Электролит для аккумулятора как сделать: Как приготовить электролит

Содержание

Как сделать электролит для аккумулятора

Любой свинцовый аккумулятор работает на кислотном электролите. Без него был бы не возможен сам эффект накопления энергии. Сейчас технологии идут вперед и батареи уже с завода заправляются электрохимической жидкостью и заряжаются, то есть вам не нужно ничего делать, такие АКБ называют необслуживаемыми, у них в пластинах есть частички «кальция» и «серебра». Но так было не всегда, на заре еще в СССР большая популярность была у сурьмянистых АКБ, а вот они зачастую шли сухозаряженные («залить» и «зарядить» нужно было вам самим). Советую вам почитать мою статью про выбор аккумулятора и их типы. Конечно, готовый электролит сейчас достаточно легко купить, но существует еще много вопросов – как его сделать своими руками? Именно для автомобильного применения. Давайте разбираться …

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

Для начала давайте подумаем, что такое вообще этот электролит (применительно к автомобилю)? Это токопроводящая жидкость, которая под воздействием своего состава на свинцовые пластины может способствовать накоплению или отдаче электрического тока.

Собственно практически любая жидкость на нашей планете может быть электролитом в той или иной степени. Даже обычная вода! Кстати в человеческой крови, также есть принцип электролита, наши с вами нервные клетки передают импульсы именно через нее.

Состав электролита

Собственно тут нет ничего сложного. Нам нужно смешать серную кислоту и дистиллированную воду в нужной пропорции. Обычная «водопроводная» вода не подойдет, потому как в ней есть много примесей солей, частичек хлора и прочего, все это негативно влияет на пластины аккумулятора! Автомобильный электролит имеет нужную концентрацию, ее отображает плотность готового состава, обычно колеблется от 1,23 до 1,29 г/см3. Разные значения регулируют температурные зоны нашей страны. Так плотность в 1,23 г/см3 применяется в теплых регионах, а 1,29 (и даже больше) в холодных. Стоит помнить если значения плотность недостаточно, то батарея просто может замерзнуть при кране низких морозах.

Как сделать своими руками

Хочу сразу всех предостеречь – работы по производству электролита своими руками ОПАСНЫ! Потому как нам нужно будет работать с серной кислотой в высоких концентрациях. НА вас должны быть защитные средства, для рук, тела, дыхательных путей.

Что нам понадобиться:

  • Серная кислота плотностью не менее 1,83 г/см3
  • Дистиллированная вода
  • Фарфоровая емкость

Процесс изготовления очень прост, нам нужно смешать наши ингредиенты в нужной пропорции. Сразу хочу отметить, в процессе производства выделяется очень много тепла, поэтому не рекомендуется использовать стеклянные емкости, они банально могут лопнуть. Идеально использовать фарфор, далее, когда температура состава упадет, можно перелить в стеклянную или пластиковую тару.

Идеально добавлять кислоту в воду! Если делать наоборот, то будет происходить сильное бурление с выделением тепла (закипание).

Таким образом, смешиваем ингредиенты и замеряем плотность полученного состава ареометром, после того как добились нужного показателя — электролит готов.

Однако ареометр есть не у всех! Поэтому выложу небольшую подсказку, сколько и чего добавлять. Для плотности электролита:

1,23г/см3 – нужно в литр дистиллированной воды, добавить 280грамм серной кислоты

1,25г/см3 – на 1л. воды 310грамм кислоты

1,27г/см3 – на 1л. – 345грамм

1,29г/см3 – на 1л. – 385гр.

Таким образом, можно своими руками приготовить готовый электролит, больше ничего не нужно!

Использование высокой концентрации

Можете подумать – почему самая высокая концентрация в 1,29г/см3, можно ли больше? Вообще сейчас можно найти концентрат электролита плотностью в 1,4г/см3, но его также нужно разбавить водой и только затем наливать в сухозаряженный аккумулятор.

Высокие концентрации очень негативно влияют на пластины аккумулятора в целом, то есть они их разъедают, пусть медленно, но верно! Поэтому если налить высокие концентрации ваш АКБ прослужит недолго.

Для средней полосы России нормальный показатель равняется в 1,27 г/см3.

Электролит в заряженный аккумулятор

При разрядах плотность электролита может падать. Это происходит потому что — кислота, соединяясь со свинцом, оседает в виде сульфатов на пластинах. Стоит подзарядить АКБ и сульфаты начинают распадаться, концентрация восстанавливается.

Однако при глубоких разрядах, сульфаты образуют крупные кристаллы, которые банально запаковывают пластины, да и плотность критически падает.

Некоторые владельцы чтобы поднять плотность добавляют внутрь электролит с нужной концентрацией или что еще хуже «концентрат»! Делать этого НЕЛЬЗЯ! Потому как кристаллы сульфатов не распались (то есть пластины запакованы), а вы еще хуже усугубляете положение, добавляя концентрированный электролит.

Если у вас такое произошло, вам нужно воспользоваться методами либо десульфатации, либо переполюсовки вашей батареи.

Сейчас небольшой, но полезный ролик смотрим.

НА этом заканчиваю, думаю моя статья была вам полезна, искренне ваш АВТОБЛОГГЕР.

(7 голосов, средний: 4,29 из 5)

Похожие новости

Какая кислота в аккумуляторе автомобиля? Вопрос к химикам

Как заряжать AGM аккумулятор? В автомобиле и зарядным устройство.

Десульфатация аккумулятора. Работы своими руками, восстанавливае.

Белорусский автосервис

г. Липецк ул. Фадеева 9 +7 905 688 68 78

Как приготовить электролит для аккумулятора?

Автомобильные свинцово-кислотные стартерные аккумуляторные батареи заправляются электролитом, который является раствором серной кислоты h3SO4, плотностью 1,83 г/см3. От качества электролита, то есть от его плотности и чистоты используемых составляющих, напрямую зависит качество работы аккумулятора и срок его службы. При приготовлении электролита необходимо использовать только дистиллированную воду и чистую аккумуляторную серную кислоту. Даже самые незначительные примеси в электролите негативно скажутся на работе аккумулятора и сократят срок его службы.

Как известно, автомобильные аккумуляторы поступают в продажу сухозаряженными, то есть без электролита, или уже заправленными на заводе электролитом, и готовыми к эксплуатации. Главное преимущество сухозаряженных аккумуляторов в том, что их можно длительное время хранить, и после заправки такой аккумулятор не потеряет своих качеств. В свою очередь, заправленные электролитом аккумуляторы хранить можно меньше, но, такие батареи уже готовы к эксплуатации, что очень удобно. Кроме того, как правило, на заводах, где производяться аккумуляторы, для заправки аккумуляторов используется качественный электролит с необходимой плотностью, что можно считать еще одним преимуществом таких батарей.

Очень часто люди знают как подобрать и купить аккумулятор который уже готов к работе, но иногда, все же, автомобилистам приходится самостоятельно приготавливать электролит для заправки АКБ, или для его долива в банки аккумулятора. Для этой цели нужно в первую очередь подготовить соответствующую посуду. Вся посуда, используемая для приготовления электролита должна быть чистой и кислотоупорной, лучше всего для этой цели подходит стеклянная или пластиковая посуда. Вначале в емкость наливают дистиллированную воду, а затем, очень осторожно, тонкой струйкой в воду доливают серную кислоту, одновременно размешивая раствор стеклянной палочкой, или палочкой из иного кислотоупорного материала. Кислота должна равномерно перемешаться с водой по всему объему.

Кислоту нужно добавлять небольшими порциями, и периодически контролировать плотность раствора, замеряя её ареометром. Добавление кислоты прекращают, после того, как электролит достигнет необходимой плотности. В зависимости от сезона года и климатической зоны, в которой будет использоваться аккумулятор, плотность электролита может отличаться. В среднем она составляет от 1,21 до 1,31 г/см3. В районах с низкой температурой плотность электролита должна быть выше, а в местности, где температура выше, плотность электролита должна быть ниже. Например, в районах, где температура зимой не опускается ниже -30 градусов, плотность электролита должна быть 1,25 г/см3.

Для получения электролита нужной плотности, удобно пользоваться таблицей, составленной из того расчета, что используемая аккумуляторная кислота имеет плотность 1,83 г/см3. Так, для приготовления электролита плотностью 1,23 г/см3 нужно добавить на литр дистиллированной воды 280 г кислоты, для приготовления электролита плотностью 1,25 г/см3 соответственно 310 г кислоты на литр воды, для электролита плотностью 1,27 г/см3 – 345 г кислоты на литр воды, и для электролита плотностью 1,29 г/см3 – 385 г кислоты на литр воды.

При работе с кислотой соблюдайте меры предосторожности, используйте рабочие перчатки хб с прорезиненной основой, и надевайте защитные очки. Не вливайте воду в кислоту, так как при этом возможно разбрызгивание раствора в результате бурной реакции. В случае попадания кислоты или электролита на кожу, осторожно, с помощью заранее приготовленной ваты, снимите кислоту или электролит с тела, промойте этот участок кожи 5% -м раствором обычной пищевой соды, после чего обратитесь за медицинской помощью.

Электролит можно приготовить только из дистиллированной воды и аккумуляторной серной кислоты.

Инструменты и материалы:

  • электролит
  • аккумуляторная батарея
  • эбонитовая палочка
  • сосуд, устойчивый к действие серной кислоты (керамический, эбонитовый, свинцовый) емкостью около 5 л.

Процесс:

1. Возьмите емкость, устойчивую к действию серной кислоты, залейте туда дистиллированную воду.
2. Затем в заполненную дистиллированной водой емкость, маленькими порциями влейте серную кислоту, помешивая эбонитовой палочкой.
3. Ни в коем случае не вливайте воду в серную кислоту, т.к. электролит будет разбрызгиваться с выделение большого количества теп­ла и в результате чего вы можете получить серьезные ожоги.
4. Электролит готовится исходя из климатических условий местности. Для районов с умеренным климатом плотность электролиты должна быть — 1,28 г/см, т.е. для его изготовления вам нужно смешать компоненты в пропорции 0,36 л серной кислоты на 1 л дистиллированной воды.
5. В теплых районах плотность электролита должна составлять 1,26 г/см, для подготовки берут 0,33 л серной кислоты и 1 литр дистиллированной воды.
6. Готовый электролит оставьте на 15–20 часов в закрытой емкости для его остывания, и чтобы произошло выпадение осадка на дно емкости.

Делаем электролит для АКБ собственноручно | Описания, разъяснения | Статьи

Без электролита не возможен процесс накопления энергии. На данный момент технологии стремятся вверх и источники питания уже с завода заправляются электрохимической жидкостью и заряжаются, по сути вам нет нужды что-либо делать, данный аккумуляторные батареи именуют как необслуживаемыми, у них в пластинах имеются части «кальция» и «серебра».

Однако, так было не во а все времен, еще в Советском Союзе огромная популярность была у сурьмянистых аккумуляторных батареях, а вот они в свою очередь, как правило шли сухозаряженные («залить» и «зарядить» необходимо было вам самим). Всем владельцам АКБ необходимо знать, что такое этот электролит? Это токопроводящая жидкость, какая под влиянием своего состава на свинцовые пластины может помогать при накапливанию или отдаче электрического тока.

Как раз, почти все жидкости на Земле могут быть электролитом, в той или другой мерой. В частности, обыкновенная вода! К тому же, в человеческой крови, тоже иметься понятие электролита, наши с вами нервные клетки передают импульсы как раз через нее.

СОСТАВ ЭЛЕКТРОЛИТА

Именно, тут нет ничего трудного. Вам необходимо смешать серную кислоту и дистиллированную воду в необходимой пропорции. Стандартная «водопроводная» вода не подойдет, ибо в ней иметься огромное количество различных примесей солей, примесей хлора и другого, все это пагубно влияет на пластины источника питания! Электролит автомобиля имеет необходимую концентрацию, ее отзеркаливает плотность готового состава, как правило она колеблется от 1,23 до 1,29 г/см3. Различные значения контролирует температурные зоны Украины. Так плотность в 1,23 г/см3 применяется в теплых регионах, а 1,29 (и даже больше) в холодных. Не стоит забывать, что если значения плотность мало, то аккумулятор автомобиля элементарно может замерзнуть при кране сильном холоде.

КАК ПРОИЗВЕСТИ СОБСТВЕННОРУЧНО РУКАМИ

Перед тем как начать это, вам необходимо знать, что всякие операции по изготовлению электролита своими руками очень опасны для вашего здоровья! Ибо нам необходимо будет трудиться с серной кислотой в огромных концентрациях. НА вас непременно должны быть одеты защитные средства, для рук, тела, дыхательных путей.

ЧТО БУДЕТ НЕОБХОДИМО:

  • Серная кислота плотностью более чем 1,83 г/см3
  • Дистиллированная вода
  • Фарфоровая посудина

Процесс производства крайне легок, нам необходимо смешать наши ингредиенты в необходимой пропорции. В частности, в процессе изготовления выделяется обильное количество тепла, вследствие этого не стоит применять стеклянные емкости, они элементарно могут лопнуть. Безупречно для этого вам подойдет фарфор, далее, когда температура состава уменьшиться, можно перелить в стеклянную или пластиковую тару.

Далее, смешиваем ингредиенты и меряем плотность одержанного состава ареометром, после того как дошли до необходимого показателя — электролит готов.

Как бы там ни было, ареометр есть ни у каждого в гараже! Оттого, тут стоит немного помочь, какое количество и что добавлять. Для плотности электролита:

1,23г/см3 – необходимо в литр дистиллированной воды, долить 280грамм серной кислоты

1,25г/см3 – на 1л. воды 310грамм кислоты

1,27г/см3 – на 1л. – 345грамм

1,29г/см3 – на 1л. – 385гр.

Вот так вот, можно собственноручно приготовить электролит, больше ничего не требуется!

ЭЛЕКТРОЛИТ В ЗАРЯЖЕННЫЙ АВТОМОБИЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

При разрядах плотность электролита может уменьшаться. Это случается, ибо кислота, объединяясь со свинцом, обосновывается в виде сульфатов на пластинах. Необходимо совершить процесс подзарядки аккумуляторной батареи и сульфаты приниматься распадаться, концентрация возобновляется.

Как бы там ни было, при глубоких разрядах, сульфаты создадут крупные кристаллы, какие тривиально запаковывают пластины, да и плотность критически падает.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Как приготовить электролит для аккумулятора


Приготовление электролита для аккумуляторов своими руками

В настоящее время выбор аккумуляторных батарей огромен — в продаже можно найти уже готовые к использованию источники питания, а также сухозаряженные батареи, которые требуют осуществить приготовление электролита и его заливку до начала эксплуатации. Дальнейшее обслуживание аккумуляторов многие часто осуществляют в сервисах. По разным причинам может возникнуть необходимость самостоятельно приготовить раствор. Чтобы это мероприятие увенчалось успехом, следует знать, как сделать электролит в домашних условиях.

Что такое электролит?

Электролит — электропроводящий раствор, содержащий в своём составе дистиллированную воду и серную кислоту, едкий калий или натрий в зависимости от типа источника питания.

Концентрация серной кислоты в АКБ

Этот показатель кислотности напрямую зависит от необходимой плотности электролита. Изначально средняя концентрация этого раствора в автомобильном аккумуляторе — около 40% в зависимости от температуры и климата, в которых используется источник питания. Во время эксплуатации концентрация кислоты падает до 10–20%, что сказывается на работоспособности АКБ.

Вместе с тем стоит понимать, что аккумуляторная серная составляющая — наичистейшая жидкость, которая на 93% состоит непосредственно из кислоты остальные 7% — примеси. На территории России производство этого химиката строго регламентировано — продукция должна соответствовать требованиям ГОСТ.

Отличия электролитов для разных типов аккумуляторов

Несмотря на то что принцип работы раствора одинаков для разных источников питания, следует знать о некоторых различиях составов. В зависимости от состава принято выделять щелочной и кислотный электролиты.

Щелочные АКБ

Этот вид источников питания характеризуется наличием гидроокиси никеля, окиси бария и графита. Электролит в этом виде аккумуляторов представляет собой 20% раствор едкого калия. Традиционно используется добавка моногидрата лития, которая позволяет продлить срок эксплуатации АКБ.

Щелочные источники питания отличаются отсутствием взаимодействия калийного раствора с веществами, образуемыми во время работы аккумулятора, что способствует аксимальному уменьшению расхода.

Кислотные АКБ

Этот вид источников питания является одним из самых традиционных, поэтому и раствор в них знаком многим — смесь дистиллированной воды и серного раствора. Концентрат электролита для свинцово-кислотных аккумуляторов дешёво стоит и характеризуется способностью проводить ток большой величины. Плотность жидкости должна соответствовать климатическим показателям.

Таблица 1. Рекомендуемая плотность электролита

Другие виды АКБ: можно ли приготовить электролит для них самостоятельно?

Отдельно хотелось бы обратить внимание на современные свинцово-кислотные источники питания — гелевые и AGM. Они также могут быть заправлены собственноручно приготовленным раствором, который в них находится в специфической форме — в виде геля или внутри сепараторов. Для заправки гелевых аккумуляторов понадобится ещё один химический компонент — силикагель, который загустит кислотный раствор.

Кадмиевоникелевые и железоникелевые аккумуляторы

В отличие от свинцовых источников питания, кадмиево- и железоникелевые заливаются щелочным растовром, который является смесью дистиллированной воды и едкого калия или натрия. Гидроксид лития, входящий в состав этого раствора для определённых температурных режимов, позволяет увеличить срок службы АКБ.

Таблица 2. Состав и плотность электролита для кадмиево- и железоникелевых и аккумуляторов.

Железоникелевые источники питания рекомендуется эксплуатировать в тех же условиях, что и кадмиево-никелевые. Однако стоит отметить, что они более восприимчивы к низким температурам. Поэтому их следует использовать до минус 20 градусов.

Как правильно приготовить электролит в домашних условиях: техника безопасности

Приготовление раствора — работа с кислотами и щелочами, поэтому соблюдение мер предосторожности необходимо для самых опытных людей. Перед началом действия подготовьте средства защиты:

  • резиновые перчатки
  • одежду и фартук, устойчивый химическим веществам;
  • защитные очки;
  • нашатырный спирт, кальцинированную соду или борный раствор, чтобы нейтрализовать кислоту и щёлочь.
 Оборудование

Для приготовления аккумуляторного электролита помимо самого источника питания потребуются следующие предметы:

  • ёмкость и палочка, устойчивые к воздействию кислот и щелочей;
  • дистиллированная вода;
  • инструменты для измерения уровня, плотности и температуры раствора;
  • аккумуляторная серная жидкость — для кислотной АКБ, твёрдые или жидкие щелочи, литий — для соответствующих видов АКБ, силикагель — для гелевых аккумуляторов.
 Последовательность процесса: делаем электролит для кислотно-свинцового источника питания

Перед началом работ ознакомьтесь с информацией, приведённой в таблице 3. Она позволит выбрать необходимый объем жидкостей. В аккумуляторах залито от 2,6 до 3,7 литра кислотного раствора. Мы рекомендуем разводить примерно 4л электролита.

Таблица 3. Пропорции воды и серной кислоты.

  • В ёмкость, устойчивую к едким веществам, налейте нужный объем воды.
  • Разбавлять воду кислотой следует постепенно.
  • По окончании процесса вливания замеряйте плотность получившегося электролита с помощью ареометра.
  • Дайте составу отстояться около 12 часов.

Таблица 4. Плотность электролита для разных климатов.

Концентрация кислотного раствора должна соотноситься с минимальной температурой, при которой эксплуатируется аккумулятор. Если жидкость получилась слишком концентрированной, её необходимо разбавить дистиллированной водой.

Смотрите видео, как измерить плотность электролита.

Внимание! Вливать воду в кислоту нельзя! В результате этой химической реакции может возникнуть закипание состава, что приведёт к его расплескиванию и возможности получить кислотные ожоги!

Обращаем ваше внимание, что во время смешивания компонентов выделяется тепло. В подготовленный аккумулятор следует заливать остывший раствор.

Способ развести электролит для щелочного источника питания

Плотность и количество электролита в таких аккумуляторах указана в инструкции по эксплуатации источника питания или на сайте компании-производителя.

Необходимая плотность раствора

Количество твёрдой щелочи равняется количеству электролита, разделенному на

1,17–1,19 г/см³

5

1,19–1,21 г/см³

3

1,25–1,27 г/см³

2

  • Влейте в посуду дистиллированную воду.
  • Добавьте щелочь.
  • Смешайте раствор, герметично его закройте и дайте настояться в течение 6 часов.
  • По истечении времени слейте образовавшийся светлый раствор — электролит готов.

При появлении осадка следует его перемешивать. Если к концу отстаивания он остаётся, слейте электролит так, чтобы осадок не попал в аккумулятор — это приведёт к уменьшению срока его эксплуатации.

Внимание! Во время работ температура щелочного раствора не должна превышать 25 градусов по Цельсию. Если жидкость чрезмерно нагревается, охладите её.

После приведения раствора к комнатной температуре и его заливке в аккумулятор, источник питания необходимо полностью зарядить током, составляющим 10% от ёмкости АКБ (60Ач — 6А).

Как видите, приготовление раствора электролита не такое сложное дело. Главное, следует чётко определиться с необходимым количеством ингредиентов и помнить о безопасности. Вы пробовали развести электролит своими руками? Поделитесь опытом с нашими читателями в комментариях.

Что такое электролит для аккумуляторов и как его приготовить?

Электролит – одна из основных составляющих аккумуляторных батарей, которые дают возможность запуска автомобиля. Он бывает нескольких видов, различающихся по своему составу. Своевременный контроль за количеством и качеством электролита в аккумуляторе позволит избежать преждевременный выход аккумулятора из строя и сэкономить на покупке нового устройства.

Содержание статьи

Виды, состав и особенности

На данный момент различают три вида электролитов для аккумуляторов, для щелочных аккумуляторов — щелочной, а для кислотных — кислотный, но так же выделяют и корректирующий электролит, необходимый при обслуживании батарей.

Как определить кислотный аккумулятор или щелочной? Проще всего это сделать по маркировке корпуса и по материалу, из которого он сделан. Корпус кислотных АКБ всегда изготавливается из специального пластика, тогда как щелочные батареи могут быть сделаны из металла. Так же можно определить протестировав каплю электролита из аккумулятора: кислотный электролит вступит в реакцию с содой или мелом.

Кислотный

Представляет собой смесь серной кислоты, составляющей тридцать пять процентов всего состава, и дистиллированной воды, которая занимает оставшиеся шестьдесят пять. Данный состав в аккумуляторе находится в емкости со свинцовыми пластинами, при контакте этих элементов и происходит выработка тока.

Преимущества кислотного электролита:

  • Высокий уровень КПД
  • Слабая потеря заряда при бездействии
  • Выдача высокого стартового тока
  • Невысокая стоимость

Недостатки:

  • Чувствительность к перепадам температур
  • Неэкологичность
  • Необходимость регулярного контроля плотности состава

Следует отметить, что кислотный электролит используется в большинстве моделей аккумуляторных батарей для автомобилей, так как только он способен давать достаточное количество тока для запуска двигателя. При этом аккумуляторы, изготовленные с использованием данного раствора, делятся на две группы:

  • Обслуживаемые
  • Необслуживаемые

Первый вид обеспечивает легкий доступ к содержимому банок. В них можно замерять плотность электролита, при необходимости заливать дистиллированную воду и электролит, просто открутив крышки с банок.

В случае с необслуживаемыми моделями провести подобные действия также возможно, однако для этого нужно самостоятельно вскрыть устройство, провести нужные действия, а затем герметично их закрыть. В подобных случаях могут быть использованы дрель и сварочный аппарат.

Проводить замену электролита в необслуживаемых моделях стоит только в тех случаях, когда их гарантийный срок истек. Часто это производится исключительно для получения опыта проведения подобных операций.

Щелочной

Щелочной электролит состоит из гидроокиси калия, натрия, лития или всех этих составляющих в комплексе, разведенных в воде.

К достоинствам данного вида относятся:

  • Длительный период службы
  • Способность сохранять свойства при значительных перепадах температуры
  • Гораздо меньшее выделение вредных газов в атмосферу
  • Способность выдерживать встряски
  • Неприхотливость в обслуживании

Недостатки:

  • Меньшая величина электродвижущей силы по сравнению с кислотными
  • Отсутствие способности подачи стартового тока для запуска двигателя
  • Более высокая стоимость

Несмотря на долгий срок службы, неприхотливость и другие преимущества применение данного вида электролита в автомобильной промышленности ограничено. Виной тому неспособность выработки достаточного уровня стартового тока, необходимого для запуска двигателя. К минусам также относятся их внушительные габариты.

Однако устройства на щелочном электролите успешно применяются в обеспечении током тяговых и локомотивных составов.

Важно! Перед осуществлением замены следует убедиться, что аккумулятор именно щелочной. В противном случае АКБ можно полностью вывести из строя.

Корректирующий

Данный электролит является специальным составом с высоким содержанием активных веществ, используемый для повышения плотности электролита аккумулятора. Он предназначен для повышения концентрации активных веществ в батарее. 

В продаже можно встретить следующие виды корректирующего электролита:

  • Твердый калиево-литиевый
  • Жидкий калиево-литиевый с различной плотностью
  • Жидкий кислотный

Корректирующий электролит можно изготовить самостоятельно, имея под рукой необходимые для этого составы, однако зачастую его проще купить, так как стоимость его более чем доступна.

Как пользоваться корректирующим электролитом:

  • Удалить из банок немного электролита
  • Долить в них такое же количество корректирующей жидкости
  • Установить АКБ на заряд номинальным током для запуска процесса смешивания полученного состава на полчаса
  • Оставить батарею на остывание на пару часов
  • Произвести замер плотности и при необходимости отрегулировать его снова

При повторной коррекции количество заменяемого электролита следует уменьшить.

Как приготовить самостоятельно

Перед тем, как самостоятельно заменить электролит для аккумулятора, необходимо принять соответствующие меры безопасности и приготовить предметы индивидуальной защиты:

  • Перчатки
  • Фартук
  • Защитные очки
  • Раствор соды на случай попадания средства на кожу или предметы одежды
  • Уксус или лимонную кислоту – для нейтрализации щелочи

Проводить действия следует в хорошо проветриваемом помещении с температурой воздуха не выше +25 C°. Следует заранее знать, какой объем готового электролита потребуется для заполнения батарей. В среднем, в современных АКБ количество раствора составляет от 2,6 до 3,7 литра. Поэтому стоит сразу ориентироваться на максимальное количество. За основу можно взять 4 литра конечного раствора.

Для приготовления электролита необходимо заранее приготовить следующие предметы:

  • Посуду достаточной емкости, изготовленную из материала, устойчивого к воздействию кислоты и щелочи
  • Небольшую палочку для перемешивания электролита
  • Инструменты для проведения замеров плотности, температуры и уровня раствора
  • Для кислотного электролита – серную жидкость, для щелочного – щелочь в твердом или жидком виде, литий или силикагель

Важно! Все используемые материалы должны быть химически нейтральными для исключения возникновения ненужных реакций при их соприкосновении. В качестве емкости вполне подойдут обычные стеклянные банки.

Процесс приготовления щелочного электролита

Ингредиенты для приготовления данного состава могут быть как в жидком виде, так и в твердом. Если с первым все понятно, то перед тем как залить, щелочной электролит из твердого вещества потребуется развести в дистиллированной воде.

Требуемая плотность указывается на сайте производителя аккумулятора, также информацию можно найти в прилагаемой инструкции по эксплуатации. Твердый электролит берется пропорционально нужному количеству окончательного жидкого раствора и составляет:

  • 1/5 – для получения раствора плотностью 1,17-1,19 г/м³
  • 1/3 – для раствора плотностью 1,19-1,21 г/м³
  • 1/2 — для раствора плотностью 1,25-1,27 г/м³

Процесс приготовления состоит из следующих шагов:

  • Налить в посуду дистиллированную воду
  • Добавить нужное количество щелочи
  • Перемешать раствор
  • Плотно закрыть крышкой
  • Настаивать в течение 6 часов

После того, как процесс настаивания будет завершен, необходимо слить светлый раствор. Если часть состава выпадает в осадок, нужно его регулярно перемешивать. При заливке нужно следить, чтобы он остался на дне, не попав в аккумулятор, в противном случае это грозит выходом АКБ из строя.

Приготовление раствора 
для свинцовых аккумуляторов

Перед тем, как разбавить кислотный электролит, необходимо определить нужные пропорции. Они зависят от климатических условий, в которых планируется эксплуатация устройства.

Для получения электролита плотностью 1,28 г/м³, что приемлемо для средних климатических условий, потребуется в один литр дистиллированной воды влить 0,36 л серной кислоты. Для жарких регионов количество серной кислоты уменьшается до 0,33 л на то же количество воды.

Как разводить аккумуляторную кислоту:

  • Налить в подготовленную емкость дистиллированную воду
  • Аккуратно тонкой струйкой влить в нее кислоту
  • Измерить плотность полученного раствора
  • Оставить раствор настаиваться на 12 часов

Важно! Нельзя вливать воду в кислоту! Правильно — вливать кислоту в воду. Не следует торопиться, вливая кислоту, давайте возможность ей постепенно раствориться в воде.

Инструкция по замене

Замена электролита производится в следующих случаях:

  • Электролит в банках изменил цвет, стал мутным. Причиной тому может быть использование не дистиллированной воды для добавки, а обычно. Она может содержать примеси, вступающие в химическую реакцию с электролитом и образовывая твердые соединения, выпадающие в осадок
  • После зарядки аккумулятора невозможно добиться нужной плотности
  • Электролит вытек по неосторожности
  • Новый аккумулятор быстро разряжается. Причиной тому может быть замерзание раствора

Замена электролита, независимо от того, является он щелочным или кислотным, производится в несколько шагов:

  • Демонтаж аккумулятора из транспортного средства
  • Очистка АКБ от загрязнений
  • Выкачивание имеющейся жидкости с помощью груши или шприца
  • Промывка банок дистиллированной водой
  • Заливка электролита с помощью груши или аналогичных приспособлений

Уровень заливки определяется метками внутри банок. Если они отсутствуют, нужно руководствоваться правилом – электролит должен быть на уровне выше пластин на 5-7 миллиметров. При этом от его уровня до крышек банок должно оставаться не менее двух сантиметров.

Очень важно при сливе электролита не наклонять его в сторону и тем более не переворачивать. На дне сосудов могут оказаться твердые частицы, которые застрянут в пластинах, полностью выведя их из строя. Допускается легкое покачивание воды из стороны в сторону при промывании, такие же действия можно производить после заливки электролита в аккумулятор.

После этого АКБ устанавливается на зарядку, после чего следует проверить получившуюся плотность. Замеры должны производиться не арене, чем через пару часов после снятия устройства с зарядки, так как существует риск получить завышенные показания. Если плотность недостаточно высокая или, напротив, имеет излишние значения, ее следует отрегулировать добавлением кислоты, щелочи или дистиллированной воды.

Полезное видео

Видео инструкция о замене электролита

Заключение

Независимо от типа электролита, используемого в эксплуатируемой АКБ, можно самостоятельно произвести его полную замену, проверку плотности и других показателей. Однако стоит помнить о технике безопасности, так как электролит – опасный химический состав, способный значительно повредить кожные покровы и глаза.

 

Змена электролита в аккумуляторе и как приготовить пропорцию

Электролит является химическим раствором, и состоит из серной кислоты и дистиллированной воды. Состав способствует протеканию химических реакций между положительно и отрицательно заряженными свинцовыми пластинами в аккумуляторной батарее. При нормальных условиях эксплуатации АКБ требуется проводить только контроль уровня электролита и оценивать его плотность (около 1,27 г/см3).

В случае отдельных сбоев – понижение уровня, выкипание, несвоевременное обслуживание возможно изменение уровня и состояния химического раствора. Это значительно снижает срок эффективного использования АКБ, приводит к возникновению нештатных ситуаций.

Когда нужно доливать электролит в аккумулятор и как это делается

Следует учитывать, что замена электролита в АКБ не является частым процессом. В основном пользователи ограничиваются контролем уровня и состояния жидкости. Для понимания причин снижения плотности раствора следует вспомнить принцип работы электрохимической машины.

В процессе эксплуатации АКБ наиболее частой неисправностью является потеря электролитом плотности. После передачи батареей части энергии при запуске двигателя, питания других потребителей происходит последующая подзарядка. Ток поступает от генератора, или допустимо использовать внешний источник энергии. В случае недостаточного заряда возникает такой процесс, как сульфатация пластин. При разряде АКБ оксид свинца образуется в ускоренном режиме. В результате необходимые вещества изымаются из окружающего вещества, с учетом того, из чего состоит электролит для аккумуляторов. Как следствие – его плотность понижается.

Любой владелец авто без труда в состоянии при помощи ареометра проверить плотность раствора. Процесс намного более простой, чем замена электролита. При пониженном значении следует соотношение кислоты и воды за счет добавления раствора с начальным более высоким значением.

