Как проверить электролит в аккумуляторе?
При обучении вождению будущих автомобилистов учат не только тому, как управлять автомобилем, но и из чего он состоит. Чтобы ваш «железный конь» работал как часы, нужно иметь хотя бы минимум знаний по обслуживанию и ремонту автомобиля. Сегодня мы поговорим о том, как проверить электролит в аккумуляторе.
На что влияет уровень электролита?
Автоинструкторы считают, что аккумулятор не требует технического обслуживания, но только в том случае, если он используется при стандартных условиях. Это правильное мнение, но при длительных поездках и при воздействии высоких температур специалисты советуют время от времени контролировать уровень электролита, находящегося в аккумуляторе. Если, конечно, у вас обслуживаемая батарея.
В первую очередь отметим, что электролит состоит из кислоты и дистиллированной воды, то есть вода способна испаряться, например, при высоких температурах.
Если уровень электролита очень низкий, то из-за высыхания внутренних пластинок он теряет свою мощность. А это в последствии приведет к плотному соединению ячеек.
И, наоборот, в случае слишком высокого уровня электролита, излишняя кислота повредит (причем довольно сильно) внешнюю часть аккумулятора. Другие причины неполадок из-за ненадлежащего уровня электролита это:
- саморазрядка, то есть при длительной стоянке машины или из-за высокого потребления тока;
- поломка регулятора напряжения, который стоит в генераторе.
Так что надлежащий уровень электролита — это залог нормального функционирования аккумулятора и машины в целом.
Процедура проверки электролита аккумулятора
Проверить электролит можно двумя способами. Первый — это по максимальной и минимальной отметке, то есть уровень жидкости можно увидеть невооруженным глазом, так как корпус аккумулятора с отметками, как правило, прозрачный. Если уровень находится между отметкой MAX и MIN, то всё в порядке.
Если этих отметок нет, то существует второй способ. Для начала нужно подготовить стеклянную трубочку, где внутренний диаметр не превышает 5 мм.
Далее откручиваем крышку на аккумуляторе и опускаем трубку внутрь, пока она не упрется в предохранительный щиток. Наружное отверстие закрывается пальцем. Затем вытаскиваем трубку. Уровень электролита в ней и есть замеряемый уровень.
Оптимальное значение электролита в аккумуляторе
Считается, что нормальное значение электролита в аккумуляторе должно быть между 10 и 15 миллиметрами. Если полученное значение находится в данном диапазоне, то ваш аккумулятор в порядке и делать с ним ничего не нужно.
Но если значение превышает допустимое, то есть имеется лишняя жидкость, ее можно удалить с помощью груши или шприца. В случае нехватки электролита доливается дистиллированная вода.
Помните, что воду из-под крана заливать нельзя, в противном случае аккумулятор просто разрядится. Температура дистиллированной воды должна быть 15-25 градусов.
Кстати, при работе с электролитом соблюдайте повышенные меры безопасности. Во время осмотра аккумулятора всегда надевайте резиновые перчатки, чтобы кислота не попала на кожу рук из-за чего можно получить ожог. Если же жидкость все же пролилась на незащищенные руки, то как можно быстрее смойте ее проточной водой.
Видеоматериал о том, как проверить уровень и плотность электролита в аккумуляторе:
Удачи за рулем и счастливого пути!
В статье использовано изображение с сайта autotuningnews.ru
что нужно делать, а что категорически нельзя
Разделение операций: день, неделя, месяц, год
Примерное расписание того, что нужно делать, если у вас на складе работает электрическая техника с тяговыми аккумуляторами.
Каждый день — заряжать АКБ после разряда, проверять уровень электролита и доливать, если это необходимо.
Каждую неделю — осматривать батарею на предмет визуальных отклонений от нормы, чистить АКБ от грязи и желательно проводить выравнивающий заряд.
Каждый месяц — вести журнал на предмет плотности электролита и значение напряжений в банках, проверять исправность зарядного устройства.
Каждый год — измерять сопротивление изоляции между корпусом техники и АКБ. Этот показатель не должен быть меньше чем 50 Ом на один вольт номинального напряжения.
Про электролит
Электролит заливают только один раз — на заводе. Во многом именно от его качества зависит насколько стабильно и долго будет работать батарея. Когда идет зарядка вода распадается на кислород и водород, что приводит визуальному «кипению» электролита и снижения его уровня в ячейке. Из-за этого в ячейки следует доливать дистиллированную воду, чтобы восстановить уровень электролита.
Долив дистиллированной воды в ячейки АКБ
Главные правила эксплуатации тягового аккумулятора
Нельзя
Оставлять батарею в разряженном состоянии надолго. Из-за этого происходит сульфатизация пластин, что снижает емкость батареи и ее рабочий ресурс.
Разряжать АКБ более чем на 80%, для гелевых — 60%. Помимо сульфатизации пластин, это еще приводит к увеличению времени, необходимого для полной зарядки аккумулятора и его перегреву. Итог — ощутимое снижение рабочего ресурса.
Доливать обычную воду или электролит. Обычная вода содержит в своем составе много примесей, которые негативно влияют на аккумулятор. Долив электролита не приведет к приросту емкости, а только — к коррозии пластин.
Нужно
После разряда батареи поставить ее на подзарядку и проследить, чтобы она корректно зарядилась. Обязательно должно быть отдельное помещение, одведенное только под зарядку АКБ.
Контролировать уровень заряда батареи в процессе работы. Для этого в машине, обычно, предусмотрен соответствующий датчик. Проконтролируйте, чтобы он был исправен и показывал корректные данные.
Доливать дистиллированную воду. При чем нужно постоянно следить за уровнем электролита и осуществлять своевременный долив. Некоторые тяговые АКБ оснащают автоматизированной системой долива. Как правило, они служат дольше.
Очистка аккумулятора
В процессе зарядки АКБ немного электролита выступает из батареи, при достижении достаточного напряжении. Из-за этого на крышках банок образуется токопроводящий слой и появляются так называемые блуждающие токи. Они увеличивают показатель саморазряда аккумулятора, даже при простое. Поэтому чистить аккумулятор нужно регулярно.
Обслуживать АКБ стоит химзащите: фартуке, перчатках и маске (лучше с респиратором)
Журналы контроля аккумуляторов
На примере парка электропогрузчиков, ведение журнала выглядит следующим образом:
Для каждого погрузчика используют одну-две батареи, которые нумеруют 1а, 1б. То есть, для погрузчика 1, батареи а и б.
Есть еще журнал для сервисной службы, ведение которого — обязательное условие для гарантийного обслуживания. Выглядит он примерно так:
Обычно для ведения журналов, приема-выдачи аккумуляторов, их зарядки и долива воды нанимают отдельного человека или двух (в зависимости от количества рабочих смен на предприятии).
Что делать со старым тяговым аккумулятором
Старичок отработался
Согласно закону Украины «Про хімічні джерела струму», любой кислотный аккумулятор нужно обязательно утилизировать должным образом. Этим занимаются специальные компании по переработке. Но не спешите отдавать им свою отработанную тяговую батарею. Вы еще можете получить с нее выгоду! Когда решите покупать новую батарею, обращайтесь к нам. Мы можем предложить вам 2 интересных решения.
Выкуп отработанного аккумулятора
Мы выкупим у вас старую батарею и предложим новую со скидкой. При этом мы берем на себя обязанности по утилизации старого аккумулятора. Какая нам с этого выгода? После утилизации АКБ, все вредные вещества нейтрализуются, а вторичное сырье можно использовать повторно. За счет этого и формируется наша выгода и ваша скидка.
Подробнее про процесс утилизации мы писали — в этом материале
Перепаковка аккумулятора
Что это такое
Это замена аккумуляторных элементов на новые. При этом сам ящик остается старый. Его очищают и окрашивают. Главное, чтобы у ящика не было повреждений: трещин, вмятин, дыр или непоправимых следов сильного окисления.
Почему это выгодно
Тогда вы можете неплохо сэкономить на новой АКБ. Дело в том, что перепакованная батарея по своей производительности не уступает новой, а стоимость услуги вместе с новыми банками примерно на 10% ниже, покупки нового аккумулятора. Мы предоставляем такую услугу:
Читайте подробнееПро типы аккумуляторных батарей
Сейчас пока еще самые распространенные и востребованные аккумуляторы — свинцово-кислотные. Все эти советы и правила работают как раз с ними. Но на рынке уже есть новый игрок — литий-ионные батареи. Они очень сильно обгоняют своих предшественников по всем параметрам, начиная от срока службы, заканчивая простотой в обслуживании.
Литий-ионный тяговый аккумулятор
Единственный их существенных недостаток — цена. Мало кто может себе позволить такой вклад в далекую перспективу (а именно так они себя окупят).
Ознакомиться с каталогом тяговых аккумуляторов вы можете кнопке ниже:
Перейти в каталог тяговых аккумуляторов
Как повысить плотность электролита в аккумуляторе? ― 130.com.ua
Практически все автовладельцы вообще не уделяют внимание аккумулятору до первых проблем. Именно наша безответственность быстрее приближает моменты поломок, когда автомобиль уже просто отказывается заводиться. Наиболее распространенная причина — севший аккумулятор.
Кстати, даже новое АКБ может помешать вашей поездке. Есть же доля вероятности купить не совсем качественное устройство. Что подразумевается под этим? Чаще всего: не доконца заряженный аккумулятор или недостаточность электролита. Такие нюансы никак не проверяют во время покупок.
Основные способы
Как только отказывается работать аккумулятор, мы ставим его на зарядку. Но что видим: цикл зарядки прошел, а батарея все такая же дохлая. Появляется новая проблема — АКБ просто не держит заряд. Тут нужно выяснить причины, почему так происходит.
Чаще всего это случается с батареями, которые были посажены в 0. Здесь уже появляется новая задача — проверить насколько сильно разряжен аккумулятор. Для начала проверьте плотность электролита с помощью специального устройства: кислотомера.
Делаем это следующим образом:
- Кислотомер устанавливаем в любую банку аккумулятора.
- Шкала на ареометре будет показывать плотность электролита.
- Сравниваем полученные значения с табличными параметрами плотности.
Если вы живете в регионе с суровым климатом, то значение будет равно приблизительно 1,25 кг/литр. Тут учитывайте, что разница плотности между двумя банками не должна быть больше 0,01.
Как поднять плотность?
Способ решить эту задачу зависит от того, какие значения вы получили.
Плотность 1,18-1,20 кг/литр
С помощью груши откачиваем старый электролит: как можно больше. Заливаем новый на половину того объема, который вы откачали. Условно для примера: откачали 1 кг., заливаем 0,5 кг. Тут нужно добиться нормы плотности электролита, а остаток доливаем уже дистиллированной водой.
Плотность менее 1,18 кг/литр
В таком случае нужно использовать аккумуляторную кислоту. Все делаем также, как и в первом случае, но вполне вероятно, что процедуру придется повторять. Ваша главная задача остается прежней — получить значение нормы.
Плотность очень низкая
К сожалению, тут придется менять полностью электролит, чтоб спасти аккумулятор. С помощью груши, вам нужно будет максимально откачать старый электролит, а банки закрыть заглушками. И дальше придерживаемся такого плана:
- После закручивания заглушек, аккумулятор кладем на бок. Берем сверло 3 мм. или 3,5 мм. и делаем по одному отверстию внизу банки. Так, мы сможем слить электролит полностью.
- Промываем все банки с помощью дистиллированной воды. Отверстия закрываем кислотостойкой пластмассой. Так, мы сделали все необходимое, чтоб подготовить емкость к новому электролиту.
- Приготовим электролит самостоятельно. Берем дистиллированную воду и наливаем в нее аккумуляторную кислоту. Обратите внимание, что обратный порядок недопустим, то есть воду в кислоту наливать нельзя. Не забудьте надеть резиновые перчатки.
В итоге, вы должны получить необходимые значения электролита для вашего региона. Если по какой-то причине увеличить плотность электролита не удалось, придется выбрать новый аккумулятор. Аккумулятор купить с доставкой по Украине в Харьков, Киев, Одессу можно на 130.com.ua.
ТОП-3 автомобильных аккумулятора
Материалы по теме
Как восстановить гелевый аккумулятор самостоятельно в домашних условиях
Время прочтения: 5 мин
Дата публикации: 12-08-2020
Аккумуляторная батарея – это важный расходник в системах резервного электроснабжения, мотоциклах, скутерах, автомобилях и в прочих видах транспорта. Несмотря на то, что цена аккумулятора не является заоблачной, часто менять батареи никто не хочет. Чтобы АКБ прослужила долго и безотказно, следует придерживаться требований по эксплуатации. Тем не менее, из-за халатного отношения или невнимательности аккумуляторы часто значительно теряют свои первоначальные характеристики или, иными словами, выходят из строя.
Сперва определимся, что такое гелевая аккумуляторная батарея. Гелевым называют свинцово-кислотный аккумулятор с электролитом, свойства которого близки к сухому. Речь идет об АКБ класса GEL. В ней жидкий электролит абсорбирован гелевым наполнителем. Это наделяет батарею массой полезных свойств и преимуществ по сравнению с традиционными АКБ. Из-за схожести реализации и «маркетинговых трюков» гелевыми также называют аккумуляторы класса AGM. И действительно: принцип тот же, только вместо геля свободное пространство заполнено пористым стекловолоконным наполнителем.
Как GEL, так и AGM аккумуляторы являются необслуживаемыми. Речь идет об отсутствии необходимости доливать дистиллированную воду в связи с протеканием процесса рекомбинации. Многие трактуют это иначе и, например, не поддерживают высокий уровень заряда, хотя это необходимо для любой свинцово-кислотной АКБ. Гелевые аккумуляторы часто эксплуатируются в режимах с длительными периодами хранения. В таких условиях можно запросто упустить недопустимо низкий заряд батареи. Поэтому рекомендуется завести мультиметр и периодически проверять напряжение между клеммами. Только оно опустится ниже 10,5-11В – требуется осуществить обслуживание в виде заряда. Если же ситуацию запустить, возможно придется выполнить восстановление гелевого аккумулятора после глубокого разряда.
Что надо знать о сульфатации и десульфатации
В процессе разряда положительные пластины покрываются слоем сульфата свинца. Когда начинается заряд – образовавшийся слой мелкокристаллического сульфата растворяется и аккумулятор возвращается в первоначальное состояние. Условие необратимого образования крупнокристаллического сульфата свинца – это глубокий разряд. Такой налет не снимется полностью в процессе заряда, снижая активность протекающей между электролитом и электродами реакцию. Существуют различные способы очистки пластин:
- Способ №1. Самый простой и безопасный способ частично избавиться от налета в домашних условиях – это использование режима восстановления, который доступен во многих современных зарядных устройствах. Данный режим заключается в чередовании лавинообразных импульсов тока с периодами разряда, что позволяет добиться некоторого восстановления емкости. От крупнокристаллического сульфата, конечно же, такой способ не поможет.
- Способ №2. Существуют растворы, позволяющие растворить образовавшийся на пластинах сульфат свинца. Если первый способ можно назвать электрическим, то этот – химическим. Химическая очистка сульфата более эффективна и позволяет добиться очищения более крупного налета сульфата.
- Способ №3. Никуда не делся старый добрый механический способ удаления сульфата свинца. Это наиболее опасный способ, который ни в коем случае не рекомендуется использовать. Для этого придется необратимо повредить корпус и, возможно, сами пластины.
Осуществлять какие-либо физические и химические манипуляции над электродами с целью их очистки крайне не рекомендуются. Поэтому важно следить за уровнем заряда и не допускать глубокого разряда, способствующего сульфатации. Только так Вы можете обеспечить длительный срок службы аккумуляторной батареи.
Восстановления электролита
И все же, как восстановить гелевый аккумулятор, если манипуляции с электродами совершать не рекомендуется? Единственное, что Вы можете сделать, не навредив – это долить дистиллированной воды, если та все-таки испарилась. В гелевых аккумуляторах испарения возможны лишь при неправильной эксплуатации. Если ток заряда превышает допустимые значения, электролит может закипать, а образовавшиеся испарения – выходить через предохранительные клапаны.
Если требуется долив воды, необходимо снять крышку и колпачки с банок, после чего заливать дистиллированную воду мелкими порциями. Каждой порции воды следует дать впитаться в наполнитель. Испарение воды – это, повторимся, единственный случай, когда можно довольно безопасно восстановить характеристики гелевого аккумулятора. Во многих остальных случаях батарея не подлежит восстановлению.
Определить, можно ли что-то сделать с аккумулятором, можно визуально. Если аккумулятор потерял емкость, то первое, на что надо обратить внимание – это форма аккумулятора. Если различимо даже малейшее вздутие – эксплуатировать АКБ нельзя. В таком случае только замена. Если же аккумулятор не изменил свою форму, следует убедиться, что с пластинами все в порядке – вполне возможно они попросту начали рассыпаться. Для этого можно потрясти АКБ и постараться расслышать шум от движения трухи, которая отслоилась от электродов. Следующий шаг – это визуальный осмотр через отверстия банок. Снимите колпачки и посветите внутрь, стараясь рассмотреть очертания пластин. Если они рассыпались – пора покупать новый аккумулятор.
