной кислоты. Количество последней по отношению к общему объему раствора и называют плотностью. Измеряют ее в граммах на сантиметр кубический (г/см3).

На степень закисленности основное влияние оказывают факторы, способные изменить количество воды в растворе: мороз, жара, влажность. Также на нее влияет степень заряда аккумуляторной батареи. Измерение показателей производятся специальным прибором — ареометром. Процедуру необходимо проводить с полностью заряженным аккумулятором. Особенно это важно делать перед зимой, чтобы выявить проблему заранее и уменьшить риск порчи АКБ, вследствие замерзания воды в ней. Если были выявлены низкие значение, то, скорее всего, проблема кроется в одной из следующих причин:

Почему замерзает аккумулятор?

Все дело в плотности: чем она меньше (воды в растворе больше), тем быстрее замерзнет электролит при понижении температуры. Умеренный климат требует, чтобы этот параметр был в пределах 1,25-1,27 г/см3. Зимой и в северных регионах рекомендуемая плотность увеличивается на 0,01 г/см3.

Многих автолюбителей интересует: «При какой температуре замерзает электролит в аккумуляторе?». Получить ответ на этот вопрос поможет следующая таблица:

 

Плотность электролита при 25°C, г/см³ Температура замерзания, °С Плотность электролита при 25°C, г/см³ Температура замерзания, °С
1,09 -7 1,22 -40
1,1 -8 1,23 -42
1,11 -9 1,24 -50
1,12 -10 1,25 -54
1,13 -12 1,26 -58
1,14 -14 1,27 -68
1,15 -16 1,28 -74
1,16 -18 1,29 -68
1,17 -20 1,3 -66
1,18 -22 1,31 -64
1,19 -25 1,32 -57
1,2 -28 1,33 -54
1,21 -34 1,4 -37

Таблица 1. Плотность электролита в аккумуляторе автомобиля зимой.

Как повысить плотность если она низкая?

Поднимать эту характеристику приходится после неоднократного корректирования уровня жидкости в АКБ дистиллированной водой или в случае нехватки параметра для эксплуатации батареи в зимой. Явным признаком недостаточной концентрации серной кислоты является оледенение ячеек. Что делать если замерз электролит в аккумуляторе? Потребуется отогреть АКБ при комнатной температуре, после чего поставить на зарядку.

Внимание! Замерять плотность нужно только в полностью заряженной аккумуляторной батарее.

Помимо правильно проведенной полной зарядки существует еще такие способы поднятия плотности, как добавление концентрированного (корректирующего) электролита или кислоты.

Для корректировки понадобится:

Процедура проводится следующим образом:

  1. Из ячеек батареи отбирается немного кислотного раствора и измеряются показатели кислотности.
  2. Если надо увеличить плотность — доливается столько же корректирующего электролита, если уменьшить —добавляется дистиллированная вода.
  3. После проведения процедуры со всеми ячейками АКБ ставится на зарядку стационарным устройством для смешивания жидкости.
  4. По окончании зарядки надо подождать не меньше часа, чтобы плотность во всех секциях батареи выровнялась.
  5. Проводится проверка показателей и в случае необходимости процедура повторяется с уменьшением шага разбавления вдвое.

Плотность между ячейками не должна отличаться сильнее, чем на 0,01 г/см3. Если добиться этого не вышло — необходимо провести выравнивающую зарядку малым током.

Что делать, когда плотность ниже 1,18 г/см3

Чтобы зимой не замерзла вода в аккумуляторе нужно не допускать снижения плотности электролита. Если это значение преодолело критический минимум в 1,18 г/см3, то требуется добавление кислоты. Сама процедура проводится в том же порядке, что был описан ранее, только количество отбираемой и добавляемой жидкости необходимо сократить, чтобы не превысить значение первым доливом.

Важно! При изготовлении электролита нужно вливать кислоту в воду, и ни в коем случае не наоборот.

Что делать если электролит в аккумуляторе замерз, а после отогрева приобрел багровый цвет? К сожалению, такая батарея уже не сможет нормально работать зимой при температуре ниже 5°C. Скорее всего у такого АКБ осыпалась активная масса, что уменьшило рабочую поверхность пластин. Восстановить нормальные показатели у такого АКБ невозможно.

Поддержание количества электролита и его плотности на должном уровне существенно продлевает срок службы батареи, а также ее способность сопротивляться морозу и безпроблемно запускать двигатель автомобиля.