Для корректной оценки измерение плотности проводят на начально заряженной батарее. Возможны два варианта развития событий:

  1. Плотность находится в допустимых значениях – 1,25-1,27 г/см3. При малом уровне в отдельных банках следует только доливать дистиллированную воду в батарею.
  2. Плотность пониженная – значение от 1,20-1,25 г/см3 и ниже. Добавляют раствор с более высокой концентрацией (около 1,34 единиц).

Для повышения плотности применяют принцип замещения. Из банки с низкой плотностью грушей откачивают раствор из области над поверхностью пластин. На освободившееся место доливают раствор большей плотностью. Проводят последующий замер показателя плотности после отстоя источника тока в течение нескольких часов. После доливки уровень жидкости должен быть не выше меток, а если они отсутствуют – превышать на 5–7 мм верхнюю кромку свинцовых пластин.

Как поменять электролит в аккумуляторе автомобиля и когда это нужно

При контрольном осмотре могут быть обнаружены признаки, указывающие на то, что потребуется полная замена электролита:

1. Замутнение раствора, частичное изменение цвета. Для оценки состояния жидкости следует часть ее извлечь из каждой секции.
2. После частичной замены не удается добиться нужной плотности.
3. Раствор подвергался полной заморозке. К примеру, при плотности около 1,10 г/см3 (глубокий разряд) заморозка произойдет при 7–8 градусах мороза.

Кислотный состав нормальной плотности выдержит отрицательную температуру на уровне ниже -54 °С.

Полная замена электролита в аккумуляторе начинается с извлечения прежнего раствора. Ни в коем случае не следует сливать жидкость из банок путем наклона батареи. Стоит помнить, из чего состоит АКБ. Свинцовый осадок со дна с легкостью закоротит разно полярные пластины, попав между ними.

До начала замены электролита в автомобильном аккумуляторе следует приготовить подручные инструменты: емкость для старой жидкости, воронку, приспособления для откачки жидкости.

Поменять электролит легче, постепенно отсасывая грушей или шприцом прежний раствор из каждой секции. Предварительно корпус аккумулятора очищают от загрязнений. После откачки для замены электролита в АКБ выполняют последовательные действия:

  • проводят промывку внутренней полости, заливая дистиллированную воду до необходимого уровня;
  • заливают свежий раствор плотностью 1,27 единиц.

Для обретения второй жизни заменить электролит в аккумуляторе автомобиля недостаточно. Потребуется зарядка устройства с соблюдением режима.

После замены электролита сколько нужно заряжать аккумулятор

Прежде чем заряжать аккумулятор после замены электролита, дайте отстояться АКБ несколько часов. Разрешено покачать корпус с целью удаления пузырьков воздуха.
Режим зарядки АКБ предполагает использование малых зарядных токов – 0,1А. Процесс проводят по циклу – заряд-разряд, контролируя плотность. Не следует допускать излишнего кипячения раствора с учетом возможной потери концентрации воды.

При обнаружении излишней сульфатации свинцовых пластин допускается использовать присадку для растворения налета. На качество нового раствора этот процесс не повлияет. Время полного растворения оксида составляет около 2 суток.

Окончательный замер плотности и степени зарядки проводится не ранее чем через два часа после отключения батареи от зарядного устройства. При контроле тестером на полную зарядку укажет напряжение на клеммах на уровне 14–15 В. Но процесс следует продолжить в течение еще двух часов, чтобы убедиться на стабильность показателя плотности.

Как приготовить электролит для аккумулятора

Если с вопросом как заменить электролит в аккумуляторе все становится ясно, то остается приготовить химический раствор. На сегодняшний день приготовление электролита не является острой необходимостью. Кислотный состав плотностью 1,27 г/см3 доступен в свободной продаже.

В зависимости от размеров и электрической емкости батареи будет отличаться объем приготавливаемой жидкости. Для большинства легковых моделей не понадобится жидкости более 2,6-3,7 литра. Стоит заранее высчитать объем необходимых ингредиентов с учетом конечного объема с запасом — около 4 литров.

Теоретически, приготовление электролита для аккумуляторов плотностью 1,28 единиц включает в себя следующие пропорции:

  • дистиллированная вода – 1 л;
  •  серная кислота – 0,33 л.

При смешивании важно помнить, как правильно вливать компоненты – в воду льют кислоту. Перемешивать не нужно, при постепенном добавлении процесс успешно протекает самостоятельно. По окончании приготовления раствора оставляют его на 12 часов, по истечении которых проводят замер плотности.

В случае самостоятельного приготовления следует учитывать, что серная кислота должна иметь отличную степень чистоты, что требуется стандартом. Допустимое содержание примесей – не более 7%.

Использование h4SO4 неизвестного происхождения не позволит заменить электролит в аккумуляторе автомобиля с успехом.
В случае использования щелочного аккумулятора процесс замены рабочей среды несколько отличается. Для приготовления щелочного электролита используют готовый сухой щелочной электролит – обычно Натрий-Литиевый. Этот состав смешивают в нужной пропорции с дистиллированной водой.

К примеру, для традиционной концентрации 1,27 г/см3 используют соотношение сухая смесь/готовый раствор как 1 к 2 частям. Более подробно следует прочитать инструкцию к смеси, а также изучить рекомендации производителя отдельной модели источника тока.

Следует внимательно отнестись к утилизации старого состава. Не экологично сливать его просто в канализацию или землю. Обратитесь в специальные службы по сбору кислоты.Проведенная работа не потребует значительных финансовых и временных затрат. В ответ владелец авто получит надежный запуск двигателя в любой сезон года.

Видео про замену электролита в аккумуляторе


Как приготовить электролит

Электролит можно приготовить только из дистиллированной воды и аккумуляторной серной кислоты.

Инструменты и материалы:

  • электролит
  • аккумуляторная батарея
  • эбонитовая палочка
  • сосуд, устойчивый к действие серной кислоты (керамический, эбонитовый, свинцовый) емкостью около 5 л.

Процесс:

1. Возьмите емкость, устойчивую к действию серной кислоты, залейте туда дистиллированную воду.
2. Затем в заполненную дистиллированной водой емкость, маленькими порциями влейте серную кислоту, помешивая эбонитовой палочкой.
3. Ни в коем случае не вливайте воду в серную кислоту, т.к. электролит будет разбрызгиваться с выделение большого количества теп­ла и в результате чего вы можете получить серьезные ожоги.
4. Электролит готовится исходя из климатических условий местности. Для районов с умеренным климатом плотность электролиты должна быть — 1,28 г/см, т.е. для его изготовления вам нужно смешать компоненты в пропорции 0,36 л серной кислоты на 1 л дистиллированной воды.
5. В теплых районах плотность электролита должна составлять 1,26 г/см, для подготовки берут 0,33 л серной кислоты и 1 литр дистиллированной воды.
6. Готовый электролит оставьте на 15–20 часов в закрытой емкости для его остывания, и чтобы произошло выпадение осадка на дно емкости.

кислотный, щелочной, корректирующий, состав и пропорции, как правильно приготовить и залить

Электролит – одна из основных составляющих аккумуляторных батарей, которые дают возможность запуска автомобиля. Он бывает нескольких видов, различающихся по своему составу. Своевременный контроль за количеством и качеством электролита в аккумуляторе позволит избежать преждевременный выход аккумулятора из строя и сэкономить на покупке нового устройства.

Виды, состав и особенности

На данный момент различают три вида электролитов для аккумуляторов, для щелочных аккумуляторов — щелочной, а для кислотных — кислотный, но так же выделяют и корректирующий электролит, необходимый при обслуживании батарей.

Как определить кислотный аккумулятор или щелочной? Проще всего это сделать по маркировке корпуса и по материалу, из которого он сделан. Корпус кислотных АКБ всегда изготавливается из специального пластика, тогда как щелочные батареи могут быть сделаны из металла. Так же можно определить протестировав каплю электролита из аккумулятора: кислотный электролит вступит в реакцию с содой или мелом.

Кислотный

Представляет собой смесь серной кислоты, составляющей тридцать пять процентов всего состава, и дистиллированной воды, которая занимает оставшиеся шестьдесят пять. Данный состав в аккумуляторе находится в емкости со свинцовыми пластинами, при контакте этих элементов и происходит выработка тока.

Преимущества кислотного электролита:

  • Высокий уровень КПД
  • Слабая потеря заряда при бездействии
  • Выдача высокого стартового тока
  • Невысокая стоимость

Недостатки:

  • Чувствительность к перепадам температур
  • Неэкологичность
  • Необходимость регулярного контроля плотности состава

Следует отметить, что кислотный электролит используется в большинстве моделей аккумуляторных батарей для автомобилей, так как только он способен давать достаточное количество тока для запуска двигателя. При этом аккумуляторы, изготовленные с использованием данного раствора, делятся на две группы:

  • Обслуживаемые
  • Необслуживаемые

Первый вид обеспечивает легкий доступ к содержимому банок. В них можно замерять плотность электролита, при необходимости заливать дистиллированную воду и электролит, просто открутив крышки с банок.

В случае с необслуживаемыми моделями провести подобные действия также возможно, однако для этого нужно самостоятельно вскрыть устройство, провести нужные действия, а затем герметично их закрыть. В подобных случаях могут быть использованы дрель и сварочный аппарат.

Проводить замену электролита в необслуживаемых моделях стоит только в тех случаях, когда их гарантийный срок истек. Часто это производится исключительно для получения опыта проведения подобных операций.

Щелочной

Щелочной электролит состоит из гидроокиси калия, натрия, лития или всех этих составляющих в комплексе, разведенных в воде.

К достоинствам данного вида относятся:

  • Длительный период службы
  • Способность сохранять свойства при значительных перепадах температуры
  • Гораздо меньшее выделение вредных газов в атмосферу
  • Способность выдерживать встряски
  • Неприхотливость в обслуживании

Недостатки:

  • Меньшая величина электродвижущей силы по сравнению с кислотными
  • Отсутствие способности подачи стартового тока для запуска двигателя
  • Более высокая стоимость

Несмотря на долгий срок службы, неприхотливость и другие преимущества применение данного вида электролита в автомобильной промышленности ограничено. Виной тому неспособность выработки достаточного уровня стартового тока, необходимого для запуска двигателя. К минусам также относятся их внушительные габариты.

Однако устройства на щелочном электролите успешно применяются в обеспечении током тяговых и локомотивных составов.

Важно! Перед осуществлением замены следует убедиться, что аккумулятор именно щелочной. В противном случае АКБ можно полностью вывести из строя.

Корректирующий

Данный электролит является специальным составом с высоким содержанием активных веществ, используемый для повышения плотности электролита аккумулятора. Он предназначен для повышения концентрации активных веществ в батарее. 

В продаже можно встретить следующие виды корректирующего электролита:

  • Твердый калиево-литиевый
  • Жидкий калиево-литиевый с различной плотностью
  • Жидкий кислотный

Корректирующий электролит можно изготовить самостоятельно, имея под рукой необходимые для этого составы, однако зачастую его проще купить, так как стоимость его более чем доступна.

Как пользоваться корректирующим электролитом:

  • Удалить из банок немного электролита
  • Долить в них такое же количество корректирующей жидкости
  • Установить АКБ на заряд номинальным током для запуска процесса смешивания полученного состава на полчаса
  • Оставить батарею на остывание на пару часов
  • Произвести замер плотности и при необходимости отрегулировать его снова

При повторной коррекции количество заменяемого электролита следует уменьшить.

Как приготовить самостоятельно

Перед тем, как самостоятельно заменить электролит для аккумулятора, необходимо принять соответствующие меры безопасности и приготовить предметы индивидуальной защиты:

  • Перчатки
  • Фартук
  • Защитные очки
  • Раствор соды на случай попадания средства на кожу или предметы одежды
  • Уксус или лимонную кислоту – для нейтрализации щелочи

Проводить действия следует в хорошо проветриваемом помещении с температурой воздуха не выше +25 C°. Следует заранее знать, какой объем готового электролита потребуется для заполнения батарей. В среднем, в современных АКБ количество раствора составляет от 2,6 до 3,7 литра. Поэтому стоит сразу ориентироваться на максимальное количество. За основу можно взять 4 литра конечного раствора.

Для приготовления электролита необходимо заранее приготовить следующие предметы:

  • Посуду достаточной емкости, изготовленную из материала, устойчивого к воздействию кислоты и щелочи
  • Небольшую палочку для перемешивания электролита
  • Инструменты для проведения замеров плотности, температуры и уровня раствора
  • Для кислотного электролита – серную жидкость, для щелочного – щелочь в твердом или жидком виде, литий или силикагель

Важно! Все используемые материалы должны быть химически нейтральными для исключения возникновения ненужных реакций при их соприкосновении. В качестве емкости вполне подойдут обычные стеклянные банки.

Процесс приготовления щелочного электролита

Ингредиенты для приготовления данного состава могут быть как в жидком виде, так и в твердом. Если с первым все понятно, то перед тем как залить, щелочной электролит из твердого вещества потребуется развести в дистиллированной воде.

Требуемая плотность указывается на сайте производителя аккумулятора, также информацию можно найти в прилагаемой инструкции по эксплуатации. Твердый электролит берется пропорционально нужному количеству окончательного жидкого раствора и составляет:

  • 1/5 – для получения раствора плотностью 1,17-1,19 г/м³
  • 1/3 – для раствора плотностью 1,19-1,21 г/м³
  • 1/2 — для раствора плотностью 1,25-1,27 г/м³

Процесс приготовления состоит из следующих шагов:

  • Налить в посуду дистиллированную воду
  • Добавить нужное количество щелочи
  • Перемешать раствор
  • Плотно закрыть крышкой
  • Настаивать в течение 6 часов

После того, как процесс настаивания будет завершен, необходимо слить светлый раствор. Если часть состава выпадает в осадок, нужно его регулярно перемешивать. При заливке нужно следить, чтобы он остался на дне, не попав в аккумулятор, в противном случае это грозит выходом АКБ из строя.

Приготовление раствора 
для свинцовых аккумуляторов

Перед тем, как разбавить кислотный электролит, необходимо определить нужные пропорции. Они зависят от климатических условий, в которых планируется эксплуатация устройства.

Для получения электролита плотностью 1,28 г/м³, что приемлемо для средних климатических условий, потребуется в один литр дистиллированной воды влить 0,36 л серной кислоты. Для жарких регионов количество серной кислоты уменьшается до 0,33 л на то же количество воды.

Как разводить аккумуляторную кислоту:

  • Налить в подготовленную емкость дистиллированную воду
  • Аккуратно тонкой струйкой влить в нее кислоту
  • Измерить плотность полученного раствора
  • Оставить раствор настаиваться на 12 часов

Важно! Нельзя вливать воду в кислоту! Правильно — вливать кислоту в воду. Не следует торопиться, вливая кислоту, давайте возможность ей постепенно раствориться в воде.

Инструкция по замене

Замена электролита производится в следующих случаях:

  • Электролит в банках изменил цвет, стал мутным. Причиной тому может быть использование не дистиллированной воды для добавки, а обычно. Она может содержать примеси, вступающие в химическую реакцию с электролитом и образовывая твердые соединения, выпадающие в осадок
  • После зарядки аккумулятора невозможно добиться нужной плотности
  • Электролит вытек по неосторожности
  • Новый аккумулятор быстро разряжается. Причиной тому может быть замерзание раствора

Замена электролита, независимо от того, является он щелочным или кислотным, производится в несколько шагов:

  • Демонтаж аккумулятора из транспортного средства
  • Очистка АКБ от загрязнений
  • Выкачивание имеющейся жидкости с помощью груши или шприца
  • Промывка банок дистиллированной водой
  • Заливка электролита с помощью груши или аналогичных приспособлений

Уровень заливки определяется метками внутри банок. Если они отсутствуют, нужно руководствоваться правилом – электролит должен быть на уровне выше пластин на 5-7 миллиметров. При этом от его уровня до крышек банок должно оставаться не менее двух сантиметров.

Очень важно при сливе электролита не наклонять его в сторону и тем более не переворачивать. На дне сосудов могут оказаться твердые частицы, которые застрянут в пластинах, полностью выведя их из строя. Допускается легкое покачивание воды из стороны в сторону при промывании, такие же действия можно производить после заливки электролита в аккумулятор.

После этого АКБ устанавливается на зарядку, после чего следует проверить получившуюся плотность. Замеры должны производиться не арене, чем через пару часов после снятия устройства с зарядки, так как существует риск получить завышенные показания. Если плотность недостаточно высокая или, напротив, имеет излишние значения, ее следует отрегулировать добавлением кислоты, щелочи или дистиллированной воды.

Полезное видео

Видео инструкция о замене электролита

Заключение

Независимо от типа электролита, используемого в эксплуатируемой АКБ, можно самостоятельно произвести его полную замену, проверку плотности и других показателей. Однако стоит помнить о технике безопасности, так как электролит – опасный химический состав, способный значительно повредить кожные покровы и глаза.

 

Вконтакте

Facebook

Twitter

Google+

Приготовление электролита для аккумуляторных батарей

Какова зависимость плотности электролита от климатической зоны?

Электролит приготовляется путём разведения аккумуляторной серной кислотыплотностью 1,83-1,84 г/см3 (ГОСТ 667–73) в дистиллированной воде с допустимыми примесями.

Химическая чистота электролита оказывает существенное влияние наработоспособность и срок службы батарей. Загрязнение электролита такими вредными примесями, как железо, марганец, хлор и другие, приводит к повышенному саморазряду батарей, снижению отдаваемой ёмкости, разрушению электродов ипреждевременному выходу батареи из строя. Поэтому для приготовления электролита запрещается применять техническую серную кислоту и загрязненную (недистиллированную) воду. При приготовлении электролита, приведении батарей в рабочее состояние и техническом обслуживании батарей в процессе эксплуатациинеобходимо пользоваться только специальной посудой (стойкой к действию серной кислоты) и соблюдать чистоту.

В исключительных случаях при отсутствии дистиллированной воды для приготовления электролита допускается использование снеговой или дождевой воды, предварительно профильтрованной через чистое полотно для очистки от механических загрязнений. Нельзя собирать воду с железных крыш и в железные сосуды.

Электролит следует готовить в стойкой к действию серной кислоты посуде (эбонитовой, фаянсовой, керамической и т.п.), соблюдая при этом особую осторожность и правила техники безопасности. Применение железной, медной или цинковой посуды категорически запрещается!

Аккумуляторные батареи в зависимости от климатической зоны заливаются электролитом, имеющим плотность, указанную в графе 4 таблицы №1: «Плотность электролита при приведении аккумуляторных батарей в рабочее состояние с учётом климатических зон». Электролит требуемой плотности может быть приготовлен непосредственно из кислоты плотностью 1,83-1,84 г/см3 и дистиллированной воды. Однако при непрерывном вливании кислоты в воду происходит сильный разогрев раствора (80-90°C) и требуется длительное время для его остывания. Поэтому для приготовления электролита требуемой плотности более удобно применять раствор кислоты промежуточной плотности 1,40 г/см3, так как в этом случае значительносокращается время охлаждения электролита.

Раствор серной кислоты плотностью 1,40 г/см3, приведённой к 25°C, должен готовиться заранее и после охлаждения храниться в стеклянной или полиэтиленовой посуде.

Количество воды, кислоты или её раствора плотностью 1,40 г/см3, необходимое для приготовления 1 л электролита, указано в таблице №2: «Количество дистиллированной воды, кислоты или её раствора плотностью 1,40 г/см3, необходимое для приготовления 1 л электролита требуемой плотности при температуре 25°C».

Таблица №1:
Плотность электролита при приведении аккумуляторных батарей в рабочее состояние с учётом климатических зон

Климатические зоны и районы Средняя месячная температура воздуха в январе, °C Время года Плотность электролита, приведённая к 25°C, г/см3
заливаемого полностью заряженной батареи
1 2 3 4 5
очень холодная от –50 до –30 зима 1,28 1,30
лето 1,24 1,26
холодная от –30 до –15 круглый год 1,26 1,28
умеренная от –15 до –4 круглый год 1,24 1,26
тёплая и влажная от +4 до + 6 круглый год 1,20 1,22
жаркая от –15 до +4 круглый год 1,22 1,24
Примечание: Допускаются отклонения плотности электролита на ±0,01 г/см3.

Расчёт проводится в такой последовательности: определяется общий объём электролита для заливки нужного числа батарей, затем подсчитывается количество дистиллированной воды и раствора кислоты плотностью 1,40 г/см3, нужное для приготовления электролита заданной плотности для заливки всех батарей.

Таблица №2:
Количество дистиллированной воды, кислоты или её раствора плотностью 1,40 г/см3, необходимое для приготовления 1 л электролита требуемой плотности при температуре 25°C

Требуемая плотность электролитаг/см3 Количество воды, л Количество серной кислоты плотностью 1,83 г/см3 Количество воды, л Количество раствора серной кислоты
плотностью
1,40 г/см3, л
л кг
1,20 0,859 0,200 0,365 0,547 0,476
1,21 0,849 0,211 0,385 0,519 0,500
1,22 0,839 0,221 0,405 0,491 0,524
1,23 0,829 0,231 0,424 0,465 0,549
1,24 0,819 0,242 0,444 0,438 0,572
1,25 0,809 0,253 0,464 0,410 0,601
1,26 0,800 0,263 0,484 0,382 0,624
1,27 0,791 0,274 0,503 0,357 0,652
1,28 0,781 0,285 0,523 0,329 0,679
1,29 0,772 0,295 0,541 0,302 0,705
1,31 0,749 0,319 0,585 0,246 0,760
Примечания:
1). Если требуется приготовить электролита больше или меньше одного литра, необходимо взять количество воды и кислоты или раствора, кратное или долевое к указанному в таблице. Например, для приготовления 5 л электролита количество воды и кислоты, приведённое в таблице, нужно умножить на 5, а для приготовления 0,5 л – умножить на 0,5.
2). Аккумуляторная серная кислота учитывается на складах и выдаётся потребителям не в литрах, а в килограммах, поэтому при составлении заявки и получении кислоты со склада надо знать потребное её количество в килограммах. Можно также определить нужное количество кислоты в килограммах, умножив рассчитанное её количество в литрах на 1,83.
При возникновении сомнений относительно температуры замерзания электролита обратитесь к таблице №3

Таблица №3:
Температура замерзания электролита

Плотность электролита
при 25°C, г/см3
Температура
замерзания, °C
Плотность электролита
при 25°C, г/см3
Температура
замерзания, °C
1,09 –7 1,22 –40
1,10 –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 1,30 –66
1,18 –22 1,31 –64
1,19 –25 1,32 –57
1,20 –28 1,33 –54
1,21 –34 1,40 –37

Заливка батарей электролитом

Температура электролита, заливаемого в аккумуляторные батареи, должна быть не выше 30°C и не ниже 15°C. Непосредственно перед заливкой электролита вывёртывают вентиляционные пробки и удаляют детали или элементы пробки, герметизирующие вентиляционные отверстия. Если в горловине под пробкой имеется герметизирующий диск, его необходимо удалить. Затем постепенно, небольшой струёй заливают электролит до тех пор, пока поверхность электролита не коснётся нижнего торца тубуса горловины крышки.

Завышенная плотность электролита приводит к снижению срока службы аккумулятора.
Заниженная плотность электролита приводит к снижению ЭДС и затруднению пуска двигателя, а также к повышению опасности замерзания электролита в зимний период эксплуатации.

Как работает аккумулятор — Любопытно

Представьте себе мир без батарей. Все те портативные устройства, от которых мы так зависим, были бы настолько ограничены! Мы сможем доставить наши ноутбуки и телефоны так, чтобы их кабели были доступны только для того, чтобы сделать это новое работающее приложение, которое вы только что загрузили на свой телефон, практически бесполезным.

К счастью, батарейки у нас есть. Еще в 150 г. до н.э. в Месопотамии парфянская культура использовала устройство, известное как багдадская батарея, сделанное из медных и железных электродов с уксусом или лимонной кислотой.Археологи считают, что на самом деле это не батареи, а в основном они использовались для религиозных церемоний.

Изобретение батареи в том виде, в котором мы ее знаем, приписывают итальянскому ученому Алессандро Вольта, который собрал первую батарею, чтобы доказать свою точку зрения другому итальянскому ученому Луиджи Гальвани. В 1780 году Гальвани показал, что лапы лягушек, подвешенных на железных или латунных крючках, подергиваются при прикосновении к зонду из другого металла. Он считал, что это вызвано электричеством из тканей лягушек, и назвал это «животным электричеством».

Луиджи Гальвани обнаружил, что лапы лягушек, подвешенных на латунных крючках, дергались, когда их толкали зондом из другого металла. Он думал .

Как сделать электролит

3. Подготовить электролизер и монеты для электролиза

1) Как сделать электролит

Сделать электролит для электролитической очистки монет легко: растворите одну столовую ложку пищевой соды (бикарбоната натрия) в одном галлоне (3,78 литра) дистиллированной воды. Некоторые консерваторы утверждают, что сода для стирки более полезна для электролитической очистки, чем пищевая сода, потому что сода для стирки обычно используется для удаления жира, масла и некоторых минералов.

Из своего опыта работы с электролизом я выяснил, что электролит пищевой соды так же эффективен, как и раствор стиральной соды, и безвреден — он не раздражает кожу, как стиральная сода. А мелкие загрязнения — масло, жир и минералы легко смываются с монет ацетоном.

Сода стиральная и пищевая

Соду для стирки можно купить в любом супермаркете или приготовить карбонат натрия дома самостоятельно. Выложите пищевую соду на противень и запекайте в духовке при температуре 149 ° C в течение часа.Тепло отгоняет углекислый газ (CO2) и молекулы воды; таким образом, делая стиральную соду.

НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ ТАБЛИЧНУЮ СОЛЬ (хлорид натрия) в электролитическом растворе! Электролитический раствор, приготовленный из поваренной соли, будет генерировать ХЛОРИНОВЫЙ ГАЗ, который может быстро и быстро травмировать вас! Другая опасность может возникнуть, если хлор из соли объединяется с выделяющимся водородом, образуя соляную кислоту!

Кроме того, НЕ рекомендуется добавлять в электролит щелочь и / или очистители для сточных вод (содержащие загрязнения)! Доказано, что при использовании щелока или какой-либо другой вредной «добавки» не достигается заметного увеличения скорости процесса.На самом деле не стоит рисковать, связанными с использованием опасного материала и утилизацией щелочного раствора.

• Какая вода используется в электролите
Обычно рекомендуется использовать только дистиллированную воду (доступную в большинстве супермаркетов) или деионизированную воду для приготовления электролита. Водопроводная вода может содержать определенные минералы или химические вещества, которые могут загрязнить электролит, отложиться на монетах или помешать процессу.

• Как определить правильное количество пищевой соды для электролита
Если вы используете зарядное устройство с амперметром в качестве источника питания для электролиза, есть простой способ определить оптимальное количество пищевой соды, необходимое для приготовления электролита в чане любого объема; никаких расчетов и измерений не требуется.

После того, как вы поместили электрод и монету в банку и все соединили (все подробности приведены на следующих страницах), наполните емкость водой (разъемы электродов — зажимы типа «крокодил», нельзя погружать!), Установите ручку регулировки силы тока. в подходящем положении включите зарядное устройство и медленно добавьте в банку небольшое количество пищевой (или стиральной) соды, хорошо помешивая, чтобы вся сода быстро растворилась.

Теперь следите за стрелкой (или стрелкой) индикатора амперметра при добавлении соды: стрелка сначала будет двигаться медленно, но затем будет двигаться быстрее, так как концентрация соды в растворе увеличивается. Когда указатель останавливается (сила тока перестает быстро расти), количество соды в растворе является оптимальным, т. Е. Через электролит проходит не слишком большой ток для выполнения работы, поэтому источник питания — зарядное устройство для аккумулятора не будет «перегружен» «, и никакие соединительные провода не будут слишком горячими и сожженными.Ваш электролит готов! А ваш электролизный аппарат очистит монеты с максимальной эффективностью!

Необходимо сделать достаточный запас электролита не для добавления его в электролитическую ячейку во время электролиза, а для замены загрязненного и израсходованного раствора электролита. Когда слой электролита в процессе опустился, нужно добавить в него только ВОДУ!

2) Подготовка монет к электролизу: механическое удаление рыхлой грязи и корки нейлоновой щеткой

Перед электролитической очисткой монеты любая монета должна быть «подготовлена» к процессу, чтобы процесс можно было легко запустить и запустить без проблем и в более чистой среде внутри электролитической ячейки.

В случае недавно выкопанной монеты рекомендуется на некоторое время поместить ее в ванну с горячей водой, чтобы грязь, мусор и чрезмерная корка немного ослабли. Монету следует подвергнуть этой обработке несколько раз, и после каждого замачивания следует чистить монету нейлоновой щеткой до тех пор, пока большая часть грязи и рыхлой корки не исчезнет. Перед электролизом монеты постарайтесь удалить с монеты как можно больше грязи.

.

Как работают батареи? | Живая наука

Батарейки везде. Современный мир зависит от этих портативных источников энергии, которые можно найти во всем: от мобильных устройств до слуховых аппаратов и автомобилей.

Но, несмотря на то, что они широко используются в повседневной жизни людей, батареям часто не уделяют должного внимания. Подумайте об этом: вы действительно знаете, как работает аккумулятор? Не могли бы вы объяснить это кому-нибудь другому?

Вот краткое изложение научных данных об источниках энергии для смартфонов, электромобилей, кардиостимуляторов и многого другого.[Тест: электрические и газовые автомобили]

Анатомия аккумулятора

Большинство аккумуляторов состоят из трех основных частей: электродов, электролита и сепаратора, по словам Энн Мари Састри, соучредителя и генерального директора Sakti3, базирующейся в Мичигане. запуск аккумуляторных технологий.

В каждой батарее по два электрода. Оба сделаны из токопроводящих материалов, но выполняют разные функции. Один электрод, известный как катод, подключается к положительному концу батареи и является местом, где электрический ток выходит (или электроны входят) в батарею во время разряда, то есть когда батарея используется для питания чего-либо.Другой электрод, известный как анод, подключается к отрицательному полюсу батареи и является местом, где электрический ток входит (или электроны покидают) батарею во время разряда.

Между этими электродами, а также внутри них находится электролит. Это жидкое или гелеобразное вещество, содержащее электрически заряженные частицы или ионы. Ионы соединяются с материалами, из которых состоят электроды, производя химические реакции, которые позволяют батарее генерировать электрический ток.[Взгляд изнутри на работу батарей (инфографика)]

Типичные батареи питаются за счет химической реакции. [См. Полную инфографику] (Изображение предоставлено Карлом Тейтом, художником по инфографике)

Последняя часть батареи, разделитель, довольно проста. Роль сепаратора состоит в том, чтобы удерживать анод и катод отдельно друг от друга внутри батареи. По словам Састри, без разделителя два электрода соприкоснутся, что приведет к короткому замыканию и нарушит нормальную работу батареи.

Как это работает

Чтобы представить себе, как работает батарейка, представьте, как вы вставляете щелочные батарейки, такие как двойные AA, в фонарик. Когда вы вставляете эти батарейки в фонарик, а затем включаете его, на самом деле вы замыкаете цепь. Накопленная в батарее химическая энергия преобразуется в электрическую, которая выходит из батареи в основание лампы фонарика, заставляя ее загораться. Затем электрический ток снова входит в батарею, но на противоположном конце от того места, где он выходил изначально.

Все части батареи работают вместе, чтобы фонарик загорался. Электроды в батарее содержат атомы определенных проводящих материалов. Например, в щелочной батарее анод обычно изготавливается из цинка, а диоксид марганца действует как катод. Электролит между электродами и внутри них содержит ионы. Когда эти ионы встречаются с атомами электродов, между ионами и атомами электродов происходят определенные электрохимические реакции.

Серия химических реакций, протекающих в электродах, известна как окислительно-восстановительные (окислительно-восстановительные) реакции.В батарее катод известен как окислитель, потому что он принимает электроны от анода. Анод известен как восстановитель, потому что он теряет электроны.

В конечном итоге эти реакции приводят к потоку ионов между анодом и катодом, а также к освобождению электронов от атомов электрода, — сказал Састри.

Эти свободные электроны собираются внутри анода (нижняя плоская часть щелочной батареи). В результате два электрода имеют разные заряды: анод становится отрицательно заряженным, когда высвобождаются электроны, а катод становится положительно заряженным, поскольку электроны (которые заряжены отрицательно) поглощаются.Эта разница в заряде заставляет электроны двигаться к положительно заряженному катоду. Однако у них нет возможности попасть внутрь батареи, потому что разделитель не позволяет им сделать это.

Когда вы щелкаете выключателем на фонарике, все меняется. У электронов теперь есть путь к катоду. Но сначала они должны пройти через основание лампы фонарика. Схема замыкается, когда электрический ток снова входит в батарею через верхнюю часть батареи у катода.