Проверяем емкость
Прежде чем делать выводы о состоянии свинцово-кислотной аккумуляторной батареи, надо узнать текущие показатели емкости. А как проверить емкость гелевого аккумулятора, когда вменяемых технических приспособлений для этого попросту нет? Здесь на помощь приходит классический контрольный разряд. Для «эксперимента» потребуется лишь потребитель с известной мощностью (в идеале лампочка) и мультиметр.
Зарядите гелевый аккумулятор до 100% и повесьте на него нагрузку. Следует засечь время, за которое аккумулятор потеряет половину заряда. Сколько осталось заряда, можно определить при помощи мультиметра, измеряя напряжение. Для гелевых аккумуляторов при 50% емкости напряжение будет составлять 12В. Проверять емкость аккумуляторной батареи путем разряда до нуля не рекомендуется по понятным причинам: Вы не только проверите емкость аккумулятора, но и сократите его срок службы глубоким разрядом.
Таким образом, мы приходим к одному важному выводу: практически любые проблемы, связанные с гелевым аккумулятором, вызваны нарушением требований по эксплуатации. Закипание электролита связано с неправильным зарядом, сульфатация пластин — с глубоким разрядом, а их осыпание – с эксплуатацией под высокой температурой.
Следовательно, единственный способ добиться максимально длительного срока службы – это вовремя заряжать аккумуляторную батарею качественным зарядным устройством, а также эксплуатировать АКБ в прохладном помещении. Банальным бережным обслуживанием батареи Вы добьетесь таких показателей длительности работы и срока службы АКБ, каких не добьетесь ни одним существующим способом восстановления.
Как правильно корректировать электролит в аккумуляторе
В продолжение предыдущей записи про доливку дистиллированной водички в аккум, после двух лет эксплуатации без обслуживания.
После доливки до MAX дистиллированной водички в каждую банку (влезло 0,5 л на все 6 банок) и зарядки автоматическим зарядным устройством, током от 2 А до 0,5 А в течении 20 часов, по истечении суток эксплуатации замерил плотность электролита в банках.
Оказалось, что в средних четырех банках плотность одинаковая — 1,27, а в двух крайних банках (слева и справа) она чувствительно меньше — 1,23; 1,24.
Погуглив, почитав различные статьи по предмету выяснил, что как бы это не конец, но позаботиться о продлении жизни аккуму неплохо бы 🙂
Если зарядка не помогла выровнять плотность электролита, необходимо выровнять при помощи концентрированного электролита плотностью 1,4.
Ринулся по магазинам торгующими аккумуляторами и автомагазинам по пути следования.
К моему удивлению, концентрированного электролита нигде не было в наличии.
В одном из магзиков консультант поделился, что плотность 1,4 запрещена и не выпускается уже давненько, а стандартный корректирующий электролит плотностью 1,33, не привозили уже месяца три, в связи с какими-то предстоящими изменениями в законодательстве и скорее всего корректирующий будет еще меньшей плотности.
Правда или нет, но за что купил, за то и продаю 🙂
Доехал до авторынка, где есть множество мелких магазинчиков-палаток и в одном из них без проблем нашлась литрушка корректирующего электролита 1,33, всего за 70 руб 🙂
Итак, чего и сколько отливать/доливать…
Статьи в инете в основном старинные, т.к. аккумулятор давно уже перешел в разряд расходников и обслуживать его стремятся немногие.
За основу для расчетов взята статья с сайта — Автоэлектроника: Простенько и со вкусом
Суть корректировки плотности электролита в банке аккумулятора заключается в следующем:
а) из банки забирается некоторый объём электролита;
б) вместо него в банку добавляется тот-же объём либо дистиллированной воды (плотность 1,00) — для понижения плотности электролита в банке, либо корректирующего электролита (обычно плотностью 1,40) — для повышения плотности;
Равенство объёмов забираемой и добавляемой жидкостей используется только для упрощения всей процедуры и более простого логического осмысления её результатов.
По мере приобретения опыта, указанное равенство может нарушаться.
в) батарея включается на 30 минут на заряд номинальным током для лучшего перемешивания электролита в результате газовыделения;
г) батарея отключается от зарядного устройства и выдерживается 0,5÷2 часа для выравнивания плотности электролита в объёме банок;
д) измеряется плотность электролита в каждой банке и его уровень, оба параметра приводятся в норму.
Т.е. при необходимости, все операции а) и д) повторяются
Ниже приведена формула, при использовании которой можно применять корректирующий электролит с плотностью отличной от 1,40
где:
Vэ — объём удаляемого из банки электролита, см3,
Vб — объём электролита в одной банке, см3,
ρн — начальная плотность электролита до корректировки, г/см3,
ρк — конечная плотность, которую надо получить, г/см3,
ρд — плотность доливаемой жидкости, (вода — 1,00 г/см3 или корректирующий электролит — * г/см3)
Следует учесть, что при использовании данной формулы объёмы удаляемого и добавляемого электролитов равны.
Итак, теперь главный вопрос, какой объем электролита в нашем ISTA CALCIUM 12V 70A/h?
На него ответа так и не нашел, но решено по аналогии с размерами наших русских аккумов, взять за исходник объем в 6СТ-55 (60) — 3,8 л. По итогу вышло, что вероятно в нашем аккуме примерно 3,5 л.
По расчетам при плотности начальной 1,24, необходимо заместить на корректирующий электролит 1,33, примерно 211 см3.
Чтобы сильно не ошибиться, для начала из каждой крайней банки изъято четыре раза по 40 единиц объема указанного на колбе ареометра, итого 160 из каждой 🙂
Соответственно столько же и залито электролита 1,33
После перемешивания, перебулькивания 🙂 плотность как раз оказалась 1,27
Оставляю заряжаться на 10 ч током от 2 до 0,5 А (автоматическое зарядное) и утром плотность оказывается практически 1,32 в каждой банке.
Многовато, но это только сразу после отключения зарядки.
Через пару дней проверяю, в каждой банке ровно 1,30, во всех шести.
Повторяю процедуру с замещением небольших объемов в кажой банке на дистиллированную воду.
В этот раз из каждой банки забрал по 60 см3, взамен заливаю дистиллировку.
Полчаса подзарядил, покатался денек и на проверку.
Ну вот теперь около дела, во всех банках плотность электролита одинакова — 1,26
для стремительно надвигающегося лета в самый раз 🙂
Если все эти манипуляции помогут продлить жизнь аккуму еще года на три, то в принципе не напрягает.
Да и когда знаешь, что мерять и доливать, то совсем все просто.
Следующая проверка состояния в октябре/ноябре 🙂
PS: прошло более полутора лет с момента данной операции с корректирующим электролитом и уже после этого читал много мнений, что нельзя так корректировать плотность, правильный вариант только полной зарядкой аккума стационарным зарядником, что в итоге после полной зарядки получится перекос по плотности в банках… НО, буквально на днях заморочился полной зарядкой аккума в несколько этапов и в итоге в этих крайних банках плотность по окончанию заряда как и в остальных — 1,27 все норм.
В этот раз подвела только одна банка в середине, во всех 1,27, а в одной 1,25 после полной зарядки.
КТЦ для аккума проведены, полный заряд произведен, думаю терять нечего, с одной средней банкой повторю экзекуцию с корректирующим электролитом
Подготовка к корректировке.
Измерение уровня электролита.
Трубка для измерения уровня электролита.
Перед проверкой плотности электролита и в процессе её корректировки необходимо контролировать уровень электролита в банках аккумулятора. У автомобильных аккумуляторов принято считать нормальным уровень электролита на 10÷15 мм выше верхней кромки пластин (сепараторов).
В батареях с индикатором (тубусом) электролит должен быть на одном уровне с ним или выше его на 5 мм.
Корректирующий электролит — электролит повышенной плотности (обычно 1,40 г/см3) для повышения плотности электролита АКБ или приготовления электролита нормальной плотности для заливки батарей.
Дистиллированная вода.
Добавляется в электролит для уменьшения его плотности.
1. В связи с тем что, кислота и вода имеют разную плотность, при разведении электролита или кислоты водой, следует добавлять кислоту в воду, но не наоборот.
2. Обращаться с аккумулятором нужно очень аккуратно. Его ни в коем случае нельзя переворачивать кверху дном. Это может привести к осыпанию пластин и последующему выходу аккумулятора из строя.
Определение необходимого значения плотности электролита полностью заряженного аккумулятора.
Весь период службы аккумулятора плотность электролита непрерывно меняется. Существуют обратимые изменения плотности — это нормальные заряд и разряд аккумулятора. Интервал изменения плотности электролита при изменении состояния аккумулятора от полностью разряженного до полностью заряженного и наоборот обычно составляет 0,15÷0,16 г/см3 для новой АКБ.
Но также существуют и необратимые изменения, например электролиз воды (разложение на водород и кислород) при «кипении» электролита. При этом плотность электролита повышается.
При сульфатации пластин, когда их активная поверхность покрывается слоем нерастворимого сульфата свинца или происходит осыпание активной массы пластин, что уменьшает площадь поверхности пластин, участвующую в электрохимической реакции — восстановление первоначальной плотности электролита в процессе заряда невозможно. Это приводит к необратимому снижению плотности электролита и, соответственно, сужает интервал изменения плотности в диапазоне полный разряд — полный заряд (0,15÷0,16 г/см3 — для нового, исправного аккумулятора).
Стабильно завышенная плотность электролита приводит к снижению срока службы АКБ.
Стабильно заниженная плотность приводит к снижению ЭДС и затруднению пуска двигателя, а также к повышению опасности замерзания электролита в зимний период эксплуатации.
Сначала нужно определиться, какую плотность электролита мы хотим иметь в нашей батарее применительно к климатической зоне её эксплуатации.
На этой таблице представлена температура замерзания электролита.
Например, для центральных районов России (Москва, Казань…) можно выбрать плотность электролита 1,25÷1,27 г/см3. Необходимо помнить, что на автомобиле аккумуляторная батарея, в лучшем случае, может быть заряжена на 80÷90 % её максимальной ёмкости (то есть плотность электролита будет чуть ниже, чем при полном заряде). Именно поэтому плотность электролита, исходя из температуры его замерзания (Таблица), выбирается чуть-чуть повыше, чем необходимо для обеспечения гарантированной незамерзаемости при минимальной температуре воздуха в зимний период.
Полная зарядка батареи.
Необходимо четко усвоить и неукоснительно соблюдать правило:
Проверка плотности электролита, с целью выяснения необходимости её корректировки, производится только у ПОЛНОСТЬЮ ЗАРЯЖЕННОЙ БАТАРЕИ.
Известно, что при исправном генераторном оборудовании автомобиля и его нормальном напряжении 14,0÷14,6 В, можно зарядить АКБ лишь на 80÷90 % её максимальной ёмкости из-за неэффективности процесса заряда батареи на автомобиле.
При выборе зарядного устройства следует избегать применения «автоматических зарядных устройств» без предварительного подробного ознакомления с логикой работы его автоматики. Во многих из них автоматическое выключение режима заряда производится просто при достижении напряжения на выводах батареи величины 14,5÷14,6 В, а это не всегда обеспечивает полный заряд АКБ.
Признаком ПОЛНОГО заряда аккумулятора является постоянство величины плотности электролита и напряжения на его выводах при продолжающемся заряде в течение 2 часов.
При достижении условий полного заряда батареи, то есть постоянства напряжения на выводах и плотности электролита в течение двух часов при продолжающемся заряде, его прекращают и выдерживают батарею от 30 минут до двух часов в отключенном состоянии.
Выдержку в отключенном состоянии в течение от получаса до двух часов рекомендуется выполнять после заряда (разряда), заливки (корректировки плотности) электролита, корректировки уровня электролита. Это делается для выравнивания плотности электролита в объёме банок, снижения температуры электролита, выхода пузырьков газов, образовавшихся при «кипении». В противном случае возможно возникновение недопустимых погрешностей в измерении плотности и уровня электролита, а также напряжения на выводах АКБ.
Затем измеряется уровень электролита и его плотность в каждой банке. Если замечена значительная разница в плотности электролита между банками (более 0,01 г/см3), следует попытаться провести дополнительную, так называемую выравнивающую зарядку АКБ для выравнивания плотности между банками, при этом ток заряда можно уменьшить в 2÷3 раза по сравнению с номинальным, для уменьшения газообразования («кипения»).
Если дополнительный заряд в течение нескольких часов не приводит к выравниванию плотности электролита в банках, очевидно, требуется выровнять её путем последующей корректировки.
В заключение этого этапа работы составляется табличка с указанием плотности и уровня электролита в каждой банке. Принимается решение, какие действия производить над каждой конкретной банкой. Основанием является соотношение величины плотности электролита, принятой нами за оптимальный вариант для нашей климатической зоны, и реальной, измеренной после полного зарядааккумулятора.
Корректировка плотности электролита.
Суть корректировки плотности электролита в банке аккумулятора заключается в следующем:
а) из банки забирается некоторый объём электролита;
б) вместо него в банку добавляется тот-же объём либо дистиллированной воды (плотность 1,00 г/см3) — для понижения плотности электролита в банке, либо корректирующего электролита (обычно плотностью 1,40 г/см3) — для повышения плотности;
в) батарея включается на 30 минут на заряд номинальным током для лучшего перемешивания электролита в результате газовыделения;
г) батарея отключается от зарядного устройства и выдерживается 0,5÷2 часа для выравнивания плотности электролита в объёме банок;
д) измеряется плотность электролита в каждой банке и его уровень, оба параметра приводятся в норму. То есть, при необходимости, все операции а)÷д) повторяются.
Приведу таблица, в которой указано, «…сколько вешать в граммах», то есть указано конкретное количество в см3 удаляемого электролита и соответствующее количество доливаемой жидкости (дистиллированная вода или корректирующий электролит — в зависимости от направления изменения плотности).
Объёмы жидкостей указаны для корректировки 1 литра электролита (1000 см3). Таким образом, чтобы провести коррекцию конкретной батареи нам необходимо знать объём электролита в одной банке этой батареи в литрах. Полученные из таблицы значения необходимо умножить на объем электролита в литрах в одной банке корректируемой батареи.
Объём электролита в одной банке:
6СТ-45 — 500 см3;
6СТ-55 — 633 см3.
Примерные нормы в см3 корректировки плотности электролита в объеме 1 литра.
Таблица предусматривает использование корректирующего электролита плотностью только 1,40 г/см3. Ниже приведена формула, при использовании которой можно применять корректирующий электролит с плотностью, отличной от 1,40 г/см3.
где
Vэ — объём удаляемого из банки электролита, см3,
Vб — объём электролита в одной банке, см3,
для некоторых типов аккумуляторов объём электролита в одной банке указан чуть выше по тексту,
ρн — начальная плотность электролита до корректировки, г/см3,
ρк — конечная плотность, которую надо получить, г/см3,
ρд — плотность доливаемой жидкости, (вода — 1,00 г/см3 или корректирующий электролит — * г/см3)
Следует учесть, что при использовании данной формулы объёмы удаляемого и добавляемого электролитов равны.
Если с таблицей разобраться сложно! То можно сделать прощё :
Откачайте большую часть жидкости из одной из банок. Эту операцию удобно выполнять с помощью “груши”. Замерьте выкачанный объем и долейте примерно половину от этого объема электролитом. Аккуратно покачайте аккумулятор в разные стороны, затем замерьте плотность снова. Если плотность не достигла требуемого значения, долейте еще ¼ от выкачанного ранее объема электролитом. Таким образом, следует доливать электролит, каждый раз уменьшая его количество в два раза.
Информационный сайт о накопителях энергии
Свинцовые автомобильные аккумуляторы накапливают энергию до тех пор, пока идет химическая реакция между электролитом и токопроводящими пластинами. При изменении плотности электролита, этот процесс нарушается. Неважно, по какой причине испортился электролит, аккумулятор не работает. Требуется замена электролита, корректировка плотности или приобретение новой АКБ. В случае если электролит приобрел черный цвет, в нем взвесь угля и окалины – аккумулятор придется менять.
Полная замена электролита в аккумуляторе
Электролит представляет смесь серной кислоты с водой в определенной пропорции. О концентрации раствора узнают по плотности, измеряемой ареометром. Показатель основной, даже сотые доли влияют на способность электролита работать на накопление энергии.
Признаки негодного электролита:
- Измерение плотности на заряженном аккумуляторе ареометром. Значение должно быть 1,25 -1,27 г/см3.
- Мутный электролит – свидетельство того что внутри идут паразитные процессы сульфатирования.