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

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

Какие должны быть плотность и уровень электролита

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

Важно знать

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

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

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

Таблица: плотность в зависимости от климатической зоны

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

Плотность электролита в аккумуляторе зимой

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

Важно знать

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

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

Полезно знать

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

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

Плотность электролита в аккумуляторе летом

Важно знать

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

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

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

Причины изменения плотности

Список причин, которые приводят к изменению уровня плотности аккумулятора:

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

Как самостоятельно проверить плотность электролита и степень разряженности батареи?

Прежде чем измерить плотность электролита нужно провести проверку и подготовку аккумулятора, затем произвести замер с помощью:

  1. Ареометра (денсиметра). Для этого на отключенном аккумуляторе откручиваются все банки, прибор погружается в жидкость, и делается забор небольшого количества электролита. Определение уровня плотности производится в соответствии с показаниями на шкале тестера.
  2. Тестера (мультиметра). Прибор переводится в режим вольтметра, производится мониторинг параметра напряжения и полученные данные сравниваются с нормированными.
  3. Самодельным устройством. Способ аналогичен проверке ареометром, однако в данному случае в качестве резервуара используют стеклянную пробирку, в которую помещают какой-нибудь грузик (пшено, кусок свинца). Затем нужно будет самостоятельно произвести градуировку ареометра.

Важно знать

Если батарея необслуживаемая и на ней нет индикатора для проверки уровня и плотности, то для измерения ареометром потребуется высверлить отверстия в банках, которые после выполнения задачи необходимо запаять.

Видео: проверка плотности электролита в автомобильной батарее

Канал «videostar» в своем видео подробно рассказал о том, сколько должно быть электролита в банках аккумулятора и как проверять его плотность.

Таблица: поправка к показаниям ареометра

Температура рабочего раствора при измерении величины плотности, °СПоправка к показаниям ареометра, полученным в ходе проверки, г/см3
от -55 до -41-0,05
от -40 до -26-0,04
от -25 до -11-0,03
от -10 до +4-0,02
от +5 до +19-0,01
от +20 до +300,00
от +31 до +45+0,01
от +46 до +60+0,02

Таблица определения заряженности аккумулятора по плотности электролита

Температура воздухаСтепень заряженности аккумуляторной батареи
На 100% заряженаЗаряжена на 70%Полностью разряжена
+25 градусов и выше1,21 — 1,231,17 — 1,191,05 — 1,07
менее +25 градусов1,27 — 1,291,23 — 1,251,11 — 1,13

Таблица: плотность электролита и степень заряженности АКБ при проверке мультиметром

Степень заряженности аккумулятораПлотность рабочего раствора электролита, г/см3Напряжение аккумуляторной батареи, В
100%1,2812,7
80%1,24512,5
60%1,2112,3
40%1,17512,1
20%1,1411,9
0%1,111,7

Как скорректировать плотность электролита в аккумуляторе?

Полезно знать

Стабилизация плотности электролита производится с помощью добавления раствора рабочей жидкости и зарядки. Однако, чтобы поднять данный параметр, недостаточно просто долить дистиллированную воду в банки и тем самым увеличить или уменьшить плотность.

Таблица: корректировка плотности электролита

Плотность электролита в батарее, г/см3Уровень плотности по стандарту, г/см3
1,241,251,26
Отсос рабочей жидкостиДобавление раствора 1,40 г/см3Добавление дистиллятаОтсос рабочей жидкостиДобавление раствора 1,40 г/см3Добавление дистиллятаОтсос рабочей жидкостиДобавление раствора 1,40 г/см3Добавление дистиллята
1,246062120125
1,2544456570
1,2685883940
1,2712212678804043
1,281561621171208086
1,29190200158162123127
1,30
Плотность электролита в батарее, г/см3Уровень плотности по стандарту, г/см3
Отсос рабочей жидкостиДобавление раствора 1,40 г/см3Добавление дистиллятаОтсос рабочей жидкостиДобавление раствора 1,40 г/см3Добавление дистиллятаОтсос рабочей жидкостиДобавление раствора 1,40 г/см3Добавление дистиллята
1,24173175252256
1,25118120215220
1,266566177180290294
1,27122126246250
1,2840436365198202
1,297578143146
1,3010911336387981

Видео: руководство по увеличению параметра плотности в АКБ

Канал «Denis МЕХАНИК» в своем видео подробно рассказал о том, как повысить плотность электролита в аккумуляторной батарее автомобиля.