Перезаряжаемые и неперезаряжаемые

Для первичных батарей, например, в фонарике, реакции, питающие батарею, в конечном итоге прекратятся, а это означает, что электроны, которые обеспечивают батарею ее зарядом, больше не будут создавать электрический ток. Когда это происходит, аккумулятор разряжен или «мертв», — сказал Састри.

Вы должны выбросить такие батареи, потому что электрохимические процессы, которые заставили батарею производить энергию, не могут быть обращены вспять, объяснил Састри.Однако электрохимические процессы, происходящие во вторичных или перезаряжаемых батареях, могут быть обращены вспять путем подачи электроэнергии в батарею. Например, это происходит, когда вы подключаете аккумулятор мобильного телефона к зарядному устройству, подключенному к источнику питания.

Некоторые из наиболее распространенных используемых сегодня вторичных батарей — это литий-ионные (литий-ионные) батареи, от которых питается большинство бытовых электронных устройств. Эти батареи обычно содержат угольный анод, катод из диоксида лития-кобальта и электролит, содержащий соль лития в органическом растворителе.Другие перезаряжаемые батареи включают никель-кадмиевые (NiCd) и никель-металл-гидридные (NiMH) батареи, которые можно использовать в таких вещах, как электромобили и аккумуляторные электроинструменты. Свинцово-кислотные (Pb-кислотные) батареи обычно используются в автомобилях и других транспортных средствах для запуска, освещения и зажигания.

По словам Састри, все эти аккумуляторные батареи работают по одному и тому же принципу: когда вы подключаете батарею к источнику питания, поток электронов меняет направление, и анод и катод возвращаются в исходное состояние.[10 лучших подрывных технологий]

Battery lingo

Хотя все батареи работают более или менее одинаково, разные типы батарей имеют разные характеристики. Вот несколько терминов, которые часто встречаются при любом обсуждении батарей:

Напряжение : Когда дело доходит до батарей, напряжение — также известное как номинальное напряжение ячейки — описывает величину электрической силы или давления, при которой свободные электроны — переходите от положительного полюса батареи к отрицательному, — пояснил Састри.В батареях с более низким напряжением ток выходит из батареи медленнее (с меньшей электрической силой), чем в батареях с более высоким напряжением (с большей электрической силой). Батареи в фонарике обычно имеют напряжение 1,5 В. Однако, если в фонарике используются две батареи последовательно, эти батареи или элементы имеют общее напряжение 3 вольта.

Свинцово-кислотные батареи, подобные тем, которые используются в большинстве неэлектрических автомобилей, обычно имеют напряжение 2,0 вольт. Но обычно в автомобильном аккумуляторе последовательно соединено шесть таких ячеек, поэтому вы, вероятно, слышали, что такие батареи называются 12-вольтовыми батареями.

Литий-кобальтооксидные батареи — наиболее распространенный тип литий-ионных батарей, используемых в бытовой электронике, — имеют номинальное напряжение около 3,7 вольт, сказал Састри.

Ампер : Ампер или ампер — это мера электрического тока или количества электронов, которые проходят через цепь в течение определенного периода времени.

Емкость : Емкость или емкость элемента измеряется в ампер-часах, то есть количество часов, в течение которых батарея может подавать определенное количество электрического тока, прежде чем ее напряжение упадет ниже определенного порога, согласно сообщению Райса. Кафедра электротехники и вычислительной техники университета.

9-вольтовая щелочная батарея, используемая в портативных радиоприемниках, рассчитана на 1 ампер-час, что означает, что эта батарея может непрерывно подавать один ампер тока в течение 1 часа, прежде чем она достигнет порогового значения напряжения и будет считаться разряженной.

Плотность мощности : Плотность мощности описывает количество энергии, которое батарея может выдать на единицу веса, сказал Састри. По словам Састри, для электромобилей важна плотность мощности, потому что она показывает, насколько быстро автомобиль может разогнаться от 0 до 60 миль в час (97 км / ч).Инженеры постоянно пытаются найти способы сделать батареи меньше, не уменьшая при этом их удельной мощности.

Плотность энергии : Плотность энергии описывает, сколько энергии способна отдавать батарея, деленное на объем или массу батареи, сказал Састри. Это число соответствует вещам, которые имеют большое влияние на пользователей, например, сколько времени вам нужно пройти до зарядки мобильного телефона или как далеко вы можете проехать на электромобиле, прежде чем остановиться, чтобы подключить его. techEpalermo .Следуйте за Live Science @livescience , Facebook и Google+ .

Дополнительные ресурсы

.

Как ухаживать за свинцово-кислотными аккумуляторами

Знаете ли вы основную причину выхода свинцово-кислотных аккумуляторов из строя и потери емкости? Сульфатирование аккумулятора. Это причина этих проблем в 80% случаев. Но с правильными инструментами для обслуживания аккумуляторов и небольшими затратами времени вы вернете свои аккумуляторы к жизни и сохраните их надежную работу. Узнайте все, что вам нужно знать об обслуживании аккумулятора.

Стартерные аккумуляторы, полутяговые аккумуляторы, тяговые аккумуляторы и даже стационарные аккумуляторы — все они нуждаются в техническом обслуживании, чтобы полностью раскрыть свой потенциал.Регулярно выполняйте три основные задачи обслуживания, которые мы здесь описываем, чтобы оптимизировать производительность и надежность ваших свинцово-кислотных аккумуляторов.

Добавьте дистиллированную воду в свинцово-кислотную батарею

Жидкость в свинцово-кислотном аккумуляторе называется электролитом. На самом деле это смесь серной кислоты и воды. Когда аккумулятор заряжается, электролит нагревается, и часть воды испаряется. Во время процесса, называемого электролизом, вода распадается на газообразные водород и кислород, которые рассеиваются.Результат? Уровень электролита в батарее со временем снижается.

Если уровень электролита слишком низкий, пластины аккумуляторных элементов обнажатся и будут повреждены. Кроме того, серная кислота будет более концентрированной. Это означает, что вам необходимо заменить электролит. Вот как вы это делаете.

1. Проверить уровень воды в аккумуляторной батарее с помощью индикатора уровня

Как узнать, когда нужно добавить воды в аккумулятор? Это один из самых частых вопросов, которые нам задают.Вы можете постоянно проверять свою батарею или каждую батарею в каждой машине в вашем парке, но это ужасно трудоемко, и есть более простые подходы. Индикаторы специально разработаны для проверки уровня воды в аккумуляторе. Они уведомят вас, когда вам нужно зарядить аккумулятор.

Доступны разные системы. Один из них — Smartblinky. Вы устанавливаете его за вилкой аккумулятора. Есть ли зеленый свет? Ваш уровень электролита в порядке. Когда индикатор загорится красным, значит, пора добавить воды в аккумуляторные батареи.

Вы добавляете воду в аккумулятор до или после зарядки? Перед зарядкой всегда убедитесь, что электролит покрывает пластины аккумулятора. Если пластины закрыты, зарядите аккумулятор и при необходимости долейте. Это связано с тем, что электролит расширяется во время зарядки и, скорее всего, выльется через край, если вы уже долили его перед зарядкой.

2. Убедитесь, что у вас всегда под рукой дистиллированная вода.

Никогда не заливайте в аккумулятор обычную воду. Это повредит вашу батарею.Вам нужно использовать дистиллированную воду. Она также известна как деионизированная вода и деминерализованная вода. В основном это вода, прошедшая фильтрацию для удаления металлов и минералов, которые могут мешать процессам в вашей батарее.

Купите дистиллированную воду в строительном магазине или у специалиста по автомобильным запчастям. Также легко сделать самому. Вам нужна простая водопроводная вода и устройство для деминерализации, такое как Hydropure. Самые простые из этих устройств наполнены смолой. Вы впускаете водопроводную воду, смола отфильтровывает металлы и минералы из воды, и у вас остается деионизированная, деминерализованная, дистиллированная вода, которая подходит для использования с вашей батареей.

3. Установить автоматическую систему заливки воды в аккумуляторную батарею

Сколько дистиллированной воды вы добавляете в аккумулятор? Это еще один вопрос, который нам часто задают. Ответ варьируется от одной батареи к другой. Это одна из причин, по которой мы рекомендуем использовать систему наполнения аккумулятора водой.

В системе наполнения водой аккумуляторных батарей используются крышки заливных горловин с поплавками, которые соединяются друг с другом через водяные шланги. Они предохраняют аккумулятор от переполнения. И они экономят ваше время. Все, что вам нужно сделать, это налить в шланг дистиллированную воду.Все остальное сделает система розлива.

Свинцово-кислотная батарея выравнивания

Вторая задача в обслуживании аккумуляторов — зарядка. Очень важно, чтобы батареи заряжались равномерно.

Чем больше вы используете аккумулятор, тем больше может колебаться емкость разных элементов. Одна ячейка может быть полностью заряжена, а другая — наполовину. В этом случае аккумулятор заряжается не полностью.

Мы советуем использовать уравнительное зарядное устройство для выравнивающего заряда.Выравнивание батареи — это простой процесс, который предотвращает это. Зарядное устройство для аккумулятора обеспечивает более низкий ток в течение более длительного периода времени. В то время как типичный цикл зарядки длится около восьми часов, стабилизация занимает около одиннадцати часов. Поскольку он также требует более длительного времени охлаждения, чем обычный цикл зарядки, лучше всего выполнять выравнивающий заряд в выходные дни, чтобы у вас было достаточно времени для зарядки и охлаждения аккумулятора перед тем, как снова его использовать.

Что делать, если ваша батарея уже страдает от сульфатации? К счастью, сульфатирование можно контролировать и даже уменьшить.Просто пошлите через батарею большие кратковременные токи. Этот процесс называется восстановлением батареи.

Держите аккумулятор в чистоте

И последнее, но не менее важное: очень важно содержать аккумулятор в чистоте.

Кислота, грязь и пыль в аккумуляторной батарее, как известно, вызывают токи утечки, которые приводят к разрядке аккумулятора и выходу его из строя. Чистая батарея необходима. Как лучше это сделать? Используйте пароочиститель для батарей, например AQ steam или AQ steam pro.

У вас есть вопросы по любой из этих задач по обслуживанию аккумуляторов? Вы хотите знать, какие продукты лучше всего подходят для обслуживания свинцово-кислотных аккумуляторов? Вы найдете ответы — и все остальное, что вам нужно знать — в нашем профессиональном руководстве по обслуживанию аккумуляторов. Нажмите на кнопку, чтобы посмотреть его в Интернете.

Загрузите нашу инструкцию по обслуживанию аккумуляторной батареи

.

Как восстановить батареи: пошаговое руководство

Батареи могут быть очень опасными при неправильном обращении, особенно если у вас нет соответствующих средств защиты. Крайне важно носить очки и перчатки, чтобы аккумуляторная кислота не вылилась и не обожгла кожу или что-либо еще, с чем она соприкасается. Батареи также могут взорваться при определенных условиях, особенно если с ними неправильно обращаться и обращаться с ними.

Если вы начинаете ремонтировать аккумулятор, но понимаете, что он треснутый, протекает или поврежден, очень важно утилизировать аккумулятор как можно скорее.В этот момент это небезопасный аккумулятор, и вам лучше утилизировать его, потому что вы больше не можете починить его в таком состоянии.

Наконец, не ремонтируйте аккумулятор более трех или четырех раз. Восстановление батареи может быть отличным способом продлить срок ее службы, но со временем она со временем изнашивается, и вы будете испытывать уменьшение отдачи каждый раз, когда восстанавливаете ее. Восстановленная батарея прослужит несколько лет, если вы продолжите работать с ней, но со временем ситуация ухудшится, и восстановление в конечном итоге скорее повредит батарее, чем поможет ей.

.

Потемнел электролит в аккумуляторе что делать?

Почему электролит в аккумуляторе бывает мутным?

Электролит представляет собой смесь раствора серной кислоты и дистиллированной воды. Этот компонент является одним из самых важных, участвующих в работе аккумулятора автомобиля.

В хорошо работающем аккумуляторе электролит должен быть прозрачным, без наличия каких-либо примесей. Именно поэтому очень важно при его приготовлении использовать только чистые химические компоненты и приборы.

Причины, по которым электролит имеет мутный цвет

В некоторых случаях прозрачный электролит начинает приобретать мутный оттенок. Почему же это происходит и как можно устранить связанные с этим проблемы?

Электролит может приобретать мутный цвет по следующим причинам:

  • Попадание грязи в АКБ. Это является самой распространенной причиной потемнения смеси;
  • Доливание воды с посторонними примесями. Иногда вода может содержать высокое содержание хлора или железа, которые влияют на внешний вид раствора;
  • Применение некачественного электролита. Чаще всего такая проблема возникает при самостоятельной доливке раствора не высокого качества;
  • Перезаряд аккумулятора. В этом случае изменение цвета может происходить из –за попадания частей намазки с электродов в электролит. Главная причина перезаряда — неисправный генератор, а также зарядка некачественными зарядными устройствами, плохая работа реле – регулятора «таблетка» или постоянная эксплуатация аккумулятора, поскольку в таком режиме он не успевает охлаждаться;
  • Повышение температуры. Данная проблема актуальна летом, так как при сильной жаре электролит может сильно нагреваться. Катастрофической для него считается температура более 35-37 градусов, при которой наиболее сильно активизируются процессы, приводящие к износу электродов;
  • Замена дистиллированной воды водопроводной. Водопроводная вода содержит примеси и металлы, из-за которых электроды быстрее выходят из строя;
  • Постоянно разряженный аккумулятор. По этой причине понижается плотность вещества, он меняет вид, и энергетические характеристики аккумуляторной батареи сильно снижаются;
  • Размораживание аккумулятора. Данная проблема характерна в зимний период, когда после сильного замерзания, в процессе размораживания батареи лопается моноблок. Очень часто после оттаивания электролит начинает вытекать.

Как правило, одна или несколько из вышеперечисленных причин могут привести к изменению цвета электролита. Некоторые из них приводят к полному износу батареи, а иногда достаточно их устранить, чтобы придать раствору первоначальный цвет.

Как вернуть электролиту прозрачный цвет?

После выявления причины можно попытаться вернуть веществу первоначальный цвет, продлив тем самым службу аккумуляторной батареи. В некоторых случаях восстановление работы невозможно и придется покупать новую АКБ.

Сначала необходимо выявить, какой цвет приобрел раствор. Если раствор имеет серый или бурый оттенок, батарею необходимо дозарядить. Как правило, такой цвет имеет электролит, в составе которого находятся нерастворенные кристаллы сульфатов, которые, при должной зарядке, полностью растворяются и цвет снова становится прозрачным.

Темный оттенок, переходящий в черный цвет обычно сигнализирует о том, что почти все намазки с пластин осыпались и попали в раствор. В таком случае АКБ подлежит замене.

Если электролит немного потерял прозрачность, но в целом сохранил свой цвет, необходимо дать батареи постоять без заряда. Тогда лишние примеси осядут на дно и прозрачность восстановится. Обычно такая процедура лишь на время отстраняет замену аккумулятора, поскольку разрушающие процессы в растворе уже начались.

Замена мутного электролита в аккумуляторе

Иногда мутный электролит можно поменять, чтобы восстановить работу старого аккумулятора. Для этого необходимо:

  1. Слить старый электролит;
  2. Отчистить АКБ от пыли и грязи с помощью дистиллированной воды;
  3. Убедиться, что после промывки корпус батареи стал абсолютно чистым и внутри не остались угольные крошки;
  4. Отчистить электроды от наложений и солей;
  5. Проверить плотность вновь заливаемого электролита. Плотность должна составить 1,28 г/с³ м;
  6. Залить раствор через воронку;
  7. Убедиться, что весь воздух вышел из корпуса аккумулятора;
  8. Подождать, пока растворяться все присадочные вещества. Как правило, это занимает 2 дня;
  9. Зарядить батарею. Заряжать ее следует циклами, заряжая и разряжая аккумулятор. Ток должен подаваться в районе 0,1 ампера.

Во время совершения последнего действия следует контролировать плотность. Процесс считается завершенным, если плотность держится в пределах нормы в течение 2 часов.

Таким образом, выявив причину, по которой электролит стал мутный, нормальную работу аккумулятора можно возобновит или продлить, а иногда, приобрести новый.

Мутный электролит в аккумуляторе

Практически каждый автолюбитель сталкивался с такой проблемой, когда аккумулятор перестает заряжаться, или дает слабое рабочее напряжение. При этом запуск машины становится вынужденной рутиной. Причиной такого явления может быть несколько, попробуем в статье разобраться в них.

Электролит

Основным веществом для преобразования, накопления и удержания заряда аккумулятора в автомобильной технике является электролит. Главным показателем работоспособности жидкости считается его цвет, изменение этой характеристики позволит произвести первоначальную диагностику в АКБ.

В нормальном состоянии аккумуляторный электролит не имеет в своей массе каких-либо оттенков, он прозрачен и чист. Прозрачность указывает на правильные заряд и условия работы батареи. Однако, в результате восстановления заряда кислота может темнеть, либо приобретает черный цвет, такое явление указывает на отрицательные изменения во внутренних процессах батареи. Не стоит опускать руки и покупать новый источник питания, часто работоспособность АКБ можно восстановить, необходимо просто знать, что делать в таких случаях.

Важно! Не допускается попадание в банки аккумулятора посторонних предметов и мусора.

Мутный электролит. Причины возникновения

Электролит состоит из смеси кислоты на серной основе и очищенной дистиллированной воды. В составе такой смеси отсутствуют посторонние компоненты кроме остальных, благодаря такой особенности она представляет собой прозрачный раствор без цвета. В нормальных режимах изменений цвета не наблюдается.

Если электролит помутнел только в одной банке, значит проблема появилась только конкретно в ней. Когда темный электролит в аккумуляторе отмечают во всех отсеках, то это может значить, что неисправен весь источник питания.

Самые частые изменения цвета претерпевают герметичные неразборные АКБ, такое пагубное воздействие выявляют при вскрытии корпуса. Это происходит в результате ограниченного срока службы таких источников питания, при выходе их из строя необходимо просто заменить неисправный элемент. Конструкция неразборных устройств не позволяет заменять в них электролит, либо долить дистиллированную воду. Единственный способ определить неисправность — это замерить рабочее напряжение, которое не должно иметь значение ниже 2В.

Некоторые умельцы все же умудряются высверлить отверстие в корпусе герметичных батарей и залить кислоту или дистиллированную воду. Необходимо после добавления реактива в жидкость герметично запаять отверстие.

Интересно знать! Правильно использование аккумуляторов с заливными пробками дает возможность значительно продлить срок службы.

Частыми причинами помутнения электролита являются:

  • попадание грязи или мусора в результате применения неисправных пробок, а также их отсутствие;
  • применение обычной воды из трубопровода, а также дистиллированной низкого качества;
  • использование поддельного электролита, либо жидкости слабой концентрации.

Данные факторы не приведут к значительным повреждениям пластин электродов, избавиться от проблем можно просто заменив старый электролит на новый.

Важные факторы возникновения изменения цвета кислоты в АКБ:

  1. Темный электролит в аккумуляторе может наблюдаться при значительном перегреве в процессе эксплуатации.
  2. При зарядке часто замечают, что реактив потемнел, происходит такое в результате неправильно выставленных параметрах на зарядном устройстве.
  3. Осыпание пластин в результате разрушения возникает при глубоком разряде источника питания.
  4. Частичная или полная заморозка аккумулятора приводит к помутнению.
  5. Механические воздействия в результате которых происходит осыпание свинцовых пластин.

Важно знать! Правильное размещение и надежное крепление аккумулятора поможет уберечь его от механических повреждений корпуса и выхода из строя.

Необходимые действия, если обнаружен мутный электролит

При возникновении проблем с источником питания необходимо провести предварительные действия:

  • оценить состояние цвета электролита;
  • установить сколько именно повреждено банок;
  • проверить плотность электролита.

Помутневший электролит

Основной причиной возникновения помутнения во всех банках аккумулятора может использование кислоты и дистиллированной воды низкого качества. Панацеей в данном случае может стать своевременная и правильная замена электролита. Если в результате замены не наблюдается рецидив, следовательно, проведенные действия помогли.

Серый электролит

Окрас жидкости внутри аккумулятора в серый цвет говорит о том, что необходимо провести процедуру восстановления заряда. При значительном снижении емкости происходит процесс кристаллизации кислоты. Если просто заряд не помогает, следует слить старую жидкость, аккуратно промыть банки и залить новый. Впоследствии заряд восстанавливают чередованием циклов заряд-разряд малыми токами.

Черный электролит в аккумуляторе

Появление черного оттенка в одной из банок может произойти при разрушении свинцовых пластин АКБ. В таком случае простая замена жидкости не поможет. Первоначально необходимо проверить напряжение на выводах поврежденного элемента, оно не должно быть ниже 2,1 В, при этом общий вольтаж аккумулятора не должен понижаться до 10,5 В.

Причиной выхода из строя такого элемента является осыпавшийся свинец, его оксид может привести к замыканию между пластинами. Данный аккумулятор не подлежит восстановлению.

Совет! Для продления срока службы источника питания в автомобильной технике необходимо, чтобы генератор и отдельное устройство по восстановлению заряда были в рабочем состоянии.

Заключение

Изменение окраски в серый или мутный цвет не всегда является показателем полной замены аккумулятора. Иногда можно просто его заменить, предварительно промыв поврежденные банки. После промывки заливается свежий электролит по уровню соответствующей плотности. Почернение может являться признаком осыпания пластин аккумулятора, в результате чего восстановить его практически невозможно.

По какой причине становится мутным электролит в аккумуляторе и как это исправить

Автомобильные аккумуляторы имеют установленный производителями эксплуатационный ресурс. При правильном использовании батареи удаётся даже превосходить отмеренный на заводе срок. Также может происходить преждевременный выход из строя автомобильного источника питания.

Выявить проблемы можно по косвенным признакам, одним из которых является помутнение электролита.

Основные причины, по которым почёрнел электролит

Опытные автомобилисты знают, что АКБ заполнена прозрачной жидкостью, являющейся смесью дистиллированной воды и серной кислоты, соединенных в определенной пропорции. В каждой новой батареи раствор абсолютно прозрачный, ведь в его состав не входят какие-либо красители или химические присадки.

Разрушение пластин аккумуляторных батарей

При правильной эксплуатации и в исправном состоянии продолжит быть немутный рабочий электролит в банках аккумулятора, а причинами потери прозрачности могут быть различные факторы. При этом важно обратить внимание, когда проявляются негативные факторы, от которых электролит потемнел. Это может случиться не во всех банках одновременно, а лишь в одной из рабочих ёмкостей.

Важно! Нередко можно наблюдать, что в необслуживаемых АКБ водный раствор кислоты помутнел из-за вскрытия корпуса.

В таком случае нет ничего необычного, ведь электроприбор рассчитан на определённый срок использования, а по истечении ресурса проводится его полная замена, а не восстановление эксплуатационных характеристик. Фактически у владельца отсутствуют возможности влияния на состав раствора.

У пользователей необслуживаемыми устройствами иногда мутнеет жидкий состав, если владельцы высверливают отверстия в каких-либо банках, а затем плохо герметизируют их. Поступать таким образом без крайней необходимости не стоит, так как сторонние вмешательства обычно не приводят к позитивному результату.

В обслуживаемом аккумуляторе можно реже встретить мутный электролит, так как причина кроется в регулярном мониторинге жидкости пользователями. Отвинтив пробку, автовладелец в любой момент может проконтролировать состояние и провести своевременно необходимые мероприятия.

К популярным причинам замутнения жидкости в АКБ относят:

  • Для старых батарей с длительным сроком пользования популярной причиной загрязнения является проникновение внутрь емкости мелкого мусора, грязи. Это происходит из-за износа пробок или недозавинчивания резьбы, а также по причине самораскручивания.
  • При зарядке аккумулятора жидкость может внутри закипать и выпариваться. Тогда владелец доливает воду. Если она не дистиллированная, то имеющиеся в ней соли способны приводить к отложениям во время последующей зарядки. Далее примеси дают помутнение.
  • Не стоит применять готовые электролиты низкого качества в неизвестных местах. Даже при небольшом сроке эксплуатации состав может потерять прозрачность и быстро выйти из строя.

Решить проблему с замутневшей жидкостью можно путем ее полной замены на свежую. При этом необходимо соблюдать пропорции при самостоятельном ее приготовлении. После смены состава батарея пригодна для дальнейшего пользования.

Если не предпринимать профилактических действий, то будет происходить перезаряд АКБ и дальнейший перегрев. Избыточная температура вынудит раствор менять цвет на более темный оттенок. Отклонения в работе бортового источника питания отразятся на работоспособности генератора, реле-регулятора, внешнем зарядном устройстве. Также состав способен негативно влиять на встроенные пластины внутри корпуса, что приведет к дальнейшему их разрушению.

Проверяем электролит для замены

Изменение цвета происходит по причине разрушения и раскалывания пластин. Это случается от значительного разряда АКБ. При этом меняется цвет жидкости.

Снижение плотности сказывается на возможности замерзания состава при пониженных температурах. Увеличение таким образом количества воды в составе способно привести при замерзании к механическому разрушению стенок банок и корпуса в целом.

Важно! Чёрный цвет электролита – частая причина обрушающихся свинцовых пластин внутри корпуса.

Что делать, если помутнел электролит в аккумуляторе

Дальнейшие действия автомобилиста зависят от того, в каком состоянии находится электролит. Цвета жидкости говорят о зачастую о причинах. Также необходимо учесть, в одной ли банке произошли изменения или в нескольких емкостях потемнел состав электролита штатного аккумулятора.

Доливаем новый электролит в аккумулятор

Что делать, когда выявили чёрную жидкость? Она возникает из-за некачественного дистиллята. Значит во время долива автомобилист применял дешевый или неправильный состав. Придется полностью его менять.

Сливаем грязный состав из банок АКБ аккуратно, а затем вливаем новый раствор, не забывая пользоваться индивидуальными защитными средствами. Когда при последующей эксплуатации и проверках не выявляется помутнение, то это – признак правильности проведенных профилактических мероприятий.

Если у аккумулятора замечаем синеватый мутный состав электролита, то в таком случае произошла кристаллизация серной кислоты. Для начала проводим дозаряд АКБ, ведь посинение – признак активной разрядки батареи. Мероприятия могут не помочь, поэтому проводим смену электролита, который потемнел в аккумуляторе, а после залива новой жидкости используем методику зарядки слабыми токами, чередуя заряд-разряд.

Выявить чёрную жидкость (загрязненный электролит) автомобилисты могут не во всех банках аккумулятора, а лишь в одной из них. Потребуется в ней замерить напряжение. Оптимальным должно быть значение 2,1 В. Если удаётся достигнуть номинала, то получится спасти всю батарею.

Когда выявлено в проблемной емкости напряжение, не превышающее полвольта, а при этом у всей АКБ оно не превышает 10,5 В, то это – свидетельство посыпавшихся пластин. Свинец выпадает в осадок и окрашивает в темный цвет жидкость.

Основной проблемой раскрошившихся пластин является электрическое замыкание. Секция перестает работать, так как не дает напряжения. В этом случае вряд ли удастся восстановить изделие к работе, придется его заменить полностью.

Заключение

Не всегда мутный электролит является приговором для батареи в автомобиле. Во многих случаях помогает своевременная смена жидкости. Проблему вряд ли удастся решить, если начался процесс разрушения пластин. В этом случае необходимо готовиться к покупке нового АКБ.

Как самостоятельно увеличить плотность электролита в аккумуляторе

Поднять плотность в аккумуляторе в домашних условиях можно несколькими способами: полностью заменить старый электролит на новый либо восполнить заряд АКБ. Обе манипуляции следует проводить в хорошо проветриваемых помещениях с соблюдением техники безопасности. После завершения процедуры нужно откорректировать объем рабочего раствора, а затем произвести замер параметра плотности ареометром.

Почему падает плотность электролита?

1. Разряд устройства. Как правило, разряжение в аккумуляторе автомобиля происходит в холодное время года, поэтому зимой используют специальные методы, позволяющие восстановить и поднимать уровень заряда. Проблема может проявляться в автомобильном аккумуляторе, который близок к естественному износу. При быстром разряде можно сделать вывод о падении пропорции рабочего раствора до критически низкого уровня. Проблема разряжения может быть связана с механическим повреждением устройства или неисправностью генераторной установки, в результате чего электросеть автомобиля питается от АКБ.

2. Выкипание рабочей жидкости в результате перезарядки аккумулятора. Если на устройство поступает постоянное напряжение, это приводит к разделению воды на кислород и водород. В результате при зарядке жидкость выкипает и уровень электролита снижается.

3. Постоянное добавление дистиллированной воды вместо химического раствора. Если долить жидкость единожды, то уровень плотности АКБ в машине упасть не должен, но постоянные доливания будут этому способствовать.

Как подготовить аккумулятор к восстановлению?

Перед тем, как восстановить на обслуживаемом аккумуляторе плотность электролита, необходимо выполнить ряд действий:

1. Производится демонтаж батареи с авто, для этого предварительно ослабляются клеммные зажимы устройства.

2. При наличии защиты выполняется ее снятие. Для этого потребуется гаечный ключ соответствующего размера.

3. С помощью отвертки или другого приспособления с плоским наконечником производится откручивание пробок на банках. Рекомендуется использовать защитные очки и перчатки, чтобы не допустить появления ожогов.

4. Пользователь выполняет диагностику объема рабочей жидкости в устройстве. Для легковых транспортных средств данный параметр должен составить около 1,5 сантиметров выше пластин. Диагностика плотности электролита должна производиться через 3 часа после подзарядки устройства либо примерно через 10 ч после остановки двигателя. Если уровень жидкости соответствует норме, то ареометр опускается в банки и с помощью груши производится набор небольшого объема воды.

5. В зависимости от температуры воздуха производится оценка полученных параметров. Проверка выполняется для каждой банки отдельно. В идеале данный показатель должен составить в диапазоне от 1.25 до 1.29 г/см3.

При подготовке аккумуляторной батареи необходимо учитывать следующие нюансы:

— Перед открытием банок пользователю нужно произвести очистку корпуса устройства от загрязнений чистой ветошью. Это нужно сделать для того, чтобы при откручивании пробок грязь не попала внутрь батареи. В противном случае возможен полный выход устройства из строя.

— Если диагностика будет выполняться без демонтажа батареи, то нужно убедиться в ее качественной посадке. Устройство не должно болтаться.

— При подготовке аккумуляторную батарею нельзя переворачивать, поскольку это может привести к разрушению пластин, расположенных внутри. В результате АКБ полностью выйдет из строя без возможности восстановления.

Как самостоятельно увеличить плотность электролита?

Для правильного проведения процедуры необходимо учитывать следующие нюансы:

— При приготовлении нового рабочего раствора в дистиллированную воду добавляется кислота, а не наоборот. В противном случае начнется кипение жидкости.

— Пользователю понадобятся точные расчеты нужного объема кислоты, так как в процессе заряда уровень плотности электролита увеличивается.

На новом аккумуляторе самостоятельно поднимать плотность электролита не рекомендуется, поскольку это приведет к более быстрому разряду устройства. Повышенный рабочий параметр негативно повлияет на функциональность батареи.

Чтобы правильно повысить плотность аккумуляторной батареи перед зимним периодом, нужно подготовить следующие материалы и инструменты:

— мерный стакан или другая аналогичная емкость;

— отдельная емкость для разведения нового рабочего раствора;

— корректирующий раствор либо кислота;

Пошаговая инструкция по повышению плотности электролита добавлением жидкости

Правильный способ для увеличения параметра плотности электролита батареи:

1. Перед тем, как в аккумуляторе поднять плотность, производится снятие аккумуляторной батареи с автомобиля. Для этого отключаются клеммные зажимы и производится демонтаж фиксирующей пластины. Действия по выполнению задачи осуществляются с применением гаечного ключа.

2. С банки аккумуляторной батареи отбирается небольшой объем рабочего раствора. Для этого используется ареометр.

3. Вместо изъятого объема жидкости в банку добавляется корректирующий раствор вещества при необходимости увеличения плотности. В случае, если требуется понизить этот параметр, используется дистиллированная вода с плотностью 1,00 г/см3.

4. Затем аккумулятор ставится на подзарядку. На протяжении последующих 30 минут производится подзарядка устройства номинальным током. Такие действия позволят залитому корректирующему раствору смешаться с рабочей жидкостью.

5. Аккумуляторная батарея отключается от зарядного прибора на один-два часа. Это позволит плотности в банках «выровняться» и снизиться уровню температуры. Также за два часа из банок выйдут все пузырьки, благодаря чему исключается вероятность погрешности при контрольном замере.

6. Повторно производится диагностика уровня плотности электролита, при необходимости процедура повторяется заново. Также при необходимости в банки добавляется жидкость для увеличения или уменьшения параметра, а затем заново производится замер.