- Электролит перемерзал, но герметичность корпуса не нарушена.
- Раствор черный или темно-коричневый со взвесью угля и окалины.
Замена электролита в аккумуляторной батарее будет эффективна, когда полости банок обследованы, промыты, удален сульфатный осадок. Если разрушены пластины, осыпалось активное вещество – аккумулятор не ремонтопригоден.
В домашних условиях полная замена электролита в аккумуляторе автомобиля происходит в последовательности:
- Подготовить эмалированную или стеклянную посуду для слива электролита, средства личной защиты, место для работы, лучше, на открытом воздухе.
- Аккумулятор извлечь, из автомобиля, снять пробки или просверлить отверстия в необслуживаемом АКБ, слить жидкость в подготовленную тару, пользуясь грушей или шприцом.
- Аккумулятор промывается дистиллированной водой многократно, пока не удалится осадок. Возможно, придется удалять сульфат свинца, если есть осадок на пластинах. Нужно убедиться что активная замазка не осыпалась, угольная решетка цела.
- Медленно, с перерывами залить электролит нужной плотности в каждую банку выше пластин на 5-7 мм. Подождать 2-3 часа для выхода пузырьков, замерить плотность электролита, довести до нормы
- Зарядку аккумулятора после замены электролита вести малым током 0,1 А, не допуская закипания. После набора половины емкости, зарядка ведется циклично.
- Произвести герметизацию банок.
Сколько времени заряжать аккумулятор? Заряжать аккумулятор после замены электролита нужно бережно, как после глубокой разрядки. Операция замены электролита своими руками в автомобильном аккумуляторе считается законченной, если он полностью принимает ток длительное время. Зарядка ведется осторожно, кипение в банках недопустимо.
Предлагаем посмотреть видео по правильной замене электролита в автомобильном аккумуляторе.
Почему нельзя доливать электролит в аккумулятор
Вы замерили уровень в банках аккумулятора, он ниже нормы? Это значит, что часть воды испарилась. Если это обслуживаемый аккумулятор, нужно замерить уровень в каждой банке и долить электролит до нормы водой. В необслуживаемом АКБ сквозь стенки видно зеркало залива.
Упал уровень, значит в растворе мало воды и высокая плотность. Добавленный электролит повысит уровень, но плотность раствора останется высокой. Это пагубно для пластин АКБ, сокращается срок службы батареи. Поэтому следует электролит доводить до уровня, доливая дистиллированную воду.
Посмотрите видео о правилах замены электролита.
В каких случаях доливать электролит в аккумулятор?
Электролит в аккумулятор доливают, когда снижается емкость. При этом замеры ареометром содержимого каждой банки показывают снижение плотности. Возможно, в АКБ произошла сульфатация, связанный кислотный остаток в PbSO4 не участвует в реакции.
Если электролит, извлеченный из банок прозрачный, светлый, его можно использовать вторично, добавив корректирующий раствор, плотностью 1,4 г/см3. После снятия осадка на пластинах, батарея заливается прежним электролитом, но он низкой концентрации. Можно ли довести раствор до нужной плотности, доливая электролит? Какой состав взять, и сколько нужно долить в аккумулятор корректирующего раствора?
По технологии нужно заменить порцию слабого состава крепким. Долить и изъять электролит из банок раствор можно, воспользовавшись грушей и мерным цилиндром. Как поменять растворы, в какой пропорции видно из таблицы.
При этом следует использовать только электролит для корректировки. После операции замены, в течение получаса ведется подзарядка, чтобы жидкости смешались. Через два часа после отключения ЗУ проверяется плотность, если нужно, корректировка повторяется.
Предлагаем ознакомиться на видео, как долить электролит в аккумулятор.
Что доливать в аккумулятор, воду или электролит
При соблюдении условий эксплуатации, необслуживаемые аккумуляторы не требуют контроля плотности и уровня электролита. Обслуживаемые АКБ имеют специальные пробки – доступ к каждой банке. В них регулярно проверяются показатель качества и уровня электролита. Запас энергии батареи определяется по самому слабому элементу. Поэтому необходимо поддерживать плотность электролита во всех банках равной.
Плотность в банке может снизиться, если началась сульфатация. Тогда добавка электролита не поможет. Сильное сопротивление забитых пластин не пропускает заряд, добавленная кислота увеличит отложения. В этом случае заряд восстановит сульфатирование. Вот почему нельзя в АКБ с налетом сульфата свинца доливать электролит.
Доливать ли воду в аккумулятор? Если уровень электролита в банках низок, это указывает на интенсивное кипение батареи во время работы. Испаряется в основном водород. С оголенных пластин может осыпаться активная замазка, произойдет сульфатирование, коррозия. Поэтому подлить дистиллированную воду необходимо, но после этого аккумулятор нужно ставить на зарядку по полному циклу.
В период восстановления емкости частично разрушаются кристаллы свинца, происходит разбавление плотного раствора, происходит восстановление активности электролита. Доливают электролит или воду в АКБ в отверстия, прикрытые пробками, малой струей через воронку. Зарядку начинают не сразу, чтобы вышел воздух, смешались составы.
Контроль плотности следует произвести через полчаса после отключения ЗУ. При отклонениях плотности выполнить корректировку.
Когда доливать в электролит, а когда воду
Вопрос, чем долить, если мало электролита в банках аккумулятора требует особого освещения. Такие жидкости, как электролит или дистиллированная вода, нужно заливать в аккумулятор правильно. Корпус и воронка должны быть чистыми, заливаемая жидкость прозрачная, без взвеси. Долить электролит водой можно, используя медицинский шприц без иглы, если корректировка требуется незначительная.
В каких случаях можно доливать воду в электролит аккумулятора? Если в одной или нескольких банках уровень электролита в АКБ низкий. Это происходит из-за кипения банок в условиях повышенной температуры или глубокого разряда. Добавлением дистиллированной воды восполняются потери объема, уменьшается плотность электролита, предотвращается скорый износ батареи.
Нужно ли заряжать аккумулятор после добавления воды, или замены электролита? Любое изменение внутреннего баланса требует выравнивания и стабилизации. После изменения концентрации жидкости необходимо провести полный цикл зарядки, убедиться, что аккумулятор не потерял емкость, стабильно напряжение на клеммах, обеспечивает пусковой ток.
Можно ли долить электролит в аккумулятор, если случайно его выплеснули? Как это случилось? Возможно, перевернули прибор. Это один из немногих случаев, когда вытекший электролит заменяют точно таким же и даже температуру подгоняют. Но все равно потребуется подзарядка и проверка плотности.
Посмотрите видео, как правильно долить электролит в аккумулятор. Вода или электролит, что доливать?
Как долить электролит в необслуживаемый аккумулятор
Все намного сложнее, если потребовалось долить воду в электролит необслуживаемого аккумулятора автомобиля. Сквозь полупрозрачные стенки можно увидеть, сколько электролита в банках. Но как проникнуть в корпус необслуживаемого аккумулятора?
Есть модели, проникнуть внутрь в которых можно отрезав болгаркой верхнюю крышку. Но такие действия нужны, если нужно удалить накипь и промыть осевший внизу шлам. Для того чтобы долить жидкость до нужного уровня сверлят отверстие в корпусе. Позже его заклеивают эпоксидным клеем.
Полностью необслуживаемый аккумулятор требует бережного обращения, боится глубоких разрядов и нестабильной работы бортовой АКБ. Заявленные 5-7 лет он выдерживает только в идеальных условиях.
Как разобрать необслуживаемый аккумулятор чтобы долить электролит
В современных АКБ, таких как VARTA, под декоративной наклейкой можно увидеть 6 пластинок, плотно утопленных в корпус. Если подковырнуть кружок шилом, можно под ним обнаружить пробку резиновую. Тогда появится возможность отобрать пробу электролита, провести замер плотности, откорректировать состав. Если нет пробки – в каждой банке колется отверстие тонким шилом, а вода запускается из шприца, каплями.
Но если обнаружено, что в банках на пластинах белесые полосы – это сульфатация. Чтобы очистить полости, убрать осадок внизу, потребуется вскрыть крышку распиливанием.
Посмотрите видео, как долить электролит в необслуживаемый аккумулятор.
Долить электролит в гелевый аккумулятор
Необслуживаемый гелевый аккумулятор представляет тот же свинцовый аккумулятор, но электролит загустили, он находится в виде геля. С годами вследствие электрохимических паразитных реакций получается водород, выходящий из резинового вентиляционного клапана. Гель обезвоживается и уже неплотно прилегает к пластинам. Емкость АКБ уменьшается.
Долить воду в банки аккумулятора просто. Нужно снять наклейку на корпусе, снять колпачки-клапаны и закапать в каждую банку по 1,2 мл воды. Вода должна впитаться в желеобразную массу. Нужно время. Через полчаса, если вода выше поверхности пластин батареи – извлеките ее фильтром или шприцом.
Почему падает плотность электролита АКБ
Причины падения плотности электролита
В автомобильном аккумуляторе основной состав составляют корпус, со вставленными внутрь канистрами с электролитом, датчик, отслеживающий плотность раствора и клемм. Подключается это все к выходу на электрическую цепь автомобиля.
При заниженном уровне заряда автомобиль не заводится. Если аккумулятор хорошо заряжен, проблема состоит в пониженной плотности электролита и плохой работе АКБ, который не выдает необходимые параметры. Обнаружить проблему удастся благодаря нужному щупу в работающем АКБ или с помощью индикатора, который необходимо вмонтировать в банку.
По каким причинам снижается плотность электролита
Для хорошего функционирования батареи нужно не допускать разрядку ниже 50% и соблюдать высокие температуры, поддерживаемые химическими процессами в электродах и электролитах.
Читайте также: Как срочно и дорого продать авто в Минске
Иначе понижается уровень электролита в банках АКБ. При недостатке он восполняется дистиллированной водой. Самые частые причинами снижения плотности раствора:
- Владелец авто не следит за концентрацией раствора при добавлении дистиллятора. Воды становится с каждый разом больше, а электролита меньше. Также происходит испарениея, в ходе которого испаряется вода и электрическая жидкость.
- При зарядке аккумулятора жидкость закипает и выпаривается, из-за этого понижается уровень электролита, но повышается его насыщенность. При таком процессе трудно проходит ионизация свинца и соответствующих веществ, т.к. количество действующих молекул уменьшается. Также жидкость теряет свою густоту.
- Низкий заряд батареи.
Запомните! Нельзя пользоваться автомобилем длительное время при заниженной плотности электролита в АКБ. Из-за этого начнется сульфитация пластилина и машина перестанет нормально заводиться.
С помощью прибора — ареометра, измеряется насыщенность электролита в банке АКБ. С помощью этого нетрудно выяснить причину низкого заряда. При этом процессе должна быть умеренная температура ( от -20 до +25 °С). При этом плотность электрической жидкости либо занижена, либо повышена. Во втором случае возможно коррозийное разрушение частиц с положительным зарядом. При пониженной плотности электролит может заморозиться. Поэтому очень важно следить за уровнем густоты в зимнее время года.
Готовимся к поднятию плотности электролита
Чтобы правильно измерить концентрацию электролита в батарее аккумулятора, нужно:
- Проследить за качеством покрытия АКБ, корпуса и клемм, не должно быть трещин, сколов и повреждений.
- В каждой банке должен находиться нормальный уровень электролита.
- Электрический раствор должен находиться в диапазоне температур от +20 до +25°С.
- Заряженный аккумулятор.
Если на какой-либо запчасти будут повреждения, данные искажаются. В итоге из-за того, что не выдается нужный разряд для работы автомобиля, плотность электролита занижается. Небольшое количество электролита будет насыщеннее, чем среднее количество жидкости с разбавлением дистилярной водой. Если температура будет ниже нормы, значения также искажаются и индикатор выдаст неправильное значение. Ионы со временем скапливаются на пластинах, поэтому разряженный аккумулятор сопровождается низкой густотой раствора.
Важно! Для повышения плотности электролита можно добавлять серный концентрат. Но делается это предельно осторожно, т.к. при завышенной плотности начинают осыпаться пластины и портится АКБ.
Заряжать аккумулятор до конца нет необходимости, оптимальное значение — 80-90%. Этого хватит на работу прибора для измерения плотности электролита.
Как повысить плотность электролита в АКБ
При работе делайте все аккуратно и соблюдайте технику безопасности. В составе электролита есть действующая серная кислота, которая при попадании на кожу, может ее разъесть.
Повысить плотность раствора можно одним из этих способов:
- Можно полностью заменить электролит на новую жидкость с нормальной концентрацией — 1г/куб.см;
- Также можно залить кислоты аккумулятора в электролит;
- Довести имеющийся раствор до нужной концентрации. Для этого понадобится серная кислота и дистиллированная вода. Заливаем жидкости до необходимой насыщенности.
Как полностью заменить электролит
Действовать таким образом нужно в крайнем случае, если плотность электролита занижена до 1г/куб.см. Ресурс должен полностью выработаться и потерять основные свойства.
Это можно сделать следуя следующему плану:
- Для начала нужно откачать имеющийся раствор и освободить емкость. Для этого используется груша, с помощью которой нужно откачать раствор из самих банок.
- Переверните АКБ и в каждой емкости проделайте отверстия для полного слива остатков электролита.
- Банки и емкости нужно удержать в наклоне и отмыть остатки прошлого раствора с помощью дистилярной воды.
- Далее уже чистые батареи нужно привести в герметичное состояние. Для этого воспользуемся паяльной лампой и кислотной пластмассой, которыми заделаем дырки, сделанные ранее.
- Нужно наполнить емкости дистиллятом в необходимых пропорциях. Количество воды для разбавления зависит от общего объема емкости и необходимого количества кислоты. Концентрация при этом должна рассчитываться на диапазон 1,25-1,27 г/куб.см
- Емкости необходимо хорошо закрыть и встряхнуть аккумуляторную батарею, без сильного наклона.
Запомните! Для начала в банку заливается разбавляющее вещество — дистиллят. Только потом добавляется кислота. Если не соблюдать порядок, жидкости начнет кипеть.
Заливаем аккумуляторную кислоту
Значение электролита не должно быть ниже допустимой нормы — 1,2 г/куб.см. В другом случае нужно исправлять ситуацию, в чем нам поможет аккумуляторная кислота, которая имеет плотность 1,84 г/куб.см. Заливается также, как и обычный раствор. Это поможет электролиту приобрести необходимую концентрацию.
Добавляем дистиллят и серную кислоту
Для начала откачиваем из банок имеющийся электролит. Далее наливаем новый раствор, который вписывается в рамки плотности 1,25 — 1-27 г/куб.см. Заливаем до необходимого количества и плотно закрываем крышки. Потом нужно потрясти аккумулятор.
Важно! Ни в коем случае не переворачивайте банку АКБ.
Из-за такого резкого переворота могут отделиться соль и свинец. От решетки они отправятся прямиком в ближайший электрод, из-за чего может замкнуть всю банку. АКБ после такой манипуляции эксплуатировать не получится.
Почаще проверяйте концентрацию аккумуляторной жидкости. В зависимости от изменения значений, выведите время, через которое нужно будет снова возобновлять электролит. Показатель не должен быть ниже 1, 25 г/куб.см. Повышайте плотность до тех пор, пока не добьетесь значений нормы.
Корректируем зарядку АКБ
После того, как в разных банках залит новый раствор с необходимой концентрацией, значение плотности в каждой емкости разное. Разность не должна превышать 0,01 г/куб.см. Добиться такого значения можно с помощью корректирующей подзарядки. В аккумуляторную батарею на протяжении пары часов нужно подавать ток с зарядом в 3 раза ниже обычного.
Но необходимого значение этим способом не всегда удается добиться. Значит нужно воспользоваться зарядными устройствами, которые имеют свои регуляторы, способные подавать ток. Это метод используется в крайних случаях, если не удалось уровнять значения первым.
План проведения восстановления концентрации с помощью корректирующей подзарядки:
- Аккумулятор заряжается до максимального значения.
- Если при максимальном заряде электролит начинает кипеть, силу тока необходимо понизить до 2 Ампер.
- Начинается процесс кипения и все дистилляты испаряются. Благодаря этому раствор становится гуще.
- Каждая банка выпаривается в разное время. Какой-то хватит 12 часов, а какой-то и суток будет мало.
- Если плотность понизилась до 1,25 г/куб.см. и меньше, электролит нужно долить. В следующий раз концентрация проверяется, когда прибор остывает до +25°С.
- Если результаты были не достаточно эффектные, процедура проводится второй раз.
Эта процедура эффективна, но занимает очень много времени.
Электролит для коррекции
Плотность раствора необходимо корректировать электролитом, плотностью не ниже 1,4 г/куб.см. Просто так, по привычки добавлять раствор ни в коем случае нельзя. Необходимо обязательно измерить уровень концентрации и при надобности, откорректировать. Нужно установить причину изменения плотности электролита, прежде чем возобновлять его ресурсы.