Плотность электролита в аккумуляторе - какая должна быть

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

Плотность электролита

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

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

Температура замерзания электролита в зависимости от плотности — Таблица 1

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

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

Какая должна быть плотность электролита в аккумуляторе

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

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

Плотность электролита в аккумуляторе зимой и летом

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

Плотность электролита в аккумуляторе зимой и летом — Таблица 2

Как проверить плотность электролита в аккумуляторе

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

Для работы потребуется:

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

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

Коррекция плотности электролита

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

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

Причины снижения плотности электролита

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

Как повысить плотность электролита в аккумуляторе в домашних условиях

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

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

Как поднять плотность электролита зарядным устройством

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

Как заменить электролит в аккумуляторе

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

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

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

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

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

Что 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 обратно к катоду, 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 .Аккумуляторы, 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 сети (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:

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 батареи на 9 вольт от Rayovac.Даже не думайте пытаться их перезарядить. 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 вскрыл 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 лягушачьих лап на самом деле вызываются 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 Альфонса Фор улучшила конструкцию Планте, превратив листы свинца в пластины. Эта новая конструкция упростила производство аккумуляторов, и свинцово-кислотные аккумуляторы получили широкое распространение в автомобилях.

-> Дизайн обычного «автомобильного аккумулятора» существует уже более 100 лет
(Изображение любезно предоставлено Эмилианом Робертом Виколем 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 был все еще жидким, 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.

Компания Asahi Chemical из Японии построила первую литий-ионную батарею в 1985 году, а Sony создала первую коммерческую литий-ионную батарею в 1991 году.В конце 1990-х годов для литий-ионных аккумуляторов был создан мягкий гибкий корпус, 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» течет из катода.

На батареях 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 Вильямом Дэвисом 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 солевым раствором (электролитом) для разделения электродов

Ионы в электролите могут быть положительно заряженными, отрицательно заряженными и иметь различные размеры. 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. В этой реакции мы можем использовать движение электронов, 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 обычных щелочных батареях. 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. Литий-ионные аккумуляторы могут перегреваться и даже задымляться или загораться 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 батарее 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 над другом

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, иначе 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 мера количества 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 показывают зависимость напряжения батареи от емкости, например, эти тесты батареи AA, проведенные PowerStream. Чтобы выяснить, достаточно ли емкости аккумулятора для питания вашей цепи, 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 использовать специальные схемы, известные как «балансир», чтобы гарантировать, что напряжения между элементами остаются одинаковыми.Некоторые зарядные устройства, такие как это, имеют балансиры для безопасной зарядки.

Параллельный

Если напряжение отдельной ячейки 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 какая-либо разница в напряжении, может произойти короткое замыкание, что приведет к перегреву и, возможно, возгоранию.

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 дальнейшее развитие

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, которые используют 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.

.

Новый материал для аккумуляторов будущего - ScienceDaily

Исследователи открыли новый высокоэффективный и безопасный аккумуляторный материал (LTPS), способный ускорить зарядку и разрядку до невиданного до сих пор уровня. На практике, если первые испытания подтвердятся, этот новый материал можно будет использовать в аккумуляторах будущего с улучшенным хранением энергии, более быстрой зарядкой и разрядкой и более высокой безопасностью, ориентированной на множество применений - от смартфонов до электрических велосипедов и автомобилей.

Возобновляемые источники энергии, такие как ветер или фотоэлектрические, работают с перебоями.Пики производства не обязательно следуют за пиками спроса. Поэтому сохранение зеленой энергии имеет важное значение для отказа от ископаемого топлива. Энергия, вырабатываемая фотоэлектрическими элементами, накапливается в течение дня и с помощью энергии ветра, когда дует ветер, для использования позже, когда это необходимо.

Что у нас теперь?

Литий-ионная технология в настоящее время является наиболее эффективной технологией хранения энергии на основе аккумуляторов. Литий-ионные аккумуляторы используются в небольшой электронике (смартфоны, ноутбуки) и являются лучшим вариантом для электромобилей.Их недостаток? Литий-ионные аккумуляторы могут загореться, например, из-за производственных проблем. Частично это связано с наличием жидких органических электролитов в современных батареях. Эти органические электролиты необходимы для аккумулятора, но они легко воспламеняются.

Решение? Переход с жидкого горючего электролита на твердый (т. Е. Переход на "полностью твердотельные" батареи). Это очень сложный шаг, поскольку ионы лития в твердых телах менее подвижны, чем в жидкостях. Эта более низкая мобильность ограничивает характеристики аккумулятора с точки зрения скорости заряда и разряда.