Надо учитывать, что разница параметра плотности между банками должна составить не более 0,01 г/см3. Если при выполнении задачи не удалось достигнуть такого результата, то требуется выполнить дополнительную, «выравнивающую» зарядку на протяжении 1-2 часов. При этом параметр тока должен составить в 2-3 раза меньше номинального.

Как поднять зарядным устройством?

Для повышения плотности зарядным оборудованием выполняются следующие действия:

1. Аккумуляторная батарея доводится до полной зарядки. Предварительно нужно снять устройство с автомобиля и подключиться к оборудованию, которое будет заряжать АКБ, с соблюдением полярности. Сначала выполняется соединение с прибором, а затем его подключение к сети.

2. В процессе восстановления заряда пользователю нужно следить за состоянием электролита. После того, как жидкость начала кипеть, необходимо снизить параметр силы тока до 1-2 ампер. При кипении воды происходит ее испарение, это приводит к тому, что плотность концентрации электролита начинает повышаться.

3. Время испарения жидкости определяется конкретной ситуацией, в некоторых случаях на это может потребоваться более 24 часов.

4. После снижения уровня воды в банках производится добавление электролита и замер плотности.

5. При необходимости производится повторение данной операции.

Руководство по повышению плотности в необслуживаемом аккумуляторе

Действия по повышению плотности выполняются аналогичные, разница заключается в получении доступа к рабочей жидкости:

1. В необслуживаемых устройствах корпус полностью закрыт, поэтому пользователю надо демонтировать батарею и снять с нее наклейку. Крышку аккумулятора снимать не нужно, поскольку установить ее обратно будет сложно.

2. Нужно сделать отверстие в крышке, используя шило или дрель. Оно должно быть небольшим, поскольку придется впоследствии его запаивать.

3. Используя одноразовый шприц в АКБ добавляется дистиллят или корректирующий электролит в зависимости от того, что нужно сделать с рабочим параметром. Следует добавлять по 5 мл жидкости. Рекомендуется использовать банку батареи, в которой расположен индикатор плотности. Если индикатор стал черного либо зеленого цвета, то в аккумулятор нужно добавить еще 20 мл жидкости.

4. Для определения уровня рабочего раствора игла опускается в банку, а шток подтягивается в обратном направлении. Затягивая рабочий раствор в шприц, рекомендуется отмечать уровень с помощью маркера. Если в батарее применяется пластик светлого оттенка, то уровень жидкости можно определить на просвет или замерить с помощью линейки. Остальные банки доливаются до уровня, который должен составить на 1,5-2 см выше поверхности пластин.

5. После выполнения задачи отверстия нужно заделать герметиком либо специальными резиновыми пробками. Затем аккумулятор следует осторожно потрясти, чтобы перемешать электролит. Но действовать надо аккуратно, чтобы не повредить пластины.

Как увеличить плотность, если она ниже 1,18

Если рабочее значение плотности составил менее 1,18 г/см3, описанные способы не позволят решить проблему и пользователю потребуется полностью сливать кислоту из банок.

Алгоритм действий при этом будет такой:

1. Электролит откачивается из аккумуляторной батареи, насколько это возможно (для откачки можно использовать грушу с клизмой).

2. Аккумулятор осторожно переворачивается без резких движений. Это позволит предотвратить возможное осыпание пластин. В дне устройства надо просверлить отверстия в каждой банке с помощью дрели. Эти действия рекомендуется выполнять в емкости, к примеру, миске или тазике.

3. Затем аккумулятор устанавливается в вертикальное положение и из него сливаются остатки рабочего раствора.

4. Производится промывка батареи с помощью дистиллята.

5. Отверстия в дне аккумулятора запаиваются, на этом этапе важно убедиться в герметичности устройства, чтобы не допустить дальнейшей утечки жидкости. Производится заливка нового раствора в батарею.

Пластик для запаивания отверстия в аккумуляторе должен быть максимально устойчивым к воздействию серной кислоты. Кроме того, если цвет электролита коричневый или черный, восстанавливать батарею не имеет смысла. Темный оттенок свидетельствует об осыпании пластин или о разрушении батареи.

Мутный электролит в аккумуляторе: Причины и Что делать

Об исправности аккумулятора можно судить не только по уровню напряжения на его клеммах, но и по цвету электролита в банках. Конечно, такую диагностику можно выполнить только при наличии обслуживаемой модели АКБ. Если вы счастливый обладатель такого аккумулятора, то в случае своевременного обнаружения проблемы спасете батарею.

Какого цвета должен быть электролит

Прежде чем приступить к выявлению неисправности необходимо узнать какого цвета должна быть эталонная смесь серной кислоты и дистиллированной воды, используемая в современных аккумуляторных батареях. Как известно, вода является прозрачной жидкостью, концентрированная серная кислота также не имеет цвета и запаха.

При смешивании кислоты с водой образуется бесцветная жидкость, поэтому если происходит окрашивание этой смеси во время эксплуатации батареи, то причиной этому явлению являются вещества входящие в состав внутренних пластин.

Причины, по которым темнеет электролит

Причин, по которым происходит окрашивание кислотной жидкости в тёмные оттенки, может быть несколько. Наиболее часто к изменению цвета смеси приводят следующие поломки:

  1. Разрушение заливной пробки, неплотное её закручивание или другого вида не герметичность корпуса. Изменение цвета электролита в этом случае обусловлено попаданием внутрь батареи грязи, смазки или охлаждающей жидкости.
  2. Добавление в аккумулятор некачественной дистиллированной воды. Чтобы восстановить уровень в обслуживаемой батарее, во время эксплуатации в летнее время, водителю приходится довольно часто доливать воду в банки аккумулятора, поэтому вместо дистиллированной воды, по ошибке, может быть залита вода из-под крана. Также подобная ситуация может произойти при обслуживании батареи начинающим водителем. От приобретения некачественной смеси серной кислоты и воды в магазине тоже никто не застрахован.
  3. Покупка некачественной АКБ, а если аккумулятор поставлялся в сухозаряженном состоянии, то неудовлетворительного качества кислотной смеси. В любом случае, приобретать такой товар лучше в проверенных местах.
  4. Сильный перегрев батареи во время зарядки также может привести к изменению цвета электролита. Причиной возникновения перезаряда батареи могут быть различными, но обычно это неисправность реле-регулятора либо зарядного устройства работающего от электрической сети. Неправильный уровень зарядного тока, а также слишком длительная зарядка.
  5. Глубокий разряд батареи тоже приводит к изменению цвета кислотной смеси. Чтобы исключить вероятность возникновения сильного разряда, необходимо внимательно следить за отсутствием включенных потребителей электроэнергии, когда автомобиль находится на стоянке.

Зная основные причины изменения цвета жидкости, можно попытаться предупредить возникновение неисправности батареи.

Что делать если мутный электролит

Если профилактика поломки не принесла желаемого результата и электролит в одной банке или во всех значительно помутнел, то в зависимости от цвета жидкости выполняются определённые действия для восстановления работоспособности АКБ.

Электролит серого цвета

Если кислотная смесь приобрела серый оттенок, то наиболее вероятной причиной изменения цвета жидкости является сильный разряд аккумулятора. Для восстановления работоспособность батареи рекомендуется аккуратно слить электролит и залить новую кислотно-водную жидкость.

После чего произвести циклический заряд аккумулятора, рекомендованным заводом-изготовителем напряжением и током.

Мутный электролит

Если электролит стал мутным, то наиболее вероятной причиной является использование некачественной кислотной смеси или в банку по ошибке была залита обычная водопроводная вода. Если изменение цвета наблюдается во всех банках, то возможно была приобретена некачественная АКБ.

Во многих случаях, при наличии мутного электролита в банках полностью восстановить работоспособность батареи удаётся в результате замены кислотной смеси и полного заряда аккумулятора.

Коричневый электролит

Коричневый цвет электролит приобретает при сильном перезаряде батареи. Также такое изменение может наблюдаться при сильно оголённых пластинах во время стандартной зарядки аккумулятора.

Если оттенок кислотной жидкости имеет не слишком насыщенный цвет, то после добавления необходимого количества кислотной смеси в проблемные банки, удаётся практически полностью восстановить работоспособность АКБ. Если коричневый цвет более тёмный, то потребуется заменить электролит на новый и снова зарядить батарею.

Чёрный электролит в аккумуляторе

Если кислотная жидкость внутри банок приобрела чёрный цвет, то, скорее всего, АКБ нужно будет заменить. Электролит становится чёрным, когда пластины разрушаются, и на дно банок осыпается свинец, который и окрашивает жидкость в тёмный цвет.

Если такой признак неисправности АКБ наблюдается только в одной банке, то можно попытаться заменить в ней электролит. В этом случае возможно частичное восстановление работоспособности элемента электрического тока, но только при условии отсутствия короткого замыкания между пластинами.

Почему появляется мутный электролит при зарядке

Если электролит потемнел во время зарядки, то практически всегда причиной изменения цвета жидкости является неправильно выставленное значение уровня тока на зарядном устройстве. Аккумуляторы для легковых автомобилей рекомендуется заряжать током не более 10 процентов от номинальной ёмкости устройства.

Заряжать батарею следует в течение 10 часов, поэтому к помутнению кислотной жидкости может привести и оставление подключённого ЗУ на более длительный промежуток времени.

Остались вопросы по мутному электролиту или есть что добавить? Тогда напишите нам об этом в комментариях, это позволит сделает материал более полезным, полным и точным.

границ | Стратегии производства твердого электролита в аккумуляторах

Введение

Популяризация коммерческих аккумуляторов — один из важнейших моментов современной цивилизации. В последние несколько десятилетий общество стало свидетелем изобретения медицинских имплантатов с автономным питанием, беспроводной электроники, электромобилей и многих других приложений, которые питаются от батарей различных форм и размеров. Традиционные батареи с использованием органических жидких электролитов продемонстрировали преимущества высокой ионной проводимости и отличной смачиваемости электродами (Zhang, 2007; He et al., 2019), но страдают от потенциальных проблем безопасности, таких как высокая воспламеняемость, низкая термическая стабильность и утечка жидкости (Strauss et al., 2020; Yin et al., 2020; Yuan and Liu, 2020). Для устранения недостатков безопасности, присущих традиционным батареям, при одновременном соблюдении высоких требований к электрохимическим характеристикам, батареи, использующие твердотельный электролит (SSE), продемонстрировали многообещающий выбор в качестве лучшей альтернативы.

Как правило, SSE можно разделить на твердые полимерные электролиты (SPE), неорганические твердые электролиты (ISE) и композитные твердые электролиты (CSE).SPE состоят из высокомолекулярной полимерной матрицы и растворенной соли лития, ISE состоят из всех неорганических материалов, таких как керамика и стекло, а CSE состоят как из твердого полимера, так и из неорганических веществ (Zhang H. et al., 2017; Chen W. et al., 2018; Chen Y. et al., 2020). Как один из ключевых компонентов для практического применения твердотельных аккумуляторов, SSE продемонстрировали многочисленные преимущества перед органическим жидким электролитом: (i) характеристики негорючести, высокотемпературной стабильности и нелетучей среды для исключения возгорания или взрыва. органических жидких электролитов (Fergus, 2010; Takada, 2013; Sun et al., 2020), (ii) широкое электрохимическое окно для обеспечения лучшей совместимости с катодом с более высоким потенциалом, что значительно улучшает плотность энергии (Judez et al., 2017; Wang et al., 2018), (iii) улучшенная механическая жесткость (особенно для ISE) для подавления роста дендритов от циклических металлических анодов (G динаф и Singh, 2015; Kim JG et al., 2015), и (iv) настраиваемый модуль упругости (особенно для SPE и CSE), позволяющий более высокую степень технологичности и гибкости (Yue et al., 2016; Lau et al., 2018; Schnell et al., 2018; Чжоу и др., 2018). Однако следует дополнительно изучить и решить несколько проблем: (i) низкая ионная проводимость (<10 –5 См см –1 для SPE и <10 –3 См см –1 для ISE) по сравнению с жидким электролитом (> 10 –3 См см –1 ), что приводит к низкой мощности, и (ii) трудностям в производстве миниатюрных / больших ИСЭ с высокой хрупкостью. В сочетании с новым дизайном материалов разработка передовых производственных стратегий обеспечит решения вышеуказанных проблем.

Рост технологий аккумуляторов демонстрирует экспоненциальную тенденцию с 1800-х годов, и мы стали свидетелями мотивации разработки аккумуляторов к постепенному переходу от улучшения характеристик электрохимических элементов к удовлетворению требований конфигурации сложных приложений. На рисунке 1 показано несколько важных этапов развития производства аккумуляторов. В качестве самого раннего задокументированного изобретения батареи, гальваническая свая состояла из штабеля из меди, цинка и пропитанной соленой водой ткани в виде цилиндра для хранения электрохимической энергии (Abetti, 1952; Warner, 2015).Почти шесть десятилетий спустя Гастон Планте (Kurzweil, 2010) погрузил блоки параллельных свинцово-оксидных пластин в серную кислоту и создал первую перезаряжаемую батарею. Как гальванические, так и свинцово-кислотные батареи основывались на наложении друг на друга металлических пластин для увеличения напряжения элементов (Warner, 2015). Поскольку развитие продолжается, в никель-кадмиевых батареях использовалась цилиндрическая ячейка, заполненная электродами из уплотненного металлического листа, свернутыми в катушку с увеличенной площадью поверхности, чтобы уменьшить сопротивление батареи. Эта цилиндрическая конструкция была принята в более поздних коммерческих щелочных батареях с электродными материалами, заполненными внутренним и внешним слоями (Furukawa et al., 1984). В 1971 году изобретение литий-йодных батарей внесло значительный вклад в промышленность медицинских устройств. В этом элементе батареи использовался металлический пакет с закругленными краями для предотвращения проблем с проникновением, которые могут возникнуть из-за острых углов при имплантации в человеческое тело в составе кардиостимуляторов (Greatbatch and Holmes, 1991; Ruetschi et al., 1995).

Рисунок 1. Развитие производства аккумуляторов.

С момента коммерциализации литий-ионных аккумуляторов (LIB) компанией Sony Co.в 1991 г. (Yoshio et al., 2009) в LIB были применены многие традиционные и новые форм-факторы, что позволило разрабатывать более совершенные продукты с точки зрения эстетики и функциональности. В литий-ионных призматических элементах использовались уплотненные и свернутые электроды, которые ранее использовались в никель-кадмиевых батареях, и они были упакованы в контейнеры, форма которых визуально напоминала плоскую плитку шоколада (Cousseau et al., 2006). Литий-ионные карманные элементы достигли высокой эффективности упаковки 90–95% за счет сварки проводящих контактов с электродной фольгой и герметичного закрытия всех материалов внутри пакета (Buchmann, 2001).Изобретение как литий-ионных призматических, так и карманных ячеек является частью усилий по созданию более тонкой и легкой электроники. С прогрессом в технологической зрелости и сложности в последние годы, новые производственные стратегии могут быть применены к батареям в различных масштабах, которые подходят для различных приложений. Например, наноразмерные батареи, используемые в качестве источника питания в биомедицинских приложениях (Johannessen et al., 2006; Ruzmetov et al., 2012), гибкие батареи для складной / носимой электроники (Dudney, 2008; Leijonmarck et al., 2013; Deng et al., 2017) и потенциально крупномасштабные аккумуляторные сети для хранения возобновляемой энергии (Diouf and Pode, 2015). Однако традиционные стратегии производства аккумуляторов, такие как сухое прессование, литье, центрифугирование и рулон в рулон, неудовлетворительны при изготовлении аккумуляторов сложной формы или микро / нанометров, особенно для ИСЭ (Manthiram et al., 2017; Schnell et al., 2018; Dirican et al., 2019). Поэтому существует потребность использовать новую производственную стратегию для решения вышеуказанных проблем.

Появление технологии 3D-печати предложило уникальный производственный метод, позволяющий создавать детали с высокой сложностью и прекрасными характеристиками (Chen Z. et al., 2019; Santoliquido et al., 2019). Хотя использование технологии 3D-печати может быть многообещающей альтернативой в производстве SSE, первоначальная цель развития 3D-печати не была направлена ​​на производство батарей. В результате существует огромный разрыв между возможностями современных технологий 3D-печати и требованиями к производству аккумуляторов.Этот обзор направлен на преодоление разрыва путем анализа существующих ограничений в производстве SSE и выявления будущих потребностей. Благодаря всестороннему обзору традиционных и новых производственных стратегий SSE, мы стремимся обеспечить руководство и просвещение в отношении потенциальных прорывов в производственных технологиях как для лабораторных исследований, так и для промышленного производства.

Традиционные производственные стратегии

Твердые полимерные / композитные электролиты

Твердые полимерные электролиты (ТПЭ) были тщательно изучены для складных и растягиваемых аккумуляторов (Commarieu et al., 2018; Лян и др., 2018; Chen Y. et al., 2020) благодаря ряду преимуществ, таких как высокая гибкость, легкость обработки и хорошая смачиваемость. Для производства ТФЭ можно использовать три различных способа: порошковая обработка, влажная химическая обработка и высоковязкая обработка. Для обработки на основе порошков сначала используется процесс сухого измельчения на высокой скорости для приготовления хорошо перемешанных мелких порошков, а затем ТФЭ могут быть получены путем сухого прессования (Li et al., 2018), горячего / холодного изостатического прессования ( Appetecchi et al., 2001), или процесс осаждения (Hafner et al., 2019). Преимуществами обработки на основе порошка являются простота эксплуатации, низкие требования к оборудованию и возможное исключение стадий уплотнения (Nguyen et al., 2019). Однако этот процесс требует больших затрат времени и энергии, и его сложно масштабировать. Для влажной химической обработки неочищенные частицы сначала диспергируют с растворителем для получения суспензии с заданной вязкостью, а затем формируют SPE путем заливки раствора (Sun et al., 2019), электрофоретического осаждения (Blanga et al., 2015), или процесс нанесения покрытия (Park et al., 2006). Преимуществами мокрой химической обработки являются хорошая смачиваемость и высокая производительность (Liu et al., 2017). Однако недостатком является необходимость удаления растворителя. Для высоковязкой обработки высоковязкая паста из полимеров, не содержащая растворителей, сначала готовится при повышенных температурах, а затем применяется процесс экструзии для создания ТФЭ с желаемым форм-фактором (Li W. et al., 2017), который в некоторых случаях помогает с помощью ультрафиолетового (УФ) облучения для сшивания полимерных цепей.Преимуществами этого процесса являются обработка без использования растворителей и образование гибких мембран с низкой пористостью (Wang et al., 2005). Недостатками могут быть ограниченная производительность во время процесса экструзии и высокий процент дефектов в неравномерно нанесенных полимерных пленках. Основными проблемами SPE являются низкая ионная проводимость 10 –8 ∼10 –5 См см –1 при температуре окружающей среды (Liang et al., 2018) и высокое межфазное сопротивление благодаря полимерному изолирующему Li + (Ван и др., 2019).

CSE, состоящие из полимерных и неорганических частей, разработаны для достижения удовлетворительных комплексных свойств и исключительных синергетических эффектов по сравнению с однокомпонентным электролитом. Из-за присутствия полимера производственные стратегии CSE аналогичны стратегиям производства SPE, о которых сообщалось в предыдущих обзорах (Commarieu et al., 2018; Liu et al., 2018; Tan et al., 2018; Ли и др., 2020). Одной из самых популярных технологий получения CSE является электроспиннинг, при котором образуются переплетенные и высокопористые нановолокна с большим отношением поверхности к объему и повышенной механической прочностью за счет эффектов переплетения и армирования (Cavaliere et al., 2011; Wootthikanokkhan et al., 2015; Карли и др., 2019). Общей проблемой, которую следует отметить при производстве CSE, является ограниченная массовая нагрузка неорганических материалов, которые легко агломерируются и, таким образом, ухудшают ионную проводимость и механическую прочность батарей. В целом, SPE и CSE обладают высокой технологичностью из-за высокой гибкости полимерных материалов.

Неорганические твердые электролиты

Неорганические твердые электролиты можно разделить на группы кристаллических, стеклянных и стеклокерамических электролитов.Большинство кристаллических электролитов — это керамика, например, типа NASICON, типа перовскита и типа граната, которые стабильны в окружающем воздухе, что может упростить изготовление элементов и повысить безопасность. Керамический электролит обычно получают методом сухого прессования с последующим высокотемпературным спеканием (Li C. et al., 2019). Чтобы выполнить сухое прессование для получения плотного керамического электролита, тонкоизмельченные порошки необходимо предварительно смешать с ~ 5 мас.% Поливинилового спирта, который легко создает микро- / макропоры после обработки для удаления связующего.Кроме того, давление на порошок в разных положениях в осевом направлении неодинаково, что приводит к неравномерной плотности и составу образца, полученного методом сухого прессования (Suvacı, Messing, 2001; Tanaka et al., 2006; Schiavo et al., 2018). . В качестве альтернативы можно выбрать коллоидный процесс для приготовления керамических электролитов с высокой относительной плотностью и хорошей однородностью состава (Lewis, 2004; Franks et al., 2017). При коллоидном формовании приготовление суспензий с высоким содержанием твердых веществ (> 50 об.%) И низкой вязкостью [<1 Па⋅с при скорости сдвига 100 с –1 (Tallon and Franks, 2011; Chen A.N. et al., 2020)] является ключевым фактором для непористого литья и плотной керамической подготовки. Следует отметить, что керамические электролиты обычно требуют осторожности при выборе растворителей, поскольку они могут вызвать нежелательную диффузию компонентов или реакцию (Li B. et al., 2017; Lim et al., 2018; Hitz et al., 2019). Другой частью кристаллического электролита является тио-LISICON (система Li 2 SP 2 S 5 ), который может достигать высокой ионной проводимости 10 –3 ∼10 –2 См см –1 из-за более поляризуемого электронного облака серы (Zhang et al., 2019; Shan et al., 2020). Процесс производства электролита тиолизикон аналогичен керамическому электролиту, хотя обычно требуется контролируемая инертная атмосфера из-за его чувствительности к воздуху (Manthiram et al., 2017). Кроме того, кристаллический электролит также может быть изготовлен с помощью тонкопленочной обработки, такой как импульсное лазерное осаждение (Fujimoto et al., 2015), химическое осаждение из паровой фазы (Gelfond et al., 2009), напыление (Lethien et al., 2011). ), золь-гель осаждение (Jung et al., 2001) и др.

Стекловидные электролиты привлекли большое внимание из-за их нескольких преимуществ по сравнению с кристаллическими материалами: изотропная ионная проводимость, отсутствие сопротивления границ зерен, легкость изготовления пленки, легкость модификации состава и т. Д. В общем, существует четыре основных процесса обработки. методы образования стеклообразных электролитов: закалка расплава, механическое измельчение, золь-гель синтез и влажная химическая реакция. Метод закалки в расплаве включает начальный предварительный нагрев / плавление исходных материалов до температуры выше 900 ° C и последующее прессование / отжиг (Pradel et al., 1985). Это наиболее часто используемый метод производства стеклообразных и стеклокерамических электролитов. Из-за сильной склонности к кристаллизации некоторых составов стекла, закалочное устройство с двумя валками используется для достижения высокой скорости охлаждения за счет уменьшения объема расплавленного стекла (Pradel et al., 1985; Minami et al., 2006) . Недостатком метода закалки в расплаве являются высокие температуры и довольно сложная установка, которая может быть потенциально опасной. Благодаря простоте производственных процедур и способности улучшать измельчение / однородность при температуре и давлении окружающей среды, метод механического измельчения может быть легко применен для производства больших количеств хорошо перемешанных тонкодисперсных порошков при низких затратах.Однако процесс аморфизации во время измельчения действительно имеет сильную зависимость от времени, и для наблюдения аморфного гало на рентгенограммах может потребоваться до 20 часов (Morimoto et al., 1999; Hayashi et al., 2002). Метод золь-гель синтеза для производства стеклообразных электролитов включает в себя процесс контролируемого гидролиза, поликонденсации, гелеобразования и дегидратации (Hench and West, 1990). В зависимости от состава стекла различные алкоксиды металлов или неорганические соединения используются в качестве предшественников для смешивания с подходящим растворителем на стадии гидролиза.Следующая реакция конденсации затем формирует связь и связь для основы стеклянной сети (Hench and West, 1990). Благодаря реакции и перемешиванию в жидком состоянии золь-гель синтез может достигать высокой гомогенности при относительно низких температурах (Hench and West, 1990; Venkatasubramanian et al., 1991; Dunn et al., 1994). Подобно процедурам золь-гель-синтеза, метод влажной химической реакции позволяет получить желаемую композицию посредством перегруппировки молекулы / связывания во время реакции в жидком состоянии.Органические соединения обычно используются в качестве растворителя для растворения исходных химикатов (Teragawa et al., 2014; Phuc et al., 2016; Choi et al., 2017).

Стеклокерамические электролиты представляют собой класс материалов со смесью как аморфной, так и микрокристаллической микроструктуры, которую обычно получают путем контролируемой нуклеации и кристаллизационной обработки соответствующего стекломатериала при температуре выше температуры стеклования (Варшнея и Мауро, 2019). Подобно обычным технологиям производства стеклообразных электролитов, во многих предыдущих публикациях сообщалось о стеклокерамических электролитах, полученных закалкой в ​​расплаве или механическим измельчением с последующей стадией отжига (Hayashi et al., 2003; Trevey et al., 2009; Тацумисаго и Хаяси, 2012). Однако температура и время отжига могут повлиять на структурное устройство кристаллических фаз и повлиять на ионную проводимость (Xie et al., 2009). Об использовании золь-гель-синтеза и методов влажной химической реакции для получения ИСЭ из стеклокерамики также сообщалось в нескольких недавних работах (Kotobuki et al., 2013; Teragawa et al., 2014; Li et al., 2015; Ma et al., 2016; Phuc et al., 2016).

Хотя ISE предлагают многочисленные преимущества в технологии твердотельных аккумуляторов, их хрупкая природа создает множество проблем обработки и интеграции.После изготовления ISE обычно требуется дополнительная обработка, такая как шлифовка или резка, чтобы получить желаемые формы для объединения с электродными слоями. Однако многие материалы ISE неизбежно сталкиваются с дилеммой перекрестного химического загрязнения или структурного повреждения во время последующей обработки. Например, керамические электролиты могут разрушаться во время резки, а электролиты из стекла / стеклокерамики могут иметь побочные реакции, связанные с водой или повышенной температурой во время шлифования / полировки. Следовательно, последующая обработка может значительно увеличить производственные затраты и продлить производственный цикл.Краткое изложение традиционных технологий производства SSE представлено в схемах на рисунке 2, где эти общие методы представляют аналогичные ограничения в достижении сложных форм-факторов, необходимых для будущих приложений для аккумуляторов. В этих условиях исследования SSE для 3D-печати привлекают все большее внимание из-за их способности достигать одноэтапного производства SSE с желаемыми форм-факторами. В обход многих дополнительных шагов, требуемых традиционными методами, в будущем полностью интегрированное производство твердотельной батареи может быть достигнуто с помощью 3D-печати.Далее в этом обзоре будут обсуждаться существующие стратегии 3D-печати для SSE, а затем подчеркнуты перспективы и возможность повышения производительности 3D-печатных SSE.

Рис. 2. Схемы традиционных производственных стратегий с (A) Оптическое изображение твердого полимерного электролита на основе полиэтиленоксида (ПЭО). Воспроизведено из Chen C. et al. (2019) по лицензии Creative Commons Attribution. (B) Схема твердого композитного электролита, содержащего Li 6.75 La 3 Zr 1,75 Ta 0,25 O 12 (LLZTO) и поливинилиденфторид (PVDF). Воспроизведено из Zhang X. et al. (2017) с разрешения John Wiley & Sons-Books. (C) Оптическое изображение пленки керамического электролита Li 0,34 La 0,56 TiO 3 (LLTO). Воспроизведено из Jiang et al. (2020) с разрешения John Wiley & Sons-Books.

Технологии 3D-печати

Аддитивное производство, i.е., 3D-печать относится к передовой технологии изготовления, при которой трехмерные объекты строятся послойно на основе файлов компьютерного проектирования (САПР) (Chen AN et al., 2017; Mao et al. , 2017). По сравнению с традиционным методом технология 3D-печати продемонстрировала уникальные преимущества в быстром создании прототипов очень сложных и точных структур. Это преимущество может значительно упростить процедуру изготовления и сократить отходы материала, чтобы снизить производственные затраты (Чен А.Н. и др., 2018; Ли М. и др., 2019). Кроме того, 3D-печать способна облегчить неотъемлемые ограничения форм-фактора в батареях и преобразовать производство батарей из простых двумерных в сложные трехмерные (Pang et al., 2019; Cheng et al., 2020; Yang et al., 2020 ). Учитывая вышеупомянутые преимущества, для производства SSE были применены несколько методов 3D-печати. Эти методы 3D-печати SSE можно разделить на следующие две категории: печать на основе прямой записи (DW) [например, прямая запись чернилами (DIW), струйная печать (IJP), аэрозольная струйная печать (AJP) и наплавленное нанесение. моделирование (FDM)], а также печать на основе литографии [например, стереолитография (SL) и цифровая обработка света (DLP)].Далее будут обсуждаться последние достижения в исследованиях стратегий 3D-печати SSE, начиная с аспектов выбора сырья, конверта сборки и разрешения печати.

3D-печать твердотельных электролитов на основе DW

Рукописный ввод

Прямая рукопись (DIW) является наиболее широко используемой техникой 3D-печати для производства SSE благодаря ее низкой стоимости, простоте в эксплуатации и широкому выбору сырья (металлы, полимеры и керамика) (Ambrosi and Pumera, 2016; Du et al., 2017). Схема процесса DIW показана на рисунке 3A. В процессе печати вязкоупругие чернила на гелевой основе выдавливаются непосредственно из сопловой головки в виде непрерывной нити. Перемещая сопло вверх, можно создавать спроектированные трехмерные объекты путем последовательного послойного нанесения. После печати чернильные материалы быстро затвердевают под воздействием испарения растворителя, гелеобразования, фазовых изменений, вызванных температурой или растворителем (Naficy et al., 2014). Обычно разрешение печати объектов, напечатанных методом DIW, определяется диаметром сопла, который составляет от десятков до сотен микрометров.Для печати SSE с высоким разрешением (10–100 мкм) решающим фактором является высокопроизводительный состав краски. Печатная краска должна быть модулирована для обеспечения хорошего разжижения при сдвиге, обеспечивающего плавный поток чернил через сопло, и требуются достаточно высокий предел текучести и модуль упругости, чтобы обеспечить сохранение формы экструдированных нитей (Chang et al., 2019 ).

Рисунок 3. Прямое рукописное письмо (DIW). (A) Схема и SEM-микроскопия гелевого электролита для Zn-MnO 2 микро-батареи.Воспроизведено из Ho et al. (2010) с разрешения IOP Publishing, Ltd. (B) Схематические и оптические изображения полимерного электролита для Li 4 Ti 5 O 12 -оксид графена. Воспроизведено из Fu et al. (2016) с разрешения John Wiley & Sons-Books. (C) Схема и СЭМ-микрофотография композитного твердого электролита (CSE) для гибких LIB (LiFePO 4 / CSE / Li 4 Ti 5 O 12 ). Воспроизведено из Blake et al.(2017) с разрешения John Wiley & Sons-Books. (D) СЭМ-микроскопия и оптическое изображение CSE для LIB с электродом MnO 2 . Воспроизведено из Cheng et al. (2018) с разрешения John Wiley & Sons-Books. (E) Схема и СЭМ-микрофотографии Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZ) керамический электролит для литий-металлической батареи (Li / LLZ / Li). Воспроизведено Mcowen et al. (2018) с разрешения John Wiley & Sons-Books.

В 2010 году Ho et al. (2010). Как показано на рисунке 3A, SSE был зажат между электродами в микробатареи Zn-MnO 2 . Напечатанная ячейка показала емкость 0,98 мАч см –2 и плотность энергии 1,2 мВтч см –2 более чем за 70 циклов. Fu et al. (2016) печатные полимерные композитные электролитные чернила с регулируемой вязкостью для Li 4 Ti 5 O 12 -графеноксид (GO) встречно-штыревой батареи (Рисунок 3B).Отмечено, что хлопья GO регулировались для выравнивания вдоль направления экструзии в осажденных электродах, что могло улучшить электрическую проводимость и обеспечить достаточную площадь поверхности для размещения электролита. CSE были созданы для гибких LIB компанией DIW (рисунки 3C, D; Blake et al., 2017; Cheng et al., 2018). По сравнению с коммерческим полиолефиновым сепаратором напечатанные CSE продемонстрировали сопоставимые высокие электрохимические характеристики, лучшую термостабильность, смачиваемость электролитом и циклическую способность (Blake et al., 2017). Mcowen et al. (2018) подготовили керамический электролит Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZ) с различными микрометровыми характеристиками для металлической литиевой батареи (рис. 3E). Было доказано, что эти электролитные структуры обеспечивают батареи с хорошими механическими свойствами, более низким полным сопротивлением элементов и улучшенной энергией и удельной мощностью. О подобной работе DIW также сообщалось в другой литературе (Braam et al., 2012; Wei et al., 2018; Ma and Devin Mackenzie, 2019). Основные преимущества DIW заключаются в широком выборе сырья и широком диапазоне размеров сборки (100 мкм – 10 см).Использование концентрированных вязкоупругих паст позволяет создавать трехмерные структуры без необходимости в опорах (например, порошковой подушке, емкости для жидкости или печатных ручных опорах) (Chen Z. et al., 2019), что может упростить процесс печати, исключая процесс обработки поверхности и максимальное использование сырья. DIW хорошо изучен для изготовления индивидуальных пористых структур, обладающих периодическими характеристиками, с минимальным разрешением или без него. Однако приготовление вязкоупругих паст на гелевой основе для DIW является сложной задачей.Кроме того, особенности печати DIW ограничены структурами поленницы из-за форм экструдированного волокна, что свидетельствует о трудностях в изготовлении плотных структур.