С какой целью может добавляться такой раствор:
- Если обнаружилась утечка электролита, его дефицит необходимо восполнить;
- Если случайно залили дистиллированной воды больше, чем было нужно. Концентрация занижена и ее необходимо повысить.
Запомните! При откачивании электролита оставляйте пластины в жидкости.
Выводы
При подведении итогов, можно сделать вывод, что работать с АКБ и аккумуляторной жидкостью довольно сложно. Если у вас нет опыта с сервисными работами, то лучше доверить это дело профессионалам.
Проверять уровень электролита в АКБ нужно регулярно, в любое время года.
Читайте также
Автобаны Германии – дороги для любителей быстрой езды
16 апреля 2018
1812
Немецкие автобаны – это одна из визитных карточек Германии. О них много написано, но в представлении большинства автомобилистов эти автомагистрали ассоциируются прежде всего с отсутствием скоростных ограничений. Вместе с тем, о немецких автомагистралях можно найти множество интересных фактов и сведений, заслуживающих внимания.
Подробнее…
Почему гудит гидроусилитель руля при повороте
08 октября 2019
555
Гудение гидравлического усилителя рулевого управления, возможные причины
Устройство, снижающее усилие на рулевом колесе, может работать на электрическом или гидравлическом принципе, в последнем случае оно обозначается аббревиатурой ГУР. Механизмы достигли своего совершенства и являются чрезвычайно надёжными, все их узлы герметичны и работают в высококачественном масле, поэтому, за редким исключением, исходно бесшумны. Однако, иногда из гидроусилителя начинает слышаться гудение, что явно указывает на первые симптомы неисправности. Чем раньше в таком случае будут приняты меры, тем больше шансов спасти ГУР от разрушения, а стоит он немало.
Подробнее…
Определяем неисправность автомобиля по износу шин
22 февраля 2019
1032
Причины изнашивания шин и рекомендации по ремонту автомобиля
Перед тем как производить замену изношенных покрышек, стоит внимательно изучить, в каком состоянии находится протектор. Следы амортизации шин позволяют определить проблемы, имеющиеся у автомобиля. Характерные неисправности покрышек дают возможность судить о том, с какими затратами придется столкнуться при покупке поддержанной машины.
Подробнее…
Признаки серьезных поломок автомобиля
После каких поломок стоит задуматься об избавлении от своего авто
Любое транспортное средство рано или поздно начинает ломаться и требовать для устранения неисправностей серьезных денежных затрат. Наступает момент, когда автовладельцу гораздо выгоднее продать свой ненадежный автомобиль, а не тратить ежегодно на его ремонт немалые средства. Как определить, что автомобиль уже «дышит на ладан» и лучшее время для избавления от него уже наступило?
Подробнее…
Как продать кредитную машину
Сегодня практически каждый желающий прибрести автомобиль, может исполнить свою мечту, пользуясь программой автокредитования. Купить машину при помощи этой программы можно сразу, не тратя время на накопление денег.
Подробнее…
Машина перевертыш как определить
14 февраля 2018
3466
По статистике более 50% выставленных на продажу автомобилей побывали в ДТП и имеют повреждения различной степени. Такие автомобили в народе называют «перевертыш», т.е. тот который перевернулся.
Подробнее…
Какой бензин выбрать: 92 или 95
11 сентября 2019
2117
Какое топливо предпочтительнее: 92 либо 95?
Это классический вопрос, которым задаются многие водители. И хотя руководство по использованию каждой машины включает в себя информацию по желательной марке горючего, дискуссии на эту тему не прекращаются. Быть может, причина кроется в том, что автомобилестроители определяют для своей продукции границы октановых чисел.
Подробнее…
4 способа как не платить за кредит на авто
22 января 2018
1607
В наше время получить заемные средства для покупки транспортного средства не представляет труда, поскольку сейчас одобрение получают даже молодые и люди преклонного возраста. Но стоит учитывать, что любой заем, как и жизнь человека неотделим от всевозможных рисков.
Подробнее…
Как поднять плотность электролита в аккумуляторе? Как заменить электролит в аккумуляторе? Что такое «плотность аккумулятора»?
Аккумуляторные батареи автомобилей созданы не только для пуска двигателя, но и для питания электрических приборов машины в тот момент, когда зажигание выключено. По невнимательности водитель с легкостью может забыть о включенных в автомобиле фарах или работающей магнитоле, громкость которой сведена к нулю. Вернувшись к машине на следующий день, можно обнаружить, что она не заводится, и причина тому севший источник питания. Завести машину при разряженном аккумуляторе можно, но через раз-два экстренные методы запуска двигателя начинают надоедать, и явно возникает необходимость вернуть в рабочее состояние аккумулятор.
«Плотность аккумулятора» или соотношение серной кислоты и воды в электролите
В простонародье распространен такой термин как «плотность аккумулятора». По сути, он является ошибочным, поскольку никто не измеряет плотность непосредственно источника питания. Любой автомобильный любитель скажет, что под понятием «плотность аккумулятора» подразумевается плотность электролита, который залит в батарею. Именно от того какой плотности электролит находится в аккумуляторе, зависит его возможность заряжаться и сохранять накопленную энергию.
Если аккумулятор разрядился по невнимательности водителя или другим причинам, следует попробовать вернуть ему работоспособное состояние при помощи зарядного устройства. Перед тем как заряжать аккумулятор, в него доливают дистиллированную воду, которая могла испариться в процессе работы источника питания. Вода в аккумуляторе смешивается с готовым электролитом, что приводит к понижению его плотности, то есть к уменьшению процентного содержания серной кислоты в итоговом растворе. Через некоторое время плотность электролита в аккумуляторе, из-за постоянного разбавления его дистиллированной водой, снижается, и опускается ниже комфортного уровня. Эксплуатация батареи становится невозможно, и в таких ситуациях возникает необходимость в повышение плотности электролита в аккумуляторе.
Как поднять плотность электролита в аккумуляторе самостоятельно?
Плотность аккумулятора, а если говорить точнее, то электролита в нем, повысить можно довольно просто без обращения к специалистам сервисного центра. Первым делом необходимо провести ряд подготовительных процедур:
- Подготовьте емкости, которые понадобятся для слива части старого электролита из аккумулятора;
- Обзаведитесь средствами личной защиты – перчатки, очки, одежда (которую не страшно испортить). Помните: Электролит аккумулятора частично состоит из серной кислоты, которая опасна, и при попадании на кожу способна вызвать ожог, а одежду серьезно испортить;
- Возьмите инструменты, которые понадобятся, чтобы поднять плотность электролита в аккумуляторе: ареометр, клизма-груша, мерный стакан, воронка;
- Купите необходимые расходные материалы: дистиллированная воды, аккумуляторная кислота или готовый электролит.
Чтобы поднять плотность электролита в аккумуляторе, придется самостоятельно полностью заменить весь электролит, который уже залит в батарею, на новый раствор. Сделать это довольно просто, если выполнять все по инструкции и соблюдать необходимые меры предосторожности.
Как поменять электролит в аккумуляторе?
Большинство современных аккумуляторов выпускаются разборными, и они предусматривают возможность замены электролита самостоятельно. Неразборные аккумуляторы – большая редкость, и в них нельзя при необходимости отвинтить пробки для удаления старого электролита и заливки нового. При желании можно залить электролит и в неразборную батарею, но для этого необходимо в каждой банке с помощью сверла проделать отверстие. После замены электролита на место отверстий напаивается пластмасса, и аккумулятор вновь становится рабочим.
Сам процесс замены электролита довольно простой, и он состоит из следующих пунктов:
- Первым делом необходимо снять аккумулятор с автомобиля и найти подходящее место для замены электролита в нем и зарядки;
- Далее необходимо снять защиту с аккумулятора, если она имеется, и открутить пробки с банок;
- После этого берем клизму-грушу и вставляем ее конец в одну из банок аккумулятора. Пользуясь данным резиновым прибором, выкачиваем из аккумулятора старый электролит и сливаем его в заранее подготовленную емкость. Внимание: Ни в коем случае не выливайте электролит на землю, если вы выполняете работы на улице;
- Выкачав практически весь старый электролит из всех банок, необходимо почистить пластины аккумулятора от его остатков. Сделать это можно с помощью дистиллированной воды, которая не вызовет внутри аккумулятора нежелательные реакции. Для этого дистиллированную воду заливают в каждую банку аккумулятора, после чего его поднимают и трясут. Хорошо удерживайте аккумулятор, чтобы в процессе тряски он не выпал. После этого сливаем получившийся раствор.
Стоит отметить, что некоторые автолюбители рекомендуют для «чистоты» будущего электролита в батарее не только промыть ее дистиллированной водой, но и использовать различные растворы. К примеру, рекомендуется залить в батарею раствор воды с содой и оставить его там на 4 часа. После этого также рекомендуется заливать на час в аккумулятор раствор поваренной соли.
- Очистив банки аккумулятора от старого электролита, необходимо залить в него новый. Хорошо, если вы приобрели готовый электролит в магазине, тогда достаточно залить его с помощью воротки до указанных граней в каждую банку. В случае если у вас аккумуляторная кислота и дистиллированная вода, требуется предварительно сделать раствор электролита с плотностью в 1,27-1,28 грамм на сантиметр кубический;
- После этого закрываем банки и начинаем процесс зарядки аккумулятора;
- Сменив электролит в батарее, необходимо выполнять процесс заряда батареи по циклу «зарядка-разрядка» с силой тока не более 0,1 Ампер до тех пор, пока плотность аккумулятора (плотность электролита) не достигнет рабочих значений. Внимание: Зарядку можно окончить и начать использовать аккумулятор только после того как на концах клемм аккумулятора удастся замерить 14 Вольт.
Если вы решили поменять электролит в аккумуляторе самостоятельно, настоятельно рекомендуем соблюдать все меры предосторожности. Кислотная среда, которой является электролит, вредна не только при попадании на кожу, но и в дыхательные пути. Менять электролит следует исключительно в хорошо проветриваемых помещениях с предельной осторожностью.
Загрузка…6 шагов Проверка уровня электролита в батареях
Обслуживание аккумуляторов — это тема, о которой часто забывают, особенно когда речь идет об автомобильных аккумуляторах .
Чаще всего, если вы открываете капот автомобиля, вы увидите аккумулятор, который называется аккумулятором с мокрыми ячейками. Это означает, что в нем есть вода или электролит, который используется в качестве соединителя между электродами батареи.
Эта вода реагирует на окружающую среду так же, как и вода в любом другом месте: она испаряется.
Чтобы продлить срок службы влажной аккумуляторной батареи, важно проверять уровень электролита и пополнять его по мере его снижения. К сожалению, это не так просто, как может показаться. К счастью, эти шесть шагов помогут упростить задачу.
Шаг 1. Безопасность прежде всего
Вы слышали это миллион раз, и это не потому, что мы любим это говорить. Это потому, что безопасность — это всегда первое, что вы должны учитывать при работе с аккумулятором.
Каждый раз, когда вы работаете с аккумулятором, вы должны принять некоторые меры предосторожности .Батарея может не только сильно встряхнуть, но и стать опасной при неправильном обращении.
Убедитесь, что у вас есть перчатки и защитные очки. Вы также можете отсоединить аккумулятор и вынуть его из машины, прежде чем начинать с ним возиться. Этот шаг — гораздо лучший вариант, чем создание потенциально опасной ситуации.
Шаг 2: Очистите
Есть много причин, по которым вы должны постоянно содержать верхнюю часть батареи в чистоте.Помимо нежелания загрязнять внутреннюю часть батареи после ее открытия, вы также уменьшите риск непреднамеренной разрядки.
Аккумулятор лучше всего чистить старой зубной щеткой или металлической щеткой, смоченной смесью пищевой соды и воды. Окуните кисть в смесь и удалите с нее любую грязь или коррозию. Протрите аккумулятор чистой тряпкой без ворса.
Шаг 3. Проверьте уровни электролита
Прежде чем вы просто начнете заливать аккумулятор дистиллированной водой, вам нужно проверить уровень электролита, чтобы увидеть, нужно ли вообще доливать аккумулятор.
Вы можете сделать это по:
- Сначала снимите пластиковые крышки, закрывающие порты ячеек. Это может потребовать некоторого поддевания отверткой.
- После снятия крышек тщательно очистите всю грязь, которая могла скопиться под ними.
- Теперь, когда ячейки открыты, вы захотите проверить уровень электролита. Лучший способ узнать, нужно ли батарее больше электролита, — это обнажить пластины или приблизиться к ним. Другой способ узнать, не одинаковы ли уровни электролита в каждой ячейке.
Шаг 4: Добавление электролита
В данном случае электролит означает просто дистиллированную воду. Вы не хотите добавлять воду в другой форме и уж точно не кислоту. Знание того, сколько добавить , также является важным отличием. Обычное практическое правило — добавлять достаточно воды, чтобы покрыть электроды или пластины.
Для новых полностью заряженных аккумуляторов можно безопасно добавить достаточное количество электролита, чтобы его уровень совпадал с нижней частью заливной трубки.
Шаг 5: Восстановите элементы, замените батарею
Теперь, когда уровни электролита долиты, установите на место крышки портов ячейки. Убедитесь, что на дно крышек нет грязи или пыли, чтобы предотвратить возможное загрязнение.
После того, как крышки будут закреплены, можно безопасно заменить батарею и повторно подключить кабели.
Шаг 6: Используйте аккумулятор
Теперь, когда аккумулятор очищен и электролиты восстановлены, попробуйте завести машину и даже немного покататься на ней.
Обратите внимание на общую производительность аккумулятора. Легко ли было начать? Можете ли вы выключить машину и снова запустить ее без проблем? Если нет никаких улучшений или аккумулятор не держит заряд, возможно, вам потребуется полностью заменить аккумулятор.
Правильное обслуживание аккумулятора может помочь сохранить максимальную производительность аккумулятора дольше. Вы даже можете сэкономить деньги, не заменяя батарею так часто. Попробуйте добавить уход за батареей в свой распорядок обслуживания.Это поможет вам отслеживать, как часто вам нужно будет пополнять уровень электролита, и подскажет, когда что-то только начинает идти не так.
Sealed Battery — обзор
2.3.3.1 Безопасность свинцово-кислотных (LA) аккумуляторов
Свинцово-кислотные аккумуляторы бывают самых разных конструкций и размеров. Бывают вентилируемые или вентилируемые батареи. Ассортимент продукции варьируется от небольших герметичных аккумуляторов емкостью около 5 Ач (например, используемых для мотоциклов) до крупных вентилируемых промышленных аккумуляторных систем для тяговых целей емкостью до 500 Ач.Стационарные аккумуляторы для резервного питания (рис. 2.3) могут иметь еще большую емкость. Самым большим рынком для аккумуляторов LA по-прежнему являются автомобильные стартерные аккумуляторы (SLI). На данный момент почти все автомобили: легковые, грузовые, автобусы используют свинцово-кислотные аккумуляторные батареи SLI для запуска, освещения и зажигания. Аккумулятор LA был ключевым компонентом многих технических усовершенствований автомобильной техники на протяжении более 100 лет.
Рисунок 2.3. Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея с вентиляцией и аккумуляторная система для стационарного применения.
ООО «СБС Аккумуляторные Системы».Основная общая реакция заряда / разряда в свинцово-кислотных аккумуляторах представлена следующим образом:
PbO2 + Pb + 2h3SO4↔ ← ChargeDischarge → 2PbSO4 + 2h3OE ° = 2,04V
Помимо химического превращения диоксида свинца и металлического свинца в свинец- сульфат, а также серная кислота в качестве электролита участвует во внутренней реакции ячейки. Реакции заряда / разряда вызывают изменение концентрации электролита из-за образования и потребления воды. Паразитные побочные реакции при хранении и особенно при зарядке могут привести к образованию газов кислорода и водорода внутри элемента.Эти побочные реакции особенно выражены при повышении напряжения. Высокие реакционные перенапряжения участвующих электрохимических реакций заставляют свинцово-кислотные батареи работать в более широком диапазоне напряжений, чем ожидается из нормального диапазона стабильности электролитов на водной основе. Однако загрязнение металлическими примесями может снизить эти перенапряжения и привести к преждевременному выделению газа, создавая критическую газовую атмосферу [2,3,6,18].
Дизайн аккумуляторов и внутренняя конструкция во многом зависят от конкретного применения, для которого они предназначены.Почти во всех батареях LA используются элементы призматической формы с плоскими или трубчатыми электродами внутри. Корпус батареи изготовлен из специального пластика, который должен быть химически совместим с кислотным электролитом. Благодаря использованию пластмассовых материалов (в основном полипропилена) корпус батареи электрически изолирован от электродной системы. В вентилируемых системах, которые используются, например, для резервного питания, можно пополнять запасы воды, компенсируя потери при побочных реакциях разложения воды.
Технический прогресс в конструкции аккумуляторных батарей и доступность новых материалов позволили реализовать полностью необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторные системы [1,3]. Потери воды из-за газовыделения электрода и из-за коррозии могут быть уменьшены до очень низких показателей. Предотвращение расслоения электролита благодаря использованию абсорбционных сепараторов из стекломата (AGM-батареи) или гелеобразного электролита привело к появлению продуктов с улучшенной циклической способностью и высоким уровнем безопасности и надежности.
Тем не менее, потенциальный риск образования водорода — это общая проблема, с которой сталкиваются свинцово-кислотные и другие системы аккумуляторных батарей на водной основе. В частности, в батареях с недостаточной вентиляцией могут накапливаться критические газовые смеси. Электрическая искра, например, вызванная электрическим разрядом, может привести к взрыву газовой смеси. Большинство таких опасных событий было зарегистрировано от автомобильных аккумуляторов SLI, в основном при непрофессиональном обращении. Внедрение устройств пламегасителя значительно снизило риск таких событий.
Короткое замыкание : Как внутренние, так и внешние электрические короткие замыкания приводят к высвобождению энергии внутри батареи. Химически накопленная энергия преобразуется в тепловую энергию, которая распространяется по компонентам, из которых состоит аккумулятор. Результирующее повышение температуры зависит от количества выделяемой энергии и от теплоемкости батареи и ее компонентов. Если достигается температура кипения электролита (примерно 110 ° C), начинается испарение электролита.В системах с регулируемым клапаном испаряющаяся вода приводит к повышению давления и, наконец, к срабатыванию клапанов избыточного давления. Выходящий водяной пар обычно также несет кислотные аэрозоли из серного электролита. Кислотные аэрозоли вместе с горячей парообразной водой представляют опасность для здоровья лиц, причастных к происшествию.
Из-за их относительно низкого удельного энергосодержания (примерно 40 Вт · ч кг -1 макс.) Количество выделяемой энергии ограничено.Высокая теплоемкость компонентов внутри корпуса батареи (0,2–0,3 Вт · ч кг −1 K −1 ) и энтальпия испарения электролита (> 628 Вт · ч · кг −1 ) обычно поглощают случайно выделяемую энергию, таким образом, сохраняя тепловые эффекты и их последствия для безопасности в ограниченном диапазоне.
Механическое злоупотребление : В зависимости от конкретных обстоятельств механические происшествия или механическое неправильное обращение с батареями LA могут привести к опасностям различной степени серьезности.Простое механическое разрушение корпуса может привести к утечке электролита. Однако в современных батареях VRLA с недостатком электролита риск большой утечки электролита сводится к минимуму. Как уже упоминалось в разделе 2.3.2, серная кислота является очень опасным веществом при любом контакте с кожей. В худших случаях даже частицы свинца могут вылететь из батарейного отсека, что затем превратит это событие в экологическую проблему. Наиболее критическим событием с точки зрения безопасности является сильное механическое разрушение пакета электродов.Может возникнуть сильное короткое замыкание, что приведет к сценарию, описанному уже в предыдущем разделе.
Термическое злоупотребление : Хранение при высоких температурах является общей проблемой из-за увеличения коррозии компонентов батареи. С механической точки зрения компоненты обычно очень стабильны и надежны до температуры прибл. 110 ° C, при котором электролит начинает испарять воду. Высокая энтальпия испарения электролита обеспечивает стабилизацию температуры в течение определенного периода времени до тех пор, пока электролит не истощится.
При зарядке постоянным напряжением свинцово-кислотных аккумуляторных батарей (VRLA), особенно после старения и потери воды, существует риск теплового разгона. Облегченный перенос кислорода через сепаратор и жидкую пленку на отрицательном электроде может усилить экзотермические процессы восстановления кислорода на отрицательном электроде. Вызванная таким образом деполяризация отрицательного электрода, в свою очередь, приводит к дальнейшему увеличению скорости генерации кислорода на положительном электроде с неконтролируемым нагревом, как следствие [3,20,25].Следует отметить, что тепловой разгон в батареях VRLA обычно происходит гораздо менее интенсивно, чем это происходит в системах на основе литий-ионных аккумуляторов.
Перезаряд, переразряд и реверсирование : Свинцово-кислотный аккумулятор имеет большое преимущество перед другими системами аккумуляторных батарей, поскольку обе полярности состоят из компонентов свинца (свинец, диоксид свинца, сульфат свинца), которые заряжаются и разряда могут быть преобразованы друг в друга. Таким образом, по конструкции и компоновке свинцово-кислотные батареи обеспечивают определенную устойчивость к перезарядке, а также к обратному току без побочных реакций, ведущих к разложению электролита и выделению газов.Однако, если электрическая энергия больше не может использоваться для процессов электрохимического преобразования, начинается разложение воды на водород и кислород.
В вентилируемых свинцово-кислотных аккумуляторных системах, не требующих обслуживания. Газы, выделяющиеся при разложении воды, уходят через предусмотренную вентиляционную систему. Соответствующая вентиляция заботится о том, чтобы газы быстро удалялись и не накапливались до критического уровня. Это очень важно для исключения опасности взрыва. Вентилируемые аккумуляторные системы позволяют пополнять разложившуюся и потерянную воду через регулярные интервалы обслуживания для сохранения работоспособности аккумуляторных батарей.Электроды должны быть полностью покрыты электролитом для длительного срока службы и безопасности.
В системах VRLA (например, типа AGM) с ограничивающей емкостью положительного электрода кислород, выделяющийся с этой полярностью при избыточном заряде, мигрирует через волокнистый сепаратор с недостатком электролита к отрицательному противоэлектроду, где он рекомбинируется с водой. Этот механизм обычно работает только до ограниченной скорости перезарядки. Если токи выше, чем указано, давление газа внутри корпуса батареи повысится, и газы, наконец, выйдут через активированный предохранительный клапан.При чрезмерной перезарядке может образоваться даже взрывоопасная смесь водорода и кислорода.
Свинцово-кислотные батареи | PVEducation
5 свинцово-кислотных аккумуляторов
Свинцово-кислотные батареи являются наиболее часто используемым типом батарей в фотоэлектрических системах. Хотя свинцово-кислотные батареи имеют низкую плотность энергии, умеренный КПД и высокие требования к техническому обслуживанию, они также имеют длительный срок службы и низкие затраты по сравнению с батареями других типов. Одним из исключительных преимуществ свинцово-кислотных аккумуляторов является то, что они являются наиболее часто используемой формой аккумуляторов для большинства аккумуляторных батарей (например, для запуска двигателей автомобилей) и, следовательно, имеют хорошо зарекомендовавшую себя зрелую технологическую базу.
Рисунок: Изменение напряжения в зависимости от степени заряда для нескольких различных типов батарей.
Свинцово-кислотная батарея состоит из отрицательного электрода из губчатого или пористого свинца. Свинец пористый, что способствует образованию и растворению свинца. Положительный электрод состоит из оксида свинца. Оба электрода погружены в электролитический раствор серной кислоты и воды. В случае, если электроды входят в контакт друг с другом в результате физического движения батареи или изменения толщины электродов, два электрода разделяет электрически изолирующая, но химически проницаемая мембрана.Эта мембрана также предотвращает короткое замыкание через электролит. Свинцово-кислотные батареи накапливают энергию за счет обратимой химической реакции, показанной ниже.
Общая химическая реакция:
PbO2 + Pb + 2h3SO4⇔заряженный разряд2PbSO4 + 2h3O
На минусовой клемме реакции заряда и разряда:
Pb + SO42-разряд разрядаPbSO4 + 2e-
На положительном выводе реакции заряда и разряда:
PbO2 + SO42- + 4H ++ 2e-Заряженный разрядPbSO4 + 2h3O
Как показывают приведенные выше уравнения, разрядка батареи вызывает образование кристаллов сульфата свинца как на отрицательной, так и на положительной клеммах, а также высвобождение электронов из-за изменения валентного заряда свинца.При образовании этого сульфата свинца используется сульфат сернокислотного электролита, окружающего аккумулятор. В результате электролит становится менее концентрированным. Полный разряд приведет к тому, что оба электрода будут покрыты сульфатом свинца и водой, а не серной кислотой, окружающей электроды. При полном разряде два электрода выполнены из одного материала, и между двумя электродами отсутствует химический потенциал или напряжение. На практике, однако, разряд останавливается при напряжении отсечки, задолго до этого момента.Поэтому аккумулятор не должен разряжаться ниже этого напряжения.
Между полностью разряженным и заряженным состояниями свинцово-кислотная батарея будет испытывать постепенное снижение напряжения. Уровень напряжения обычно используется для обозначения степени заряда аккумулятора. Зависимость аккумулятора от уровня заряда показана на рисунке ниже. Если аккумулятор остается на низком уровне заряда в течение длительного периода времени, могут вырасти крупные кристаллы сульфата свинца, что необратимо снижает емкость аккумулятора.Эти более крупные кристаллы не похожи на типичную пористую структуру свинцового электрода, и их трудно превратить обратно в свинец.
В результате реакции зарядки сульфат свинца на отрицательном электроде превращается в свинец. На положительном конце реакция превращает свинец в оксид свинца. В качестве побочного продукта этой реакции выделяется водород. Во время первой части цикла зарядки преобладающей реакцией является превращение сульфата свинца в свинец и оксид свинца. Однако по мере того, как происходит зарядка и большая часть сульфата свинца превращается либо в свинец, либо в диоксид свинца, зарядный ток электролизует воду из электролита, и выделяются водород и газообразный кислород, процесс, известный как «выделение газа» из батареи.Если ток подается в батарею быстрее, чем может быть преобразован сульфат свинца, то выделение газа начинается до того, как весь сульфат свинца преобразуется, то есть до того, как батарея полностью зарядится. Газообразование создает несколько проблем в свинцово-кислотной батарее. Газообразование батареи не только вызывает проблемы безопасности из-за взрывоопасной природы производимого водорода, но также уменьшает количество воды в батарее, которую необходимо заменять вручную, вводя в систему компонент для обслуживания.Кроме того, выделение газа может вызвать выделение активного материала из электролита, что приведет к необратимому снижению емкости аккумулятора. По этим причинам аккумулятор не следует регулярно заряжать выше напряжения, которое вызывает газообразование. Напряжение газовыделения изменяется в зависимости от скорости заряда.
Сульфат свинца является изолятором, и поэтому способ образования сульфата свинца на электродах определяет, насколько легко можно разрядить аккумулятор.
Для большинства систем возобновляемой энергии наиболее важными характеристиками батареи являются срок службы батареи, глубина разряда и требования к обслуживанию батареи.Этот набор параметров и их взаимосвязь с режимами зарядки, температурой и возрастом описаны ниже.
Глубина разряда в сочетании с емкостью батареи является фундаментальным параметром при проектировании аккумуляторной батареи для фотоэлектрической системы, поскольку энергия, которая может быть извлечена из батареи, определяется умножением емкости батареи на глубину разряда. Батареи классифицируются как батареи глубокого или мелкого цикла. Глубина разряда батареи глубокого цикла может превышать 50%, а может достигать 80%.Чтобы достичь такой же полезной емкости, аккумуляторная батарея мелкого цикла должна иметь большую емкость, чем аккумуляторная батарея глубокого цикла.
Помимо глубины разряда и номинальной емкости аккумулятора, мгновенная или доступная емкость аккумулятора сильно зависит от скорости разряда аккумулятора и рабочей температуры аккумулятора. Емкость аккумулятора падает примерно на 1% на градус ниже примерно 20 ° C. Однако высокие температуры также не идеальны для аккумуляторов, поскольку они ускоряют старение, саморазряд и расход электролита.На приведенном ниже графике показано влияние температуры и скорости разряда аккумулятора на емкость аккумулятора.
Рисунок: Взаимосвязь между емкостью батареи, температурой и скоростью разряда.
Со временем емкость батареи снижается из-за сульфатирования батареи и выделения активного материала. Ухудшение емкости аккумулятора наиболее сильно зависит от взаимосвязи следующих параметров:
- режим зарядки / разрядки аккумулятора
- DOD батареи за весь срок ее службы
- его подверженность длительным периодам низкого разряда
- средняя температура аккумулятора за весь срок его службы
На следующем графике показано изменение функции аккумулятора в зависимости от количества циклов и глубины разряда для свинцово-кислотных аккумуляторов с поверхностным циклом.Свинцово-кислотная батарея глубокого разряда должна иметь срок службы более 1000 циклов даже при глубине разряда более 50%.
Рисунок: Взаимосвязь между емкостью батареи, глубиной разряда и сроком службы для батареи с малым циклом разряда.
Помимо DOD, режим зарядки также играет важную роль в определении срока службы батареи. Перезаряд или недозаряд батареи приводит либо к потере активного материала, либо к сульфатированию батареи, что значительно сокращает срок ее службы.
Рисунок: Влияние режима зарядки на емкость аккумулятора.
Окончательное влияние на зарядку аккумулятора влияет на температуру аккумулятора. Хотя емкость свинцово-кислотной батареи снижается при работе при низких температурах, работа при высоких температурах увеличивает скорость старения батареи.
Рисунок: Взаимосвязь между емкостью батареи, температурой и сроком службы батареи глубокого цикла.
Кривые разряда при постоянном токе для свинцово-кислотной батареи емкостью 550 Ач при различных скоростях разряда, с ограничивающим напряжением 1.85 В на ячейку (Mack, 1979). Более длительное время разряда увеличивает емкость аккумулятора.
Производство водорода и кислорода из батареи приводит к потере воды, поэтому в свинцово-кислотных батареях необходимо регулярно заменять воду. Другие компоненты аккумуляторной системы не требуют регулярного обслуживания, поэтому потеря воды может стать серьезной проблемой. Если система находится в удаленном месте, проверка потери воды может увеличить затраты. Батареи, не требующие обслуживания, ограничивают потребность в регулярном внимании, предотвращая или уменьшая количество газа, выходящего из батареи.Однако из-за коррозионной природы электролита все батареи в некоторой степени вносят дополнительный компонент для технического обслуживания в фотоэлектрическую систему.
Свинцово-кислотные батареи обычно имеют кулоновский КПД 85% и энергоэффективность порядка 70%.
В зависимости от того, какая из вышеперечисленных проблем является наиболее важной для конкретного приложения, соответствующие изменения базовой конфигурации батареи улучшают ее характеристики. В случае использования возобновляемых источников энергии указанные выше проблемы повлияют на глубину разряда, срок службы батареи и требования к техническому обслуживанию.Изменения в батарее обычно включают модификацию в одной из трех основных областей:
- Изменения в составе и геометрии электродов
- замен на раствор электролита
- модификации корпуса или клемм аккумуляторной батареи для предотвращения или уменьшения утечки образующегося газообразного водорода.
Залитые свинцово-кислотные батареи характеризуются длительным циклом работы и длительным сроком службы. Однако залитые батареи требуют периодического обслуживания. Необходимо не только регулярно контролировать уровень воды в электролите, измеряя его удельный вес, но эти батареи также требуют «ускоренной зарядки».
Ускоренная зарядка
Ускоренная или выравнивающая зарядка включает в себя периодическую кратковременную перезарядку, при которой выделяется газ и смешивается электролит, предотвращая расслоение электролита в батарее. Кроме того, ускоренная зарядка также помогает поддерживать одинаковую емкость всех аккумуляторов. Например, если одна батарея развивает более высокое внутреннее последовательное сопротивление, чем другие батареи, тогда батарея с более низким SR будет постоянно недозаряжаться во время нормального режима зарядки из-за падения напряжения на последовательном сопротивлении.Однако, если батареи заряжаются более высоким напряжением, это позволяет полностью зарядить все батареи.
Удельный вес (SG)
Залитая батарея подвержена потере воды из электролита из-за выделения водорода и кислорода. Удельный вес электролита, который можно измерить ареометром, укажет на необходимость добавления воды в батареи, если батареи полностью заряжены. В качестве альтернативы ареометр точно укажет уровень заряда батареи, если известно, что уровень воды правильный.SG периодически измеряется после ускоренной зарядки, чтобы убедиться, что в батарее достаточно воды в электролите. Удельный вес батареи должен быть предоставлен производителем.
Особые требования к гелевым герметичным свинцово-кислотным аккумуляторам
Свинцово-кислотные батареив гелеобразном состоянии или AGM (которые обычно герметичны или регулируются с помощью клапана) имеют несколько потенциальных преимуществ:
- они могут быть подвергнуты глубокому циклу с сохранением срока службы батареи
- они не нуждаются в ускоренной зарядке
- они требуют меньшего обслуживания.
Однако эти батареи обычно требуют более точного режима зарядки и более низкого напряжения. Режим зарядки с более низким напряжением обусловлен использованием свинцово-кальциевых электродов для минимизации выделения газов, но требуется более точный режим зарядки, чтобы минимизировать выделение газов от батареи. Кроме того, эти батареи могут быть более чувствительны к колебаниям температуры, особенно если режим зарядки не компенсирует температуру или не предназначен для этих типов батарей.
Аккумулятор для фотоэлектрической системы будет рассчитан на определенное количество циклов при определенном DOD, режиме зарядки и температуре.Однако батареи могут преждевременно терять емкость или внезапно выходить из строя по разным причинам. Внезапный отказ может быть вызван внутренним коротким замыканием батареи из-за отказа электрического разделителя внутри батареи. Короткое замыкание в батарее снизит напряжение и емкость всего блока батарей, особенно если секции батареи подключены параллельно, а также приведет к другим потенциальным проблемам, таким как перезаряд оставшихся батарей.Батарея также может выйти из строя из-за разрыва цепи (то есть может происходить постепенное увеличение внутреннего последовательного сопротивления), и любые батареи, подключенные последовательно с этой батареей, также будут затронуты. Замораживание аккумулятора, в зависимости от типа используемого свинцово-кислотного аккумулятора, также может вызвать необратимый выход аккумулятора из строя.
Постепенное снижение емкости может усугубляться неправильной работой, в частности, ухудшением DOD. Однако работа одной части аккумуляторной батареи в условиях, отличных от другой, также приведет к снижению общей емкости и увеличению вероятности отказа батареи.Батареи могут непреднамеренно эксплуатироваться в разных режимах либо из-за колебаний температуры, либо из-за выхода из строя батареи в одной цепочке батарей, что приводит к неравномерной зарядке и разрядке в цепочке.
Установка
Батареи должны устанавливаться в соответствии с действующими стандартами страны, в которой они устанавливаются. В настоящее время существуют австралийские стандарты AS3011 и AS2676 для установки батарей. Существует также проект стандарта для батарей для приложений RAPS, который в конечном итоге станет австралийским стандартом.
Среди других факторов, которые следует учитывать при установке аккумуляторной системы, являются вентиляция, необходимая для конкретного типа аккумуляторной батареи, условия заземления, на которых должна быть размещена аккумуляторная батарея, и меры, принятые для обеспечения безопасности тех, кто может иметь доступ к аккумуляторной батарее. Кроме того, при установке блока батарей необходимо следить за тем, чтобы температура батареи находилась в пределах допустимых условий эксплуатации батареи и чтобы температура батарей в большем блоке батарей была такой же.Батареи в очень холодных условиях могут замерзать при низком уровне заряда, поэтому зимой вероятность того, что батарея будет разряжена, будет более низкой. Чтобы предотвратить это, аккумуляторную батарею можно закопать под землю. Аккумуляторы, регулярно подвергающиеся воздействию высоких рабочих температур, также могут иметь сокращенный срок службы.
Батареи потенциально опасны, и пользователи должны знать о трех основных опасностях: Серная кислота в электролите вызывает коррозию. При работе с батареями важна не только защита ног и глаз, но и защитная одежда.
Батареи обладают способностью генерировать большой ток. Если металлический предмет случайно попадает на клеммы батареи, через этот предмет могут протекать большие токи. При работе с батареями следует свести к минимуму присутствие ненужных металлических предметов (например, украшений), а инструменты должны иметь изолированные ручки.
Опасность взрыва из-за выделения водорода и кислорода. Во время зарядки, особенно при перезарядке, некоторые батареи, включая большинство батарей, используемых в фотоэлектрических системах, могут выделять потенциально взрывоопасную смесь водорода и кислорода.Чтобы снизить риск взрыва, используется вентиляция для предотвращения скопления этих газов, а потенциальные источники воспламенения (т. Е. Цепи, которые могут генерировать искры или дуги) исключаются из корпуса аккумуляторной батареи.
Аккумуляторы вводят компонент периодического обслуживания в фотоэлектрическую систему. Для всех аккумуляторов, включая «необслуживаемые», требуется график технического обслуживания, который должен обеспечивать:
- клеммы АКБ не корродированы
- соединения аккумулятора затянуты
- Корпус аккумулятора не должен иметь трещин и коррозии.
Залитые батареи требуют дополнительного и более частого обслуживания. Для залитых аккумуляторов уровень электролита и удельный вес электролита для каждой батареи необходимо регулярно проверять. Проверка удельного веса аккумулятора с помощью ареометра должна выполняться не менее чем через 15 минут после выравнивания или ускоренного заряда. В аккумуляторы следует добавлять только дистиллированную воду. Водопроводная вода содержит минералы, которые могут повредить электроды батареи.
Свинец в свинцово-кислотных аккумуляторах представляет опасность для окружающей среды, если он не утилизируется надлежащим образом.Свинцово-кислотные батареи следует утилизировать, чтобы можно было восстановить свинец без ущерба для окружающей среды.
Материалы, из которых изготовлены электроды, имеют большое влияние на химический состав батареи и, следовательно, влияют на напряжение батареи и ее характеристики зарядки и разрядки. Геометрия электрода определяет внутреннее последовательное сопротивление, а также скорость зарядки и разрядки.
Основными материалами анода и катода в свинцово-кислотной батарее являются свинец и диксодий свинца (PbO2).Свинцовый электрод выполнен в виде губчатого свинца. Губчатый свинец желателен, поскольку он очень пористый, и поэтому площадь поверхности между свинцом и электролитом серной кислоты очень велика. Добавление небольших количеств других элементов в свинцовый электрод для образования сплавов свинца может уменьшить некоторые недостатки, связанные со свинцом. Основными типами используемых электродов являются свинец / сурьма (с использованием нескольких процентов сурьмы), сплавы свинец / кальций и сплавы свинец / сурьма / кальций.
Аккумуляторы из свинцового сплава с сурьмой имеют несколько преимуществ перед электродами из чистого свинца.К этим преимуществам относятся: более низкая стоимость свинца / сурьмы; повышенная прочность свинцово-сурьмянистого электрода; и возможность получить глубокую разрядку на короткий период времени. Однако сплавы свинец / сурьма склонны к сульфатированию, и их не следует оставлять при низком уровне заряда в течение длительных периодов времени. Кроме того, сплавы свинец / сурьма увеличивают выделение газа в батарее во время зарядки, что приводит к значительным потерям воды. Поскольку в эти батареи необходимо добавлять воду, они требуют более серьезного обслуживания.Кроме того, свинцово-сурьмянистые батареи отличаются высокой скоростью разряда и коротким сроком службы. Эти проблемы (xx — проверьте, вызваны ли обе проблемы металлизацией)) вызваны растворением сурьмы с одного электрода и ее осаждением или осаждением на другом электроде. (xx повышенная адгезия PbO2 xx)
Свинцово-кальциевые батареи — это технология со средней стоимостью. Как и сурьма, кальций также добавляет прочности свинцу отрицательного электрода, но, в отличие от сурьмы, добавление кальция снижает выделение газа в батарее, а также снижает скорость саморазряда.Однако свинцово-кальциевые батареи не следует сильно разряжать. Следовательно, эти типы аккумуляторов можно считать «необслуживаемыми», но это только аккумуляторы с малым циклом заряда.
Добавление сурьмы, а также кальция в электроды дает некоторые преимущества как сурьмы, так и свинца, но при более высокой стоимости. Такие батареи с глубокой разрядкой также могут иметь длительный срок службы. Кроме того, к электродам могут быть добавлены следовые количества других материалов для повышения производительности батареи.
В дополнение к материалу, из которого изготовлены электродные пластины, физическая конфигурация электродов также влияет на скорость зарядки и разрядки, а также на срок службы. Тонкие пластины обеспечивают более быструю зарядку и разрядку, но они менее прочные и более склонны к отслаиванию материала с пластин. Поскольку высокие зарядные или разрядные токи обычно не являются обязательной характеристикой аккумуляторов для систем возобновляемой энергии, можно использовать более толстые пластины, которые имеют меньшее время зарядки и разрядки, но также имеют более длительный срок службы.
В открытой залитой батарее любой образующийся газ может улетучиваться в атмосферу, вызывая проблемы как с точки зрения безопасности, так и с обслуживанием. Герметичный свинцово-кислотный (SLA), свинцово-кислотный (VRLA) с регулируемым клапаном или рекомбинированный свинцово-кислотный аккумулятор предотвращает потерю воды из электролита, предотвращая или сводя к минимуму утечку газообразного водорода из аккумулятора. В герметичной свинцово-кислотной батарее (SLA) водород не улетучивается в атмосферу, а скорее перемещается или мигрирует к другому электроду, где он рекомбинирует (возможно, с помощью процесса каталитического преобразования) с образованием воды.Эти батареи не являются полностью герметичными, а имеют вентиляционное отверстие для предотвращения повышения давления в батарее. Герметичные батареи требуют строгого контроля заряда, чтобы предотвратить накопление водорода быстрее, чем он может рекомбинировать, но они требуют меньше обслуживания, чем открытые батареи.
Свинцово-кислотные батареи с клапанным регулированием (VRLA) по своей концепции аналогичны герметичным свинцово-кислотным (SLA) аккумуляторным батареям, за исключением того, что клапаны должны выделять водород почти полностью.Аккумуляторы SLA или VRLA обычно имеют дополнительные конструктивные особенности, такие как использование гелеобразных электролитов и использование свинцово-кальциевых пластин для сведения к минимуму выделения газообразного водорода.
Несмотря на разнообразие типов аккумуляторных батарей и областей применения, особенно важными характеристиками фотоэлектрических систем являются требования к обслуживанию аккумуляторной батареи и способность глубоко заряжать аккумулятор при сохранении длительного срока службы. Для обеспечения длительного срока службы при глубоком разряде батареи глубокого разряда могут быть либо открытого типа, с избытком электролитического раствора и толстыми пластинами, либо иммобилизованного электролитического типа.Герметичные гелевые батареи могут быть классифицированы как батареи глубокого разряда, но они обычно выдерживают меньшее количество циклов и меньшие разряды, чем специально разработанные батареи с заливной пластиной или батареи AGM. В аккумуляторах с мелким циклом обычно используются более тонкие пластины, изготовленные из свинцово-кальциевых сплавов, и обычно глубина разряда не превышает 25%.
Батареи для фотоэлектрических или удаленных источников питания (RAPS)
Строгие требования к батареям, используемым в фотоэлектрических системах, побудили нескольких производителей изготавливать батареи, специально предназначенные для фотоэлектрических или других удаленных систем питания.В автономных фотоэлектрических системах чаще всего используются батареи свинцово-кислотного типа с глубоким циклом или необслуживаемые батареи с меньшим циклом. Батареи глубокого цикла могут быть батареями с открытым затоплением (которые не требуют обслуживания) или батареями AGM с невыпадающим электролитом, которые не требуют обслуживания (но которые требуют осторожности при выборе регулятора). Специальные необслуживаемые батареи с малым циклом работы, которые выдерживают нечастую разрядку, также могут использоваться в фотоэлектрических системах, и при условии, что аккумуляторная батарея спроектирована надлежащим образом, никогда не требуется DOD более 25%.Аккумулятор с длительным сроком службы в правильно спроектированной фотоэлектрической системе при правильном обслуживании может прослужить до 15 лет, но использование батарей, которые не предназначены для длительного срока службы, или условий в фотоэлектрической системе, или являются частью плохой конструкции системы может привести к выходу из строя аккумуляторного блока всего через несколько лет.
Доступны несколько других типов батарей специального назначения, они описаны ниже.
Пусковые, осветительные батареи зажигания (SLI). Эти аккумуляторы используются в автомобилях и имеют высокую скорость разряда и заряда.Чаще всего используются электродные пластины, упрочненные либо свинцово-сурьмяной в затопленной конфигурации, либо свинцово-кальциевой в герметичной конфигурации. Эти батареи имеют хороший срок службы в условиях малого цикла, но имеют очень низкий срок службы в условиях глубокого цикла. Батареи SLI не следует использовать в фотоэлектрической системе, поскольку их характеристики не оптимизированы для использования в системе возобновляемых источников энергии, поскольку срок службы фотоэлектрической системы очень мал.
Тяговые или тяговые аккумуляторные батареи. Тяговые или двигательные батареи используются для обеспечения электроэнергией небольших транспортных средств, таких как тележки для гольфа.По сравнению с батареями SLI, они обладают большей способностью выдерживать глубокий цикл при сохранении длительного срока службы. Хотя эта особенность делает их более подходящими для фотоэлектрической системы, чем та, которая использует батареи SLI, двигательные батареи не должны использоваться в каких-либо фотоэлектрических системах, поскольку их скорость саморазряда очень высока из-за использования свинцово-сурьмяных электродов. Высокая скорость саморазряда фактически приведет к большим потерям мощности в батарее и сделает общую фотоэлектрическую систему неэффективной, если батареи не будут испытывать большой DOD на ежедневной основе.Способность этих аккумуляторов выдерживать глубокую цикличность также намного ниже, чем у настоящих аккумуляторов глубокого цикла. Поэтому эти батареи не подходят для фотоэлектрических систем.
Жилые или морские батареи. Эти батареи обычно представляют собой компромисс между батареями SLI, тяговыми батареями и настоящими батареями глубокого цикла. Хотя они и не рекомендуются, в некоторых небольших фотоэлектрических системах используются двигательные и морские батареи. Срок службы таких батарей будет ограничен в лучшем случае несколькими годами, так что экономия на замене батарей означает, что такие батареи, как правило, не являются долгосрочным рентабельным вариантом.
Стационарные аккумуляторы. Стационарные батареи часто используются для аварийного питания или источников бесперебойного питания. Это аккумуляторы мелкого цикла, предназначенные для того, чтобы оставаться почти полностью заряженными в течение большей части своего срока службы с лишь редкими глубокими разрядками. Их можно использовать в фотоэлектрических системах, если размер аккумуляторной батареи не должен опускаться ниже DOD от 10% до 25%.
Батареи глубокого разряда. Батареи глубокого разряда должны обеспечивать срок службы в несколько тысяч циклов при высокой глубине разряда (80% или более).Значительные различия в характеристиках цикла могут наблюдаться с двумя типами батарей глубокого разряда, поэтому следует сравнивать срок службы и степень разряда различных батарей глубокого разряда.
Свинцово-кислотный аккумулятор состоит из электродов из оксида свинца и свинца, погруженных в раствор слабой серной кислоты. Возможные проблемы со свинцово-кислотными аккумуляторами включают:
Газообразование: выделение водорода и кислорода. Выделение аккумулятора газом приводит к проблемам с безопасностью и потере воды из электролита.Потеря воды увеличивает требования к обслуживанию батареи, поскольку воду необходимо периодически проверять и заменять.
Повреждение электродов. Вывод отрицательного электрода мягкий и легко повреждается, особенно в тех случаях, когда аккумулятор может постоянно или сильно двигаться.
Расслоение электролита. Серная кислота — тяжелая вязкая жидкость. По мере разряда батареи концентрация серной кислоты в электролите снижается, а во время зарядки концентрат серной кислоты увеличивается.Это циклическое изменение концентрации серной кислоты может привести к расслоению электролита, при котором более тяжелая серная кислота остается на дне батареи, а менее концентрированный раствор, вода, остается наверху. Непосредственная близость электродных пластин внутри батареи означает, что при физическом встряхивании серная кислота и вода не смешиваются. Однако контролируемое выделение газа электролита способствует смешиванию воды и серной кислоты, но его необходимо тщательно контролировать, чтобы избежать проблем безопасности и потери воды.В большинстве свинцово-кислотных аккумуляторов требуется периодическая, но нечастая подача газа в аккумулятор для предотвращения или обращения вспять расслоения электролита в процессе, называемом «ускоренной» зарядкой.
Сульфатирование аккумулятора. При низком уровне заряда на свинцовом электроде могут расти крупные кристаллы сульфата свинца, в отличие от мелкозернистого материала, который обычно образуется на электродах. Сульфат свинца — изоляционный материал.
Разлив серной кислоты. Если серная кислота вытечет из батарейного отсека, это представляет серьезную угрозу безопасности.Желирование или иммобилизация жидкой серной кислоты снижает вероятность разливов серной кислоты.
Зависание АКБ при низком уровне разряда. Если аккумулятор находится на низком уровне разряда после превращения всего электролита в воду, то точка замерзания электролита также падает.
Потеря активного материала электродов. Потеря активного материала электродов может происходить в результате нескольких процессов. Одним из процессов, который может вызвать необратимую потерю емкости, является отслаивание активного материала из-за изменения объема между xxx и сульфатом свинца.Кроме того, xxx. Неправильные условия зарядки и выделение газа могут вызвать отслоение активного материала от электродов, что приведет к необратимой потере емкости.
В зависимости от того, какая из вышеперечисленных проблем является наиболее важной для конкретного приложения, соответствующие изменения базовой конфигурации батареи улучшают ее характеристики. В случае использования возобновляемых источников энергии указанные выше проблемы повлияют на глубину разряда, срок службы батареи и требования к техническому обслуживанию.Изменения в батарее обычно включают модификацию в одной из трех основных областей:
- Изменения в составе и геометрии электродов
- замен на раствор электролита
- модификации корпуса или клемм аккумуляторной батареи для предотвращения или уменьшения утечки образующегося газообразного водорода.
Коррозия состоит из областей набора или восстановления / окисления, в которых обе реакции происходят на одном и том же электроде. Для аккумуляторной системы коррозия приводит к нескольким пагубным последствиям.Один из эффектов заключается в том, что он превращает металлический электрод в оксид металла.
Все химические реакции протекают как в прямом, так и в обратном направлении. Чтобы обратная реакция протекала, реагенты должны набирать достаточно энергии, чтобы преодолеть электрохимическую разницу между реагентами и продуктами, а также перенапряжение. Обычно в аккумуляторных системах вероятность возникновения обратной реакции мала, так как имеется несколько молекул с достаточно большой энергией. Однако некоторые частицы, хотя и маленькие, обладают достаточной энергией.В заряженной батарее существует процесс, с помощью которого батарея может быть разряжена даже при отсутствии нагрузки, подключенной к батарее. Количество разряжаемого аккумулятора при стоянии называется саморазрядом. Саморазряд увеличивается с увеличением температуры, потому что у большей части продуктов будет достаточно энергии для протекания реакции в обратном направлении.
Идеальным набором химических реакций для батареи является тот, в котором существует большой химический потенциал, который высвобождает большое количество электронов, имеет низкое перенапряжение, спонтанно протекает только в одном направлении и является единственной химической реакцией, которая может произойти.Однако на практике есть несколько эффектов, которые ухудшают характеристики батареи из-за нежелательных химических реакций, таких как изменение фазы объема реагентов или продуктов, а также физическое движение реагентов и продуктов внутри батареи.
Во время химических реакций многие материалы претерпевают изменение либо в фазе, либо, если они остаются в одной и той же фазе, объем и плотность материала могут быть изменены в результате химической реакции. Наконец, материалы, используемые в батарее, в первую очередь анод и катод, могут изменить свою кристалличность или структуру поверхности, что, в свою очередь, повлияет на реакции в батарее.Многие компоненты в окислительно-восстановительных реакциях претерпевают изменение фазы во время окисления или восстановления. Например, в свинцово-кислотной батарее сульфат-ионы меняются с твердой формы (в виде сульфата свинца) на раствор (в виде серной кислоты). Если сульфат свинца перекристаллизовывается где-нибудь, кроме анода или катода, то этот материал теряется для аккумуляторной системы. Во время зарядки только материалы, соединенные с анодом и катодом, могут участвовать в электронном обмене, и поэтому, если материал не касается анода или катода, он больше не может заряжаться.Образование газовой фазы в батарее также представляет особые проблемы. Прежде всего, газовая фаза обычно имеет больший объем, чем исходные реагенты, что вызывает изменение давления в батарее. Во-вторых, если предполагаемые продукты находятся в газовом переходе, они должны быть ограничены анодом и катодом, иначе они не смогут заряжаться.
Изменение громкости также обычно отрицательно сказывается на работе от батареи.
В стандартной свинцово-кислотной батарее электроды погружены в жидкую серную кислоту.Несколько модификаций электролита используются для улучшения характеристик батареи в одной из нескольких областей. Ключевыми параметрами электролита, которые контролируют производительность батареи, являются объем и концентрация электролита, а также образование «пленочного» электролита.
Изменения объема электролита можно использовать для повышения надежности батареи. Увеличение объема электролита делает батарею менее чувствительной к потерям воды и, следовательно, делает регулярное техническое обслуживание менее критичным.Увеличение объема батареи также увеличит ее вес и снизит удельную энергию батареи.
В батареях с «пленочным» электролитом серная кислота иммобилизуется либо путем «гелеобразования» серной кислоты, либо с помощью «абсорбирующего стеклянного мата». Оба имеют меньшее выделение газа по сравнению с затопленными свинцово-кислотными аккумуляторами и, следовательно, часто встречаются в герметичных свинцово-кислотных аккумуляторах, не требующих обслуживания.
Желирование. В «гелеобразной» свинцово-кислотной батарее электролит может быть иммобилизован путем гелеобразования серной кислоты с использованием силикагеля.Загустевший электролит имеет преимущество в том, что снижается газообразование, и, следовательно, батареи не требуют особого обслуживания. Кроме того, расслоение электролита не происходит с гелевыми батареями, и поэтому ускоренная зарядка не требуется, а поскольку электролит загустевает, вероятность просыпания серной кислоты также снижается. Однако для того, чтобы еще больше снизить газообразование, в этих «гелевых» аккумуляторах также обычно используются свинцово-кальциевые пластины, что делает их непригодными для применения в условиях глубокого разряда.Еще один недостаток состоит в том, что условия зарядки гелеобразной свинцово-кислотной батареи необходимо более тщательно контролировать, чтобы предотвратить перезаряд и повреждение батареи.
Абсорбирующее матирование стекла. Вторая технология, которая может быть использована для иммобилизации серной кислоты, — это «абсорбирующий стеклянный мат» или аккумуляторы AGM. В аккумуляторе AGM серная кислота поглощается матом из стекловолокна, который помещается между пластинами электродов. Аккумуляторы AGM обладают многочисленными преимуществами, включая способность глубоко разряжаться без ущерба для срока службы, обеспечивая высокую скорость заряда / разряда и расширенный температурный диапазон для работы.Ключевым недостатком этих аккумуляторов является необходимость более тщательно контролируемых режимов зарядки и более высокая начальная стоимость.
Стабилизирующие газообразные электролиты могут сделать батареи со сверхнизкими температурами более безопасными
ИЗОБРАЖЕНИЕ: Художественная визуализация сепаратора аккумуляторных батарей, который конденсирует газовые электролиты в жидкость при гораздо более низком давлении. Новый сепаратор повышает безопасность аккумуляторной батареи и ее производительность в условиях сильного холода … посмотреть еще
Кредит: Группа Чен
Новая технология может значительно повысить безопасность литий-ионных батарей, работающих с газовыми электролитами при сверхнизких температурах.Наноинженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали сепаратор — часть батареи, которая служит барьером между анодом и катодом, — который предотвращает испарение газовых электролитов в этих батареях. Этот новый сепаратор, в свою очередь, может помочь предотвратить повышение давления внутри батареи, которое приводит к вздутию и взрывам.
«Улавливая молекулы газа, этот сепаратор может действовать как стабилизатор летучих электролитов», — сказал Чжэн Чен, профессор наноинженерии инженерной школы Калифорнийского университета в Сан-Диего Джейкобс, руководивший исследованием.
Новый сепаратор также повысил производительность аккумулятора при сверхнизких температурах. Батарейные элементы, построенные с использованием нового сепаратора, работали с высокой емкостью 500 миллиампер-часов на грамм при -40 ° C, тогда как батареи, построенные с коммерческим сепаратором, почти не имели емкости. По словам исследователей, аккумуляторные элементы по-прежнему демонстрируют высокую емкость даже после простоя в течение двух месяцев — многообещающий признак того, что новый сепаратор может также продлить срок хранения.
Команда опубликовала свои выводы 7 июня в журнале Nature Communications .
Это достижение приближает исследователей к созданию литий-ионных батарей, которые могут приводить в действие транспортные средства в условиях сильного холода, такие как космические корабли, спутники и глубоководные суда.
Эта работа основана на предыдущем исследовании, опубликованном в Science лабораторией профессора наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего Ин Ширли Мэн, которое первым сообщило о разработке литий-ионных батарей, которые хорошо работают при температурах до -60 ° C. Эти батареи особенно устойчивы к холоду благодаря тому, что в них используется особый тип электролита, называемый сжиженным газовым электролитом, который сжижается под действием давления.Он гораздо более устойчив к замерзанию, чем обычный жидкий электролит.
Но есть и обратная сторона. Электролиты из сжиженного газа имеют высокую тенденцию переходить из жидкости в газ. «Это самая большая проблема безопасности этих электролитов», — сказал Чен. Чтобы использовать их, необходимо приложить большое давление, чтобы сконденсировать молекулы газа и сохранить электролит в жидкой форме.
Для решения этой проблемы лаборатория Чена объединилась с Менгом и профессором наноинженерии из Калифорнийского университета в Сан-Диего Тодом Паскалем, чтобы разработать способ легкого сжижения этих газообразных электролитов без приложения такого большого давления.Прогресс стал возможным благодаря объединению опыта экспертов в области вычислений, таких как Паскаль, с экспериментаторами, такими как Чен и Мэн, которые все являются сотрудниками Центра исследований материалов и инженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего (MRSEC).
В их подходе используется физическое явление, при котором молекулы газа самопроизвольно конденсируются, оказываясь в крошечных пространствах нанометрового размера. Это явление, известное как капиллярная конденсация, позволяет газу становиться жидкостью при гораздо более низком давлении.
Команда использовала это явление для создания сепаратора батарей, который стабилизировал бы электролит в их батарее со сверхнизкими температурами — сжиженный газовый электролит, сделанный из газообразного фторметана.Исследователи построили сепаратор из пористого кристаллического материала, называемого металлоорганическим каркасом (MOF). Что особенного в MOF, так это то, что он заполнен крошечными порами, которые способны улавливать молекулы газообразного фторметана и конденсировать их при относительно низких давлениях. Например, фторметан обычно конденсируется под давлением 118 фунтов на квадратный дюйм при -30 ° C; но с MOF он конденсируется всего под давлением 11 фунтов на квадратный дюйм при той же температуре.
«Этот MOF значительно снижает давление, необходимое для работы электролита», — сказал Чен.«В результате наши аккумуляторные элементы обеспечивают значительную емкость при низких температурах и не деформируются».
Исследователи протестировали сепаратор на основе MOF в литий-ионных аккумуляторных элементах, построенных с катодом из фторуглерода и анодом из металлического лития, заполненным фторметановым газовым электролитом под внутренним давлением 70 фунтов на квадратный дюйм, что намного ниже давления, необходимого для сжижать фторметан. Ячейки сохранили 57% своей емкости при комнатной температуре при -40 ° C. Напротив, элементы с коммерческим сепаратором почти не показали емкости с газообразным электролитом фторметана при той же температуре и давлении.
Крошечные поры сепаратора на основе MOF являются ключевыми, потому что они удерживают больше электролита в батарее даже при пониженном давлении. С другой стороны, промышленный сепаратор имеет большие поры и не может удерживать молекулы газового электролита при пониженном давлении.
Но крошечные поры — не единственная причина, по которой сепаратор так хорошо работает в этих условиях. Исследователи спроектировали сепаратор таким образом, чтобы поры образовывали непрерывные пути от одного конца до другого. Это гарантирует, что ионы лития все еще могут свободно проходить через сепаратор.В ходе испытаний элементы батареи с новым сепаратором имели в 10 раз более высокую ионную проводимость при -40 ° C, чем элементы с серийным сепаратором.
Команда Чена сейчас тестирует сепаратор на основе MOF на других электролитах. «Мы наблюдаем аналогичные эффекты. Мы можем использовать этот MOF в качестве стабилизатора для адсорбции различных видов молекул электролита и повышения безопасности даже в традиционных литиевых батареях, которые также содержат летучие электролиты».
###
Бумага: «Субнанометровое ограничение обеспечивает легкую конденсацию газового электролита для низкотемпературных батарей.«Соавторы: Гуоруи Цай *, Ицзе Инь *, Давэй Ся *, Аманда А. Чен, Джон Холубек, Джонатан Шарф, Янючен Ян, Ки Кван Ко, Минцян Ли, Дэниел М. Дэвис и Мэтью Майер, Калифорнийский университет в Сан-Диего; и Тэ Хи Хан, Университет Ханян, Сеул, Корея.
* Эти авторы внесли равный вклад в эту работу
Эта работа была поддержана Программой грантов на исследования космических технологий НАСА (ECF 80NSSC18K1512), Национальным научным фондом через Центр исследований материалов и инженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего (MRSEC, грант DMR-2011924) и фондами стартапов Инженерной школы Джейкобса. Калифорнийский университет в Сан-Диего.Эта работа была частично выполнена в инфраструктуре нанотехнологий Сан-Диего (SDNI) в Калифорнийском университете в Сан-Диего, члене Национальной координированной инфраструктуры нанотехнологий, которая поддерживается Национальным научным фондом (грант ECCS-1542148). В исследовании использовались ресурсы журнала National
.Научно-вычислительный центр энергетических исследований, учреждение для пользователей Управления науки Министерства энергетики США при поддержке Управления науки Министерства энергетики США по контракту № DE-AC02-05Ch21231. В этой работе также использовалась среда Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE) и суперкомпьютеры Comet и Expanse в суперкомпьютерном центре Сан-Диего, который поддерживается Национальным научным фондом (грант ACI-1548562).
Заявление об ограничении ответственности: AAAS и EurekAlert! не несут ответственности за точность выпусков новостей, размещенных на EurekAlert! участвующими учреждениями или для использования любой информации через систему EurekAlert.
Слабость — это сила этой низкотемпературной батареи — ScienceDaily
Нанотехники из Калифорнийского университета в Сан-Диего открыли новые фундаментальные идеи для разработки литий-металлических батарей, которые хорошо работают при сверхнизких температурах; главным образом то, что чем слабее электролит удерживает ионы лития, тем лучше.Используя такой слабо связывающий электролит, исследователи впервые в этой области разработали литий-металлическую батарею, которую можно многократно перезаряжать при температурах до -60 градусов Цельсия.
Исследователи сообщают о своей работе в статье, опубликованной 25 февраля в журнале Nature Energy .
В ходе испытаний испытательная батарея сохранила 84% и 76% своей емкости в течение 50 циклов при -40 и -60 градусов Цельсия соответственно. По словам исследователей, такая производительность беспрецедентна.
Другие литиевые батареи, разработанные для использования при минусовых температурах, способны разряжаться на морозе, но при зарядке нуждаются в тепле. Это означает, что на борту должен быть установлен дополнительный обогреватель, чтобы использовать эти батареи в таких приложениях, как космическое пространство и глубоководные исследования. С другой стороны, новый аккумулятор можно заряжать и разряжать при сверхнизкой температуре.
Эта работа — результат сотрудничества лабораторий профессоров наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего Пинга Лю, Чжэн Чена и Тода Паскаля — представляет новый подход к улучшению характеристик литий-металлических батарей при сверхнизких температурах.До сих пор многие усилия были сосредоточены на выборе электролитов, которые не так легко замерзают и могут поддерживать быстрое перемещение ионов лития между электродами. В этом исследовании исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружили, что дело не в том, насколько быстро электролит может перемещать ионы, а в том, насколько легко он отпускает их и откладывает на аноде.
«Мы обнаружили, что связь между ионами лития и электролитом, а также структуры, которые ионы принимают в электролите, означают жизнь или смерть для этих батарей при низкой температуре», — сказал первый автор Джон Холубек, доктор наук по наноинженерии.D. Студент инженерной школы Калифорнийского университета в Сан-Диего Джейкобс.
Исследователи сделали эти открытия, сравнив характеристики аккумуляторов с двумя типами электролитов: одним, который слабо связывается с ионами лития, и другим, который связывается прочно. Литий-металлические аккумуляторные элементы со слабосвязанным электролитом в целом лучше работали при -60 градусов Цельсия; после 50 циклов он все еще работал стабильно. Напротив, элементы с сильно связывающим электролитом перестали работать всего после двух циклов.
После циклирования элементов исследователи разобрали их, чтобы сравнить отложения металлического лития на анодах. Различия также были разительны. Отложения были гладкими и однородными в ячейках со слабо связывающим электролитом, но крупными и игольчатыми в ячейках с сильно связывающим электролитом.
Подробности
По словам исследователей, различия в производительности батарей сводятся к наноразмерным взаимодействиям. «То, как ионы лития взаимодействуют с электролитом на атомарном уровне, не только обеспечивает устойчивую цикличность при очень, очень низкой температуре, но также предотвращает образование дендритов», — сказал Чен.
Чтобы понять, почему, команда подробно изучила эти взаимодействия, используя компьютерное моделирование и спектроскопический анализ. В одном из электролитов, называемом диэтиловым эфиром (или DEE), исследователи наблюдали молекулярные структуры, состоящие из ионов лития, слабо связанных с окружающими молекулами электролита. В другом электролите, называемом DOL / DME, исследователи наблюдали структуры, которые обладают прочной связью между ионами и молекулами электролита.
По словам исследователей, эти структуры и сила связывания важны, потому что они в конечном итоге определяют, как литий осаждается на поверхности анода при низкой температуре.В слабо связанных структурах, подобных тем, которые наблюдаются в электролите DEE, объяснил Холубек, ионы лития могут легко покинуть захват электролита, поэтому не требуется много энергии, чтобы заставить их осесть где-нибудь на поверхности анода. Вот почему отложения в DEE гладкие и однородные. Но в сильно связанных структурах, таких как DOL / DME, требуется больше энергии, чтобы отвести ионы лития от электролита. В результате литий предпочитает осаждаться там, где поверхность анода имеет чрезвычайно сильное электрическое поле — везде, где есть острый наконечник.И литий будет накапливаться на этом наконечнике до тех пор, пока в элементе не произойдет короткое замыкание. Вот почему отложения в DOL / DME являются крупными и дендритными.
«Выявление различных типов молекулярных и атомных структур, которые образует литий, и того, как литий координируется с определенными атомами — эти детали имеют значение», — сказал Паскаль, руководивший вычислительными исследованиями. «Основательно понимая, как эти системы объединяются, мы можем придумать всевозможные новые принципы проектирования для следующего поколения систем хранения энергии.Эта работа демонстрирует мощь наноинженерии, где понимание того, что происходит в малом масштабе, позволяет разрабатывать устройства в большом масштабе ».
Совместимый катод
Эти фундаментальные идеи позволили команде разработать катод, совместимый с электролитами и анодом для работы при низких температурах. Это катод на основе серы, изготовленный из недорогих, распространенных и экологически безвредных материалов — не используются дорогие переходные металлы.
«Эта работа имеет двойное значение», — сказал Лю, чья лаборатория разработала катод и оптимизирует циклические характеристики такого катода в DEE для нормальных условий. «С научной точки зрения он представляет собой идеи, противоречащие общепринятому мнению. С технологической точки зрения это первая перезаряжаемая литий-металлическая батарея, которая может обеспечивать значительную плотность энергии при полной работе при -60 C. Оба аспекта представляют собой законченное решение для сверхнизкотемпературных аккумуляторов. .«
Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
- Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
Монокарборановый кластер как стабильный электролит кальциевой батареи, не содержащий фтора.
Во-первых, атомные отношения Ca, Cs и B в CMC были определены с помощью ICP-MS и ICP-OES (Таблица S1). Поскольку соотношение Cs / Ca было менее 1/10 000, соль Cs почти полностью превращалась в соль Ca. Кроме того, соотношение Са / В составляло 1 / 21,96, что близко к теоретически определенному соотношению 1/22 в КМЦ (Ca [CB 11 H 12 ] 2 ). Чтобы охарактеризовать [CB 11 H 12 ] — анион и H 2 O в CMC, измерения спектроскопии комбинационного рассеяния и измерения ЯМР были оценены для CMC и CMC‧nH 2 O (рис.1а, б). Спектры комбинационного рассеяния CMC и CMC‧nH 2 O демонстрируют различные моды деформационных колебаний [CB 11 H 12 ] — ниже 1200 см -1 . Кроме того, пик комбинационного рассеяния при 3050 см -1 был приписан моде C – H-валентного колебания [CB 11 H 12 ] — аниона (рис. 1c) 34 . Пик комбинационного рассеяния, наблюдаемый при 3600 см -1 для КМЦ · nH 2 O, приписываемый режиму O – H H 2 O 35 , не был обнаружен для КМЦ, что указывает на то, что гидратированная вода может быть в основном удаляется из КМЦ простым нагреванием, аналогичным удалению гидрида комплекса Ca клозо-типа CaB 12 H 12 30, 32 .Эти результаты согласуются со спектрами ЯМР 11 B и 1 H 28, 36 . Для детального исследования содержания воды в CMC и CMC‧nH 2 O методом титрования Карла-Фишера были применены два электролита, приготовленные из 5 мл DME / THF (содержание воды менее 10 ppm) с 20 мг КМЦ или КМЦ‧nH 2 О. Содержание воды в КМЦ в ДМЭ / ТГФ было измерено как 15 ч. / млн, в то время как содержание воды в КМЦ‧nH 2 О в ДМЭ / ТГФ было измерено как 1178 ч. / млн.Разница в 5 частей на миллион в содержании воды не повлияет на работу батареи; это различие может быть компенсировано добавлением молекулярных сит в электролит CMC. После расчета содержания воды CMC · nH 2 O можно выразить как CMC · 6H 2 O, что согласуется с потерей веса, вызванной термообработкой, определенной термогравиметрическим анализом (рис. S1).
Рис. 1( a ) Рамановские спектры монокарборана кальция (CMC) (оранжевый) и CMC · nH 2 O (синий).( b ) 11 B и 1 H Спектры ядерного магнитного резонанса (ЯМР) CMC (оранжевый) и CMC · nH 2 O (синий). ( c ) Геометрия аниона [CB 11 H 12 ] — (черные, зеленые и синие сферы обозначают атомы C, B и H соответственно). ( d ) Фотографии КМЦ, диспергированной / растворенной в 1,2-диметоксиэтане (ДМЭ), тетрагидрофуране (ТГФ) и смеси ДМЭ / ТГФ. ( e ) Диаграмма растворимости CMC в смесях DME / THF с различными соотношениями растворителей.( f ) Взаимосвязь между проводимостью и растворимостью CMC (подробности см. В таблице S2 и на рис. S2). Термическая стабильность показана на рис. S4. Электропроводность твердофазной КМЦ была измерена с помощью EIS и показана на рис. S5.
Са-электролиты были приготовлены растворением КМЦ в слабо координирующих растворителях, что позволило диссоциации солей Са 37,38,39 . В качестве слабокоординируемых растворителей были выбраны ТГФ, ДМЭ и смесь ДМЭ / ТГФ (1: 1, об. / Об.), А растворимость КМЦ была оценена методом ICP-OES с использованием насыщенных растворов.На рис. 1d показаны фотографии 5 мг КМЦ, растворенных или диспергированных в 1 мл растворителя. Интересно, что хотя растворимость КМЦ в ДМЭ и ТГФ была очень низкой (<0,0033 и 0,0026 М соответственно), в ДМЭ / ТГФ она была высокой (> 0,75 М). Исследование поведения растворимости КМЦ в бинарных смесях ТГФ и ДМЭ было проведено при комнатной температуре, где на рис. 1д показана диаграмма растворимости КМЦ в смешанных растворителях ДМЭ / ТГФ с различным соотношением. Наибольшая растворимость на диаграмме наблюдается при соотношении растворителей приблизительно 1/1 (об. / Об.).Об аналогичном улучшении растворимости сообщалось при использовании смешанных растворителей для нескольких солей, содержащих комплексные гидридные анионы кластерного типа, таких как Mg (CB 11 H 12 ) 2 , Li 2 B 10 Cl 10 и Li 2 B 12 Cl 12 29, 40 . Одна из возможностей улучшенной растворимости, наблюдаемой в настоящем исследовании, заключается в том, что смешанные растворители могут быть функционализированы кластерным анионом монокарборана одним или несколькими фрагментами 41 .Механизм и роль смешанного растворителя могут быть выяснены с помощью расчетов квантовой химии и спектроскопии рентгеновского поглощения электролита 42, 43 , которые предоставят информацию о координационной структуре, окружающей катион Ca 2+ и [CB 11 H 12 ] — анион; мы планируем провести такие исследования в наших будущих исследованиях. Эти электропроводности были определены с использованием симметричной ячейки с Au-электродом, при этом константа ячейки была получена путем калибровки ячейки с использованием 0.08% KCl и использовались для расчета электропроводности электролита. Расчетная проводимость 0,5 M CMC / DME / THF (4,0 мСм см -1 ) была больше, чем у CMC / DME (0,073 мСм см -1 ) и CMC / THF (0,036 мСм см -1 ). и того же порядка, что и у ранее описанного электролита Ca [B (hfip) 4 ] 2 (рис. 1f, S2, S3 и таблица S2) 13 .
Электрохимические исследования проводились с использованием 0,5 М КМЦ / ДМЭ / ТГФ. Гальваническое покрытие / удаление Ca проводили посредством CV при 20 мВ с -1 с трехэлектродной установкой с использованием металлического Ca в качестве электрода сравнения и противоэлектрода и металла Au в качестве рабочего электрода.Типичное поведение металлического покрытия / снятия изоляции наблюдалось при катодном / анодном сканировании (рис. 2а). Осаждение кальция началось при –220 мВ при катодном сканировании, а при анодном сканировании ток начал возрастать при ∼ 80 мВ, что указывает на удаление покрытого Ca. После кондиционирования в течение трех циклов (рис. S6) нанесение покрытия / снятие покрытия продолжалось с меньшим перенапряжением и улучшенной обратимостью. Более того, кулоновский КПД увеличился до прибл. 88% в течение первых нескольких циклов, а затем оставались стабильными в течение 30-го цикла (рис.2б). Недостаточная кулоновская эффективность, по-видимому, является результатом частично разложившегося электролита CMC / DME / THF на Au-электроде и образования мертвого Ca, который электрически изолирован от электрода. Это будет обсуждаться в другом разделе этого документа вместе с результатами SEM / EDS. Даже если рабочий электрод Au заменить электродом из другого металла (например, Pt, Cu и SUS), все равно будут получены низкие перенапряжение, обратимость и умеренный кулоновский КПД (рис.S7). С другой стороны, при использовании электролитов 0,1 М КМЦ в диглиме и 0,1 М КМЦ в триглиме не наблюдалось поведения покрытия / удаления Ca (рис. S8). Учитывая влияние типа эфирного растворителя и координации анионов на Са, некомпетентность этих электролитов возникает из-за того, что координация Са с диглимом и триглимом сильнее, чем у Са с ДМЭ и ТГФ 37 .
Рисунок 2( a ) Циклические вольтамперограммы покрытия / удаления Ca после циклов кондиционирования при 20 мВ с -1 с трехэлектродной установкой с использованием Au в качестве рабочего электрода и Ca в качестве контрольного и противоэлектрода в комнате температура.Циклические вольтамперограммы для начальных трех циклов в качестве процессов кондиционирования показаны на рис. S6. ( b ) Кулоновский КПД, определенный из циклических вольтамперограмм. На вставке: баланс заряда за циклы 4–10.
Чтобы предоставить прямые доказательства ионной проводимости Ca через электролит CMC / DME / THF, мы собрали Ca | CMC / DME / THF | Au ячейка и нанесенный Ca на Au электрод при комнатной температуре. В разобранном элементе отложения выглядели как черный порошок на Au-электроде, который был промыт DME / THF (рис.3а). Черный порошок на Au-электроде и сепараторе был удален и собран для измерения XRD, которое показало, что преобладающим продуктом является металлический Ca в форме α-Ca и β-Ca, а также небольшое количество CaH 2 (рис. . S9). Эти широкие пики с низкой интенсивностью указывают на небольшой размер и низкую кристалличность всех нанесенных материалов. Затем морфология отложений на Au-электродах в электролите CMC / DME / THF была исследована с помощью SEM и EDS и показала однородно диспергированные сферические частицы (рис.3b, c и S10). Отложения сферических частиц имеют форму, аналогичную форме отложений Ca, приготовленных в электролите Ca (BH 4 ) 2 –LiBH 4 –THF 44 . Профиль EDS показывает, что отложения в основном состоят из Ca, O и C со следовыми количествами B (рис. 3b). Большое количество O образовалось из высокореактивных свежих отложений Ca, которые ненадолго подвергались воздействию воздуха перед наблюдением EDS (рис. 3c). Умеренные количества C и B, вероятно, были вызваны восстановлением электролита при низких потенциалах или остаточной КМЦ.Массовая доля Са в типичной частице была рассчитана как 84%, если исключить вклад содержания Au. Соответственно, мы сделали вывод, что носителем заряда в этой системе является Ca.
Рис. 3( a ) Оптическое изображение Au-электрода после процесса покрытия Ca. ( b ) Профиль энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS) в желтом квадрате. ( c ) Изображение, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) отложений Ca на Au-электроде после осаждения Ca в Au | CMC / DME / THF | Ca-клетки и карты EDS для Ca, Au, O и B.
Кроме того, черные отложения наблюдались на сепараторе стекла после его отслаивания от Au электрода (рис. S11). Отложения собирали из стеклянного сепаратора для анализа SEM и EDS, наклеивая углеродную ленту на стекло и затем снимая ее. Полученные изображения показывают, что отложения содержат металлический Ca и их размер относительно больше, чем на Au-электроде (Рис. S12). Плохая адгезия к Au-электроду указывает на то, что они легко теряют контакт с электродом, что приводит к образованию мертвого Ca.Это образование мертвого Ca и восстановление электролита при низких потенциалах может вызвать недостаточную кулоновскую эффективность во время процессов покрытия / удаления кальция.
Чтобы исследовать анодную стабильность системы электролита CMC / DME / THF, дальнейшие измерения CV были выполнены с использованием Au-электродов с различными диапазонами напряжения (рис. 4). Плотность тока увеличивалась при потенциале примерно 4 В с последующим подавлением дальнейшего пробоя электролита и отсутствием значительной катодной плотности тока во время обратной развертки потенциала даже при более высоком напряжении ~ 7 В.Этот результат согласуется с поведением, наблюдаемым в электролитах, содержащих анионы карборана с катионами магния и тетраэтиламмония, а не в электролитах, содержащих анионы BH 4 17, 45 .
Рисунок 4Циклические вольтамперограммы при 1 мВ с −1 с различными диапазонами напряжения выше 5 В (синий), 6 В (оранжевый), 7 В (зеленый) и 8 В (фиолетовый). Стрелки указывают направление движения во время вольтамперометрии. (d) Циклические характеристики Ca | CMC / DME / THF | Ячейка Ca при плотности тока 0.02 мА см −2 .
Наконец, чтобы исследовать возможность использования электролита CMC, мы провели исследовательское испытание с использованием Ca – S батареи, которая является очень многообещающей системой из-за ее высокой теоретической плотности энергии 3202 Втч л -1 46 . Батарея Ca – S, а именно. Ca | CMC / DME / THF | S / C был протестирован с плотностью тока 167,2 мА g -1 (0,1 C на S) при комнатной температуре (рис. 5a). Начальная разрядная и зарядная емкости катода S / C составляли до 805 и 750 мАч g −1 соответственно.Кроме того, он показал плоское плато напряжения ~ 2,4 В относительно Ca 2+ / Ca, соответствующее окислительно-восстановительным реакциям серы с Ca (вставка на рис. 5a) 47, 48 . Чтобы получить информацию о реакции конверсии катода S / C с Ca, измерения XPS были выполнены на исходном электроде и электроде после разряда. Спектры S 2p исходного катода S / C демонстрируют спин-орбитальный дублет элементарного S с пиками S 2p 3/2 и S 2p 1/2 при 164.0 и 165,2 эВ соответственно (рис. 5б вверху). После того, как электрод разряжен до 0,5 В, спектры сигнала S 2p можно деконволюционировать на три дублетных пика. Помимо пиков элементарной S, новые пики при 160,3 эВ и 162,2 эВ, приписываемые концевому атому серы в полисульфидах CaS x (2 ≤ x <8) и сульфида кальция (CaS), соответственно, отражают эффективное превращение S в сульфиды (рис. 5б внизу). Этот результат демонстрирует практическую применимость электролита CMC для батарей Ca – S при комнатной температуре с металлическим анодом из Ca.
Рисунок 5( a ) Электрохимические характеристики Ca – S батарей с электролитом CMC / DME / THF в диапазоне напряжений от 0,5 до 3,2 В; на вставке показаны дифференциальные емкости (dQ / dV), полученные из соответствующей кривой заряда-разряда. ( b ) Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) S 2p-спектры S / C электродов в исходном (вверху) и разряженном (внизу) состояниях.
Таким образом, мы разработали высокостабильный и эффективный кальциевый электролит, не содержащий фтора, на основе монокарборан-аниона, а именно.электролит CMC для кальциевых батарей комнатной температуры. Соли КМЦ были успешно получены с помощью простых процессов катионообмена и нагревания, что указывает на то, что синтетический метод с использованием водного раствора масштабируемый и очень многообещающий с точки зрения применения. Соль КМЦ демонстрирует низкую растворимость в ТГФ и ДМЭ, но высокую растворимость в смешанном растворителе ДМЭ / ТГФ (1/1, об. / Об.). Электролит CMC при 0,5 M показал наиболее многообещающие электрохимические характеристики, а именно высокую проводимость, широкий диапазон напряжений и обратимое покрытие / удаление Ca с высокой кулоновской эффективностью.В технико-экономическом обосновании мы использовали электролит CMC в Ca – S батарее, демонстрирующей обратимые возможности разряда и заряда, а также высокую емкость 805 мАч g –1 , демонстрируя, что электролит CMC совместим с батареей Ca – S система.