Открытие, сделанное UCLouvain

Ученые искали материалы, которые могли бы сделать эти будущие полностью твердотельные батареи. Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе недавно обнаружили такой материал. Его имя? LiTi2 (PS4) 3 или LTPS. Исследователи наблюдали в LTPS самый высокий коэффициент диффузии лития (прямая мера подвижности лития), когда-либо измеренный в твердом теле. LTPS показывает коэффициент диффузии намного выше, чем у известных материалов. Результаты опубликованы в научном журнале Chem от Cell Press.

Открытие? Подвижность лития напрямую связана с уникальной кристаллической структурой (то есть расположением атомов) LTPS. Понимание этого механизма открывает новые перспективы в области литий-ионных проводников и, помимо LTPS, открывает путь к поиску новых материалов с аналогичными механизмами диффузии.

Что дальше? Исследователи нуждаются в дальнейшем изучении и улучшении материала, чтобы обеспечить его коммерциализацию в будущем. Это открытие, тем не менее, является важным шагом в понимании материалов с чрезвычайно высокой подвижностью ионов лития, которые в конечном итоге необходимы для разработки «полностью твердотельных» батарей будущего.Эти материалы, включая LTPS, могут в конечном итоге использоваться во многих технологиях, которые мы используем в нашей повседневной жизни, от автомобилей до смартфонов.

Это исследование было проведено в сотрудничестве с компанией Toyota, которая поддержала исследование научно и финансово. Был подан патент, в котором исследователи UCLouvain указаны как изобретатели.

История Источник:

Материалы предоставлены Католическим университетом Лувена . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

.

Battery - Energy Education

Рис. 1. 9-вольтовая батарея. [1]

Батарея - это устройство, которое накапливает энергию, а затем разряжает ее, преобразовывая химическую энергию в электричество. Обычные батареи чаще всего производят электричество химическим путем за счет использования одного или нескольких электрохимических элементов. [2] В аккумуляторах может использоваться и использовалось множество различных материалов, но наиболее распространенными типами аккумуляторов являются щелочные, литий-ионные, литий-полимерные и никель-металлогидридные.Батареи могут быть соединены друг с другом в последовательную или параллельную цепь.

Существует широкий выбор аккумуляторов, которые можно купить, и эти разные типы аккумуляторов используются в разных устройствах. Большие батареи используются для запуска автомобилей, а батареи меньшего размера могут питать слуховые аппараты. В целом, батарейки чрезвычайно важны в повседневной жизни.

Ячейки

Ячейка - это единое целое, производящее электричество каким-либо способом. Вообще говоря, клетки генерируют энергию с помощью термического, химического или оптического процесса.

Типичная ячейка имеет две клеммы (обозначаемые как электроды , ), погруженные в химикат (называемый электролитом , ). Два электрода разделены пористой стенкой или перемычкой , которая позволяет электрическому заряду проходить с одной стороны на другую через электролит. Анод - отрицательный вывод - получает электроны, а катод - положительный вывод - теряет электроны. Этот обмен электронами позволяет развивать разность потенциалов или разность напряжений между двумя выводами, позволяя течь электричеству. [2]

В батарее может быть огромное количество ячеек, от одной ячейки в батарее AA до более 7 100 ячеек в батарее Tesla Model S. [3]

Рис. 2. Схема в разрезе, показывающая анатомию щелочной батареи. [4]

Первичные элементы («сухие»)

В этих элементах химическое взаимодействие между электродами и электролитом вызывает постоянное изменение, что означает, что они не перезаряжаемые . [2] Эти батареи предназначены для одноразового использования, что приводит к большему количеству отходов от использования этих батарей, поскольку они утилизируются через относительно короткий период времени.

Вторичные элементы («мокрые»)

Этот тип элемента (обозначается как влажный из-за использования жидкого электролита) генерирует ток через вторичный элемент в направлении, противоположном направлению первого / нормального элемента. Это вызывает обратное химическое действие, которое эффективно восстанавливается, а это означает, что они перезаряжаемые . [2] Эти батареи могут быть более дорогими в приобретении, но производят меньше отходов, поскольку их можно использовать несколько раз.

Емкость аккумулятора

Батареи часто оценивают по выходному напряжению и емкости.Емкость - это время работы конкретной батареи в Ач (ампер-часах) [2] :

Батареи емкостью 1 Ач хватит на один час работы при 1 А.