Струйная печать

Струйная печать (IJP) — это метод бесконтактного нанесения материала на основе капель, который может напрямую выбрасывать микрокапли чернил через сопла на различные типы подложек для создания двумерных (2D) узоров (Dobrozhan et al., 2020). Схема процесса IJP показана на рисунке 4A.В качестве многообещающего метода был изучен IJP для печати на нескольких материалах, включая металл, полимеры, гелевые, белковые материалы и т. Д. (Fritzler and Prinz, 2017). Обычно чернила для IJP должны быть в разбавленной жидкой форме с достаточно низкой динамической вязкостью и поверхностным натяжением. Количественная характеристика, основанная на физических свойствах чернил, была предложена Дерби (2010) для оценки того, можно ли описать чернила как «пригодность для печати» для IJP: Z = 1/ Oh = ( γρα ) 1 / 2 / η , где Z — величина, обратная безразмерному числу, Oh — число Онезорге, α — характерная длина, представляющая радиус сопла, и ρ , η и γ — плотность, динамическая вязкость и поверхностное натяжение чернил соответственно.В случае 1 < Z <10 ожидается, что чернила будут давать стабильные капли, чтобы обеспечить процесс IJP.

Рисунок 4. Струйная печать (IJP). (A) Схема процесса IJP; (B) Поперечное сечение СЭМ и элементное картирование пористого композитного LiFePO 4 электрода с печатными ионогелевыми электролитами; (C) Температурно-зависимая ионная проводимость напечатанных ионогелей; (D) Гальваностатическое циклирование полуэлемента с использованием напечатанных ионогелей и LiFePO 4 и Li 4 Ti 5 O 12 пористых композитных электродов.Воспроизведено Delannoy et al. (2015) с разрешения Elsevier Science and Technology Journals.

Применение IJP для печати SSE было впервые описано в литературе Delannoy et al. (2015). Авторы нанесли ионогелевые чернила на основе диоксида кремния непосредственно на пористые композитные электроды, чтобы сформировать SSE для LIB (рис. 4A – D). Ионогель SSE показал высокую ионную проводимость, хорошее тепловое сопротивление и отличную совместимость с пористыми электродами, что позволило изготавливать микро-LIB с высокой поверхностной емкостью и хорошими характеристиками электрохимического цикла.Полная ячейка с использованием IJP-отпечатанного ионогеля SSE с LiFePO 4 и Li 4 Ti 5 O 12 пористых композитных электродов продемонстрировала поверхностную емкость 300 мАч / см -2 для более чем 100 циклов, что составляло более конкурентоспособны, чем у микроустройств, полученных с помощью дорогостоящего процесса физического осаждения из паровой фазы. В методе IJP диаметр сопла обычно меньше 5 мкм, что меньше, чем у DIW (от десятков до сотен микрометров).В этом случае IJP позволяет изготавливать спроектированные структуры с более высоким разрешением (5–20 мкм), что способствовало применению IJP в областях микроэлектроники и энергетических устройств. Однако объекты, напечатанные IJP, в основном ограничены двумерным пространством со строительной оболочкой от 50 мкм до 10 мм и не могут быть адаптированы для нанесения толстых рисунков из-за очень небольшого объема исходных чернил. Кроме того, IJP имеет ограниченную гибкость при изготовлении сложных структур (таких как полые и выступающие) из-за трудностей при изготовлении подложки с использованием экструдированных разбавленных жидких чернил.Эти ограничения ограничили его дальнейшее применение.

Аэрозольная струйная печать

Аэрозольная струйная печать (AJP) — это относительно новый подход к бесконтактному нанесению, ориентированный в первую очередь на изготовление печатной электроники. Сырье (например, металлы, полимеры и керамика) для нанесения AJP должно быть в жидкой форме и распыляться с помощью пневматической или ультразвуковой аэрозоли в капли диаметром 1–5 мкм. Эти капли затем доставляются к субстрату потоком газа, чтобы сформировать желаемый узор (Mahajan et al., 2013). Схема процесса AJP показана на рисунке 5A. Разрешение печати AJP зависит не только от размера сопла, но и от плотности капель и их взаимодействия с подложкой (Hoey et al., 2012). AJP считается потенциальным конкурентом IJP в миллиметровом производстве, поскольку он позволяет бесконтактное нанесение на гибкие и трехмерные неплоские подложки, что невозможно для технологий IJP или DIW.

Рисунок 5. Аэрозольная струйная печать (AJP). (A) Схема процесса AJP. Воспроизведено из Hoey et al. (2012) по лицензии Creative Commons Attribution. AJP для электролитов на основе полиэтиленоксида (PEO) в LIB с LiFePO 4 в качестве катода: (B) СЭМ микрофотография поперечного сечения электролитов на основе PEO; (C) Температурная проводимость электролитов на основе ПЭО; (D) Кривые разряда для батарей, созданных из электролита на основе ПЭО с печатью при 45 ° C со вставкой для измерения при 75 ° C.Воспроизведено из Deiner et al. (2019) с разрешения John Wiley & Sons-Books.

Применение AJP для печати SSE было впервые описано в литературе Deiner et al. (2019). В этой работе представлен состав чернил, состоящий из ПЭО, дифтор (оксалат) бората лития и наночастиц Al 2 O 3 , подходящих для осаждения AJP (рисунки 5B – D). Результаты показали, что геометрия и транспортные свойства напечатанных SPE в основном чувствительны к химической идентичности аниона литиевой соли и соотношению EO: Li.LIB с нанесенными AJP SPE могут быть разряжены при C / 15 с емкостью> 85 мАч g –1 при 45 ° C и 162 мАч g –1 при 75 ° C. По сравнению с IJP, AJP имеет следующие преимущества: (i) экструдированные чернила обеспечивают гораздо более высокую вязкость, больший размер частиц и содержание твердых частиц благодаря процессу распыления, который воспроизводит мелкие капли, (ii) он основан на непрерывном генерировании туман из капель диаметром 1–5 мкм, что указывает на более высокое разрешение печати (∼5 мкм) и скорость осаждения, чем в процессе IJP «капля по требованию», и (iii) непрерывный туман состоит из высокоплотных плотно сфокусированные капли демонстрируют прекрасную способность предотвращать засорение сопла.Однако масштабируемость системы осаждения, особенно для обработки больших площадей (с рабочей зоной> 3 мм), по-прежнему является сложной задачей для AJP из-за размера сопла и принадлежностей. Кроме того, стоимость дополнительных принадлежностей и сфокусированного потока газа в системе AJP обычно высока.

Моделирование наплавленного осаждения

Моделирование наплавленного осаждения (FDM) — это хорошо известный метод 3D-печати для создания сложных объектов как в промышленности, так и в академических кругах благодаря своей простоте и доступной машинной доступности (Bellini and Güçeri, 2003).Механизм формования FDM аналогичен механизму DIW, который основан на принципе экструдирования материала, в то время как их сырье и процесс подачи отличаются. Схема процесса FDM показана на рисунке 6A. Материалы для печати FDM должны быть твердыми и термопластичными в форме тонкой нити, которая может быть доставлена ​​в экструзионную головку с помощью приводных колес. После экструзии из сопла термопластические материалы, нагретые до состояния стеклования, кристаллизуются и затвердевают, осаждаясь на подложке.Обычными термопластическими материалами, используемыми в технике FDM, являются нити из акрилонитрил-бутадиен-стирола и полимолочной кислоты (PLA), в которых PLA приобретает все большую популярность из-за своей экологически чистой природы. Несмотря на эти преимущества, метод FDM редко применялся для изготовления SSE из-за низкой ионной проводимости термопластов. Следовательно, разработка термопластических материалов в форме нитей с высокой ионной проводимостью является ключом к производству SSE с помощью FDM.

Рисунок 6. Моделирование наплавленного осаждения (FDM). (A) Схема процесса FDM. Воспроизведено Klippstein et al. (2018) с разрешения John Wiley & Sons-Books. FDM для электролитов на основе полимолочной кислоты (PLA) в LIB (титанат лития / матрица PLA / оксид лития-марганца): (B) Отдельные компоненты монетного элемента, напечатанного на 3D-принтере; (C) Емкость и кулоновский КПД при плотности тока 20 мАg –1 для 100 циклов; (D) Оптическое изображение отпечатанной батареи, питающей светодиод; (E) SEM поперечное сечение одной батареи печати.Воспроизведено из Reyes et al. (2018) с разрешения Американского химического общества.

В 2018 году Reyes et al. (2018) впервые синтезировали электролитные нити на основе PLA для печати методом FDM с наивысшей ионной проводимостью 0,031 мСм⋅см –1 путем вливания смеси этилметилкарбоната, пропиленкарбоната и LiClO 4 . Они также разработали материалы для электродов из PLA для трехмерной печати полных LIB произвольной формы, таких как плоские элементы и встроенные батареи, используемые в носимых электронных устройствах, как показано на рисунках 6B – E.Однако напечатанная полная ячейка имеет более низкую кулоновскую эффективность (~ 88,5% в течение первых 50 циклов) по сравнению с таковой у обычных LIB (~ 95–99%) (Smith et al., 2010). FDM предлагает множество преимуществ, таких как низкая стоимость печати, возможности большого размера (максимальный размер сборки ~ 10 см) и, в частности, возможность печати структуры из нескольких исходных материалов. Тем не менее, все еще существует несколько ограничений на производство SSE с помощью FDM: (i) материалы для печати ограничены термопластами и должны быть сформированы в нити, (ii) термопластические нити должны быть нагреты до состояния стеклования при высокой температуре 150 ° C. –180 ° C, и (iii) разрешение печати FDM вместе с осью Z составляет от 50 до 200 мкм, что приводит к плохому качеству поверхности и управляемости структуры.

Трехмерная печать твердотельных электролитов на основе литографии

Стереолитография

Стереолитография (SL) считается наиболее известной и популярной техникой 3D-печати и применяется для изготовления деталей из полимеров, керамики и стекла (Eckel et al., 2016; Ngo et al., 2018; Santoliquido et al. , 2019). Схема процесса SL показана на рисунке 7A. SL позволяет изготавливать сложные трехмерные микрорешетки путем избирательной полимеризации и отверждения фотоотверждаемой смолы с использованием источника света определенной длины волны (обычно в УФ-диапазоне) (Chartrain et al., 2018). Процесс полимеризации обычно протекает на поверхности жидкости. После завершения одного слоя полимеризации чан или платформа, поддерживающая строительную часть, поднимается или опускается на толщину слоя. Иногда требуется лезвие, чтобы выровнять поверхность жидкости перед полимеризацией следующего слоя. Фотоотверждаемая смола SL состоит в основном из фотоактивных мономеров и других добавок в очень небольших количествах, особенно фотоинициатора (Manapat et al., 2017). По сравнению с техникой 3D-печати на основе DW (например.g., DIW, IJP, AJP и FDM), SL может изготавливать произвольную трехмерную геометрию, включая различные полые резные детали с высоким разрешением вплоть до микрометрового масштаба, и может устранить ограничения, связанные с траекторией инструмента и последовательной экструзией (Yang et al. ., 2016). Следовательно, SL имеет высокий потенциал для изготовления различных типов SSE, включая SPE, CSE и ISE.

Рисунок 7. Стереолитография (SL). (A) Схема процесса SL. Воспроизведено из Gross et al.(2014) с разрешения Американского химического общества. SL для твердотельных электролитов (SSE): (B) Процесс трафаретной печати с использованием УФ-отверждения твердых полимерных электролитов (SPE, = этоксилированный триметилолпропантриакрилатный мономер / высококипящий электролит / Al 2 O 3 наночастиц) тонкий слой для LIB [LiFePO 4 (LFP) / SPE / Li 4 Ti 5 O 12 (LTO)]. Воспроизведено с книги Kim S.H. и другие. (2015) с разрешения Американского химического общества. (C) Оптическое изображение и трехмерная структура ТФЭ на основе полиэтиленгликоля для микро-LIB (LFP / SPE / LTO). Воспроизведено из Chen Q. et al. (2017) с разрешения IOP Publishing, Ltd. (D) Схематические и SEM-изображения трехмерных печатных шаблонов с кубической, гироидной, алмазной и бижелевой микроархитектурой Li 1,4 Al 0,4 Ge 1,6 (PO 4 ) 3 (LAGP) -эпоксидные электролиты для литий-металлических аккумуляторов с симметричными литиевыми электродами.Воспроизведено Zekoll et al. (2018) с разрешения Королевского химического общества. (E) Оптическое изображение, изображения SEM и кривые зависимости напряжения / мощности-тока от манганита лантана-стронция (LSM-YSZ) / YSZ / Ni-YSZ твердооксидных элементов. Воспроизведено из Pesce et al. (2020) под непортированной лицензией Creative Commons Attribution 3.0, опубликованной Королевским химическим обществом.

В 2015 году Kim S.H. и другие. (2015) подготовили слой SPE и электроды, встроенные в матрицу SPE на произвольных объектах, а затем собрали в многослойные гибкие LIB в различных форм-факторах (рис. 7B).Напечатанные батареи продемонстрировали хорошую способность к длительному хранению заряда и средний уровень объемной плотности энергии. Chen Q. et al. (2017) разработали УФ-отверждаемую смолу на основе полиэтиленгликоля для SL-печати гелевого полимерного электролита 3D для микро-LIB дешевым и высокопроизводительным способом. Как показано на рисунке 7C, напечатанный зигзагообразный GPE может увеличить площадь контакта с электродами, а улучшенная ионная проводимость 4,8 × 10 –3 См · см –1 может быть получена при температуре окружающей среды, что сравнимо с что жидкого электролита.Zekoll et al. (2018) сообщили о SL-печатных CSE, содержащих трехмерный бинепрерывный Li 1,4 Al 0,4 Ge 1,6 (PO 4 ) 3 (LAGP) керамический электролит и изолирующий полимер (эпоксидный полимер, полипропилен) для Li металлический аккумулятор (рис. 7D). Этот метод может точно контролировать соотношение керамики и полимера, а также геометрию и размер разнообразных точных микроархитектур, таких как кубические, гироидные, алмазные и бижелевые структуры. Гироидный LAGP-эпоксидный электролит имел ионную проводимость 1.6 × 10 –4 См см –1 , что было на тот же порядок величины, что и таблетка LAGP, в то время как печатный электролит продемонстрировал на 28% более высокую прочность на сжатие и до пяти раз более высокую прочность на изгиб. Недавняя работа, опубликованная Pesce et al. (2020) разработали самоподдерживающиеся цельнокерамические электролиты из 8 мол.% Оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия (YSZ) для твердооксидных топливных элементов (SOFC), напечатанных SL (рис. 7E). Напечатанные плотные и не содержащие трещин электролиты 8YSZ достигли ионной проводимости до 3.0 × 10 –2 См см –1 при 800 ° C в плоской и гофрированной геометриях. Гофрированные электролиты YSZ с печатью SL показали увеличение удельной мощности на 57% (410 мВт · см –2 при 900 ° C) по сравнению с традиционной технологией ТОТЭ, что в основном было связано с геометрическими аспектами с высоким аспектным отношением. SL продемонстрировал множество преимуществ, таких как высокое разрешение печати (10–100 мкм) и качество поверхности. Кроме того, SL имеет большой потенциал в подготовке SSE для многомасштабных батарей, особенно для батарей микронного размера.Однако доступность светочувствительных смол или полимеров-предшественников для печати SL ограничена и является дорогостоящей (около 100 долл. США / кг для светочувствительных смол и более дорого для предшественников), а для печати полых или нависающих структур требуются ручные опоры.

Цифровая обработка света

Цифровая обработка света (DLP) — это метод SL на основе маски, использующий цифровое микрозеркальное устройство (DMD) для проецирования световой маски, которая служит для затвердевания всего слоя за несколько секунд (Chartrain et al., 2018). Механизм формования и сырье DLP аналогичны SL. Схема процесса DLP показана на рисунке 8A. В системе DLP DMD представляет собой массив из нескольких миллионов микроскопически маленьких зеркал на полупроводниковом кристалле, и каждое зеркало представляет один или несколько пикселей в проецируемом изображении (Han et al., 2019). В этом случае разрешение печати DLP связано с количеством зеркал в DMD. Слоистое затвердевание в DLP предлагает многочисленные преимущества по сравнению с процессом покточечного сканирования SL: (i) время построения значительно сокращается, поскольку оно в основном зависит от толщины слоя и времени воздействия, и (ii) остаточное напряжение DLP образцов мало, поскольку не существует разницы между контуром и внутренней областью во время затвердевания слоя.Эти преимущества привлекли значительное внимание при изготовлении плотной керамики в различных областях, включая керамические электролиты для ТОТЭ.

Рисунок 8. Цифровая обработка света (DLP). (A) Схема процесса DLP. Воспроизведено из Luongo et al. (2020) с разрешения John Wiley & Sons-Books. DLP для полностью плотного электролита из диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия (8YSZ), с концентрацией 8 мол.% В твердооксидном топливном элементе (NiO-8YSZ / 8YSZ / La 0,8 Sr 0.2 MnO 3 ): (B) SEM-изображения напечатанного YSZ под разными углами; (C) SEM-изображения волнообразного YSZ; (D) Кривые напряжения и плотности тока для полных волнообразных ячеек. Воспроизведено из Xing et al. (2020) с разрешения Elsevier Science & Technology Journals.

Самая последняя работа по производству керамического электролита методом DLP была проведена Xing et al. (2020). Чтобы улучшить характеристики ТОТЭ, был разработан полностью плотный электролит YSZ с концентрацией 8 моль% с волнообразной формой и приготовленный методом DLP с различными углами печати (0 °, 15 °, 30 °, 45 °) (Рисунки 8B, C).Этот напечатанный специальный электролит может увеличить границу раздела электрод-электролит на ~ 36% и, таким образом, повысить удельную мощность на ~ 32% при температуре испытания 800 ° C и на ~ 37% при 700 ° C по сравнению с эталонным электродом. ячейка (рис. 8D). Эта работа продемонстрировала потенциал для производства конкретных шаблонных SSE с помощью DLP для изготовления SOFC с улучшенными и предсказуемыми характеристиками. DLP имеет сопоставимое с SL разрешение печати (10–100 мкм) и качество поверхности, но значительно сокращает время сборки и меньшее остаточное напряжение, что позволяет изготавливать высоконадежные SSE с высокой эффективностью.Однако дорогостоящие светочувствительные смолы / прекурсоры и ручные опоры по-прежнему являются проблемами, с которыми сталкивается DLP.

В последние годы были разработаны различные методы трехмерной печати на основе литографии, такие как двухфотонная полимеризация (TPP) (Truby and Lewis, 2016), непрерывное производство поверхности раздела жидкостей (CLIP) (Tumbleston et al., 2015) и проектирование Микростереолитография (PμSL) (Park et al., 2012), все они могут обеспечить сопоставимое или более высокое разрешение печати, чем 10–100 мкм (рис. 9).CLIP имеет разрешение печати 50 ~ 100 мкм, в то время как детали могут быть извлечены непосредственно из смолы за считанные минуты с использованием проницаемого для кислорода окна (Tumbleston et al., 2015). PμSL может обеспечить разрешение печати 2-8,5 мкм с использованием трехмерного полутонового DMD в качестве динамической маски и уменьшающей линзы в качестве пространственного модулятора света (Sun et al., 2005). В частности, TPP позволяет создавать элементы размером менее 1 мкм за счет одновременного поглощения двух фотонов ближнего инфракрасного (780 нм) или зеленого (515 нм) лазера (Obata et al., 2013). Эта основанная на литографии технология 3D-печати имеет высокий потенциал для изготовления SSE с тонкими характеристиками от сотен нанометров до микрон.

Рис. 9. Сравнение разрешающей способности печати для метода трехмерной печати на основе литографии [стереолитография (SL), цифровая обработка света (DLP), непрерывное создание интерфейса жидкости (CLIP), проекционная микростереолитография (PμSL) и двухфотонная полимеризация ( ТЭС)]. SL воспроизведен из Jansen et al.(2009) с разрешения Американского химического общества. DLP воспроизведен из Lee et al. (2007) с разрешения Американского химического общества. CLIP воспроизведен из Tumbleston et al. (2015) с разрешения Американской ассоциации развития науки. PμSL воспроизведен из Lee et al. (2008) с разрешения John Wiley & Sons-Books. TPP воспроизведено из Obata et al. (2013) по лицензии Creative Commons.

Заключение и перспективы

В этом обзоре мы сначала обсудили общие процессы и ограничения традиционных методов производства SSE.Затем, посредством всестороннего обзора двух больших групп методов 3D-печати, основанных либо на DW, либо на SL, мы указали на преимущества новых технологий 3D-печати по сравнению с традиционными методами производства SSE с точки зрения создания механизмов, выбора сырья, сборки конверт, разрешение печати и приложение (наноразмерные, гибкие и крупномасштабные аккумуляторные решетки). Мы подчеркнули перспективы и осуществимость производства SSE с использованием трехмерной печати на основе литографии, чтобы преодолеть технические барьеры и улучшить совместимость интерфейсов твердое тело-твердое тело.Наконец, мы обсудили несколько существующих проблем, связанных с процессом 3D-печати, и соответствующие будущие перспективы для лучшего решения этих проблем, стремясь предоставить руководство, которое будет стимулировать развитие технологий 3D-печати, более тесно связанных с производством аккумуляторов. В целом, за эволюцией аккумуляторов устойчивой движущей силой всегда были постоянно совершенствующиеся и совершенствующиеся технологии производства.

С учетом преимуществ высокого разрешения печати, гибкости подготовки очень сложных структур и широкого выбора сырья, технология 3D-печати продемонстрировала свой большой потенциал для производства различных типов и форм-факторов SSE.Однако есть еще несколько проблем, которые следует решить, а именно: (i) проблемы при производстве SSE, чувствительных к воздуху / влаге. В большинстве технологий 3D-печати используется сырье в жидкой или чернильной форме, такое как DIW, IJP и AJP, (ii) ограничения при производстве с высоким разрешением (вплоть до наномасштаба). Например, нано-LIB для биомедицинских приложений и SSE в форме нанометрового гребня для снижения внутреннего сопротивления, (iii) проблемы при производстве SSE для приложений масштаба сети.Например, SOFC и крупномасштабные аккумуляторные сети для хранения возобновляемой энергии, и (iv) потенциальные проблемы при последующей обработке ISE. Например, напряжение, трещины, летучесть лития и побочные реакции легко возникают во время длительного времени (удаления связующего или спекания) (Nyman et al., 2010; Pfenninger et al., 2019). Для решения вышеупомянутых проблем настоятельно рекомендуются дальнейшие усилия в следующих аспектах: (i) объединить технологию 3D-печати и традиционное производство аккумуляторов, чтобы способствовать разработке полупроводниковых аккумуляторов с высокой плотностью энергии, (ii) повысить разрешение печати вплоть до нанометра с использованием новых нанотехнологий, (iii) разработка принтеров промышленного уровня или конвейерной печатной платформы для производства SSE для приложений в масштабе сетки, и (iv) объединение некоторых инновационных технологий спекания, совместимых со сложными деталями, напечатанными на 3D-принтере.

Этот обзор продемонстрировал возможность производства SSE с помощью 3D-печати, но требуются дополнительные усилия, чтобы полностью преодолеть разрыв между текущими технологическими возможностями и будущими производственными требованиями. Хотя 3D-печать предлагает беспрецедентную гибкость в регулировке структурной размерности и сложности SSE по сравнению с традиционными методами, ее не следует принимать за всемогущее решение многих неотъемлемых препятствий при производстве аккумуляторов. Чтобы реализовать больший потенциал применения 3D-печати в производстве аккумуляторов, требуются совместные междисциплинарные усилия.С точки зрения материаловедения, необходимы дальнейшие экспериментальные и вычислительные исследования для систематического изучения отношений состав-структура-свойство SSE. Это должно способствовать достижению более высоких плотностей тока и лучшей механической / химической стабильности аккумуляторного элемента. Углубляясь в механизмы реакции с электрохимической точки зрения, можно исследовать и оптимизировать кинетику переноса ионов на границах раздела электрод / электролит, чтобы повысить эффективность переноса проводящего иона.За счет более комплексного проектирования в машиностроении можно было бы интегрировать специальные приспособления для чувствительных к воздуху / влаге образцов в существующие инструментальные установки 3D-печати, чтобы обеспечить более широкий выбор материалов. В целом технология 3D-печати использовала многие преимущества традиционных методов производства на протяжении многих лет. Благодаря совместным усилиям междисциплинарных исследований, 3D-печать с оптимизмом надеется вскоре реализовать весь свой потенциал в производстве SSE. Мы считаем, что широкое распространение технологий 3D-печати должно быть сосредоточено не только на производственном процессе, но и в таких дисциплинах, как химия поверхности, материаловедение и машиностроение.Например, ограниченная доступность и высокая стоимость фоточувствительных смол или полимеров-предшественников для печати (выше 100 долларов за килограмм) для SL заставят нас разрабатывать новые материалы для печати SL с низкой стоимостью и широкой совместимостью с материалами. Плохая совместимость интерфейса твердое тело / твердое тело подтолкнет нас к исследованию модификации поверхности и структурного дизайна SSE с сильным межчастичным взаимодействием и низким импедансом интерфейса. Кроме того, некоторые особые требования (такие как инертная атмосфера и сухая среда) заставят нас разработать особую технику 3D-печати для производства батарей.Следовательно, применение 3D-печати SSE в будущем потребует совместной разработки нескольких дисциплин, таких как химия поверхности, материаловедение и машиностроение.

Авторские взносы

ФС и Ю.С.: концепция или дизайн работы и критическая доработка статьи. AC и CQ: подготовка статьи. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Финансирование

FS выражает признательность за поддержку фонда запуска со стороны Департамента энергетики и разработки полезных ископаемых Университета штата Пенсильвания.

Конфликт интересов

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

Сокращения

2D, двухмерный; AJP, аэрозольная печать; CLIP, непрерывное производство поверхности раздела жидкостей; CSE, композитные твердые электролиты; DIW, прямое рукописное письмо; DLP, цифровая обработка света; DMD, цифровое микрозеркальное устройство; DW, прямое письмо; FDM, моделирование наплавленного металла; GO, оксид графена; IJP, струйная печать; ISE, неорганический твердый электролит; ЛАГП, Ли 1.4 Al 0,4 Ge 1,6 (PO 4 ) 3 ; LFP, LiFePO 4 ; LIB, литий-ионные батареи; LLZ, Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ; LTO, Li 4 Ti 5 O 12 ; P μ SL, проекционная микростереолитография; PLA, полимолочная кислота; SL, стереолитография; ТОТЭ, твердооксидный топливный элемент; ТПЭ, твердый полимерный электролит; SSE, твердотельный электролит; TPP, двухфотонная полимеризация; УФ, ультрафиолет; YSZ, оксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия.

Список литературы

Appetecchi, G. B., Alessandrini, F., Carewska, M., Caruso, T., Prosini, P. P., Scaccia, S., et al. (2001). Исследование аккумуляторов с литий-полимерным электролитом. J. Источники энергии 97, 790–794.

Google Scholar

Беллини А. и Гючери С. (2003). Механические характеристики деталей, изготовленных с использованием моделирования наплавкой. Rapid Prototyp. J. 9, 252–264. DOI: 10.1108 / 13552540310489631

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Блейк, А.J., Kohlmeyer, R.R., Hardin, J.O., Carmona, E.A., Maruyama, B., Berrigan, J.D., et al. (2017). Керамически-полимерные электролиты для 3D-печати для гибких высокопроизводительных литий-ионных аккумуляторов с повышенной термостойкостью. Adv. Energy Mater. 7: 1602920. DOI: 10.1002 / aenm.201602920

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бланга Р., Бурштейн Л., Берман М., Гринбаум С. Г., Голодницкий Д. (2015). Твердый полимер-керамический электролит, полученный электрофоретическим осаждением. J. Electrochem. Soc. 162, D3084 – D3089.

Google Scholar

Браам, К. Т., Фолькман, С. К., и Субраманиан, В. (2012). Определение характеристик и оптимизация печатной первичной серебряно-цинковой батареи. J. Источники энергии 199, 367–372. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2011.09.076

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бухманн, И. (2001). Батареи в портативном мире: Справочник по аккумуляторным батареям для не инженеров .Ричмонд: Cadex Electronics.

Google Scholar

Карли М. Д., Касо М. Ф., Аврора А., Сета Л. Д. и Просини П. П. (2019). «Электроформование нановолокон в качестве сепараторов для литий-ионных аккумуляторов», в: Труды 15-й Международной конференции по фотоэлектрическим системам с концентраторами (CPV-15) Мелвилл, штат Нью-Йорк.

Google Scholar

Кавальер, С., Субианто, С., Савич, И., Джонс, Д. Дж., Розьер, Дж. Дж. Э., и Science, E. (2011). Электропрядение: разработанные архитектуры для устройств преобразования и хранения энергии. Energy Environ. Sci. 4, 4761–4785. DOI: 10.1039 / c1ee02201f

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чанг, П., Мэй, Х., Чжоу, С., Дассиос, К. Г., и Ченг, Л. (2019). Электрохимические накопители энергии, напечатанные на 3D-принтере. J. Mater. Chem. А 7, 4230–4258. DOI: 10.1039 / c8ta11860d

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чартрейн, Н. А., Уильямс, К. Б., и Уиттингтон, А. Р. (2018). Обзор изготовления тканевых каркасов с использованием фотополимеризации в ванне. Acta Biomater. 74, 90–111. DOI: 10.1016 / j.actbio.2018.05.010

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chen, A.-N., Li, M., Wu, J.-M., Cheng, L.-J., Liu, R.-Z., Shi, Y.-S., et al. (2019). Механизм повышения механических характеристик высокопористой муллитовой керамики с бимодальной структурой пор, полученных методом селективного лазерного спекания. J. Alloys Compd. 776, 486–494. DOI: 10.1016 / j.jallcom.2018.10.337

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, А.-N., Li, M., Xu, J., Lou, C.-H., Wu, J.-M., Cheng, L.-J., et al. (2018). Пенопласт из муллитовой керамики с высокой пористостью, полученный методом селективного лазерного спекания с использованием полых сфер летучей золы в качестве сырья. J. Eur. Ceram. Soc. 38, 4553–4559. DOI: 10.1016 / j.jeurceramsoc.2018.05.031

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chen, A.-N., Wu, J.-M., Cheng, L.-J., Liu, S.-J., Ma, Y.-X., Li, H., et al. (2020). Повышенное уплотнение и диэлектрические свойства керамики CaTiO3-0,3NdAlO3, полученной методом прямого коагуляционного литья. J. Eur. Ceram. Soc. 40, 1174–1180. DOI: 10.1016 / j.jeurceramsoc.2019.12.033

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chen, A.-N., Wu, J.-M., Liu, K., Chen, J.-Y., Xiao, H., Chen, P., et al. (2017). Высокопроизводительные керамические детали сложной формы, полученные методом селективного лазерного спекания: обзор. Adv. Прил. Ceram. 117, 100–117. DOI: 10.1080 / 17436753.2017.1379586

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, К., Сюй, Р., Хэ, З., Чжао, К., и Пан, Л. (2017). Печать 3D гелевого полимерного электролита в литий-ионной микробатареи с использованием стереолитографии. J. Electrochem. Soc. 164, A1852 – A1857.

Google Scholar

Chen, W., Lei, T., Wu, C., Deng, M., Gong, C., Hu, K., et al. (2018). Разработка безопасных систем электролита для высокостабильной литий-серной батареи. Adv. Energy Mater. 8: 1702348. DOI: 10.1002 / aenm.201702348

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, Ю., Чжо, С., Ли, З., и Ван, К. (2020). Редокс-полимеры для аккумуляторных металло-ионных аккумуляторов. EnergyChem 2: 100030. DOI: 10.1016 / j.enchem.2020.100030

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chen, Z., Li, Z., Li, J., Liu, C., Lao, C., Fu, Y., et al. (2019). 3D-печать керамики: обзор. J. Eur. Ceram. Soc. 39, 661–687.