Батареи можно также оценить по их энергоемкости. Это делается либо в ватт-часах, либо в киловатт-часах.

Батареи емкостью 1 кВтч хватит на один час при выработке 1 кВт электроэнергии.

Phet Simulation

Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующую симуляцию Фета.Это моделирование исследует, как батареи работают в электрической цепи:

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

  1. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Duracell_9_Volt_0849.jpg#/media/File:Duracell_9_Volt_0849.jpg
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 R.T. Пэйнтер, «Основные электрические компоненты и счетчики», в Введение в электричество , 1-е изд.Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2011, гл. 3, сек. 3.4, с. 89-94.
  3. ↑ Technology Metals Research. (Проверено 28 июля 2015 г.). Going Natural: The Solution to Tesla's Graphite Problem [Online], доступно: http://www.techmetalsresearch.com/2014/03/going-natural-the-solution-to-teslas-graphite-problem/
  4. ↑ Гиперфизика. (Проверено 28 июля 2015 г.). Угольно-цинковые батареи [Онлайн], Доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/battery.html
.Батарея

- История батареи

Аккумулятор

Батарея была изобретена итальянским физиком Алессандро Вольта в 1800 году. До его изобретения люди изучали статическое электричество, но никто не нашел источника электричества, который мог бы работать более секунды. Вольта показал, что электричество может производиться непрерывно в результате химической реакции. Первые батареи работали менее часа, но затем последовали многие улучшения, которые сделали их более практичными. Примерно до 1900 года, когда электростанции и провода для распределения электроэнергии стали обычным явлением, батареи были единственным источником электроэнергии.

  • Устройство, изобретенное Алессандро Вольта, «гальванический элемент», содержало слабокислотную жидкость, которая проводила заряд, и имела разные металлы на каждом конце короткой трубки. Он понял, что напряжение увеличится, если он сложит несколько штук.
  • Слово «батарея» обычно означало группу объектов, работающих вместе. Использование этого слова для обозначения электрического устройства приписывается Бенджамину Франклину. В 1749 году он использовал этот термин для обозначения стопки конденсаторов, с которой он экспериментировал.Аналогичным образом были устроены параллельные пластины или гальванические элементы в первых электрических «батареях».
  • Первая аккумуляторная батарея была изобретена в 1859 году. Она работала на свинцово-кислотной смеси. Этот тип до сих пор используется в качестве стартерной батареи в автомобилях.
  • Обычная трубчатая или блочная батарея, которая наиболее часто используется сегодня, называется «сухой элемент», потому что ей не требуется жидкость для проведения зарядов внутри нее. Первая сухая батарея была изобретена французским инженером Жоржем Лекланше в 1866 году.
  • За прошедшие годы в аккумуляторные батареи было внесено много улучшений. Последней крупной разработкой были литий-ионные батареи, изобретенные в 1985 году. Они перезаряжаемые и долговечные, что сделало их очень полезными для таких вещей, как цифровые камеры и сотовые телефоны.

Аккумулятор

.

Состав электролита контролирует работу аккумулятора

Мы обнаружили, что добавление воды значительно снижает разницу в напряжении (перенапряжения) между зарядкой / разрядкой. Предоставлено: АВТОРСКОЕ ПРАВО (C) ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТОЙОХАШИ.

Исследовательская группа кафедры электротехнической и электронной информационной инженерии Технологического университета Тоёхаси сообщила, что добавление воды в электролит улучшает функцию оксида ванадия, материала положительного электрода в ионно-кальциевых батареях.Хотя известно, что вода в электролитах вызывает множество отрицательных эффектов, теперь было обнаружено, что она вызывает явление, которое ускоряет обычно медленную реакцию кальций-ионных батарей. Результаты показывают, что это явление вызвано изменениями в структуре электролита. Исследователи полагают, что это открытие принесет большую пользу разработке электролитов для реализации кальций-ионных батарей в будущем.

Вторичные батареи являются ценным ресурсом для различных отраслей промышленности.Сегодня вторичные батареи необходимы для многоразовой энергии и электромобилей. Литий-ионные вторичные батареи уже широко используются в качестве мощных вторичных батарей. Однако в последние годы безопасность вторичных батарей подвергается сомнению, и в бесчисленных отчетах упоминается возгорание. Ожидается, что потребность во вторичных батареях будет расти в геометрической прогрессии вместе с ростом количества электромобилей. Это означает более высокий спрос на литий и, в свою очередь, такие проблемы, как более высокие цены и потенциальное истощение ресурсов.