Google Scholar

Ченг, М., Дейванаягам, Р., и Шахбазян-Яссар, Р. (2020). 3D-печать электрохимических накопителей энергии: обзор методов печати и архитектур электродов / электролитов. Тесто. Суперкапсы 3, 130–146. DOI: 10.1002 / batt.2010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Cheng, M., Jiang, Y., Yao, W., Yuan, Y., Deivanayagam, R., Foroozan, T., et al. (2018). Трехмерная печать гибридного твердотельного электролита для литий-ионных аккумуляторов при повышенных температурах. Adv. Матер. 30: e1800615.

Google Scholar

Чой, Ю. Э., Пак, К. Х., Ким, Д. Х., О, Д. Й., Квак, Х. Р., Ли, Ю. Г. и др. (2017). Покрываемые твердые электролиты Li4SnS4, приготовленные из водных растворов, для полностью твердотельных литий-ионных аккумуляторов. ChemSusChem 10, 2605–2611. DOI: 10.1002 / cssc.201700409

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Commarieu, B., Paolella, A., Daigle, J.-C., and Zaghib, K. (2018). К высокой проводимости лития в твердотельных полимерных и полимерно-керамических батареях. Curr. Opin. Электрохим. 9, 56–63. DOI: 10.1016 / j.coelec.2018.03.033

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Cousseau, J.-F., Siret, C., Biensan, P., and Broussely, M.(2006). Последние разработки в литий-ионных призматических элементах. J. Источники энергии 162, 790–796. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2005.02.095

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дейнер, Л. Дж., Дженкинс, Т., Хауэлл, Т., и Роттмайер, М. (2019). Полимерные композитные электролиты с аэрозольной печатью для твердотельных литий-ионных аккумуляторов. Adv. Англ. Матер. 21: 1

2. DOI: 10.1002 / adem.201

2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Деланной, П.Э., Риу, Б., Лестриес, Б., Гийомар, Д., Брюсс, Т., и Ле Бидо, Дж. (2015). К быстрой и рентабельной струйной печати твердого электролита для литиевых микробатареек. J. Источники энергии 274, 1085–1090. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2014.10.164

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Deng, Z., Jiang, H., Hu, Y., Liu, Y., Zhang, L., Liu, H., et al. (2017). Трехмерная упорядоченная макропористая наноструктура MoS2 @ C для гибких литий-ионных аккумуляторов. Adv. Матер. 29: 1603020.DOI: 10.1002 / adma.201603020

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дерби, Б. (2010). Струйная печать функциональных и конструкционных материалов: требования к свойствам жидкости, стабильность характеристик и разрешение. Annu. Rev. Mater. Res. 40, 395–414. DOI: 10.1146 / annurev-matsci-070909-104502

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Диуф Б. и Поде Р. (2015). Возможности литий-ионных аккумуляторов в возобновляемых источниках энергии. Обновить.Энергия 76, 375–380. DOI: 10.1016 / j.renene.2014.11.058

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дирикан, М., Янь, К., Чжу, П., и Чжан, X. (2019). Композитные твердые электролиты для твердотельных литиевых батарей. Mater. Sci. Англ. R Rep. 136, 27–46.

Google Scholar

Доброжан О., Пшеничный Р., Воробьев С., Курбатов Д., Команицкий В., Опанасюк А. (2020). Влияние термического отжига на морфологические и структурные свойства пленок ZnO, нанесенных на полиимидные подложки методом струйной печати. SN Прил. Sci. 2: 365.

Google Scholar

Ду, К.-Ф., Лян, К., Ло, Ю., Чжэн, Ю., и Янь, К. (2017). Последние достижения в области печати аккумуляторных батарей. J. Mater. Chem. А 5, 22442–22458. DOI: 10.1039 / c7ta07856k

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дадни, Н. Дж. (2008). Тонкопленочные микробатареи. Электрохим. Soc. Интерфейс 17, 44–48.

Google Scholar

Данн, Б., Фаррингтон, Г.К. и Кац Б. (1994). Золь-гель подходы для твердых электролитов и электродных материалов. Твердотельный ион. 70, 3–10. DOI: 10.1016 / 0167-2738 (94) -x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Экель, З. К., Чжоу, К., Мартин, Дж. Х., Якобсен, А. Дж., Картер, В. Б., и Шедлер, Т. А. Дж. С. (2016). Аддитивное производство керамики на основе полимеров. Наука 351, 58–62. DOI: 10.1126 / science.aad2688

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фергус, Дж.W. (2010). Керамические и полимерные твердые электролиты для литий-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии 195, 4554–4569. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2010.01.076

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Франкс, Г. В., Таллон, К., Стударт, А. Р., Сессо, М. Л., и Лео, С. (2017). Коллоидная обработка: создание керамики сложной формы с уникальной многомасштабной структурой. J. Am. Ceram. Soc. 100, 458–490. DOI: 10.1111 / jace.14705

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фрицлер, К.Б., Принц В. Ю., Дж. П. У. (2017). Методы 3D-печати микро- и наноструктур. Phys. Успехи. 62, 54–69. DOI: 10.3367 / ufne.2017.11.038239

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Fu, K., Wang, Y., Yan, C., Yao, Y., Chen, Y., Dai, J., et al. (2016). Электродные чернила на основе оксида графена для литий-ионных аккумуляторов, напечатанных на 3D-принтере. Adv. Матер. 28, 2587–2594. DOI: 10.1002 / adma.201505391

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фудзимото, Д., Кувата, Н., Мацуда, Ю., Кавамура, Дж., И Канг, Ф. (2015). Изготовление твердотельных тонкопленочных аккумуляторов с использованием тонких пленок LiMnPO 4, нанесенных методом импульсного лазерного осаждения. Тонкие твердые пленки 579, 81–88. DOI: 10.1016 / j.tsf.2015.02.041

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фурукава, Н., Иноуэ, К., и Мураками, С. (1984). Щелочная батарея. Google Patents.

Google Scholar

Гельфонд Н.В., Бобренок О.Ф., Предтеченский М.Р., Морозова, Н. Б., Жерикова, К. В., Игуменов, И. К. (2009). Химическое осаждение из газовой фазы тонких пленок электролитов на основе оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия. Inorg. Матер. 45, 659–665.

Google Scholar

Гуденаф, Дж. Б., и Сингх, П. (2015). Обзор — твердые электролиты в перезаряжаемых электрохимических элементах. J. Electrochem. Soc. 162, A2387 – A2392.

Google Scholar

Greatbatch, W., and Holmes, C.F. (1991). История имплантируемых устройств. IEEE Eng. Med. Биол. Mag. 10, 38–41.

Google Scholar

Гросс, Б. К., Эркал, Дж. Л., Локвуд, С. Ю., Чен, К., и Спенс, Д. М. Дж. А. С. (2014). Оценка 3D-печати и ее потенциального воздействия на биотехнологии и химические науки. 86, 3240–3253. DOI: 10.1021 / ac403397r

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хафнер С., Гатри Х., Ли С.-Х. и Бан К. (2019). Синхронизированная технология электроспиннинга и электрораспыления для производства твердотельных литий-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии 431, 17–24. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2019.05.008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хаяси А., Охтомо Т., Мидзуно Ф., Таданага К. и Тацумисаго М. (2003). Полностью твердотельные Li / S аккумуляторы с высокопроводящими стеклокерамическими электролитами. Электрохим. Commun. 5, 701–705. DOI: 10.1016 / s1388-2481 (03) 00167-x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хаяси А., Ямасита Х., Тацумисаго М. и Минами Т.(2002). Характеристика аморфных твердых электролитов Li2S – SiS2 – LixMOy (M = Si, P, Ge), полученных закалкой расплава и механическим измельчением. Твердотельный ион. 148, 381–389. DOI: 10.1016 / s0167-2738 (02) 00077-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

He, P., Chen, Q., Yan, M., Xu, X., Zhou, L., Mai, L., et al. (2019). Создание лучших цинк-ионных аккумуляторов: перспективы материалов. EnergyChem 1: 100022. DOI: 10.1016 / j.enchem.2019.100022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хенч, Л.Л. и Уэст Дж. К. (1990). Золь-гель процесс. Chem. Ред. 90, 33–72.

Google Scholar

Hitz, G. T., Mcowen, D. W., Zhang, L., Ma, Z., Fu, Z., Wen, Y., et al. (2019). Высокоскоростное циклирование лития в масштабируемой трехслойной архитектуре литий-гранат-электролит. Mater. Сегодня 22, 50–57. DOI: 10.1016 / j.mattod.2018.04.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хо, К. К., Эванс, Дж. У. и Райт, П. К. (2010). Прямая печать с диспенсером для цинковой микробатареи с ионным жидким гелевым электролитом. J. Micromech. Microeng. 20: 104009. DOI: 10.1088 / 0960-1317 / 20/10/104009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хои, Дж. М., Лутфурахманов, А., Шульц, Д. Л., и Ахатов, И. С. (2012). Обзор прямой записи на основе аэрозолей и ее приложений для микроэлектроники. J. Nanotechnol. 2012, 1-22. DOI: 10.1155 / 2012/324380

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янсен, Дж., Мелчельс, Ф. П. У., Гриджпма, Д. У., и Фейен, Дж.Дж. Б. (2009). Поли (D, L-лактид) / N-винил-2-пирролидон смолы, функционализированные моноэтиловым эфиром фумаровой кислоты, для получения каркасов тканевой инженерии с помощью стереолитографии. Биомакромолекулы 10, 214–220. DOI: 10.1021 / bm801001r

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Jiang, Z., Wang, S., Chen, X., Yang, W., Yao, X., Hu, X., et al. (2020). Ленточное литье пленок керамического электролита Li0,34La0,56TiO3 обеспечивает высокую удельную энергию литий-металлических батарей. Adv. Матер. 32: 1

1. DOI: 10.1002 / adma.201

1

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Йоханнесен, Э. А., Ван, Л., Вайз, К., Камминг, Д. Р., и Купер, Дж. М. (2006). Биосовместимость сенсора «лаборатория на таблетке» в искусственных средах желудочно-кишечного тракта. IEEE Trans. Биомед. Англ. 53, 2333–2340. DOI: 10.1109 / tbme.2006.883698

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Иудез Х., Чжан Х., Ли, К., Эшету, Г. Г., Гонсалес-Маркос, Дж. А., Арманд, М., и др. (2017). Обзор — твердые электролиты для безопасных литий-серных батарей с высокой плотностью энергии: перспективы и проблемы. J. Electrochem. Soc. 165, A6008 – A6016.

Google Scholar

Юнг, Г. Б., Хуанг, Т., Хуанг, М. Х., и Чанг, К. Л. Дж. Дж. О. М. С. (2001). Получение легированного самарией оксида церия для твердооксидного электролита топливных элементов модифицированным золь-гель методом. J. Mater. Sci. 36, 5839–5844.

Google Scholar

Ким, Дж. Г., Сон, Б., Мукерджи, С., Шупперт, Н., Бейтс, А., Квон, О. и др. (2015). Обзор твердотельных батарей на литиевой и нелитиевой основе. J. Источники энергии 282, 299–322.

Google Scholar

Ким, С. Х., Чой, К. Х., Чо, С. Дж., Чой, С., Пак, С., и Ли, С. Ю. (2015). Печатные твердотельные литий-ионные батареи: новый путь к источникам питания соответствующей формы с эстетической универсальностью для гибкой электроники. Nano Lett. 15, 5168–5177. DOI: 10.1021 / acs.nanolett.5b01394

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Клиппштейн, Х., Диас де Серио Санчес, А., Хассанин, Х., Цвейри, Ю., и Сеневиратне, Л. (2018). Моделирование наплавленных отложений для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА): обзор. Adv. Англ. Матер. 20: 1700552. DOI: 10.1002 / adem.201700552

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Котобуки М., Койси М. и Като Ю.(2013). Приготовление твердого электролита Li1,5Al0,5Ti1,5 (PO4) 3 методом соосаждения. Ionics 19, 1945–1948. DOI: 10.1007 / s11581-013-1000-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Курцвейл П. (2010). Гастон Планте и его изобретение свинцово-кислотной батареи — генезис первой практической аккумуляторной батареи. J. Источники энергии 195, 4424–4434. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2009.12.126

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лау, Дж., Деблок, Р. Х., Баттс, Д. М., Эшби, Д. С., Чой, С. С., Данн, Б. С. (2018). Сульфидные твердые электролиты для литиевых батарей. Adv. Energy Mater. 8: 1800933. DOI: 10.1002 / aenm.201800933

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Дж. У., Лан, П. X., Ким, Б., Лим, Г., и Чо, Д. У. (2008). Изготовление и анализ характеристик каркаса из полипропиленфумарата с использованием технологии микростереолитографии. J. Biomed. Матер. Res. B Прил.Биоматер. 87, 1–9. DOI: 10.1002 / jbm.b.31057

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, К. У., Ван, С., Фокс, Б. К., Ритман, Э. Л., Яшемски, М. Дж., И Лу, Л. Дж. Б. (2007). Изготовление каркаса для инженерии костной ткани из поли (пропиленфумарата) с использованием стереолитографии: влияние составов смол и параметров лазера. Биомакромолекулы 8, 1077–1084. DOI: 10.1021 / bm060834v

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лейонмарк, С., Корнелл, А., Линдберг, Г., и Вогберг, Л. (2013). Однобумажные гибкие литий-ионные аккумуляторные элементы в процессе изготовления бумаги на основе нанофибриллированной целлюлозы. J. Mater. Chem. А 1, 4671–4677. DOI: 10.1039 / c3ta01532g

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Lethien, C., Zegaoui, M., Roussel, P., Tilmant, P., Rolland, N., and Rolland, P.A. (2011). Микроструктура LiPON и материала фосфата лития и железа, нанесенного на массив кремниевых наностолбиков для литий-ионной твердотельной трехмерной микро-батареи. Microelectron. Англ. 88, 3172–3177. DOI: 10.1016 / j.mee.2011.06.022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Льюис, Дж. А. (2004). Коллоидная обработка керамики. J. Am. Ceram. Soc. 83, 2341–2359.

Google Scholar

Ли, Б., Гу, П., Фэн, Ю., Чжан, Г., Хуанг, К., Сюэ, Х. и др. (2017). Ультратонкие 2D нанолисты из никель-кобальтфосфата для электрохимического накопления энергии под водным / твердотельным электролитом. Adv. Функц.Матер. 27: 1605784. DOI: 10.1002 / adfm.201605784

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Li, C., Liu, Y., Li, B., Zhang, F., Cheng, Z., He, P., et al. (2019). Встроенный твердый электролит с пористым катодом путем простого одностадийного спекания для полностью твердотельной батареи Li-O2. Нанотехнологии 30: 364003. DOI: 10.1088 / 1361-6528 / ab226f

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, М., Чен, А.-Н., Линь, X., Ву, Ж.-М., Chen, S., Cheng, L.-J., et al. (2019). Легкая муллитовая керамика с контролируемой пористостью и улучшенными свойствами, изготовленная методом SLS с использованием механически смешанных композитов FAHS / полиамид12. Ceram. Int. 45, 20803–20809. DOI: 10.1016 / j.ceramint.2019.07.067

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, С., Чжан, С.К., Шен, Л., Лю, К., Ма, Дж. Б., Львов, В. и др. (2020). Развитие и перспективы керамических / полимерных композитных твердых электролитов для литиевых батарей. Adv. Sci. 7: 18.

Google Scholar

Ли, В., Чен, Л., Сунь, Ю., Ван, К., Ван, Ю., и Ся, Ю. (2017). Полностью твердотельная вторичная литиевая батарея с твердым полимерным электролитом и антрахиноновым катодом. Твердотельный ион. 300, 114–119. DOI: 10.1016 / j.ssi.2016.12.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Х., Чжан, З., Инь, К., Ян, Л., Тачибана, К., и Хирано, С.-И. (2015). Квазитвердые электролиты мезопористого кремнезема / ионной жидкости и их применение в литий-металлических батареях. J. Источники энергии 278, 128–132. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2014.12.053

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Й., Дин, Ф., Сюй, З., Санг, Л., Рен, Л., Ни, В. и др. (2018). Твердотельный литий-ионный аккумулятор, работающий при температуре окружающей среды, на основе твердого полимерного электролита с высокой концентрацией солей. J. Источники энергии 397, 95–101. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2018.05.050

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лян, С., Янь, В., Ву, X., Чжан, Ю., Zhu, Y., Wang, H., et al. (2018). Гелевые полимерные электролиты для литий-ионных аккумуляторов: изготовление, характеристики и характеристики. Твердотельный ион. 318, 2–18. DOI: 10.1016 / j.ssi.2017.12.023

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Lim, H.-D., Lim, H.-K., Xing, X., Lee, B.-S., Liu, H., Coaty, C., et al. (2018). Слои твердого электролита осаждением из раствора. Adv. Матер. Интерфейсы 5: 1701328. DOI: 10.1002 / admi.201701328

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю В., Ли, С. В., Лин, Д., Ши, Ф., Ван, С., Сендек, А. Д. и др. (2017). Повышение ионной проводимости в композитных полимерных электролитах с помощью хорошо ориентированных керамических нанопроволок. Nat. Энергия 2: 17035.

Google Scholar

Луонго, А., Фальстер, В., Дуст, М. Э. Б., Рибо, М. М., Эйрикссон, Э. Р., Педерсен, Д. Б. и др. (2020). Контроль микроструктуры в 3D-печати с помощью цифровой обработки света. 39, 347–359.

Google Scholar

Ма, Ф., Чжао, Э., Zhu, S., Yan, W., Sun, D., Jin, Y., et al. (2016). Приготовление и оценка твердого электролита Li1.3Al0.3Ti1.7 (PO4) 3 с высокой ионно-литиевой проводимостью, полученного с использованием нового метода растворения. Твердотельный ион. 295, 7–12. DOI: 10.1016 / j.ssi.2016.07.010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ма, Т., и Девин Маккензи, Дж. (2019). Полностью печатные гибкие воздушно-цинковые батареи с высокой плотностью энергии на основе твердых полимерных электролитов и иерархического каталитического токосъемника. Flex. Распечатать. Электрон. 4: 015010. DOI: 10.1088 / 2058-8585 / ab0b91

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Махаджан А., Фрисби К. Д. и Фрэнсис Л. Ф. (2013). Оптимизация аэрозольной струйной печати для получения серебряных линий с высоким разрешением и высоким соотношением сторон. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 5, 4856–4864. DOI: 10.1021 / am400606y

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Manapat, J. Z., Chen, Q., Ye, P., and Advincula, R.С. (2017). 3D-печать полимерных нанокомпозитов методом стереолитографии. Macromol. Матер. Англ. 302: 1600553. DOI: 10.1002 / mame.201600553

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Manthiram, A., Yu, X., and Wang, S. (2017). Химический состав литиевых батарей обеспечивается твердотельными электролитами. Nat. Rev. Mater. 2: 16103.

Google Scholar

Мао, М., Хе, Дж., Ли, X., Чжан, Б., Лей, К., Лю, Ю. и др. (2017). Новые границы и области применения 3D-печати с высоким разрешением. Микромашины 8: 113. DOI: 10.3390 / mi8040113

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Mcowen, D. W., Xu, S., Gong, Y., Wen, Y., Godbey, G. L., Gritton, J. E., et al. (2018). 3D-печать электролитов для твердотельных аккумуляторов. Adv. Матер. 30: 1707132.

Google Scholar

Минами Т., Хаяси А. и Тацумисаго М. (2006). Недавний прогресс стекла и стеклокерамики в качестве твердых электролитов для литиевых вторичных батарей. Твердотельный ион. 177, 2715–2720. DOI: 10.1016 / j.ssi.2006.07.017

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Моримото, Х., Ямасита, Х., Тацумисаго, М., и Минами, Т. (1999). Механохимический синтез новых аморфных материалов 60Li2S⋅ 40SiS2 с высокой литиево-ионной проводимостью. J. Am. Ceram. Soc. 82, 1352–1354. DOI: 10.1111 / j.1151-2916.1999.tb01923.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нафицы, С., Джалили, Р., Обалеби, С. Х., Горкин И., Р.А., Константинов К., Иннис П. С. и др. (2014). Дисперсии оксида графена: настройка реологии для обеспечения возможности изготовления. Mater. Horiz. 1, 326–331. DOI: 10.1039 / c3mh00144j

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нго, Т. Д., Кашани, А., Имбальзано, Г., Нгуен, К. Т. К. и Хуэй, Д. (2018). Аддитивное производство (3D-печать): обзор материалов, методов, приложений и проблем. Compos. B Eng. 143, 172–196. DOI: 10.1016 / j.compositesb.2018.02.012

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Nguyen, H., Banerjee, A., Wang, X., Tan, D., Wu, E.A., Doux, J., et al. (2019). Одностадийный синтез высокопроводящего твердого электролита Na3PS4 для всех натриевых твердотельных батарей. J. Источники энергии 435, 126623–126623. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2019.05.031

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Найман, М., Алам, Т. М., Макинтайр, С. К., Блейер, Г. К., и Ингерсолл, Д. (2010). Альтернативный подход к увеличению подвижности Li в электролитах на гранате Li-La-Nb / Ta. Chem. Матер. 22, 5401–5410. DOI: 10,1021 / см 101438x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Обата, К., Эль-Тамер, А., Кох, Л., Хинце, У., Чичков, Б. Н. (2013). Высокоформатное трехмерное структурирование двухфотонной полимеризацией с расширенным рабочим диапазоном объектива (WOW-2PP). Light Sci. Прил. 2: e116. DOI: 10.1038 / lsa.2013.72

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Панг, Ю., Цао, Ю., Чу, Ю., Лю, М., Снайдер, К., Маккензи, Д., и др.(2019). Аддитивное производство аккумуляторов. Adv. Функц. Матер. 30: 14.

Google Scholar

Park, C.-H., Park, M., Yoo, S.-I., and Joo, S.-K. (2006). Твердый полимерный электролит с центрифугированием для твердотельных перезаряжаемых тонкопленочных литий-полимерных батарей. J. Источники энергии 158, 1442–1446. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2005.10.022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Park, I.-B., Ha, Y.-M., Kim, M.-S., Kim, H.-C., and Lee, S.-ЧАС. (2012). Трехмерная шкала серого для улучшения качества поверхности в проекционной микростереолитографии. Внутр. J. Precis. Англ. Производство. 13, 291–298. DOI: 10.1007 / s12541-012-0036-0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пеше А., Хорнес А., Нуньес М., Мората А., Торрелл М. и Таранкон А. (2020). 3D-печать нового поколения улучшенных твердооксидных топливных и электролизных ячеек. J. Mater. Chem. A. DOI: 10.1039 / d0ta02803g

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Pfenninger, R., Струзик, М., Гарбайо, И., Стилп, Э., и Рупп, Дж. Л. М. (2019). Низкая рабочая температура для быстрой литиевой проводимости в гранатовых пленках твердотельных аккумуляторов. Nat. Энергия 4, 475–483. DOI: 10.1038 / s41560-019-0384-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фук Н. Х., Тотани М., Морикава К., Муто Х. и Мацуда А. (2016). Приготовление твердого электролита Li3PS4 с использованием этилацетата в качестве синтетической среды. Твердотельный ион. 288, 240–243.DOI: 10.1016 / j.ssi.2015.11.032

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Pradel, A., Pagnier, T., and Ribes, M. (1985). Влияние быстрой закалки на электрические свойства литиевых проводящих стекол. Твердотельный ион. 17, 147–154. DOI: 10.1016 / 0167-2738 (85)

-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рейес, К., Сомоги, Р., Ниу, С., Круз, М. А., Янг, Ф., Катеначчи, М. Дж. И др. (2018). Трехмерная печать готовой литий-ионной батареи с изготовлением плавленой нити. ACS Appl. Energy Mater. 1, 5268–5279.

Google Scholar

Ruetschi, P., Meli, F., and Desilvestro, J. (1995). Никель-металлогидридные батареи. Предпочитаемые батареи будущего? J. Источники энергии 57, 85–91. DOI: 10.1016 / 0378-7753 (95) 02248-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рузметов Д., Олешко В. П., Хейни П. М., Лезец Х. Дж., Карки К., Белудж К. Х. и др. (2012). Стабильность электролита определяет пределы масштабирования для твердотельных литий-ионных аккумуляторов 3D. Nano Lett. 12, 505–511. DOI: 10.1021 / nl204047z

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сантоликвидо, О., Коломбо, П., и Ортона, А. (2019). Аддитивное производство керамических компонентов с помощью цифровой обработки света: сравнение подходов «снизу вверх» и «сверху вниз». J. Eur. Ceram. Soc. 39, 2140–2148. DOI: 10.1016 / j.jeurceramsoc.2019.01.044

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Скьяво, Л.С.А., Мантас, П.К., Сегадайнш, А.М., и Круз, Р.С.Д. (2018). От сухого прессования до пластического формования керамики: оценка окна технологичности. Констр. Строить. Матер. 189, 594–600. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2018.09.015

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Schnell, J., Günther, T., Knoche, T., Vieider, C., Köhler, L., Just, A., et al. (2018). Полностью твердотельные литий-ионные и литий-металлические батареи — путь к крупносерийному производству. Дж.Источники энергии 382, ​​160–175. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2018.02.062

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шань Ю., Ли Ю. и Панг Х. (2020). Применение материалов на основе сульфида олова в литий-ионных батареях и натрий-ионных батареях. Adv. Функц. Матер. 30: 2001298. DOI: 10.1002 / adfm.202001298

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Смит, А. Дж., Бернс, Дж. К., Трасслер, С., и Дан, Дж. Р. (2010). Прецизионные измерения кулоновской эффективности литий-ионных аккумуляторов и материалов электродов для литий-ионных аккумуляторов. J. Electrochem. Soc. 157: А196.

Google Scholar

Strauss, F., Teo, J.H., Schiele, A., Bartsch, T., Hatsukade, T., Hartmann, P., et al. (2020). Выделение газа в литий-ионных батареях: твердый электролит по сравнению с жидким. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 12, 20462–20468.

Google Scholar

Сунь, К., Фанг, Н., Ву, Д. М., и Чжан, X. (2005). Проекционная микростереолитография с использованием цифровой микрозеркальной динамической маски. Sens.Приводы A Phys. 121, 113–120. DOI: 10.1016 / j.sna.2004.12.011

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сунь, Дж., Ли, Ю., Чжан, К., Хоу, К., Ши, К., и Ван, Х. (2019). Композитный электролит на основе полиметилметакрилата с высокой ионной проводимостью и нанопроволоками типа граната Li6.75La3Zr1.75Nb0.25O12. Chem. Англ. J. 375: 121922. DOI: 10.1016 / j.cej.2019.121922

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сунь, Ю., Ши, П., Чен, Дж., Ву, К., Liang, X., Rui, X., et al. (2020). Разработка и вызов передовых неводных ионно-натриевых батарей. EnergyChem 2: 100031. DOI: 10.1016 / j.enchem.2020.100031

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Суваджи Э. и Мессинг Г. Л. (2001). Текстурированная керамика из оксида алюминия методом одноосного прессования. Key Eng. Матер. 206-213, 405–408. DOI: 10.4028 / www.scientific.net / kem.206-213.405

CrossRef Полный текст | Google Scholar

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

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Таллон, К., Фрэнкс, Г. В. (2011). Последние тенденции в формообразовании в результате коллоидной обработки: обзор. 119, 147–160. DOI: 10.2109 / jcersj2.119.147

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тан, С. Дж., Цзэн, X. X., Ма, К., Ву, X. W., и Го, Ю. Г. (2018). Последние достижения в области композитных электролитов на полимерной основе для литиевых аккумуляторных батарей. Электрохим. Energy Rev. 1, 113–138. DOI: 10.1007 / s41918-018-0011-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Танака С., Пин С. К. и Уэмацу К. (2006). Влияние расслоения органического связующего на спеченную прочность глинозема сухого прессования. J. Am. Ceram. Soc. 89, 1903–1907. DOI: 10.1111 / j.1551-2916.2006.01057.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тацумисаго, М., Хаяси, А. (2012). Суперионные стекла и стеклокерамика в системе Li2S – P2S5 для твердотельных литиевых вторичных батарей. Твердотельный ион. 225, 342–345. DOI: 10.1016 / j.ssi.2012.03.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Терагава, С., Асо, К., Таданага, К., Хаяси, А., Тацумисаго, М. (2014). Приготовление твердого электролита Li2S – P2S5 из раствора N-метилформамида и применение для твердотельных литиевых аккумуляторов. J. Источники энергии 248, 939–942. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2013.09.117

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Треви, Дж., Джанг, Дж. С., Юнг, Ю. С., Штольдт, К. Р., и Ли, С. Х. (2009). Стеклокерамические электролиты Li2S – P2S5, полученные с помощью одностадийного процесса шарового биллинга, и их применение для полностью твердотельных литий-ионных аккумуляторов. Электрохим. Commun. 11, 1830–1833. DOI: 10.1016 / j.elecom.2009.07.028

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тамблстон, Дж. Р., Ширванянц, Д., Ермошкин, Н., Янушевич, Р., Джонсон, А. Р., Келли, Д., и др. (2015). Непрерывное создание интерфейса жидкости для 3D-объектов. Наука 347, 1349–1352. DOI: 10.1126 / science.aaa2397

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Варшнея, А. К., Мауро, Дж. К. (2019). Основы неорганических стекол . Амстердам: Эльзевир.

Google Scholar

Венкатасубраманян, Н., Уэйд, Б., Десаи, П., Абхираман, А., и Гельбаум, Л. (1991). Синтез и характеристика прядильных золь-гель производных полиборатов. J. Non Cryst. Твердые тела 130, 144–156.DOI: 10.1016 / 0022-3093 (91) -к

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wan, J., Xie, J., Kong, X., Liu, Z., Liu, K., Shi, F., et al. (2019). Ультратонкий, гибкий, твердый полимерный композитный электролит с выровненным нанопористым основанием для литиевых батарей. Nat. Nanotechnol. 14, 705–711. DOI: 10.1038 / s41565-019-0465-3

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, Л., Е, Ю., Чен, Н., Хуан, Ю., Ли, Л., Ву, Ф., и другие. (2018). Разработка и проблемы функциональных электролитов для высокопроизводительных литий-серных батарей. Adv. Функц. Матер. 28: 1800919. DOI: 10.1002 / adfm.201800919

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, X. Дж., Чжан, Х. П., Кан, Дж. Дж., Ву, Ю. П., и Фанг, С. Б. (2005). Новые композитные полимерные электролиты на основе поли (эфир-уретанового) сетчатого полимера и коллоидных кремнеземов. J. Solid State Electrochem. 11, 21–26. DOI: 10.1007 / s10008-005-0029-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уорнер, Дж.Т. (2015). Справочник по проектированию литий-ионных аккумуляторных батарей: химия, компоненты, типы и терминология . Амстердам: Эльзевир.

Google Scholar

Wootthikanokkhan, J., Phiriyawirut, M., and Pongchumpon, O.J. (2015). Влияние параметров электропрядения и содержания нанонаполнителя на морфологию и свойства гелевого электролита композитных нановолокон на основе PVDF-HFP, наполненного La2O3. Внутр. J. Polym. Матер. Polym. Биоматер. 64, 416–426. DOI: 10.1080 / 007.2014.958830

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Се Дж., Иманиши Н., Чжан Т., Хирано А., Такеда Ю. и Ямамото О. (2009). Литий-ионный транспорт в твердотельных литиевых батареях с LiCoO2 с использованием стеклокерамических электролитов типа NASICON. J. Источники энергии 189, 365–370. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2008.08.015

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Xing, B., Yao, Y., Meng, X., Zhao, W., Shen, M., Gao, S., et al. (2020). Самоподдерживающийся оксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия, волновой формы для применения в твердооксидных топливных элементах с помощью трехмерной печати с цифровой обработкой света. Scr. Матер. 181, 62–65. DOI: 10.1016 / j.scriptamat.2020.02.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янг, Ю., Чен, З., Сун, X., Чжу, Б., Сяй, Т., Ву, П.-И., и др. (2016). Трехмерная печать высокодиэлектрического конденсатора методом проекционной стереолитографии. Nano Energy 22, 414–421. DOI: 10.1016 / j.nanoen.2016.02.045

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янг Ю., Юань В., Чжан Х., Юань Ю., Wang, C., Ye, Y., et al. (2020). Обзор приложений трехмерной печати для литий-ионных аккумуляторов. Заявл. Энергия 257: 14002.

Google Scholar

Инь, Ю. К., Ван, К., Ян, Дж. Т., Ли, Ф., Чжан, Г., Цзян, К. Х. и др. (2020). Межфазный слой на основе тонкой пленки хлорида металла на основе перовскита для защиты металлического лития от жидкого электролита. Nat. Commun. 11: 1761.

Google Scholar

Йошио, М., Бродд, Р. Дж., И Козава, А. (2009). Литий-ионные батареи . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Спрингер.

Google Scholar

Юань, М., и Лю, К. (2020). Рациональная конструкция сепараторов и жидких электролитов для более безопасных литий-ионных батарей. J. Energy Chem. 43, 58–70. DOI: 10.1016 / j.jechem.2019.08.008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Yue, L., Ma, J., Zhang, J., Zhao, J., Dong, S., Liu, Z., et al. (2016). Все твердотельные полимерные электролиты для высокопроизводительных литий-ионных аккумуляторов. Energy Storage Mater. 5, 139–164.

Google Scholar

Зеколл С., Марринер-Эдвардс К., Хексельман А. К. О., Касемчайнан Дж., Кусс К., Армстронг Д. Е. Дж. И др. (2018). Гибридные электролиты с трехмерными бинепрерывными упорядоченными керамическими и полимерными микроканалами для полностью твердотельных батарей. Energy Environ. Sci. 11, 185–201. DOI: 10.1039 / c7ee02723k

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhang, H., Li, C., Piszcz, M., Coya, E., Рохо, Т., Родригес-Мартинес, Л. М. и др. (2017). Одиночные литий-ионные проводящие твердые полимерные электролиты: достижения и перспективы. Chem. Soc. Ред. 46, 797–815.

Google Scholar

Чжан, К., Цао, Д., Ма, Ю., Натан, А., Аврора, П., и Чжу, Х. (2019). Твердотельные электролиты на основе сульфидов: синтез, стабильность и потенциал для полностью твердотельных аккумуляторов. Adv. Матер. 31: e11.

Google Scholar

Чжан, С.С.(2007). Обзор сепараторов Li-ion аккумуляторов с жидким электролитом. J. Источники энергии 164, 351–364. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2006.10.065

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhang, X., Liu, T., Zhang, S., Huang, X., Xu, B., Lin, Y., et al. (2017). Синергетическое взаимодействие между Li6.75La3Zr1.75Ta0.25O12 и поливинилиденфторидом обеспечивает высокую ионную проводимость, механическую прочность и термическую стабильность твердых композитных электролитов. J. Am.Chem. Soc. 139, 13779–13785. DOI: 10.1021 / jacs.7b06364

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжоу, К., Чжан, Дж., И Цуй, Г. (2018). Полимерные электролиты с жесткой и гибкой связью с литиевыми батареями высокой энергии. Macromol. Матер. Англ. 303: 1800337. DOI: 10.1002 / mame.201800337

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Как сделать свинцово-кислотную батарею в домашних условиях и необходимые инструменты

(Последнее обновление: 19 августа 2021 г.)

Производство свинцово-кислотных аккумуляторов, Описание:

Как сделать свинцово-кислотную батарею в домашних условиях и объяснение необходимых инструментов — В этом руководстве вы узнаете, как изготовить и отремонтировать свинцово-кислотную батарею любого типа, используя новые и старые положительные пластины и пластины заземления.Я также объясню, какие инструменты необходимы для изготовления свинцово-кислотной батареи и как их использовать? Я также объясню, как сделать внутренние и внешние клеммы аккумулятора с помощью металлических штампов. Я также подробно объясню, как внутри последовательно соединить положительную и GND пластины? В конце я также объясню, как приготовить электролит для батареи с помощью серной кислоты и как проверить удельный вес электролита свинцово-кислотной батареи с помощью ареометра.

Прочтите мою статью об основном принципе работы свинцово-кислотных аккумуляторов.В этой статье я объяснил, что такое первичные и вторичные батареи? Химические реакции зарядки и разрядки, основы работы аккумуляторной батареи и так далее.

Внимание! Процесс изготовления электролита может быть действительно опасным для новичков, поэтому я настоятельно рекомендую приобрести готовый электролит для батареи или делать электролит на свой страх и риск.

О спонсоре, NextPCB:

Высокое качество и всего 24 часа Время сборки

Я очень благодарен NextPCB за спонсирование этой статьи и видеоурока.NextPCB довольно профессионально занимается производством печатных плат. Не стесняйтесь посещать их веб-сайт NextPCB.com, чтобы не только узнать, какие потрясающие услуги по сборке и сборке печатных плат они предлагают, но и легко загрузить файлы Gerber и, таким образом, быстро заказать доступные и высококачественные печатные платы. Процесс регистрации занимает не более 1 минуты.

Всего $ 7 для заказа SMT:

Надежные многослойные платы Производитель:

Платы 10шт бесплатно:

20% скидка — Заказы на печатную плату:

Прочитав эту статью, вы сможете изготовить полностью новую батарею, а также сможете отремонтировать любые типы малых и больших свинцово-кислотных батарей.Таким образом вы сэкономите много денег и сможете начать собственное дело. Изготовление свинцово-кислотной батареи было потрясающим опытом, и я почти сэкономил более 60%. Если вам трудно следовать, посмотрите мой видеоурок, приведенный в конце этой статьи.

Без промедления, приступим !!!

Ссылки для покупок на Amazon:

Ареометр для свинцово-кислотной батареи

Свинцово-кислотный аккумулятор с электролитом

Прочие инструменты и компоненты:

Супер стартовый набор для начинающих

Цифровые осциллографы

Переменная поставка

Цифровой мультиметр

Наборы паяльников

Малые переносные сверлильные станки для печатных плат

* Обратите внимание: это партнерские ссылки.Я могу получить комиссию, если вы купите компоненты по этим ссылкам. Буду признателен за вашу поддержку!

Инструменты, необходимые для изготовления свинцово-кислотных аккумуляторов в домашних условиях:

Если вы хотите начать производство или ремонт свинцово-кислотных аккумуляторов, у вас должны быть следующие инструменты. Поскольку при изготовлении свинцово-кислотной батареи вам нужно будет открыть батарею, разрезать сварные швы, сделать новые клеммы батареи, расплавить свинец, сделать новые сварные швы для выполнения последовательных соединений, вам также может потребоваться проверить электролит и так далее.

Металлические матрицы для изготовления внутренних выводов свинцово-кислотной батареи:

Эти металлические матрицы понадобятся вам для изготовления клемм положительных и заземляющих пластин. Металлическая матрица 1 используется для изготовления основных внутренних клемм 12V и GND, которые соединены с внешними клеммами 12V и GND аккумулятора.

Металлическая матрица 2 используется для соединения положительных пластин и пластин заземления, а также используется для изготовления клемм для последовательного соединения.Итак, эти два инструмента — самые важные, которые у вас должны быть.

Металлические матрицы для изготовления внешних выводов свинцово-кислотной батареи:

Эти две металлические матрицы используются для изготовления внешних клемм 12V и GND аккумулятора. Они доступны в различных диаметрах. Купите тот, который вам нужен. Металлическая матрица 1 используется для больших свинцово-кислотных аккумуляторов, а металлическая матрица 2 — для свинцово-кислотных аккумуляторов среднего размера.

12V точечный сварочный аппарат на основе угольных стержней:

Это инструмент для точечной сварки на 12 В, который используется для последовательного соединения аккумуляторных элементов.Здесь используются графитовые углеродные стержни. На картинке вы можете увидеть только 1 черный провод, который соединен с металлическими стержнями, удерживающими графитовый углеродный стержень. Этот провод должен быть подключен к клемме + VE аккумулятора 12 В. Вам также понадобится еще один провод, который соединяется с клеммой GND аккумулятора. Как это работает? Вы узнаете об этом во время сварки. Добавьте это в список обязательных инструментов.

Ареометр для свинцово-кислотной батареи:

Вы также должны добавить это в список обязательных инструментов.Это аккумуляторный ареометр. Этот ареометр понадобится вам для подготовки электролита для батареи. Это используется для измерения плотности электролита, которая достигается путем измерения удельного веса электролита. Вы можете увидеть, как измеритель внутри трубки имеет красный, зеленый и желтый цвета. Использование ареометра объясняется в разделе «Подготовка электролита».

Прочие инструменты и принадлежности:

Вам потребуются другие инструменты, чтобы открыть верхнюю крышку батареи, отрезать внешние клеммы батареи, расплавить провод и т. Д.Вы также добавите резак для обрезки лишнего свинца.

Изготовление новой или старой свинцово-кислотной батареи в домашних условиях:

Настоящая работа начнется отсюда. Если вы внимательно прочитаете эту статью и выполните все шаги, в конце концов, вы сможете изготавливать и ремонтировать любые типы маленьких и больших свинцово-кислотных аккумуляторов. Новичкам рекомендую начать с разряженного свинцово-кислотного аккумулятора. Как бы то ни было, у меня аккумулятор уже не работает. Думал вместо покупки нового аккумулятора; почему бы не сделать самодельный свинцово-кислотный аккумулятор и поделиться знаниями со своими ребятами.Итак, начнем.

Это полностью разряженная свинцово-кислотная батарея, которую мы собираемся отремонтировать.

Чтобы открыть крышку аккумуляторного отсека, сначала необходимо отрезать внешние клеммы аккумулятора. Я знаю, что вы можете открыть крышку батарейного отсека, это займет несколько минут. Я уверен, что вы не забудете удалить электролит.

После открытия крышки и удаления электролита следующим шагом является отключение последовательных соединений и извлечение элементов из аккумуляторного контейнера.Если вы не понимаете ни одного шага, посмотрите мой видеоурок, приведенный в конце.

Вынимая элементы из аккумуляторного контейнера, я понял, что некоторые пластины уже повреждены, а некоторые клеммы уже отключены. Как вы можете видеть на картинке выше. Одна ячейка полностью повреждена, спасать нечего. Этот элемент должен быть полностью заменен путем изготовления нового элемента или сочетания новых и старых элементов заземления из другой разряженной батареи.

В другой ячейке все положительные пластины повреждены, в то время как пластины заземления можно использовать повторно, хотя клеммы пластин заземления повреждены, но мы можем сделать клеммы для этих пластин с помощью металлических штампов.

Осторожно снимите положительные пластины и оставьте пластины заземления. От максимально разряженных свинцово-кислотных аккумуляторов вы можете спасти множество пластин заземления. Это полностью зависит от вас, хотите ли вы повторно использовать старые пластины GND или хотите использовать новые пластины GND.

Мы удалили положительные пластины из всех ячеек, так как вы можете видеть, что максимум из пластин GND можно использовать повторно. Я даже не нашел ни одной положительной пластины в хорошем состоянии. Итак, мне придется использовать новые положительные пластины.

У этого есть одна пластина GND, которая полностью повреждена, поэтому нам придется сделать это снова. Осторожно отрежьте пластины заземления, которые находятся в хорошем состоянии.

Это пластины GND, которые я спас от другой разряженной батареи. Вы также можете использовать новые пластины GND, чтобы сделать совершенно новый аккумулятор, следуя процессу, который я объясню через минуту.

Я купил в общей сложности 64 положительных пластины. Каждая тарелка мне обходилась.3 доллара. Эти мастер-пластины считаются лучшими пластинами в Пакистане. Вы также можете найти недорогие тарелки, но я рекомендую выбирать лучшие тарелки.

Используйте эти белые изоляторы или разделительные листы, чтобы закрыть положительные пластины. Между положительной пластиной и заземляющей пластиной не будет физического контакта.

Как видите, положительные пластины обернуты изоляционными или разделительными листами. Этот технический документ обеспечивает изоляцию и предотвращает физический контакт.Я продолжил добавлять оставшиеся положительные пластины.

Я расплавил свинец, который вытащил из батарей.

Наконец, я использовал металлическую матрицу для соединения положительных пластин вместе и для изготовления основной внутренней клеммы, которую вы можете видеть на картинке ниже. На изображениях сложно показать, как использовать металлическую матрицу, вы можете посмотреть это в видеоуроке.

Подключение новых положительных пластин — простая и понятная работа.Но когда дело доходит до старых пластин заземления, все становится немного запутанным, поскольку нам нужно сделать небольшие клеммы для пластин заземления, что займет немного времени, если вы делаете это впервые. Очистите края наждачной бумагой или напильником для прочной сварки.

Все плиты заземления готовы. Процесс изготовления объяснен в видео. Чтобы сделать клетку, вам нужно будет повторить тот же процесс. Оберните положительные пластины в листах сепаратора или изолятора, а затем вставьте все положительные пластины между пластинами заземления.

Всего в каждой ячейке 21 тарелка. 10 положительных пластин и 11 отрицательных пластин. Наружные пластины — это пластины заземления. Положительные пластины зажаты между пластинами заземления. Поэтому убедитесь, что внешние пластины являются пластинами заземления. Таким же методом мы сделали клеммы для всех плюсовых и GND пластин. Наконец, мы начали с размещения элементов внутри контейнера для батарей.

Все элементы батареи должны быть размещены в одинаковом порядке для последовательного подключения.После размещения элементов внутри аккумуляторного контейнера следующий шаг — сварить вместе заземляющую и положительную клеммы. Процесс сварки объясняется в видео.

Как видите, сварочные работы закончены, все ячейки соединены последовательно. Yahooooo, тяжелая работа сделана, теперь нам нужно только добавить крышку аккумуляторного отсека и сделать внешние клеммы 12V и GND аккумулятора, что уже объясняется в видео.

Изготовление электролита для свинцово-кислотной батареи:

Добавьте воду к серной кислоте; Будьте очень осторожны при приготовлении электролита для аккумулятора, после добавления воды подождите не менее 30 минут, чтобы электролит мог остыть.Наконец, вы можете использовать ареометр для проверки удельного веса электролита.

Внимание! При приготовлении электролита надевайте защитные перчатки и прикрывайте лицо и глаза. Если вы новичок, вам следует сначала подготовиться к советам по безопасности, поищите в Google.

Как использовать ареометр для проверки электролита?

Помимо желтого, зеленого и красного цветов на поплавке внутри трубки, напечатаны также числа.На одной стороне указаны номера, а на другой — цвета и числа. Чтобы использовать ареометр эффективно, во-первых, вам необходимо узнать о его частях.

Чтобы научиться пользоваться ареометром, необходимо выполнить следующие действия.

  • Сожмите лампочку.
  • Вставьте гибкую трубку в электролит.
  • Медленно отпустите лампочку, это приведет к засасыванию электролита в прозрачный цилиндр или трубку.
  • Поплавок внутри прозрачного цилиндра или трубки немного приподнялся.
  • Сориентируйте ареометр так, чтобы он располагался вертикально, а поплавок внутри плавал и не касался внутренней части трубки или прозрачного цилиндра. Верх электролита должен быть в зеленой, красной или желтой области поплавка. Если ничего из этого не произошло, дайте больше или меньше электролита по мере необходимости.
  • Обратите внимание на цвет поплавка, который совпадает с верхней частью электролита, или прочитайте соседнее числовое значение удельного веса.
  • Наконец, вы можете сжать лампочку, чтобы снова залить электролит.

Хотя электролит не добавлен, вы можете видеть, что напряжение составляет около 0,5 вольт. Пока измерительные провода цифрового мультиметра были подключены к клеммам аккумулятора, я начал добавлять электролит. Когда я добавил электролит из-за химической реакции, напряжение начало расти. Для меня это был зеленый сигнал. Я заполнил все аккумуляторные отсеки до желаемого уровня.

Наконец, пришло время зарядить аккумулятор, поэтому мы соединили провода инвертора 12 В и GND с клеммами аккумулятора и подождали около 3 часов.

Вы можете видеть напряжение аккумулятора, но аккумулятор заряжается. Напряжение такое же, как и у нового аккумулятора, очень близко к 14 вольт. Создавая свинцово-кислотную батарею, я узнал много нового. Это был совершенно новый опыт. Пишу эту статью для постоянной проверки этой батареи. Эта батарея дает мне резервную копию более чем на 2 часа, пока включены вентиляторы, телевизор, комнатный охладитель постоянного тока и некоторые лампочки. В следующий раз я сделаю совершенно новую батарею, используя новые положительные и заземляющие элементы.

Смотреть видеоурок:

Нравится:

Нравится Загрузка …

Электролиты на основе ионных жидкостей для аккумуляторных батарей

Введение

Ионные жидкости комнатной температуры (RTIL) представляют собой расплавленные соли с температурой плавления значительно ниже 100 ° C. Большинство RTIL представляют собой органические соли с высокой степенью изменчивости, которую можно контролировать с помощью молекулярного дизайна. Ионные жидкости (ИЖ) обладают множеством полезных свойств, включая низкое давление пара, широкий диапазон температур жидкого состояния, высокую химическую и термическую стабильность, широкий диапазон электрохимических напряжений, негорючесть, высокую ионную проводимость и хорошую растворимость в различных органических или неорганических материалах. . 1 Уникальные свойства ИЖ делают их особенно многообещающими кандидатами в качестве (1) экологически безвредных или «зеленых» альтернатив органическим растворителям для химического синтеза, катализа, разделения и экстракции, (2) универсальных электролитов для электрохимии и фотовольтаики и ( 3) новые функциональные материалы для смазки, микрофлюидики, топлива и датчиков. 1

В последние годы потенциальное использование ИЖ в качестве новых электролитов для различных вторичных перезаряжаемых батарей привлекло большой интерес.ИЖ использовались для ускорения разработки батарей на основе алюминия, 2–9 снижают воспламеняемость литиевых батарей, 10–13 и повышают стабильность цикличности и кулоновскую эффективность двойных графитовых батарей. 14–16 Алюминиевые аноды недорогие, маловоспламеняющиеся и обладают уникальными трехэлектронными окислительно-восстановительными свойствами. В результате перезаряжаемые алюминиевые батареи обещают экономию затрат и более высокую безопасность, что может привести к новому направлению в технологии хранения энергии. 2 ИЖ — идеальные электролиты для разработки алюминиевых батарей, которые позволяют избежать проблемы пассивирования гидроксида алюминия на поверхности алюминия в водных электролитах. Несколько катодных материалов, включая графит 2–6 и оксиды переходных металлов 7–9 , были исследованы для использования в алюминиевых батареях в электролитах ИЖ. С другой стороны, вторичные батареи на основе лития, которые состоят из графитовых или чистых литиевых анодов и электролитов на органических растворителях, обладают потенциалом для высоких рабочих напряжений, высокой плотности энергии и хорошей циклической стабильности, но имеют недостаток горючих электролитов, которые могут привести к угрозы безопасности. 10–13 ИЖ также изучались для повышения безопасности литий-ионных батарей на протяжении многих лет. Батареи с двойным графитом, в которых используется недорогой графит как для анода, так и для катода, а также используются негорючие ионные жидкие электролиты, могут привести к экологическим преимуществам, повышению безопасности и экономии средств. 14–16

Здесь мы представляем краткий обзор ионных жидких электролитов, используемых в современных аккумуляторных батареях, включая высокопроизводительные и недорогие алюминиевые батареи, негорючие батареи на основе лития, а также устойчивый двойной графит с высокой циклической нагрузкой. батареи.Мы также очерчиваем ключевые изученные вопросы, чтобы определить будущее направление развития IL. Мы также обсудим, как универсальность ионных жидких электролитов может ускорить разработку аккумуляторных батарей для хранения энергии.

Синтез ионных жидкостей

ИЖ состоят из объемных и асимметричных катионов, таких как имидазолий, пирролидиний, пиридиний, пиперидиний, аммоним и фосфоний, и различных неорганических или органических анионов, включая галогениды (хлорид [Cl ], бромид [Br ] , йодид [I ]), ацетат [AcO ], тетрафторборат [BF 4 ], гексафторфосфат [PF 6 ], тетрахлоалюминат [AlCl — 4 9000] , бис (трифторметансульфонил) имид [TFSI ], этилсульфат [EtSO 4 ], дицианамид [N (CN) 2 ] и тиоцианат [SCN ]. 1 На рисунке 1 показана молекулярная структура катионов и анионов нескольких ионных жидкостей комнатной температуры, обычно используемых для аккумуляторных батарей.

заряженных электромобилей | Исследователи разрабатывают новый электролит для литий-металлических батарей

Новый электролит на основе лития, изобретенный учеными Стэнфордского университета, может проложить путь для электромобилей следующего поколения.

В исследовании, опубликованном в Nature Energy , исследователи из Стэнфорда продемонстрировали, как их новая конструкция электролита повышает производительность литий-металлических батарей.

«Большинство электромобилей работают на литий-ионных батареях, плотность энергии которых быстро приближается к теоретическому пределу», — сказал соавтор исследования профессор И Цуй. «Наше исследование было сосредоточено на литий-металлических батареях, которые легче, чем литий-ионные, и потенциально могут обеспечивать больше энергии на единицу веса и объема».

Литий-металлический аккумулятор может содержать примерно вдвое больше электроэнергии на килограмм, чем современные литий-ионные аккумуляторы. Литий-металлические батареи делают это путем замены графитового анода металлическим литием, который может хранить значительно больше энергии.

«Литий-металлические батареи очень перспективны для электромобилей, где вес и объем имеют большое значение», — сказал соавтор Чжэнан Бао. «Но во время работы анод из металлического лития вступает в реакцию с жидким электролитом. Это вызывает рост микроструктур лития, называемых дендритами, на поверхности анода, что может привести к возгоранию батареи и ее выходу из строя ».

«Электролит был ахиллесовой пятой литий-металлических батарей», — сказал соавтор исследования Чжао Юй, аспирант по химии.«В нашем исследовании мы используем органическую химию для рационального проектирования и создания новых стабильных электролитов для этих батарей».

Yu и его коллеги выяснили, могут ли они решить проблемы стабильности с помощью обычного коммерчески доступного жидкого электролита.

«Мы предположили, что добавление атомов фтора к молекуле электролита сделает жидкость более стабильной», — сказал Ю. «Фтор — широко используемый элемент в электролитах литиевых батарей. Мы использовали его способность притягивать электроны, чтобы создать новую молекулу, которая позволяет аноду из металлического лития хорошо функционировать в электролите.”

В результате получилось новое синтетическое соединение, сокращенно FDMB, которое можно легко производить в больших объемах.

«Конструкции электролитов становятся очень экзотичными, — сказал Бао. «Некоторые из них оказались многообещающими, но их производство очень дорогое. Молекула FDMB, которую придумал Чжиао, легко производить в больших количествах и довольно дешево ».

Экспериментальная батарея сохранила 90 процентов своего первоначального заряда после 420 циклов зарядки и разрядки. В лабораториях типичные литий-металлические батареи перестают работать примерно через 30 циклов.

«Батарея без анода в нашей лаборатории обеспечивает около 325 ватт-часов на килограмм удельной энергии, приличное число», — сказал Цуй. «Нашим следующим шагом могла бы стать совместная работа с другими исследователями Battery500 над созданием ячеек, которые приблизятся к цели консорциума — 500 ватт-часов на килограмм».

Помимо более длительного срока службы и лучшей стабильности, электролит FDMB также гораздо менее воспламеняем, чем обычные электролиты, как исследователи продемонстрировали в этом видео:

Источник: Стэнфордский университет

Чистая энергия с щепоткой соли

Согласно прогнозам, в следующие два десятилетия мировое потребление энергии резко возрастет, что создаст большой спрос на альтернативы нефти.Основным препятствием для широкого применения возобновляемых источников энергии является бесперебойность поставок. Например, выработке солнечной и ветровой энергии могут препятствовать время суток, пыль, облака и другие погодные условия. Этот барьер может быть наиболее эффективно преодолен с помощью крупномасштабных систем хранения энергии, подходящих для широкого круга приложений. Устойчивая батарея может иметь приложения в «умных сетях», которые эффективно используют технологии для снижения зависимости от централизованных электростанций.

В обычных крупногабаритных батареях используются электролиты, такие как расплавленная соль или расплавленная сера, и они работают только при высоких температурах, что делает их дорогими и непрактичными.С другой стороны, свинцово-кислотные батареи дешевле и широко доступны, но они очень агрессивны и загрязняют окружающую среду. В то время как обычно используемые перезаряжаемые литиевые батареи имеют относительно высокое напряжение, натрий, который разделяет многие свойства лития, дешевле и более распространен. 1 Такая низкая стоимость означает, что они могут открыть доступную «зеленую» энергию для развивающегося мира.

Для образования тока ионы лития перемещаются из катода в анод. В несовершенной аналогии катод и анод действуют как сетчатые фильтры, через которые должны проходить ионы.Однако ионы натрия примерно в два с половиной раза больше по размеру, чем ионы лития, и основная проблема заключается в поиске подходящего «материала-хозяина» с большими зазорами в сетке, подходящего для ионов такого размера.

Рисунок 1. Водный аккумулятор (натриевый). Na + : Ион натрия. OH : гидроксид-ион. MnO 2 : оксид марганца (IV). V: Напряжение. Zn: цинк.

Мы показали, что оксид марганца (IV) (MnO 2 ) может выступать в качестве основного материала для катода.Введение / экстракция натрия (в / из свободных мест в MnO 2 ) может происходить обратимо в устройстве, которое использует водный электролит натрия с увеличенной емкостью ячейки. 2 Интеркаляция натрия происходит в объеме катодного материала MnO 2 . 3

В наших экспериментах мы использовали ячейки с катодом из «электролитического диоксида марганца», состоящего из сростков рамсделлита (γ-MnO 2 , который имеет орторомбическую структуру и более высокую электрохимическую активность) и пиролюзита (β-MnO 2 , г. который является стабильной формой MnO 2 в условиях окружающей среды, имеет тетрагональную структуру рутила и более низкую электрохимическую активность).Мы использовали цинковый анод и водный электролит гидроксида натрия (NaOH). Ячейки разряжались / заряжались гальваностатически при наложении постоянного тока с помощью восьмиканального анализатора батарей. Мы собрали данные, используя программную систему тестирования батарей, и эксперименты с батареями были прекращены при напряжениях разряда и заряда 1,0 и 1,8 В соответственно. Все электрохимические измерения мы проводили при температуре окружающей среды (25 ° C).

Катод MnO 2 / рамсделлит / пиролюзит имеет широкие туннельно-подобные свободные места, подходящие для размещения больших ионов Na + .Его стабильная кристаллическая структура позволяет обратимо вводить / извлекать ионы Na + в MnO 2 в течение нескольких циклов. По сравнению с другими исследованными нами катодными материалами (например, обычно используемый оливин — LiMPO 4 , где М — катионы марганца, железа, кобальта или никеля — и марицит — NaMPO 4 ), 4, 5 слоистый Обнаружено, что MnO 2 очень удобен в водных растворах. 6

Мы использовали индуцированное протонами рентгеновское и гамма-излучение для оценки элементарной концентрации элементов на поверхности и в основной массе разряженных и заряженных образцов MnO 2 (см. Рисунок 2).Мы также проанализировали структурные изменения с помощью дифракции рентгеновских лучей. Выгруженные образцы MnO 2 подтвердили, что интеркаляция Na + происходит в объеме (см. Рисунок 3). Данные о циклируемости показали, что ячейка подходит для нескольких циклов с эффективностью 90%.

Рис. 2. Рентгенограмма MnO 2 (а) до и (б) после разряда, демонстрирующая структурные изменения, связанные с интеркалированием натрия в водном электролите NaOH. а.е.: Произвольные единицы.

Рис. 3. Концентрация элементов, присутствующих в катоде MnO 2 до и после разряда, определенная с помощью индуцированного протонами рентгеновского излучения.

Рис. 4. Профили заряда-разряда цинк-MnO 2 элементов в 5M гидроксиде лития и электролитах NaOH.

В отличие от некоторых обычно используемых литий-ионных электролитов, которые вызывают возгорание при перегреве (например, как сообщалось в самолете Boeing Dreamliner), водные электролиты 7 обладают тем преимуществом, что они не горючие.Несмотря на это, плотность энергии электролита NaOH очень высока (см. Рисунок 4).

Теперь мы планируем построить водный гибридный элемент, основанный на соединении материала батареи MnO 2 (катода) с марицитом / материалом конденсатора с активированным углем (анодом), что увеличит высокую производительность (т. Е. Способность поставлять больше энергии за короткий период времени) для хранения энергии, вырабатываемой из нетрадиционных источников энергии.

Мы благодарим Австралийский исследовательский совет по схеме финансирования проекта Discovery (DP1092543) и Австралийский институт ядерных наук и инженерии (ALNGRA13067) за финансовую помощь и доступ к анализу ионных пучков в Австралийской организации ядерной науки и технологий.

Маникам Минакши

Университет Мердока

Перт, Австралия

Маникам Минакши — старший научный сотрудник и преподаватель. Он изучает материалы для хранения энергии, а также методы синтеза и характеристики материалов литий-ионных аккумуляторов. Он разработал улучшенный метод интеркаляции лития с использованием водных растворов, а также синтезировал экологически чистый и технически привлекательный катодный материал для неводных аккумуляторных систем.

Артикул:

1.Б. Л. Эллис, Л. Ф. Назар, Натриевые и натриево-ионные аккумуляторные батареи, Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 16 (4), стр. 168-177, 2012. doi: 10.1016 / j.cossms.2012.04.002 2. М. Минакши, Взгляд за пределы литий-ионной технологии — водная батарея NaOH, Mater. Sci. Англ. В 177 (20), стр. 1788-1792, 2012. doi: 10.1016 / j.mseb.2012.09.003 4. А. К. Падхи, К. С. Нанджундасвами, Дж. Б. Гуденаф, Фосфо-оливины как материалы положительного электрода для перезаряжаемых литиевых батарей, J.Электрохим. Soc. 144 (4), стр. 1188-1194, 1997. DOI: 10.1149 / 1.1837571 5. А. Сан, Ф. Р. Бек, Д. Хейнс, Дж. А. Постон-младший, С. Р. Нараянан, П. Н. Кумта, А. Маниваннан, Синтез, характеристика и электрохимические исследования химически синтезированного NaFePO4, Mater. Sci. Англ. В 177 (20), стр. 1729-1733, 2012. doi: 10.1016 / j.mseb.2012.08.004 6. Минакши М., Мейрик Д. Обратимое натрирование в мариците NaMn1 / 3Co1 / 3Ni1 / 3PO4 для хранения возобновляемой энергии, J. Alloys Comp. 555, стр.10-15, 2013. doi: 10.1016 / j.jallcom.2012.11.203

AlCl3, получен с помощью новой не содержащей растворителей и масштабируемой процедуры

Реферат

Полимерные гелевые электролиты были приготовлены с использованием полиэтиленоксида (ПЭО) и глубокой эвтектической смеси AlCl. 3 : мочевина (уралулюминий), жидкий электролит, который зарекомендовал себя как отличная среда для электроосаждения алюминия. Полимерные гелевые электролиты получают путем смешивания ПЭО с жидким электролитом при T> 65 ° C, которая является точкой плавления ПЭО.Эта процедура занимает несколько минут и не требует последующих стадий испарения, поскольку не содержит растворителей и, следовательно, является более устойчивой по сравнению с процедурами с использованием растворителя. Отсутствие вспомогательных растворителей и стадий выпаривания делает их получение воспроизводимым и легко масштабируемым. ПЭО с увеличивающейся молекулярной массой (Mw = 1 × 10 5 , 9 × 10 5 , 50 × 10 5 и 80 × 10 5 г / моль -1 ), включая сверхвысокую молекулярную массу (UHMW) полимер.Из-за сильного взаимодействия между ПЭО СВМП и уралулюминием, самостоятельные гели могут быть получены с содержанием всего лишь 2,5 мас.% ПЭО. Эти автономные полимерные гели сохраняют способность электроосаждения и удаления алюминия и, как видно, сохраняют значительную часть тока, обеспечиваемого жидким электролитом. Реология и электрохимический состав их гелей стабильны в течение нескольких месяцев, если они хранятся в инертной атмосфере, а их чувствительность к влажности значительно ниже, чем у жидкого уралюнозема, что улучшает их стабильность в случае случайного воздействия воздуха и, следовательно, их безопасность.Эти полимерные гели являются прочными и термопластичными, что обеспечивает их переработку и формование в различные формы, а также их пригодность для вторичной переработки и повторной обработки. Их термопластичность также позволяет готовить концентрированные партии (маточные смеси) для апостериорного разбавления или добавления добавок. Они эластомерные (эластичные) и очень липкие, что делает их очень прочными, простыми в обращении и самовосстанавливающимися.

Ключевые слова: полимерные гелевые электролиты , глубокий эвтектический растворитель, алюминиевые аккумуляторные батареи, самовосстановление, процедура без растворителя, термопласт

1.Введение

Системы накопления энергии, такие как батареи, стали стратегическим рынком в современном обществе беспроводной связи и гиперподключения, и они также являются опорой процесса декарбонизации. Расчетная потребность в батареях будет удваиваться каждые пять лет. Например, потребность в энергии литий-ионных аккумуляторов, наиболее совершенной технологии, выросла с 22 ГВтч в 2010 году до общего ожидаемого спроса в 390 ГВтч в 2030 году [1]. Предполагается, что массовое производство литиевых батарей приведет к нехватке сырья, необходимого для производства этих батарей.Одна из альтернатив для преодоления такого сценария — разработка батарей с использованием более доступного сырья.