Кальциево-ионные батареи - это тип вторичных батарей нового поколения, в которых не используется литий и которые могут обеспечивать напряжение батареи, которое может соперничать с литий-ионными батареями. По сравнению с литий-ионными батареями, кальциево-ионные батареи безопаснее, дешевле в производстве, а их ресурсы намного больше. Однако с кальциево-ионными батареями по-прежнему существует ряд проблем. Одна из таких проблем заключается в том, что они работают со скоростью намного меньшей, чем у литий-ионных батарей.

Добавление воды приводит к уменьшению содержания органического растворителя вокруг иона кальция и увеличению содержания воды.Вода также вызывает важные структурные изменения: отрицательный ион отделяется от иона кальция. Предоставлено: Технологический университет Тоёхаси.

В этом исследовании Университет Тоёхаси сообщил, что медленную скорость работы кальциево-ионных батарей можно улучшить, добавив в электролит воду. Графики результатов испытаний показывают, что перенапряжение, возникающее во время зарядки / разрядки, значительно уменьшается по мере увеличения количества добавленной воды, и эта реакция протекает без каких-либо проблем.Исследователи доказали, что это явление вызвано тем, что структура электролита сильно изменяется при добавлении воды.

Ёсиаки Мурата, доктор философии студент и первый автор исследования говорит: «Электролит состоит из положительных ионов (ионов кальция), отрицательных ионов и молекул растворителя, и состояние вокруг иона кальция сильно изменяется при добавлении воды. Это означает, что, Чтобы улучшить характеристики кальциево-ионной батареи, предпочтительно, чтобы отрицательный ион не был присоединен к иону кальция в электролите, а молекула растворителя, которая легко отделялась, была присоединена к иону кальция.Хотя нам все еще нужно открыть электролит с такими характеристиками, который не включает воду, чтобы получить кальций-ионные батареи, открытие этого явления, несомненно, поможет в разработке электролита в будущем ».

Результат настоящего исследования фактически был вторичным результатом, полученным при изучении новых электролитов.Электролиты должны быть в достаточной степени обезвожены, когда они проявятся, но этот процесс обезвоживания труден. Настоящее исследование проводилось в связи с улучшением характеристик аккумулятора при тестировании недостаточно обезвоженного электролита. Хотя есть сообщения о явлении, при котором характеристики, например, магниево-ионного аккумулятора улучшаются из-за добавления воды, механизм этого не был четко известен. Было удивительно, что то же самое явление можно было наблюдать в ионно-кальциевых батареях, и мы считаем, что выяснение механизма, стоящего за этим поведением, окажется полезным для будущего развития электролитов.

Наша исследовательская группа стремится разработать и оценить новые электролиты на основе этой недавно обнаруженной структуры электролита, которая улучшает характеристики кальциево-ионных батарей. Более того, мы были не единственными, кто это изучал; В последние годы наблюдается стремительный рост количества исследований кальциево-ионных батарей. В конечном итоге мы хотели бы разработать кальциево-ионную батарею, которая сможет конкурировать или обгонять литий-ионные батареи.


Совершенно ясно: кристалличность снижает сопротивление твердотельных батарей
Дополнительная информация: Йошиаки Мурата и др., Влияние воды в электролите на свойства введения / извлечения Ca 2 + V2O5, Electrochimica Acta (2018).DOI: 10.1016 / j.electacta.2018.10.103 Предоставлено Технологический университет Тоёхаси

Ссылка : Структура электролита контролирует работу аккумулятора (5 декабря 2018 г.) получено 11 декабря 2020 с https: // физ.org / news / 2018-12-electrolyte-battery.html

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

.Команда

изменяет химический состав электролита, чтобы предотвратить прокалывание структур - ScienceDaily

Ученые обнаружили основную причину роста игольчатых структур, известных как дендриты и усы, которые поражают литиевые батареи, иногда вызывая короткое замыкание и выход из строя , или даже огонь.

Команда под руководством Чонмина Ванга 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 структуру, известную как разделитель внутри батареи, так же, как сорняк может проткнуть бетонный внутренний дворик 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 нитевидных кристаллов 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 делает 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.

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 кантилевером 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, разбирающихся в электрохимии. Я надеюсь, что наши открытия 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, их контролю 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 к широкому использованию литий-металлических батарей в электромобилях, ноутбуках, мобильных телефонах и других областях.

.

Смотрите также