Алюминиевые вторичные батареи могут иметь более высокую объемную емкость, чем литиевые (например, в металло-воздушных батареях ~ 2000 мА · ч · см −3 лития и ~ 8000 мА · ч · см −3 алюминия), а сырье имеет лучшее распределение и содержание в земной коре (менее 0,01% против 8% содержания в земной коре Li и Al соответственно) [2].Вторичные батареи на основе алюминия в настоящее время являются одной из самых привлекательных альтернатив для хранения энергии. Эта батарея требует использования неводных электролитов для зачистки алюминия и нанесения гальванического покрытия на анод. Однако, в отличие от литий-ионных аккумуляторов, существует очень мало неводных жидких электролитов, в которых было продемонстрировано удаление и покрытие алюминия (Al) [3,4,5]. Это, в частности, смесь солей хлорида имидазолия (EMImCl) и хлорида алюминия (AlCl 3 ), глубокие эвтектические растворители (DES) мочевина / AlCl 3 и ацетамид / AlCl 3 и Et 3 NHCl. / AlCl 3 [6].В этих электролитах DES образуются частицы алюминия, способные к электроосаждению. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, например, карбамид / AlCl 3 нетоксичен, а ацетамид / AlCl 3 более проводящий. Оба DES имеют то преимущество, что они дешевле и проще в производстве, чем EMImCl / AlCl 3 , и кажутся очень интересным выбором из-за их широкого диапазона потенциалов и высокой ионной силы для окислительно-восстановительной химии металлов [6,7].

Превращение обычных жидких электролитов в твердые — обычное дело для всех металлических вторичных батарей, главным образом потому, что они намного безопаснее, но также потому, что они позволяют более гибкую геометрию и более легкие устройства.Безопасность батареи значительно повышается при использовании твердых электролитов, поскольку они предотвращают утечку токсичных или коррозионных жидкостей и смягчают или даже устраняют дендритный рост восстановленного металла на аноде и последующие короткие замыкания. В случае литий-ионных аккумуляторов, которые являются наиболее зрелыми среди технологий твердотельных аккумуляторов и источником вдохновения для новейших технологий, наиболее изученными подходами являются пористые полимерные сепараторы, плотные полимерные гелевые электролиты и неорганические электролиты [8,9 , 10,11].У каждого из них есть свои преимущества и недостатки, но, вероятно, наиболее сбалансированным подходом является использование полимерных гелевых электролитов (PGE) из-за сочетания высокой ионной проводимости, уменьшения роста дендритов, устранения утечек и механической износостойкости.

Насколько нам известно, на сегодняшний день описана только одна процедура, позволяющая производить полимерные гелевые электролиты, подходящие для алюминиевых вторичных батарей [9,10,11,12]. В этой процедуре комплекс акриламид-AlCl 3 растворяется в дихлорметане, где он полимеризуется в присутствии ионного жидкого электролита 1-этил-3-метилимидазолия хлорида (EMImCl) и AlCl 3 (EMImCl: AlCl ). 3 , 1: 1.5, в молярном соотношении). Раствор отливают и оставляют на ночь для высыхания при 60 ° C. Эти авторы изучили электролиты с различным соотношением полимеров и пришли к выводу, что те, у которых более высокая доля жидкого электролита (80 мас.%), Являются многообещающими электролитами Al, что позволяет удалять и покрывать алюминий. Другие авторы [13,14] повторили точную процедуру [12], в одном случае для приготовления электролитов, содержащих 80 мас.% Того же EMICl: AlCl 3 , а в другом — ионной жидкости при комнатной температуре, образованной с хлоридом триэтиламмония. (Et 3 NHCl) и AlCl 3 (Et 3 NHCl: AlCl 3 1: 1.6 молярное соотношение). Все эти электролиты были твердыми, однако никаких реологических измерений или качественных характеристик твердого состояния, например, с использованием хорошо известного теста с перевернутой трубкой, не проводилось.

Процедура полимеризации in situ включает использование растворителя для отливки гелевых мембран. Устойчивость и масштабируемость требуют, насколько это возможно, отказа от вспомогательных растворителей. Полное избавление от растворителя — непростая задача, часто включающая этапы нагрева, которые затрудняют разливку в растворитель и не обладают воспроизводимостью, присущей процессам без растворителя, одновременно усложняя промышленное масштабирование и массовое производство.Кроме того, выбор растворителя для литья мембран в случае алюминиевых электролитов отнюдь не простой, поскольку в них присутствуют сильнодействующие сильнодействующие кислоты Льюиса, а именно AlCl 3 или Al 2 Cl 7 , полученные в присутствии избытка AlCl 3 . Фактически, электрохимическая активность алюминиевых электролитов (в частности, EMImCl / AlCl 3 ) снижается при разбавлении такими растворителями, как ацетон, ацетонитрил или ТГФ, все они содержат неподеленные электронные пары [12].

Это уменьшение происходит из-за сильного взаимодействия между электронодефицитными частицами AlCl 3 и Al 2 Cl 7 , присутствующими в электролитах Al, и неподеленной парой электронов в молекулах этих растворителей. Следует принять во внимание, что Al 2 Cl 7 вместе с катионными частицами [AlCl 2 мочевина 2 ] + [15], как предполагалось, напрямую связаны с электроосаждением. Al в мочевине: электролиты AlCl 3 .

Реакция отрицательного электрода:

4Al2Cl7− + 3e − ↔Al + 7AlCl4−

Реакция отрицательного электрода:

2 [AlCl2urea2] + — 3e− → Al + AlCl4− + 4urea

По этой причине использовался растворитель в [12] — дихлорметан, который не влияет на электроактивность алюминиевого жидкого электролита. Вредное взаимодействие молекул, несущих неподеленные пары электронов, с алюминиевыми электролитами привело к тому, что научное сообщество исключило использование многих хорошо известных полимеров в области твердых электролитов для приготовления гелевых алюминиевых электролитов.Это включает, например, полиэтиленоксид (PEO), полиметилметакрилат (PMMA) или полиакрилонитрил (PAN) [11,12,13,14]. Эта точка зрения подтверждается экспериментами, показывающими, что электролиты на основе ПЭО [9] не способны выдерживать гальваническое покрытие алюминия [16]. Некоторое гальваническое покрытие наблюдается в электролитах, приготовленных из ПВДФ [9], но ток, безусловно, очень низкий. Следовательно, очевидно, что следует пренебречь использованием обычных коммерческих полимеров, что является недостатком, поскольку, учитывая их растворимость в жидких электролитах Al и сильное взаимодействие между этими полимерами и частицами в электролите, весьма вероятно, что полимерные гели могут быть получены. без вспомогательных растворителей.

Чем больше молекулярная масса полимера, тем меньше весовых процентов, необходимых для получения сетки полимерного геля, и это было тщательно изучено, например, с гидрогелями PEO [17], где было показано, как с 4 × 10 6 г моль -1 ПЭО в водном растворе гидрогель становится полуразбавленной сеткой более 0,63 мас.% ПЭО и концентрированной сеткой более 7 мас.%. Фактически, наша исследовательская группа применила эту стратегию, использование сверхвысокомолекулярного полиэтилена с низкой массой, для приготовления термопластичных электролитов для литиевых батарей [18,19,20,21] путем смешивания в расплаве и использования органоглины в качестве физических сшивающих агентов.Наша гипотеза состоит в том, что можно производить гелевые электролиты с алюминиевыми ионными жидкостями и сверхвысокомолекулярным полиэтиленом, который в значительной степени сохранит электроактивность жидкого электролита, используя не содержащие растворителей и масштабируемые процедуры. В качестве жидкого электролита мы выбрали глубокий эвтектический растворитель, образованный мочевиной: AlCl 3 (далее — уралюминий), который, как было показано, является отличной средой для электроосаждения алюминия [7].

2. Экспериментальная

2.1. Материалы

Для приготовления электролитов ПЭО с молекулярной массой Mw = 1 × 10 5 , 9 × 10 5 , 50 × 10 5 и 80 × 10 5 г моль −1 от Использовали Sigma-Aldrich (Миссури, США). Uralumina150 (U150) и uralumina135 (U135), приготовленные с использованием AlCl 3 : мочевина в молярном соотношении 1,50: 1 и 1,35: 1 соответственно, были получены от Scionix Ltd. (Лондон, Великобритания). Uralumina очень чувствительна к влажности, быстро выделяя HCl на открытом воздухе.Все материалы использовались в том виде, в котором они были получены.

2.2. Процедура приготовления

Схема 1 иллюстрирует процедуру приготовления. Уралумин помещали в стеклянный стакан наверху нагревательной пластины внутри перчаточного бокса в атмосфере аргона ([O 2 ] <1 ppm, [H 2 O] <1 ppm). Постепенно добавляли ПЭО в порошке и смесь перемешивали, пока температура повышалась до 70 ° C. Когда температура приблизилась к 60 ° C, изменения вязкости показали плавление и перемешивание PEO, и образовался PGE.Если его вручную перемешать стеклянной палочкой, можно легко почувствовать увеличение вязкости. показаны электролиты, изученные в данной работе. Массовая доля добавленного ПЭО варьировалась от 0,7 до 5 мас.%.

Таблица 1

Номенклатура и состав приготовленных электролитов, их классификация на три реологические группы, описанные в тексте, видео, иллюстрирующие их реологию, эластомерный и липкий характер, а также ионную проводимость при 25 ° C.

2.3. Характеристика

ИК-Фурье спектроскопия использовали для изучения структуры конечного PGE, включая изменение конформационной структуры PEO в PGE.Электролиты помещали между окнами из ZnSe толщиной 2 мм внутри перчаточного бокса, и их ИК-спектр регистрировали с использованием FT-IR Perkin-Elmer Spectrum-One с 10 сканированиями и разрешением 4 см -1 . ИК-Фурье чистого уралюмина регистрировали таким же образом.

Реологические и механические свойства . Из-за чувствительности к влажности Al-содержащих электролитов их реологию изучали в перчаточном боксе. Для их характеристики использовались две простые процедуры: тест переворачивания пробирки, очень часто применяемый в гелях [22], и тест на растяжение.Для испытания переворачивания пробирки количество каждого PGE помещали в стакан или пузырек, который затем полностью переворачивали. С помощью видеокамеры за образцом наблюдали в течение периодов времени от нескольких минут до часов. В зависимости от результатов теста инверсии трубки электролиты были разделены на три различные реологические группы. Электролиты группы 1 текли, как только флакон переворачивали, и считались жидкостями. С другой стороны, электролиты группы 3 не текли даже через несколько дней.Промежуточное поведение продемонстрировали некоторые электролиты, которые не текли при переворачивании трубки, а стекали по стенкам трубки в течение от нескольких десятков минут до нескольких часов. Эти электролиты были отнесены к группе 2. В столбце 4 полученные ЭПГ классифицированы в одну из этих трех групп.

Гелевые электролиты группы 2 и группы 3 показали четкое эластомерное поведение, и фактически, при обращении электролиты группы 3 вели себя как резина. Это были очень липкие материалы, они прилипали к себе и другим поверхностям.Благодаря их липким свойствам, их эластомерный характер был охарактеризован внутри перчаточного ящика при испытании на растяжение с помощью стеклянной палочки, а их характеристики были записаны с помощью видеокамеры. QR-коды, показывающие видео большинства PGE, представлены в столбце 5.

Для проверки стабильности реологии ЭПГ в большинстве представленных ЭПГ испытание на переворачивание трубки и испытание на растяжение повторяли через несколько дней после их приготовления, а в некоторых случаях даже через несколько месяцев.

Электрохимия. Для проведения измерений вне перчаточного бокса лабораторная ячейка, заполненная PGE, была помещена в стеклянный резервуар и запечатана. Крышка приемника была подключена, и каждый электрод был подключен до закрытия изолирующей капсулы. Затем вся установка была извлечена из перчаточного бокса для оценки электрохимических свойств. Они были оценены в потенциостате / гальваностате Autolab PGSTAT 302. Алюминиевая фольга высокой чистоты (99,9999% Goodfellow, Хантингдон, Великобритания) использовалась для обоих электродов (рабочего и противоэлектрода) в самодельной электрохимической ячейке.Все алюминиевые электроды были разрезаны (0,85 см 2 ) и затем промыты 10 М раствором КОН, промыты деионизированной водой и высушены перед всеми измерениями. Толщина электролитов в ячейке составляла около 2 мм. Измерения импеданса проводились при амплитуде 20 мВ от 10 6 до 1000 Гц. Электропроводность была получена из эквивалентной схемы, полученной после настройки диаграммы Найквиста. Для вольтамперометрии использовались те же электрохимические ячейки с третьим электродом в качестве псевдо-эталона из того же алюминия и обработки, что и другие.Циклическую вольтамперометрию (CV) проводили в диапазоне от -1,5 В до 1,5 В относительно Al / Al 3+ при 20 мВ · с -1 в течение примерно 100 циклов. Примерно через 20 циклов был достигнут установившийся ток, как показано на Рисунке S1a – c в дополнительной информации. В некоторых случаях циклическую вольтамперограмму записывали через несколько месяцев, чтобы оценить стабильность электролитов.

3. Результаты и обсуждение

Хотя единственным известным на сегодняшний день методом приготовления полимерных гелей с алюминиевыми жидкими электролитами была полимеризация акриламида in situ [12], также сообщалось, что ПЭО умеренно растворим в других DES [23] .По сравнению с полимеризацией in situ, простое растворение полимера в жидком электролите было намного проще, более воспроизводимым и масштабируемым.

Первоначально безуспешно пытались растворить ПЭО 9 × 10 5 г моль -1 при комнатной температуре. Поскольку ПЭО является полукристаллическим, а кристаллические домены труднее, чем аморфные, набухать, для растворения полимера требовалось поднять температуру до 70 ° C, то есть немного выше температуры плавления ПЭО, которая составляет около 65 ° C.При достижении этой температуры наблюдалось очень сильное увеличение вязкости раствора. При охлаждении смеси гелеобразование было очевидным, причем вязкость и жесткость конечного продукта сильно зависели от молекулярной массы PEO и массовой доли PEO в геле. собирает все приготовленные электролиты, их состав, номенклатуру и некоторые соответствующие физико-химические характеристики: ионную проводимость ( σ ) некоторых электролитов, их классификацию в одну из трех реологических групп, описанных в экспериментальном разделе, и их эластомерные свойства.Выбранная номенклатура следующая: PEO a b / U c , где a обозначает молекулярную массу полимера в г-моль -1 , деленную на 10 5 , b стоек. для массовой доли полимера в геле, а c определяет тип уралюминия, используемого для приготовления геля. Например, PEO50-1 / U150 представлял собой гель, приготовленный из 1 мас.% PEO Mw = 50 × 10 5 г моль -1 , растворенного в уралюмине 150 (AlCl 3 : мочевина при молярном соотношении 1.50: 1).

Электролиты каждой молекулярной массы были приготовлены до максимально возможного включения ПЭО. Например, с ПЭО 9 × 10 5 г-моль -1 было невозможно растворить более 5 мас.%, Поскольку для фракций с более высоким мас.% Большое увеличение вязкости, происходящее во время растворения полимера, препятствовало его полному растворению. растворение. В случае ПЭО 50 × 10 5 г моль -1 было вероятно, что в геле, приготовленном с 5 мас.% ПЭО, полимер не растворился полностью.Для PEO 80 × 10 5 г / моль -1 было невозможно приготовить гель с 2,5 мас.%, Поскольку значимая часть полимера не растворялась. Вероятно, уменьшение вязкости за счет повышения температуры выше 70 ° C позволит растворить большее количество полимера, но это не рекомендуется, поскольку уралюмин может разлагаться.

3.1. Реологическое поведение

Не все электролиты были гелями, и среди гелей можно было обнаружить очень разные механические свойства.Нестабильность алюминиевых электролитов на открытом воздухе и при контакте с некоторыми материалами, включая нержавеющую сталь, сделала определение их реологических свойств реальной проблемой. Включенные видеоролики хорошо проиллюстрировали их разнообразную реологию с помощью простых тестов, проведенных внутри перчаточного ящика. Используя тест с перевернутой трубкой, ЭПГ были разделены на три различных реологических режима, как описано в экспериментальном разделе. собирает эту качественную классификацию. Электролиты группы 1, которые вели себя как жидкости, включали ПЭО1-5 / У150, ПЭО9-1 / У150 и ПЭО50-0.7 / U150. На противоположной стороне находятся гелевые электролиты группы 3, состоящие из PEO9-5 / U150, PEO50-5 / U150 и PEO50-5 / U135, которые ведут себя как резина. Все остальные PGE классифицируются как электролиты группы 2, то есть мягкие эластичные гели, которые не потекли сразу после опускания флакона, но которые сползли по стенкам через несколько минут, как показано в a для PEO50-2.5 / U150. b показывает стабильность размеров того же электролита PEO50-2.5 / U150, когда он был перенесен из химического стакана в колбу с помощью стеклянной палочки.Все гели оказались очень прочными, их невозможно разорвать, и они ломались только при тщательном растяжении.

( a ) Испытание в перевернутой трубке и ( b ) стабильность размеров PEO50-2.5 / U150 и ( c ) эластомерный характер PEO9-5 / U150.

Качественная классификация ЭПГ на три реологические группы показала, что чем ниже молекулярная масса полимера, тем выше весовая фракция, необходимая для гелеобразования уралюмина. Например, PEO1-5 / U150 был вязкой жидкостью (Группа 1), тогда как при том же мас.% Полимера PEO9-5 / U150 был каучуком (Группа 3).Как упоминалось во введении, влияние молекулярной массы полимера на модуль сдвига гелей, полученных с той же самой долей полимера в мас.%, Было хорошо известно и было следствием перепутывания полимерных цепей. Результаты показывают, с одной стороны, что гелеобразование урала с ПЭО следовало типичному поведению полимерного геля, подразумевая, что ПЭО действительно растворим в уралюноземе, при этом клубки полимера простираются в жидкой фазе и образуются зацепления между цепями, а на с другой стороны, взаимодействие единиц этиленоксида (ЭО) с уралюминием было сильным.Схема 2 иллюстрирует эти характеристики.

Электролиты группы 2 и группы 3 ведут себя как эластомеры, демонстрируя большие деформации при деформации. c показаны различные изображения, извлеченные из видеозаписей PEO9-5 / U150, которые свидетельствуют о высокой деформации, достигаемой этими электролитами. Видео (QR-ссылки), демонстрирующие эластомерный характер PEO9-5 / U150, PEO50-1 / U150 и PEO80-1 / U150, появляются в.

Для проверки термопластичности этих электролитов смесь твердого PEO50-5 / U150 и чистого U150 в соотношении 50:50 по массе медленно нагревали до 70 ° C, перемешивая стеклянной палочкой; постепенно электролит ПЭО5 / У150 размягчался, его вязкость уменьшалась, и его можно было смешивать с жидкостью У150.Через 10 мин при 70 ° C новому разбавленному электролиту (теперь с составом PEO50-2,5 / U150) давали остыть, вязкость увеличивалась, и было проверено отсутствие разделения фаз. Размягчение PEO50-5 / U150 и последующее разбавление U150 позволило предположить, что в этих PGE образовалось физическое, а не химическое связывание, и это свидетельствует о его термопластическом характере. Та же процедура была успешно проведена с PEO50-5 / U135, разбавленным U135.

Тот факт, что концентрированный гель можно разбавить таким простым способом, очень интересен, поскольку он подразумевает, что можно приготовить ЭПГ из обычной концентрированной партии (маточной смеси), практика, которая увеличивает воспроизводимость образцов, и ключевой момент. Особенность первостепенной важности для ее потенциального использования в промышленных приложениях, поскольку она допускает апостериорное добавление.

С точки зрения дизайна материалов реология этих PGE показала очень интересные результаты. Во-первых, эффективное гелеобразование U150 было возможно с использованием всего лишь 1 мас.% ПЭО, при условии, что молекулярная масса полимера была достаточно высокой. Во-вторых, полученные гели были термопластичными, поэтому их можно было легко обрабатывать, формовать, изменять форму и повторно использовать, и их можно было приготовить в виде маточной смеси. Наконец, когда эти гели сломались (что было непросто, поскольку они были очень жесткими и эластичными), они быстро слиплись, что иллюстрирует еще одну ключевую особенность этих гелей: кажется, что они самовосстанавливаются.Это можно наблюдать в видеороликах, представленных, например, в PEO50-1 / U150 и PEO9-5 / U150, где четко виден эластомерный и липкий характер, или PEO80-1 / U150 (особенно секунды 17–19).

Учитывая природу химических веществ в уралулюноземе и их сильную склонность к взаимодействию с полиэфиром, приоритетной задачей считалась проверка стабильности (химической и, следовательно, механической и электрохимической) ЭПГ в течение периодов времени до нескольких месяцев. . Механические и реологические свойства этих PGE зависят от чрезвычайно длинной полимерной цепи.Таким образом, реакции, приводящие к разрыву цепи, могут привести к очень заметным потерям вязкости и модуля упругости PGE, поскольку зависимость вязкости и эластичности от длины полимерной цепи очень сильна. Несколько PGE хранили в перчаточном ящике в течение периодов от нескольких недель до трех месяцев, и их реологические характеристики периодически проверялись. В течение первой недели после приготовления ЭПГ повышение вязкости и / или модуля упругости качественно детектировали с помощью теста с переворачивающей трубкой и теста на растяжение.По прошествии минимум двух месяцев не наблюдалось заметного изменения реологических и механических характеристик. Этот результат очень важен с практической точки зрения, поскольку эти PGE были бы бесполезны в качестве электролитов, если бы их свойства были потеряны в краткосрочной перспективе. Реологическая стабильность в течение нескольких месяцев также предоставила очень интересную информацию о химической стабильности этих PGE, то есть сильное взаимодействие между простыми эфирами в полимерной цепи и частицами урала алюминия не приводило к значительному разрыву цепи.

3.2. Структура электролитов по FT-IR

Тот факт, что эти электролиты ведут себя как эластомеры, подразумевает сильное взаимодействие между уралюминием и ПЭО, которое блокирует проскальзывание перепутанных цепей при растяжении полимерных цепей [24]. Это сильное взаимодействие было изучено методом FT-IR. показывает ИК-Фурье спектры ЭПГ, полученных с U150 и ПЭО трех различных Mw (1 × 10 5 , 9 × 10 5 и 50 × 10 5 г моль -1 ), и с увеличением массы %, от 1 до 5 мас.%, вместе со спектром FT-IR PEO при комнатной температуре и U150.Область от 1400 до 800 см −1 в спектрах ПЭО очень чувствительна к конформационным изменениям. Интересно, что в ЭПГ не были обнаружены наиболее интенсивные ИК-Фурье полосы твердого ПЭО, а именно характеристическая полоса с центром при 1095 см -1 (отмечена черной стрелкой), относящаяся к комбинациям растяжения СС и СО, и Режимы деформации COC в конформации транс-гош-транс структурной единицы OCCO [25]. Были и другие полосы ПЭО, которые не появлялись в спектрах ЭПГ, такие как CH 2 , колеблющиеся на 840 см -1 или CH 2 , колеблющиеся на 1342 и 1360 см -1 .Однако закручивание CH 2 на 1241 и 1278 см -1 было ясно видно в спектрах PGE, хотя и немного сдвинуто в сторону более высокого волнового числа. Интересно, что спектры ЭПГ показали серию новых полос в области 1100-900 см, -1 (отмечены красными стрелками), которые не присутствовали ни в уралюмине, ни в твердом ПЭО.

FT-IR полиэтиленоксида (PEO), U150 и полимерных гелевых электролитов (PGE) PEO1-5 / U150, PEO9-5 / U150, PEO50-5 / U150, PEO50-2.5 / У150, ПЭО50-1 / У150.

Набор новых полос в области 1100-900 см -1 явно пропорционален мас.% ПЭО, что указывает на принадлежность этих новых полос к полимеру. также показывает, что спектры ЭПГ, полученных с ПЭО с разной молекулярной массой, но с тем же мас.% ПЭО, были очень похожими. показывает FT-IR PEO50-5 / U150 и PEO50-5 / U135 вместе с таковыми PEO, U150 и U135. Спектры FT-IR не показали значительных различий между PGE, полученным с U150 и U135 и 5 мас.% PEO.

FT-IR PEO50-5 / U135, PEO50-5 / U150, твердого PEO и урала (150 и 135).

Появление новых полос ПЭО вместе с отсутствием характерных колебаний спектра ПЭО в объеме или в расплаве, а именно при 1150 и 1100 см −1 , убедительно свидетельствовало о том, что полимер в ЭПГ представляет собой конформационная структура сильно отличается от структуры объемного PEO, как и следовало ожидать. Как упоминалось ранее, влияние молекулярной массы PEO на реологию геля указывает на то, что спирали PEO расширяются в жидкой фазе и переплетаются друг с другом, в то время как отсутствие колебаний основной цепи в FT-IR предполагает очень сильное взаимодействие цепочка с ее окружением.Схема 2 изображает эти гели, где сегменты цепи PEO, сильно взаимодействующие с видами уралулюминия, были представлены в виде стержней, чтобы проиллюстрировать блокирование основной цепи. Раскрытие природы взаимодействий полимер / электролит отнюдь не является простым делом, поскольку состав уралюнозема до сих пор полностью не изучен. Подробное исследование молекулярной структуры этих гелей с помощью средств вычислительной химии продолжается.

3.3. Ионная проводимость и электрохимия электролитов

Целью данной работы является оценка того, можно ли использовать сверхвысокомолекулярный полиэтиленгликоль для приготовления электролитов в алюминиевом геле, даже если этот полимер не упоминается в литературе из-за его химического взаимодействия с кислыми частицами алюминия.Чтобы оценить электрохимические характеристики различных электролитов и решить, применим ли такой подход к приготовлению ЭПГ для алюминиевых вторичных батарей, была проведена циклическая вольтамперометрия. При проведении этих экспериментов вскоре стало очевидно, что чувствительность ЭПГ к влажности была значительно ниже, чем у жидкого уралунозема. Тем не менее, ни с одним из гелей нельзя было манипулировать на открытом воздухе, поскольку при контакте с окружающей влажностью HCl все еще производился, хотя и с гораздо меньшей скоростью, чем в жидком уралюноземе.Это было положительным следствием увеличения вязкости гелей, и это сделало PGE намного проще и безопаснее в обращении, чем сам жидкий электролит.

Вольтамперограммы на 50-м цикле некоторых электролитов представлены на рис. CV в U150 (оранжевая линия) показывает пики, соответствующие окислению при примерно 1,5 В (по сравнению с Al / Al 3+ ) и электроосаждении Al (при -1,5 В). Эффект от введения в жидкость У150 увеличивающихся количеств, а именно 1 мас.%, 2.5 мас.% И 5 мас.% ПЭО 50 x 10 5 г моль -1 показано на a. Можно заметить, что постепенное увеличение концентрации ПЭО в ЭПГ привело к снижению плотности тока j по сравнению с плотностью тока жидкого U150. Эти эффекты можно легко отнести к комбинации увеличения вязкости и уменьшения концентрации Al 2 Cl 7 , которые предположительно имели место при добавлении ПЭО к U150 [12]. Однако также можно было увидеть, что единственные наблюдаемые процессы соответствовали удалению и осаждению Al, и что введение небольших количеств ПЭО (например.g., PEO50-1 / U150 или PEO50-2.5 / U150) позволяли поддерживать достаточную электрохимическую активность, чтобы рассматривать их как потенциальные электролиты.

Циклические вольтамперограммы при скорости сканирования 20 мВ с -1 U150 (оранжевая линия) и ( a ) с увеличением мас.% PEO50 / U150 и ( b ) PEO1-5 / U150 с разной молекулярной массой и Электролиты ПЭО50-5 / У150. Цикл 50 показан во всех случаях (установившееся состояние). Все измерения проводились в инертной атмосфере аргона. Обратите внимание: для сравнения ток PEO1-5 / U150 и PEO50-5 / U150 в b был умножен на 5.

Влияние молекулярной массы полимера представлено для 5 мас.% ПЭО. Обратите внимание, что ток этих двух образцов был умножен в пять раз, чтобы облегчить его сравнение с U150. Можно заметить, что на снижение электрохимической активности больше влияла концентрация ПЭО, чем длина его цепи, поскольку можно было обнаружить лишь незначительные различия в плотности тока для ПЭО1-5 / U150 и ПЭО50-5 / U150, хотя первый представлял собой жидкость (группа реологии 1 в), а второй — самостоящий гель (группа реологии 3).

Тот факт, что длина цепи PEO повлияла на реологию гораздо больше, чем сила тока, доказал успех использования сверхвысокомолекулярного полиэтилена в качестве стратегии для приготовления ЭПГ для алюминиевых вторичных батарей, учитывая, что электроактивные материалы могут быть получены с различными реологическими свойствами. , от жидкого до твердого тела с помощью простой процедуры, представленной в этой работе. Более того, электрохимические свойства, представленные в этой работе, были стабильными в течение по крайней мере нескольких месяцев, как и их реология.

Наконец, в изменении ионной проводимости, σ , и тока, j , при заданном потенциале (-0,8 В) представлены для ЭПГ как функция массового процента ПЭО в гелях. Можно заметить, что уменьшение σ линейно зависит от мас.% ПЭО в ЭПГ (пунктирная линия) и независимо от молекулярной массы используемого ПЭО, т. Е. Не было влияния длины цепи ПЭО. на конечном σ полученного геля. Однако, если вместо геля смесь ПЭО и U150 давала жидкость, то σ было выше, как показано с помощью PEO1-5 / U150 (сплошной черный символ).

( a ) Проводимость σ и ( b ) плотность тока j , измеренная при -0,8 В по сравнению с Al / Al 3+ для различных ЭПГ в зависимости от мас.% ПЭО. Сплошные черные символы соответствуют PEO1-5 / U150, единственному жидкому электролиту в этой серии.

Уменьшение плотности тока было намного сильнее, чем у σ : в то время как последняя была уменьшена на 6 от наиболее проводящего до наименее проводящего электролита в, первая уменьшилась на 16.Интересно отметить, что уменьшение плотности тока в зависимости от мас.% ПЭО не зависело ни от длины цепи полимера, ни от того, была ли полученная смесь ПЭО и U150 жидкостью или гелем, т.е. влияет только концентрация оксиэтиленовых звеньев. Это означало, что вместе с уменьшением σ , вызванным гелеобразованием уралунозема, и последующим неизбежным увеличением вязкости, имело место дополнительное явление, которое снизило электроактивность ЭПГ, наиболее вероятно химическое взаимодействие простых эфиров в ПЭО с электроактивные частицы Al, как упоминалось во введении [12].

Даже если снижение электроактивности происходит при использовании ПЭО в качестве гелеобразующего полимера, это демонстрирует, что эти гелевые электролиты могут быть одновременно твердыми и все же в значительной степени сохранять электроактивность жидкого электролита, в данном случае уралюнозема. Это было постулировано как невозможное [11,12,13,14] на основании взаимодействия между электроактивными частицами Al 2 Cl 7 и эфиром в оксиэтиленовых звеньях. Хотя взаимодействие оксиэтиленовых звеньев в ПЭО снижает электроактивность урала, небольшое количество необходимого сверхвысокомолекулярного полимера компенсирует его влияние на состав жидкого электролита.Из-за вероятной природы взаимодействий между окситиленовыми единицами и частицами урала алюминия можно ожидать, что другие жидкие электролиты алюминия, вероятно, будут давать гели аналогичной природы с ПЭО СВМП, это стратегия с широким спектром применения и очень многообещающее будущее.

4. Выводы

Результаты, показанные в этой работе, демонстрируют, что использование СВМПЭ является успешной стратегией для производства ЭПГ с уралюминием в качестве жидкого электролита, который сохраняет способность обратимо электроосаждать и снимать алюминий.Эти гелевые электролиты получают простым растворением полимера в жидком электролите, как и обычные гидрогели PEO. Эта препаративная стратегия проста и быстра (всего несколько минут), не содержит растворителей и воспроизводима. Гели являются термопластичными, что позволяет готовить маточные смеси, которые могут быть впоследствии разбавлены и / или в которые могут быть включены добавки, что делает их идеальными для промышленного масштабирования и массового производства. Их легко придать и изменить, а также переработать.

Из-за сильного взаимодействия между СВМПЭ и уралюминием, стабильные по размерам гели производятся с содержанием всего лишь 2,5 мас.% ПЭО. Эти гели стабильны в течение месяцев, и при хранении в контролируемой атмосфере не наблюдается разделения фаз или реологических изменений. Их электрохимические характеристики также стабильны, и когда через несколько месяцев повторяют CV, результаты полностью сравнимы. По сравнению с несколькими примерами в литературе, они способны сохранять значительно большую ионную проводимость по сравнению с жидким электролитом, из которого они приготовлены.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *