Как увеличить плотность в аккумуляторе: Как повысить плотность электролита в аккумуляторе. Самостоятельно, зарядным устройством и без него. Простые шаги

Плотность электролита в аккумуляторе – важные данные

Падение плотности электролита в аккумуляторе автомобиля – одна из широко известных проблем, с которой нередко сталкиваются автовладельцы. Поэтому мы решили рассмотреть её в деталях. Наша сегодняшняя статья поможет вам узнать, как измерить плотность электролита и каким должен быть его уровень в АКБ.

Во многих случаях снижение плотности электролита связано с обыкновенным испарением раствора. Зачастую такое происходит после закипания жидкости в случае слишком длительной зарядки. Это одна из причин того, что аккумулятор начал быстро разряжаться.

Для того чтобы поддерживать в АКБ необходимое количество жидкости используется дистиллированная вода. Однако далеко не все понимают, что нужно также следить за плотностью электролита. Ведь выкипает не лишь вода, но и электролит. В итоге через определенный промежуток времени его плотность опускается до минимальных значений. Именно в таких случаях автомобилистам приходится узнавать, как повысить плотность аккумулятора. Что же понадобится для восстановления работоспособности автомобильной АКБ?

Полезные рекомендации

• Определять плотность электролита рекомендуется при температуре воздуха около 20-22°С.
• Придерживайтесь правил безопасности во время использования кислоты (перчатки и очки не помешают точно).
• Поскольку плотность воды и электролита отличается, во время разведения последнего помните, что кислоту нужно добавлять в воду. В противном случае ожоги могут быть очень сильными («Химик, запомни как оду — льют кислоту в воду»).
• Предварительно подыщите подходящие емкости для замены и разведения электролита.
• Аккумулятор нельзя переворачивать вверх дном.
• После зарядки АКБ плотность электролита в нём возрастает.
• Упомянутые далее действия и показатели плотности электролита актуальны для кислотных аккумуляторов.

Инструменты и материалы

1. Ареометр (определяет плотность электролита).
2. Резиновая груша.
3. Мерная емкость.
4. Вода дистиллированная.
5. Кислота для аккумулятора.
6. Электролит.
7. Раствор соды пищевой.
8. Дрель.
9. Паяльник.

Как определить уровень электролита в аккумуляторе

В жаркое время вода испаряется гораздо быстрее, чем зимой. Поэтому уровень электролита в АКБ автомобиля рекомендуется регулярно проверять именно в теплый период года (идеальный вариант – ежемесячно). Если корпус аккумулятора изготовлен со слегка прозрачного пластика, можно визуально определить приблизительный уровень электролита в банках. Помочь также могут соответствующие метки на корпусе, с помощью которых можно установить, надо ли доливать дистиллированную воду.

Если же корпус далеко не прозрачный, придется открутить пробки и определить уровень с помощью тонкой трубки из стекла. Необходимо опустить трубку в заливное отверстие, чтобы она коснулась верхней сетки пластин, после чего закрыть верхнее её отверстие с помощью пальца и вытащить. Оптимальный уровень электролита аккумулятора должен составлять в пределах 10-15 миллиметров.

Плотность электролита в цифрах

Рекомендации по увеличению плотности электролита

• В первую очередь следует определить плотность электролита в разных банках аккумулятора. Многие автолюбители задают вопрос о том, какая должна быть плотность аккумулятора. В данном случае необходимо учитывать местные условия климата. Например, на севере страны данный показатель будет более высоким, по сравнению с югом. Оптимальной является плотность раствора в пределах 1.25-1.29. Показатели в разных банках не должны отличаться больше, чем на 0.01. Если результаты измерений показали, что плотность равна 1.18-1.20, необходимо просто добавить электролит, имеющий плотность 1.27.
• Выбираем одну из банок, из которой следует откачать максимальное количество прежнего раствора, воспользовавшись резиновой грушей. Не забудьте определить объем полученной жидкости.
• Добавляем новый электролит, причем его количество должно быть вдвое меньшим, чем количество слитого.
• Трясем и качаем АКБ в разные стороны, чтобы обеспечить перемешивание жидкостей.
• Определяем плотность. В случае необходимости добавляем вторую часть электролита. Осуществлять вышеупомянутые действия необходимо до того времени, пока плотность не будет подходящей.
• Далее доливаем требуемое количество дистиллированной воды.

Как поднять плотность в аккумуляторе – два варианта

1. Если плотность не достигает даже 1.18, необходимо использовать аккумуляторная кислота, поскольку она имеет гораздо более высокую плотность. Все нужно делать в такой же последовательности, как и в случае заливки нового электролита.
2. В некоторых случаях может понадобиться полная замена электролита. Для этого нужно воспользоваться резиновой грушей и откачать максимальное количество жидкости и полностью закрыть отверстия для вентиляции на банках АКБ. Аккумулятор надо положить на бок и просверлить отверстия, используя сверло на 3-5 миллиметров. Отверстия необходимо сделать в каждой банке. Затем выполняется промывка аккумулятора с помощью дистиллированной воды. В конце отверстия придется запаять, для чего применяют пластмассу, обладающую устойчивостью к воздействию кислоты.

Для этих целей прекрасно подойдут старые пробки банок аккумулятора.

На финальном этапе производим заливку нового электролита. Рекомендуется применять раствор, приготовленный своими силами. Его плотность должна быть немного выше той, которая рекомендована для ваших климатических условий.

Не забывайте, что наши советы о том, как поднять плотность электролита в аккумуляторе, не помогут вам в том случае, если АКБ сильно изношена. Поскольку в автомобильном аккумуляторе протекают определенные химические процессы, даже замена электролита не может обеспечить долгий срок эксплуатации АКБ, которым и отличается новый аккумулятор.

Иногда приходится просто покупать новый аккумулятор, о выборе которого по марке машины написано тут.

Как повысить плотность аккумулятора автомобиля

проверка и методы повышения плотности

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

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

Почему снижается плотность электролита

Снижению плотности способствуют такие факторы:

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

Пример сульфатации пластин автомобильного аккумулятора.

Опасности низкой и высокой концентрации кислоты

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

Низкая концентрация приводит к таким проблемам:

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

Для проверки плотности электролита используют денсиметр (справа).

Проверка плотности электролита

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

Перед началом работы подготавливают такие инструменты:

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

Самостоятельно измерение плотности выполняют так:

Для проверки плотности электролита конец денсиметра погружают в ёмкость аккумулятора.

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

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

Как откорректировать плотность раствора

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

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

Плотность раствора в холодный период

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

Таблица зависимости плотности электролита в аккумуляторе от температуры.

Подготовка к восстановлению батареи

На этапе подготовки выполняют такие действия:

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

Повышение плотности электролита

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

Процедура включает такие этапы:

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

Можно ли повысить минимальную плотность

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

Перед заливкой нового электролита старый нужно слить.

Для замены наполнителя выполняют такие действия:

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

Как повысить при помощи зарядного устройства

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

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

заряд в секундах, в последние месяцы

Хотя смартфоны, умные дома и даже умные носимые устройства становятся все более продвинутыми, они все еще ограничены по мощности. Аккумулятор не продвинулся за десятилетия. Но мы находимся на грани силовой революции.

Крупные технологические и автомобильные компании слишком осведомлены об ограничениях литий-ионных аккумуляторов.Хотя микросхемы и операционные системы становятся все более эффективными для экономии энергии, мы все же смотрим только на один или два дня использования на смартфоне, прежде чем перезаряжаться.

Несмотря на то, что может пройти некоторое время, прежде чем мы сможем получить недельную жизнь от наших телефонов, развитие идет хорошо. Мы собрали все лучшие открытия аккумуляторов, которые могут быть у нас в ближайшее время, от беспроводной зарядки до сверхбыстрой 30-секундной зарядки. Надеюсь, вы скоро увидите эту технологию в своих гаджетах.

SVOLT представляет аккумуляторы без кобольта для электромобилей

Несмотря на то, что свойства электромобилей по снижению выбросов широко распространены, по-прежнему существуют разногласия по поводу аккумуляторов, особенно использование редкоземельных металлов, таких как коболт.SVOLT, базирующаяся в Чанчжоу, Китай, объявила, что она производит безоболтовые батареи, предназначенные для рынка электромобилей. Помимо сокращения содержания редкоземельных металлов, компания утверждает, что они имеют более высокую плотность энергии, что может привести к дальности до 800 км (500 миль) для электромобилей, а также к увеличению срока службы аккумулятора и повышению безопасности. Где мы увидим эти батареи, мы не знаем, но компания подтвердила, что работает с крупным европейским производителем.

Тимо Иконен, Университет Восточной Финляндии

На шаг ближе к литий-ионным батареям с кремниевым анодом

Чтобы решить проблему нестабильного кремния в литий-ионных батареях, исследователи из Университета Восточной Финляндии разработали метод получения гибридного анода с использованием мезопористых кремниевых микрочастиц и углеродных нанотрубок. В конечном итоге цель состоит в том, чтобы заменить графит в качестве анода в батареях и использовать кремний, емкость которого в десять раз больше. Использование этого гибридного материала улучшает рабочие характеристики батареи, в то время как кремниевый материал устойчиво производится из золы шелухи ячменя.

Университет Монаш

Литий-серные батареи могут превзойти Li-Ion и снизить воздействие на окружающую среду.

Исследователи Монашского университета разработали литий-серные аккумуляторы, которые могут питать смартфон в течение 5 дней, превосходя литий-ионные. Исследователи изготовили эту батарею, имеют патенты и интерес производителей. Группа имеет финансирование для дальнейших исследований в 2020 году, заявив, что продолжатся исследования в области автомобилей и энергосистемы.

Говорят, что новая технология аккумуляторов оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем литий-ионные, и снижает производственные затраты, предлагая при этом питание транспортного средства на 1000 км (620 миль) или смартфона в течение 5 дней.

Батарея IBM получена из морской воды и превосходит литий-ионный

IBM Research сообщает, что обнаружила новый химический состав аккумуляторов, который не содержит тяжелых металлов, таких как никель и кобальт, и потенциально может превзойти литий-ионные. IBM Research утверждает, что этот химический состав никогда ранее не использовался в сочетании в батарее и что материалы могут быть извлечены из морской воды.

Производительность батареи многообещающая, поскольку IBM Research заявляет, что она может превзойти литий-ионную батарею в ряде различных областей — она ​​дешевле в изготовлении, она может заряжаться быстрее, чем литий-ионная, и может работать как при более высокой мощности и плотности энергии.Все это доступно в батарее с низкой воспламеняемостью электролитов.

IBM Research отмечает, что эти преимущества сделают его новую аккумуляторную технологию пригодной для электромобилей, и она вместе с Mercedes-Benz разрабатывает эту технологию в качестве жизнеспособной коммерческой батареи.

Panasonic

Система управления батареями Panasonic

Несмотря на то, что литий-ионные батареи используются повсеместно и их использование растет, управление этими батареями, в том числе определение того, когда эти батареи достигли конца срока службы, является сложным.Panasonic, работающий с профессором Масахиро Фукуи из Университета Рицумейкан, разработал новую технологию управления батареями, которая значительно упростит мониторинг батарей и определение в них остаточного содержания литий-ионных батарей.

Panasonic говорит, что ее новая технология может быть легко применена с заменой системы управления батареями, которая упростит мониторинг и оценку батарей с несколькими сложенными ячейками, что можно встретить в электромобиле. Panasonic сказал, что эта система поможет продвинуться к устойчивому развитию, способствуя более эффективному управлению повторным использованием и утилизацией литий-ионных аккумуляторов.

Асимметричная температурная модуляция

Исследования показали, что метод зарядки приближает нас к экстремально быстрой зарядке — XFC — с целью обеспечить пробег электромобиля на 200 миль примерно за 10 минут при зарядке 400 кВт. Одной из проблем при зарядке является литирование в батареях, поэтому асимметричный метод температурной модуляции заряжает при более высокой температуре, чтобы уменьшить покрытие, но ограничивает это 10-минутными циклами, избегая роста между твердыми электролитами и интерфазами, что может сократить срок службы батареи.Сообщается, что этот метод снижает степень деградации батареи, позволяя заряжать XFC.

Pocket-lint

Песочная батарея обеспечивает в три раза больший срок службы батареи

Этот альтернативный тип литий-ионной батареи использует кремний для достижения в три раза лучшей производительности, чем существующие графитовые литий-ионные батареи. Аккумулятор по-прежнему литий-ионный, как и в вашем смартфоне, но он использует кремний вместо графита в анодах.

Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде некоторое время занимались нанокремнием, но он слишком быстро разлагается и его сложно производить в больших количествах.Используя песок, он может быть очищен, измельчен в порошок, затем измельчен с солью и магнием перед нагреванием для удаления кислорода, что приводит к чистому кремнию. Это пористый и трехмерный материал, который помогает в производительности и, возможно, сроке службы батарей. Изначально мы взялись за это исследование в 2014 году, и теперь оно приносит свои плоды.

Silanano — это стартап, специализирующийся на аккумуляторных технологиях, который выводит эту технику на рынок, и на которую были вложены крупные инвестиции таких компаний, как Daimler и BMW. Компания заявляет, что ее решение может быть внедрено в существующее производство литий-ионных аккумуляторов, поэтому оно предназначено для масштабируемого развертывания, обещая повышение производительности аккумуляторов на 20% сейчас или на 40% в ближайшем будущем.

Захват энергии от Wi-Fi

Несмотря на то, что беспроводная индуктивная зарядка является обычной практикой, возможность захвата энергии от Wi-Fi или других электромагнитных волн остается проблемой. Команда исследователей, однако, разработала ректенну (антенну для сбора радиоволн), которая, по мнению всего лишь нескольких атомов, делает ее невероятно гибкой.

Идея состоит в том, что устройства могут включать эту ректенну на основе дисульфида молибдена, чтобы можно было получать энергию переменного тока от Wi-Fi в воздухе и преобразовывать ее в постоянный ток, чтобы либо перезарядить батарею, либо напрямую питать устройство.Это может привести к появлению медицинских таблеток без необходимости использования внутренней батареи (безопаснее для пациента) или мобильных устройств, которые не требуют подключения к источнику питания для зарядки.

Энергия, полученная от владельца устройства

Вы можете стать источником энергии для своего следующего устройства, если исследование TENG будет осуществлено. ТЭНГ — или трибоэлектрический наногенератор — это технология сбора энергии, которая улавливает электрический ток, образующийся при контакте двух материалов.

Исследовательская группа из Суррейского института передовых технологий и Университета Суррея дала представление о том, как эту технологию можно использовать для питания таких устройств, как носимые устройства. Хотя мы пока еще не увидели его в действии, исследования должны предоставить дизайнерам инструменты, необходимые для эффективного понимания и оптимизации будущей реализации TENG.

Золотые батареи для нанопроволоки

В Калифорнийском университете в Ирвине великие умы взломали батареи из нанопроволоки, которые могут выдержать большое количество перезарядок.Результатом могут стать будущие батареи, которые не умирают.

Нанопроволоки, в тысячу раз тоньше человеческого волоса, открывают большие возможности для будущих батарей. Но они всегда ломались при перезарядке. Это открытие использует золотые нанопроволоки в гелевом электролите, чтобы избежать этого. Фактически, эти батареи были проверены на перезарядку более 200 000 раз за три месяца и не показали никакого ухудшения качества.

Твердотельные литий-ионные

Твердотельные батареи традиционно обеспечивают стабильность, но за счет передачи электролита.В статье, опубликованной учеными Toyota, говорится об испытаниях твердотельной батареи, в которой используются сульфидные суперионные проводники. Все это означает превосходную батарею.

В результате получается батарея, которая может работать на уровнях суперконденсаторов для полной зарядки или разрядки всего за семь минут, что делает ее идеальной для автомобилей. Поскольку он твердотельный, это также означает, что он намного стабильнее и безопаснее, чем современные батареи. Твердотельное устройство также должно работать при температуре до минус 30 градусов по Цельсию и до ста.

Электролитные материалы по-прежнему создают проблемы, поэтому не ожидайте увидеть их в автомобилях в ближайшее время, но это шаг в правильном направлении в сторону более безопасных и более быстрых аккумуляторов.

графеновые батареи Grabat

графеновые батареи потенциально могут быть одними из самых превосходных из доступных. Grabat разработал графеновые аккумуляторы, которые могут предложить электромобилям пробег до 500 миль на зарядке.

Graphenano, компания, занимающаяся разработкой, говорит, что батареи могут быть полностью заряжены всего за несколько минут и могут заряжаться и разряжаться в 33 раза быстрее, чем ион лития.Разряд также имеет решающее значение для таких вещей, как автомобили, которым требуется огромное количество энергии, чтобы быстро оторваться.

Нет сведений о том, используются ли в настоящее время батареи Grabat для каких-либо продуктов, но у компании есть аккумуляторы для автомобилей, беспилотников, велосипедов и даже дома.

Лазерные микро-суперконденсаторы

Rice Univeristy

Ученые из Университета Райса сделали прорыв в области супер-суперконденсаторов. В настоящее время они дорогостоящие, но с использованием лазеров, которые могут скоро измениться.

При использовании лазеров для прожигания рисунков электродов в листах пластика затраты на производство и объем работ значительно снижаются. В результате батарея может заряжаться в 50 раз быстрее, чем современные батареи, и разряжаться даже медленнее, чем современные суперконденсаторы. Они даже жесткие, способны работать после того, как согнулись более 10000 раз в тестировании.

Пенные батареи

Прието считает, что будущее за батареями — это 3D. Компании удалось взломать это с ее батареей, которая использует подложку из медной пены.

Это означает, что эти батареи будут не только более безопасными, благодаря отсутствию легковоспламеняющихся электролитов, но они также будут предлагать более длительный срок службы, более быструю зарядку, в пять раз более высокую плотность, дешевле в изготовлении и будут меньше, чем в настоящее время.

Prieto стремится сначала размещать свои батареи в небольших предметах, например, в носимых. Но в нем говорится, что батареи можно увеличить, чтобы мы могли видеть их в телефонах и, возможно, даже в автомобилях в будущем.

Carphone Warehouse

Складная батарея, как бумага, но прочная

The Jenax J.Аккумулятор Flex был разработан для создания гибких гаджетов. Бумажная батарея может складываться и быть водонепроницаемой, что означает, что она может быть встроена в одежду и предметы одежды.

Батарея уже была создана и даже прошла испытания на безопасность, в том числе сложена более 200 000 раз без потери производительности.

Ник Билтон / New York Times

uBeam по воздуху заряжается

uBeam использует ультразвук для передачи электроэнергии. Сила превращается в звуковые волны, не слышимые для людей и животных, которые передаются и затем преобразуются в энергию при достижении устройства.

Концепция uBeam была найдена 25-летним выпускником астробиологии Мередит Перри. Она основала компанию, которая позволит заряжать гаджеты по воздуху с помощью пластины толщиной 5 мм. Эти передатчики могут быть прикреплены к стенам или изготовлены в декоративном стиле для передачи энергии на смартфоны и ноутбуки. Гаджетам просто нужен тонкий приемник, чтобы получить заряд.

StoreDot

StoreDot заряжает мобильные телефоны за 30 секунд

StoreDot, стартап, родившийся в отделе нанотехнологий в Тель-Авивском университете, разработал зарядное устройство StoreDot.Он работает с современными смартфонами и использует биологические полупроводники, сделанные из естественных органических соединений, известных как пептиды — короткие цепочки аминокислот — которые являются строительными блоками белков.

Результатом является зарядное устройство, которое может заряжать смартфоны за 60 секунд. Батарея содержит «невоспламеняющиеся органические соединения, заключенные в многослойную защитную конструкцию, предотвращающую перенапряжение и нагрев», поэтому при ее взрыве не должно быть проблем.

Компания также сообщила о планах по производству аккумулятора для электромобилей, который заряжается за пять минут и предлагает пробег в 300 миль.

Нет сведений о том, когда батареи StoreDot будут доступны в глобальном масштабе — мы ожидали, что они появятся в 2017 году, — но когда они появятся, мы ожидаем, что они станут невероятно популярными.

Pocket-lint

Прозрачное солнечное зарядное устройство

Alcatel продемонстрировал мобильный телефон с прозрачной солнечной панелью над экраном, которая позволит пользователям заряжать свой телефон, просто поместив его на солнце.

Несмотря на то, что в течение некоторого времени он вряд ли будет коммерчески доступен, компания надеется, что он каким-то образом решит повседневные проблемы, связанные с отсутствием достаточного заряда аккумулятора.Телефон будет работать как под прямыми солнечными лучами, так и со стандартными лампами, точно так же, как обычные солнечные панели.

Phienergy

Алюминиево-воздушная батарея дает 1100 миль на зарядке

Автомобиль смог проехать 1100 миль на одной зарядке батареи. Секрет этого супердиапазона — это технология аккумуляторов, называемая алюминий-воздух, которая использует кислород из воздуха для заполнения катода. Это делает его намного легче, чем заполненные жидкостью литий-ионные аккумуляторы, чтобы дать автомобилю гораздо больший радиус действия.

Бристольская робототехническая лаборатория

Аккумуляторы для мочи

Фонд Билла Гейтса финансирует дальнейшие исследования Бристольской роботизированной лаборатории, которая обнаружила аккумуляторы, которые могут питаться от мочи. Он достаточно эффективен для зарядки смартфона, который ученые уже продемонстрировали. Но как это работает?

Используя микробный топливный элемент, микроорганизмы забирают мочу, расщепляют ее и вырабатывают электричество.

Звуковое питание

Исследователи из Великобритании создали телефон, способный заряжаться, используя окружающий звук в атмосфере вокруг него.

Смартфон был построен с использованием принципа, называемого пьезоэлектрическим эффектом. Были созданы наногенераторы, которые собирают окружающий шум и преобразуют его в электрический ток.

Наностержни даже реагируют на человеческий голос, а это значит, что болтливые мобильные пользователи могут на самом деле питать свой телефон во время разговора.

Зарядка в два раза быстрее, двухуглеродная батарея Ryden

Power Japan Plus уже анонсировала эту новую аккумуляторную технологию под названием Ryden dual carbon. Он не только прослужит дольше и будет заряжаться быстрее, чем литий, но и может быть изготовлен на тех же заводах, где производятся литиевые батареи.

В аккумуляторах используются углеродные материалы, что означает, что они более экологичны и экологичны, чем существующие альтернативы. Это также означает, что батареи будут заряжаться в двадцать раз быстрее, чем ион лития. Они также будут более долговечными, способными выдерживать до 3000 циклов зарядки, плюс они безопаснее с меньшей вероятностью пожара или взрыва.

Натриево-ионные аккумуляторы

Ученые в Японии работают над новыми типами аккумуляторов, которым не требуется литий, как аккумулятор вашего смартфона.Эти новые батареи будут использовать натрий, один из самых распространенных материалов на планете, а не редкий литий, и они будут в семь раз эффективнее обычных батарей.

Исследования натриево-ионных батарей ведутся с восьмидесятых годов в попытке найти более дешевую альтернативу литию. Используя соль, шестой самый распространенный элемент на планете, батареи можно сделать намного дешевле. Ожидается, что в ближайшие пять-десять лет начнется коммерциализация аккумуляторов для смартфонов, автомобилей и других устройств.

Upp

Зарядное устройство для водородных топливных элементов Upp

В настоящее время доступно портативное зарядное устройство для водородных топливных элементов Upp. Он использует водород для питания вашего телефона, сохраняя вас от пеленки и оставаясь экологически чистым.

Одна водородная ячейка обеспечивает пять полных зарядок мобильного телефона (емкость 25 Вт / ч на ячейку). И единственный произведенный побочный продукт — водяной пар. Разъем USB типа A означает, что он будет заряжать большинство USB-устройств с выходом 5 В, 5 Вт, 1000 мА.

Аккумуляторы со встроенным огнетушителем

Нередко литий-ионные аккумуляторы перегреваются, загораются и, возможно, даже взрываются.Аккумулятор в Samsung Galaxy Note 7 является ярким примером. Исследователи из Стэнфордского университета придумали литий-ионные аккумуляторы со встроенными огнетушителями.

Батарея имеет компонент, называемый трифенилфосфат, который обычно используется в качестве антипирена в электронике, добавляемый к пластиковым волокнам, чтобы помочь разделить положительный и отрицательный электроды. Если температура батареи поднимается выше 150 градусов C, пластмассовые волокна плавятся и выделяется трифенилфосфатный химикат.Исследования показывают, что этот новый метод может предотвратить возгорание батарей за 0,4 секунды.

Mike Zimmerman

Аккумуляторы, которые безопасны от взрыва

Литий-ионные аккумуляторы имеют довольно летучий слой пористого материала с жидким электролитом, расположенный между слоями анода и катода. Майк Циммерман, исследователь из Университета Тафтса в штате Массачусетс, разработал батарею, которая обладает удвоенной емкостью по сравнению с литий-ионными, но без присущей ей опасности.

Батарея Циммермана невероятно тонкая, немного толще двух кредитных карт и заменяет электролитную жидкость пластиковой пленкой с аналогичными свойствами.Он может противостоять прокалыванию, измельчению и может подвергаться воздействию тепла, поскольку он не воспламеняется. Еще многое предстоит сделать, прежде чем технология сможет выйти на рынок, но хорошо знать, что есть более безопасные варианты.

аккумуляторы Liquid Flow

Гарвардские ученые разработали аккумулятор, который сохраняет энергию в органических молекулах, растворенных в воде с нейтральным pH. Исследователи говорят, что этот новый метод позволит батарее Flow работать исключительно долго по сравнению с существующими литий-ионными батареями.

Маловероятно, что мы увидим эту технологию в смартфонах и т. П., Поскольку жидкий раствор, связанный с батареями Flow, хранится в больших резервуарах, чем больше, тем лучше. Считается, что они могут быть идеальным способом хранения энергии, созданной с помощью решений в области возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнечная энергия.

Действительно, исследование Стэнфордского университета использовало жидкий металл в проточной батарее с потенциально большими результатами, требуя удвоенного напряжения обычных проточных батарей. Команда предположила, что это может быть отличным способом хранения прерывистых источников энергии, таких как ветер или солнечная энергия, для быстрого поступления в сеть по требованию.

IBM и ETH Zurich разработали гораздо меньшую батарею с жидкостным потоком, которая потенциально может использоваться в мобильных устройствах. Эта новая батарея утверждает, что она может не только подавать питание на компоненты, но и одновременно охлаждать их. Обе компании обнаружили две жидкости, которые подходят для этой задачи, и будут использоваться в системе, которая может производить 1,4 Вт мощности на квадратный см, при этом 1 Вт мощности зарезервирована для питания батареи.

Zap & Go Углеродно-ионная батарея

Оксфордская компания ZapGo разработала и выпустила первую углеродно-ионную батарею, которая готова к использованию в настоящее время.Углеродно-ионная батарея сочетает в себе возможности сверхбыстрой зарядки суперконденсатора с характеристиками литий-ионной батареи, и при этом она полностью утилизируется.

Компания имеет зарядное устройство powerbank, которое полностью заряжается за пять минут, а затем полностью зарядит смартфон за два часа.

воздушно-цинковые батареи

Ученые из Сиднейского университета считают, что они придумали способ производства воздушно-цинковых батарей по гораздо более низким ценам, чем современные методы.Цинк-воздушные батареи можно считать превосходящими литий-ионные, потому что они не загораются. Единственная проблема — они полагаются на дорогие компоненты для работы.

Sydney Uni удалось создать воздушно-цинковую батарею без дорогих компонентов, а с более дешевыми альтернативами. Более безопасные и дешевые батареи могут быть в пути!

Умная одежда

Исследователи из Университета Суррея разрабатывают способ использования вашей одежды в качестве источника энергии.Аккумулятор называется трибоэлектрическими наногенераторами (TENG), которые преобразуют движение в накопленную энергию. Затем накопленное электричество можно использовать для питания мобильных телефонов или таких устройств, как фитнес-трекеры Fitbit.

Эта технология может применяться не только к одежде, но и к дорожному покрытию, поэтому, когда люди постоянно ходят по ней, она может накапливать электричество, которое затем может использоваться для питания фонарей или в шине автомобиля, так что может привести машину в действие.

Эластичные аккумуляторы

Инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали эластичный биотопливный элемент, который может вырабатывать электричество из пота.Говорят, что вырабатываемой энергии достаточно для питания светодиодов и радиоприемников Bluetooth, а это значит, что однажды они смогут питать носимые устройства, такие как умные часы и фитнес-трекеры.

Графеновая батарея Samsung

Samsung удалось разработать «шарики графена», способные повысить емкость существующих литий-ионных аккумуляторов на 45 процентов и перезарядить в пять раз быстрее, чем нынешние батареи. Чтобы показать это, Samsung заявляет, что ее новая батарея на основе графена может быть полностью заряжена за 12 минут, по сравнению с примерно часом для текущего устройства.

Samsung также заявляет, что она использует не только смартфоны, заявив, что ее можно использовать для электромобилей, поскольку она может выдерживать температуру до 60 градусов по Цельсию.

Более безопасная и быстрая зарядка современных литий-ионных аккумуляторов

Ученые из WMG Университета Уорика разработали новую технологию, позволяющую заряжать современные литий-ионные аккумуляторы в пять раз быстрее, чем рекомендуемые в настоящее время пределы. Технология постоянно измеряет температуру батареи гораздо точнее, чем современные методы.

Ученые выяснили, что современные аккумуляторы действительно можно вытолкнуть за их рекомендуемые пределы, не влияя на производительность или перегрев. Может быть, нам не нужны какие-либо другие упомянутые новые батареи!

,

Измерение состояния заряда — Battery University

Изучите измерения SoC и выясните, почему они не точные.

Метод напряжения

Измерять состояние заряда по напряжению просто, но оно может быть неточным, поскольку материалы и температура элемента влияют на напряжение. Наиболее явная ошибка SoC на основе напряжения возникает при нарушении заряда или разряда батареи. Результирующее возбуждение искажает напряжение, и оно больше не представляет собой правильное значение SoC.Чтобы получить точные показания, аккумулятор должен оставаться в разомкнутом состоянии не менее четырех часов; производители аккумуляторов рекомендуют 24 часа для свинцово-кислотных. Это делает метод SoC, основанный на напряжении, непрактичным для батареи в активном режиме.

Каждая химия батарей обеспечивает свою уникальную разрядную сигнатуру. В то время как SoC на основе напряжения работает достаточно хорошо для покоящегося свинцово-кислотного аккумулятора, плоская кривая разряда никель- и литиевых аккумуляторов делает метод напряжения неосуществимым.

Кривые напряжения разряда для Li-марганца, Li-фосфата и NMC очень плоские, и 80 процентов накопленной энергии остается в профиле плоского напряжения. Хотя эта характеристика является желательной в качестве источника энергии, она представляет проблему для измерения топлива на основе напряжения, поскольку она указывает только на полный заряд и низкий заряд; важный средний раздел не может быть оценен точно. На рисунке 1 показан плоский профиль напряжения литий-фосфатных (LiFePO) батарей.

Рисунок 1: Напряжение разряда лития-фосфата железа.
Li-фосфат имеет очень плоский профиль разряда, что затрудняет оценку напряжения для оценки SoC.

Свинцовая кислота поставляется с различными составами пластин, которые необходимо учитывать при измерении SoC напряжением. Кальций, добавка, которая делает батарею необслуживаемой, повышает напряжение на 5–8 процентов. Кроме того, тепло повышает напряжение, в то время как холод вызывает уменьшение. Поверхностный заряд еще больше обманывает оценки SoC, показывая повышенное напряжение сразу после зарядки; краткая разрядка перед измерением нейтрализует ошибку.Наконец, AGM батареи производят немного более высокое напряжение, чем залитый эквивалент.

При измерении SoC напряжением холостого хода (OCV) напряжение аккумулятора должно быть «плавающим» без нагрузки. Это не касается современных автомобилей. Паразитные нагрузки для вспомогательных функций переводят аккумулятор в состояние квазизамкнутого контура (CCV).

Несмотря на неточности, большинство измерений SoC частично или полностью основаны на напряжении из-за простоты. SoC на основе напряжения популярен в инвалидных колясках, скутерах и автомобилях для гольфа.Некоторые инновационные BMS (системы управления батареями) используют периоды отдыха, чтобы отрегулировать показания SoC как часть функции «обучения». На рисунке 2 показан диапазон напряжения свинцово-кислотного моноблока 12 В от полностью разряженного до полностью заряженного.

Рисунок 2. Диапазон напряжения свинцово-кислотного моноблока 12 В от полностью разряженного до полностью заряженного. Источник: Power-Sonic

Ареометр

Влагомер предлагает альтернативу для измерения SoC свинцово-кислотных батарей.Вот как это работает: когда свинцово-кислотная батарея принимает заряд, серная кислота становится тяжелее, вызывая увеличение удельного веса (SG). Когда SoC уменьшается в результате разряда, серная кислота удаляется из электролита и связывается с пластиной, образуя сульфат свинца. Плотность электролита становится легче и более похожа на воду, а удельный вес становится ниже. В таблице 2 приведены показания BCI для стартерных батарей.

Приблизительно состояние

Средний удельный вес

.

Задняя часть Page

Разорвался ли пузырь аккумулятора?

Фреда Шлахтера Фото Роя Кальшмидта / Беркли Лаб

Гибридный плагин Ford Energi 2013 года, на заднем плане виден мост Золотые Ворота.

Три года назад на симпозиуме по литиево-воздушным батареям в IBM Almaden был большой оптимизм. На симпозиуме «Масштабируемое накопление энергии: помимо литий-ионного» прозвучало рабочее послание: «Нет никаких фундаментальных научных препятствий для создания батарей с десятикратным энергопотреблением — при заданном весе — лучших современных батарей.«

Оптимизм почти исчез в этом году на пятой конференции из серии« Масштабируемое хранение энергии »в Беркли, Калифорния. Объявление о симпозиуме гласит: «Хотя внедряются новые электромобили с усовершенствованными литий-ионными батареями, необходимы дальнейшие прорывы в масштабируемом накоплении энергии, помимо современных литий-ионных аккумуляторов, прежде чем можно будет использовать все преимущества электрификации транспортных средств. понял «. Настроение было осторожным, так как ясно, что литий-ионные аккумуляторы постепенно разряжаются, и что их ограниченная плотность энергии и высокая стоимость не позволят производить полностью электромобили, чтобы заменить основной американский семейный автомобиль в обозримом будущем.«Будущее пасмурно», — подытожил конференцию Венкат Сринивасан, который возглавляет программу исследований батарей в лаборатории Беркли.

Электромобили имеют долгую историю. Они были популярны на заре автомобильной эры, с 28 процентами автомобилей, произведенных в Соединенных Штатах в 1900, приведенных в действие электричеством. Однако ранняя популярность электромобилей сошла на нет, когда Генри Форд в 1908 году выпустил серийные автомобили с двигателями внутреннего сгорания.

Бензин был быстро признан идеальным природным топливом для автомобилей: он обладает очень высокой удельной энергией при весе и объем — примерно в 500 раз больше, чем у свинцово-кислотной батареи — и он был обильным, недорогим и, казалось бы, неограниченным в поставках.К 1920-м годам электромобили перестали быть коммерчески жизнеспособными и исчезли со сцены. Они не появлялись до конца 20-го века, когда бензин стал дорогим, поставки больше не казались безграничными, а обеспокоенность по поводу возможного влияния сжигания ископаемого топлива на глобальный климат достигла общественного сознания.

Электромобили возвращаются с появлением аккумуляторных батарей, которые более эффективны, чем свинцово-кислотные аккумуляторы старых. Новое поколение электромобилей появилось в виде гибридных электромобилей (HEV), гибридных транспортных средств со сменными модулями (PHEV) и полностью электрических или аккумуляторных электромобилей (BEV).Большинство электромобилей последнего поколения питаются от литий-ионных аккумуляторов с использованием технологии, впервые примененной для ноутбуков и мобильных телефонов.

Питание автомобилей электричеством, а не бензином, дает двойные преимущества, в конечном итоге устраняя нашу зависимость от импортного ископаемого топлива и эксплуатации автомобилей с использованием возобновляемых источников энергии. Устранение зависимости от нефти, импортируемой из часто недружественных стран, значительно повысит нашу энергетическую безопасность, в то время как питание автомобилей из зеленой сети солнечными и ветровыми ресурсами значительно сократит количество CO ₂ , выброшенного в атмосферу.

Основным препятствием на пути замены основного американского семейного автомобиля на электромобили является производительность аккумулятора. Наиболее значимой проблемой является плотность накопления энергии как по весу, так и по объему. Нынешняя технология требует, чтобы электромобиль имел большую и тяжелую батарею, обеспечивая при этом меньшую дальность, чем автомобиль, работающий на бензине.

Батареи дороги, в результате чего электромобили, как правило, намного дороже, чем автомобили аналогичного размера, работающие на бензине. Существует разумный предел затрат, когда стоимость электромобиля и электричества, потребляемого в течение срока службы автомобиля, значительно превышает стоимость автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, включая бензин, в течение срока службы автомобиля.

Безопасность — это проблема, широко обсуждаемая в прессе. Хотя в Америке более 200 000 пожаров в год на автомобилях, работающих на бензине, существует повсеместный страх перед электричеством. Аккумуляторы в автомобилях, работающих на электричестве, наверняка сгорят в некоторых аварийных ситуациях; риск пожара, вероятно, будет похож на автомобили с бензиновым двигателем.

Запас энергии в топливе значительный: бензин является рекордным при 47,5 МДж / кг и 34,6 МДж / литр; бензин в полностью заправленном автомобиле имеет такое же энергосодержание, как и тысяча динамитных шашек.Литий-ионный аккумулятор имеет около 0,3 МДж / кг и около 0,4 МДж / литр (Chevy VOLT). Таким образом, бензин имеет в 100 раз большую плотность энергии литий-ионного аккумулятора. Эта разница в плотности энергии частично смягчается очень высокой эффективностью электрического двигателя в преобразовании энергии, накопленной в батарее, в движение автомобиля: обычно она эффективна на 60-80 процентов. Эффективность двигателя внутреннего сгорания при преобразовании энергии, хранящейся в бензине, в движение автомобиля обычно составляет 15 процентов (EPA 2012).При соотношении около 5 батарея с плотностью накопления энергии, равной 1/5 от плотности бензина, будет иметь такой же запас хода, что и автомобиль с бензиновым двигателем. Мы даже не близки к этому в настоящее время.

Питание автомобиля электричеством значительно эффективнее, чем питание автомобиля бензином с точки зрения потребления первичной энергии. Хотя эффективность использования энергии электромобиля очень высока, большинство электростанций, производящих электричество, эффективны только на 30 процентов в преобразовании первичной энергии в электроэнергию, поставляемую пользователю.Преобразование нефти в бензин очень эффективно. Это приводит к улучшению использования первичной энергии в 1,6 раза по сравнению с бензином, что является важным фактором в ее пользу.

В отчете APS 2008 года по энергоэффективности изучалась статистика того, сколько миль американцы проезжают за день. Заключение этого исследования состояло в том, что полный парк PHEV с 40-мильной (60-километровой) электрической дальностью может снизить потребление бензина более чем на 60 процентов. Таким образом, Америке может не понадобиться полный парк BEV, чтобы добиться очень значительного сокращения использования бензина.

Неоспоримый вопрос заключается в том, могут ли электромобили обеспечивать удобство, стоимость и запас хода, необходимые для замены их бензиновых аналогов в качестве основного стандартного американского семейного автомобиля. И это почти полностью зависит от состояния аккумуляторных батарей, в сочетании с вопросами экологичности сети и обеспечения широкой инфраструктуры для подзарядки электромобилей.

Сегодняшний ответ неоднозначен:

• HEV уже популярны, хотя сегодня они представляют собой лишь небольшую часть автомобилей на дорогах.Нынешнее поколение аккумуляторов подходит для HEV, и дальность его действия не является проблемой, так как 100 процентов энергии для питания автомобиля поступает от бензина. Стоимость покупки выше, чем для обычного автомобиля; преимущество заключается в улучшении экономии топлива на 40 и более процентов (EPA 2012).

• PHEV теперь поступают на рынок (рис. 1). Электрическая дальность действия ограничена, и доступные в настоящее время батареи являются лишь незначительными. Общий диапазон не является проблемой, поскольку бензин хранится на борту как «расширитель диапазона».

• BEV, поступающие на рынок, дороги, а диапазон слишком мал для многих американских водителей, по крайней мере, в качестве основного семейного автомобиля. Аккумуляторы с гораздо более высокой плотностью накопления энергии и более низкой стоимостью необходимы для того, чтобы BEV стали популярными за пределами ограниченного рынка высококлассных городских жителей в качестве второго автомобиля, который будет использоваться для местного транспорта, где возможна подзарядка дома и когда время зарядки не подходит. вопрос.

Требования к батарее различаются для HEV, PHEV и BEV.Батарея для HEV не должна накапливать много энергии, но должна быть способна быстро накапливать энергию от рекуперативного торможения. Поскольку он работает в ограниченном диапазоне заряда / разряда, срок его службы может быть очень большим. Аккумулятор PHEV должен обладать гораздо большей способностью аккумулировать энергию для достижения разумного электрического диапазона и работать со значительно более широким диапазоном заряда / разряда, что ограничивает срок службы батареи. Аккумуляторная батарея для BEV должна обеспечивать всю энергию для питания автомобиля во всем его диапазоне — скажем, 150-300 км — и должна использовать большую часть своего диапазона зарядки / разрядки.Эти требования означают, что батарея для BEV будет большой, тяжелой, дорогой и имеет ограниченный срок службы. Замена батареи для BEV может повлечь за собой расходы, превышающие десять тысяч долларов, которые, поделенное на мили, вероятно, значительно превысят стоимость электроэнергии для питания автомобиля.

Симпозиум в Беркли 2012 был посвящен двум альтернативным химическим составам: литий / кислород (литий / воздух) и литий / сера. Оба теоретически предлагают гораздо более высокую плотность энергии, чем это возможно даже при теоретическом ограничении развития литий-ионных аккумуляторов.Однако технические трудности в изготовлении практической батареи с хорошей способностью перезарядки с использованием любой из этих химикатов являются значительными.

Существуют серьезные исследовательские проблемы, касающиеся всех аспектов батареи: катода, анода и электролита, а также материалов интерфейсов и потенциальных производственных проблем. Батарея Li / Air (Li / O ₂ ) требует охлажденного сжатого воздуха без водяного пара или CO ₂ , что может значительно усложнить систему батарей Li / Air.Литий-воздушный аккумулятор будет больше и тяжелее литий-ионного аккумулятора, что делает маловероятным использование автомобиля в ближайшем будущем. Однако ведущая группа по разработке аккумуляторов в IBM написала в 2010 году статью о литиево-воздушных батареях; «Автомобильные двигательные двигатели только начинают переход от никель-металлогидридных к литий-ионным батареям после почти 35 лет исследований и разработок последних. Переход к литий-воздушным батареям (в случае успеха) следует рассматривать с точки зрения аналогичного цикла разработки.Возможно, нам нужно набраться терпения.

Многие подходы используются для разработки и улучшения характеристик батареи, в том числе исследования с использованием нанотрубок, нанопроводов, наносфер и других наноматериалов. Тем не менее, ни один из исследователей не сообщил о прогрессе до такой степени, что можно было бы представить практическую батарею, использующую Li / air или Li / S.

Томас Грешлер, руководитель группы по разработке элементов в лаборатории электрохимической энергии General Motors, пессимистично оценил перспективы новых аккумуляторов: «Мы не инвестируем в технологии литиево-воздушных и литий-серных батарей, потому что мы не думаем о автомобильная точка зрения, что она обеспечивает существенную выгоду в обозримом будущем.

Важной проблемой инфраструктуры является сеть, которую необходимо построить для зарядки аккумулятора BEV. В Соединенных Штатах более 120 000 автозаправочных станций. Учитывая, что диапазон современного BEV составляет менее трети от диапазона автомобиля с бензиновым двигателем, потребуется очень большое количество подзарядных станций, в дополнение к домашней зарядке, что может быть осуществимо только для тех, кто живет в частные дома или жилые дома с выделенной парковкой.

Зарядка электромобиля занимает несколько часов, и даже быстрая зарядка займет больше времени, чем большинство людей готовы ждать. И зарядка должна производиться ночью, когда производство электроэнергии и мощность сети наиболее доступны.

Исследования аккумуляторов финансируются на скромном уровне, поскольку среди общественности и политиков существует ложное представление о том, что нынешние характеристики аккумуляторов достаточны для широкого распространения аккумуляторных электромобилей. Национальный фокус был на возобновляемых источниках энергии.Соединенные Штаты не станут независимыми от иностранной нефти и сжигания ископаемого топлива, пока не будут разработаны новые аккумуляторные технологии. Это потребует согласованных национальных усилий в области науки и техники при значительных затратах.

Фред Шлахтер недавно вышел на пенсию в качестве физика в Продвинутый источник света, Национальная лаборатория им. Лоуренса Беркли. Он является соавтором отчета APS за 2008 год «Энергетическое будущее: продумайте эффективность», для которого он написал главу о транспорте.

«Закон Мура» для батарей?

Нет ли какого-то «закона Мура» для батарей? Почему прогресс в улучшении емкости батареи настолько медленный по сравнению с увеличением вычислительной мощности? Основной ответ заключается в том, что электроны не занимают места в процессоре, поэтому их размер не ограничивает вычислительную мощность; пределы задаются литографическими ограничениями.Ионы в батарее, однако, занимают место, а потенциалы определяются термодинамикой соответствующих химических реакций, поэтому при значительном улучшении емкости батареи возможно только изменение химического состава.

Как проверить плотность аккумулятора и поднять ее?

Каждый автомобильный аккумулятор – это, прежде всего, мощный накопитель электрической энергии. Его роль в автомобиле незаменима, поэтому очень важно контролировать процесс работы всех его составляющих и следить за нормальным функционированием каждой детали. Название одной из характеристик, которая обеспечивает эффективную работу АкБ, звучит как плотность. Данный материал поведет повествование о том, что это такое, как проверить плотность аккумулятора и каким образом ее можно увеличить.

Содержание статьи

Какая должна быть плотность?

Плотность является одним из наиболее важных параметров электролита. Ее уровень в процессе эксплуатации авто терпит постоянные изменения. Автоэксперты выделяют обратимое изменение данной характеристики – это разряд батареи и нормальный интервал заряда. Говоря о новом АкБ, то показатель, характеризирующий изменения в плотности электролита (то есть от полного разряда до полного заряда), равняется 0,15-0,16 г/см³.

Существует также такое явление, как необратимое изменение ранее упомянутого параметра, что случается, например, в связи с испарением воды в процессе кипения электролита. Как следствие – увеличение плотности.

В этом деле, как и во многих других, должна быть некая «золотая середина», так как из-за высоких показателей плотности срок службы аккумулятора может снизиться, а низкий уровень этого показателя станет причиной снижения напряжения и затруднительного процесса запуска двигателя.

Что касается идеальной плотности, то она должна равняться 1,30 г/см³. Но этому показателю свойственно трансформироваться в зависимости от климатических особенностей и состояния батареи. Так, если речь идет о холодных макроклиматических районах, то плотность заливаемого электролита может быть в пределах 1,24-1,28 г/см³, а для заряженной батареи – 1,26, 1,29 и/или 1,30 г/см³. Для умеренного климата соответственно заливаемый электролит – 1,20 и 1,24 г/см³, заряженный аккумулятор – 1,22 и 1,26 г/см³. И для жарких сухих районов рекомендуется следующие показатели плотности соответственно: 1,22 и 1,24 г/см³.

Инструкция проверки

Проверить уровень плотности – задача не трудная. Для ее выполнения нужно лишь обзавестись специальным прибором. Некоторые автоэксперты советуют денсиметр, другие – ареометр.

В данном материале будет подана инструкция того, как проверить плотность при помощи ареометра. 

Прежде чем приступить непосредственно к проверке плотности, нужно запомнить, что делать это желательно при температуре +25°С. А также, помимо ареометра, понадобятся мерный стакан и клизма-груша, собственно сам электролит, но обязательно свежий, также дистиллированная вода и, при отдельной необходимости, о чем будет рассказано немного позже, аккумуляторная кислота, паяльник и дрель.

Итак, пошаговая инструкция правильной проверки параметра плотности в АкБ:

1. Отдельно для каждой банки измерить параметры электролита.
2. При помощи клизмы-груши откачать из каждой банки поочередно максимальное количество старого раствор. При этом также нужно замерить его объем.
3. Долить свежий электролит в количестве половины объема от ранее выкачанного.
4. Активно потрясти/покачать аккумулятор, чтобы обеспечить смешивание жидкостей.
5. Проверить анализируемый параметр путем погружения ареометра в электролит благодаря заливному отверстию в корпусе АкБ. При этом электролит перетечет в стеклянную трубку, а поплавок прибора всплывет в корпусе, не прикасаясь к стенкам трубки. После того, как колебания ареометра прекратятся, уровень плотности будет показан не шкале. В случае, если значение не достигло оптимального, ранее перечисленные операции следует производить повторно до тех пор, пока показатели будет нормальные.
6. Остаток долить дистиллированной водой.

Как поднять плотность

Может случиться и так, что плотность будет иметь слишком низкие показатели. В этом случае одним электролитом уж точно не обойдешься, а на помощь придет аккумуляторная кислота. Процесс с этим веществом нужно проводить при помощи той же схемы, которая была приведена ранее, и повторять процедуру до тех пор, пока показатели не нормализируются.

Если же в результате проверки были получены совершенно низкие цифры, я советуют осуществить его полную замену. Инструкция этого процесса:

• Откачать как можно больше раствора с использованием клизмы-груши.
• На банках АкБ герметично закрыть все вентиляционные отверстия пробок.
• Положить батарею на бок и при помощи сверла для каждой банки поочередно сделать отверстия диаметром около 3-3,5 мм. При этом нужно сливать электролит.
• Промыть аккумулятор дистиллированной водой.
• Запаять высверленные отверстия кислостойкой пластмассой. Это, к примеру, могут быть остатки от пробок другой батареи.
• Залить свежий электролит. Рекомендуется использовать для этого самостоятельно приготовленный раствор, плотность которого чуть выше оптимального для той климатической зоны, в которой планируется эксплуатация авто. При этом следует понимать и то, что в связи с химическими процессами, которые протекают в АкБ, срок его службы может быть уже не таким длительным после абсолютной замены электролита. 

И напоследок немного тонких деталей: во-первых, плотности воды и кислоты существенно отличаются, поэтому в процессе разведения водой кислоты или же электролита, нужно именно кислоту добавлять в воду и никак иначе; во-вторых, обращение с аккумулятором должно быть максимально аккуратным, его нельзя ставить вверх дном, так как это может стать причиной коротких замыканий; в-третьих, без острой на то необходимости не рекомендуется производить полную замену электролита, желательно обойтись частичной. Любите свой автомобиль и ухаживайте за ним, не жалея на него времени и сил.

Видео “Как измерить плотность электролита в аккумуляторе”

На записи показан процесс измерения плотности аккумулятора.

Плотность электролита в аккумуляторе: как проверить и повысить

Плотность электролита в аккумуляторе является важнейшим параметром для кислотных АКБ. От плотности электролита напрямую зависит срок службы и общая работоспособность батареи, емкость аккумулятора, способность накапливать и удерживать с заряд, а также работать под нагрузкой.

При этом в процессе эксплуатации  плотность в аккумуляторе может меняться, что указывает на необходимость проверки. Далее мы рассмотрим, какая должна быть плотность электролита в аккумуляторе, как проверить плотность аккумулятора, а также как повысить плотность в аккумуляторе при такой необходимости в рамках обслуживания АКБ.

Какая плотность должна быть в аккумуляторе автомобиля

Итак, прежде чем рассматривать, какая должна быть плотность электролита и как правильно поднять плотность аккумулятора, важно понимать, что под самой такой плотностью следует понимать удельный вес кислоты в растворе, который залит в банки АКБ.

Прежде всего, проверка плотности является важным этапом в рамках обслуживания АКБ. Так вот, в свинцовых батареях плотность измеряется в граммах на см3. Показатель плотности пропорционален концентрации раствора, а также зависит от температуры. Чем сильнее нагрет раствор, тем меньшей будет плотность.

При этом плотность электролита указывает на то, в каком состоянии находится АКБ. Как правило, если аккумулятор теряет способность держать заряд, необходимо проверять уровень и состояние электролита в банках. Такая проверка осуществляется ареометром, при этом температура должна быть около 25 градусов Цельсия. Если температура другая, необходимо внести отдельные поправки (можно использовать таблицу).

Идем далее. В процессе эксплуатации АКБ важно, чтобы показатель плотности электролита соответствовали норме, причем с учетом климатических условий.  Это значит, что плотность электролита зимой и летом отличается. Если климат умеренный (нет большой жары и холода), плотность электролита должна быть 1.25-1.27 г/см3. Если в регионе морозы больше -30, тогда значение повышают на 0,01 г/см3 больше, если же стоит сильная жара выше +30, тогда показатель уменьшают на 0,01 г/см3.

Если же морозы сильные (температура опускается до -50 °С), чтобы электролит в АКБ не замерз, в таком случае нужно повышать плотность электролита в аккумуляторе зимой до 1.29 г/см3.

Для наглядности, таблица плотности электролита в аккумуляторе позволяет понять, какой должна быть плотность аккумулятора зимой или летом, в условиях сильной жары или холода, в умеренном климате и т.д. При этом важно учитывать, что чем меньшей будет плотность, тем большим оказывается общий срок службы аккумулятора автомобиля. Это значит, что без необходимости повышать плотность не рекомендуется.

Еще нужно учитывать, что АКБ, установленная на машину, заряжена не на 100%, а на 85-90% от номинальной ёмкости. Это значит, что плотность электролита при замерах зачастую оказывается ниже по сравнению с полностью заряженной АКБ. По указанным выше причинам нужно выбрать значение, которое немного выше (на 0.01), чем приведено в таблице плотности. Такой подход  будет означать, что аккумулятор не замерзнет зимой.

Однако если речь идет о лете, слишком высокая плотность может привести к закипанию электролита в АКБ. Важно соблюдать баланс, так как повышение плотности сокращает срок службы батареи, тогда как понижение приводит к снижению напряжения, аккумулятор хуже крутит стартер, быстрее разряжается и т.д.

Еще добавим, что если зимой температура не падает ниже -30 и летом не повышается выше + 30, тогда изменять стандартное значение плотности аккумулятора не следует. Главное, следить, чтобы это значение постоянно сохранялось.

Плотность электролита в аккумуляторе зимой и летом

Итак, номинальная плотность электролита в аккумуляторе зимой составляет 1,27. Если температуры ниже -35, тогда плотность повышается до 1.28 г/см3. При этом дальнейшее увеличение плотности  также не рекомендуется.

Если же плотность снижена, например, до 1.09, тогда электролит замерзнет уже при -7 градусах по Цельсию. Однако, если зимой обнаружено, что плотность понизилась, вместо того, чтобы сразу ее поднимать, нужно сначала хорошо зарядить АКБ от зарядного устройства.

На деле, зимой часто во время коротких поездок аккумулятор не успевает зарядиться, плохо накапливает заряд и т.д. В результате снижается заряд АКБ, а также падает и плотность. При этом плотность  путем доливки кислоты изменять самостоятельно не рекомендуется.

Допускается изменение разве что путем использования дистиллированной воды для коррекции уровня (норма 1.5 см над пластинами в АКБ легковых авто или 3 см. в грузовых авто). При этом если АКБ новая или полностью работоспособная, изменение плотности электролита при  полном разряде и полном заряде должно быть на отметке 0.15-0.16 г/см3.

Еще важно учесть, что нельзя использовать разряженный аккумулятор при минусовой температуре, так как электролит замерзает и разрушаются свинцовые пластины.  На практике, если аккумулятор разряжен на половину зимой и больше чем на четверть летом, АКБ нужно подзарядить.

Что касается плотности аккумулятора летом, обычно банки пересыхают и плотность повышается. С учетом того, высокая плотность плохо влияет на пластины, лучше держать показатель на 0.02 г/см3 ниже оптимального значения в регионах с жарким климатом.

На деле, летом вода из банок АКБ активно испаряется, так как наружная температура воздуха и нагрев под капотом (где зачастую и стоит батарея) также приводят к сильному повышению температуры аккумулятора. В результате аккумулятор «кипит».

При этом понижение плотности не сказывается на качестве отдачи тока при нагреве АКБ. Например, даже при 1,22 г/см3 батарея будет хорошо крутить стартер. Получается, если на улице жарко, уровень электролита понижается и повышается плотность. В свою очередь, высокая плотность «убивает» батарею.

Чтобы этого не произошло, нужно проверять уровень электролита и доливать воду в аккумулятор, понижая плотность и поддерживая нужный уровень раствора в банках, чтобы предотвратить перезаряд и осыпание пластин. При этом следует помнить, что постоянные доливки воды в аккумулятор приводят к тому, что плотность падает.  При низкой плотности дальше пользоваться батареей нельзя, так как требуется повысить плотность электролита в аккумуляторе.

Как проверить плотность в аккумуляторе

Разобравшись с тем, на что влияет плотность в АКБ и какой она должна быть, перейдем к тому, как проверяется плотность в аккумуляторе. Такую проверку нужно выполнять каждые 20-25 тыс. км. пробега, а также  перед наступлением лета и зимы.

Для замера нужен прибор, который называется ареометр (денсиметр). Фактически, это стеклянная трубка с ареометром внутри. На одном конце есть наконечник из резины, а на другом груша.

Для проверки следует поочередно выкручивать крышки банок обслуживаемого аккумулятора, затем погрузить резиновый наконечник в раствор, грушей втянуть электролит. Далее ареометр со шкалой покажет, какова плотность раствора. Чем меньше плотность, тем ниже заряд батареи.

Кстати, еще добавим, что необслуживаемые АКБ проверить данным способом не удается, так как нет прямого доступа к банкам. При этом на таких АКБ есть особый цветовой индикатор  заряда (индикатор плотности) необслуживаемого аккумулятора.

Фактически, если индикатор зеленый, тогда это указывает, что АКБ заряжена на 65 или 100%. Если же плотность низкая и батарею нужно заряжать, тогда индикатор будет черным. Более того, если цвет, например, красный,  тогда это указывает на выкипание воды и необходимость долива. Кстати, на самой АКБ должна быть наклейка, указывающая, о чем говорит цвет индикатора в том или ином случае.

Теперь вернемся к проверке. Проверка плотности электролита должна производиться на полностью заряженном аккумуляторе. При этом заряжать АКБ можно только тогда, когда уровень в банках в норме.  Другими словами, порядок следующий:

• сначала корректируется уровень электролита, затем АКБ заряжается полностью,
• после окончания зарядки и отключения ЗУ также следует дать батарее «устояться» около 2-3 часов.
• после выполняется проверка плотности электролита в аккумуляторе.

Если долить воду или зарядить АКБ и сразу мерить плотность, данные будут не точными. Также важно измерять плотность при оптимальной температуре воздуха. Если имеют место отклонения, тогда  нужно сверяться с приведенной выше таблицей и вносить поправки.

Когда делается забор электролита, ареометр должен быть в покое и плавать, при этом не касаться стенок. Замеры из каждой банки АКБ следует записать. Важно, чтобы плотность электролита была приблизительно одинаковой во всех банках.

Если замечено, что плотность сильно понизилась в одной банке или нескольких, но не во всех, тогда это указывает на дефекты. Как правило, речь идет о коротком замыкании пластин аккумулятора. Если же плотность упала во всех банках, это указывает на то, что АКБ в глубоком разряде, пластины осыпались или старая батарея отработала свой ресурс.

Для точного определения причины нужно проверить напряжение аккумулятора мультиметром и с нагрузочной вилкой. В случае, когда плотность высокая, это также говорит о проблемах. Как правило, плотность повышается, когда электролит закипает.

Так или иначе, нужна корректировка с использованием корректирующего раствора или дистиллированной воды, после чего выполняется зарядка АКБ номинальным током (около 30 мин), а также затем батарея выдерживается нескольких часов в состоянии покоя. Это нужно, чтобы выровнять плотность в банках. Давайте рассмотрим,  как повысить плотность электролита в аккумуляторе, более подробно.

Как поднять плотность аккумулятора

Прежде всего, важно знать, как правильно поднимать плотность в аккумуляторе. Прежде всего, при работе с электролитом нужно быть предельно осторожным, так как в составе раствора есть серная кислота.

Кислота может вызывать ожоги кожи, слизистых и дыхательных путей. Работать с электролитом нужно в хорошо проветриваемом помещении, надевать перчатки, маску и т.д. Еще нужно учитывать все нюансы и знать, как поднять плотность в аккумуляторе.

Обратите внимание, необходимость это делать возникает в том случае, когда уровень электролита в банках несколько раз корректировался водой  или замеры плотности указывают, что плотность слишком низкая для зимы.

Также повышать плотность нужно после длительных перезарядок аккумулятора. Как правило, поднимать плотность нужно, если интервал заряда и разряда заметно сократился. Для понятия плотности АКБ можно использовать концентрированный электролит (корректирующий раствор электролита) или просто добавить кислоты.

В любом случае, нужно иметь ареометр, мерный стакан, емкость для разведения электролита, корректирующий  раствор электролита или кислоту, дистиллированную воду.

• В общих чертах, из банки аккумулятора грушей откачивается немного электролита, затем в таком же количестве добавляется корректирующий электролит для поднятия плотности или дистиллированная вода для понижения,
• Затем АКБ на 30 минут ставится на зарядку от ЗУ, заряжать нужно номинальным током, чтобы жидкость смешалась,
• Далее батарея отключается от ЗУ, выдерживается пауза около 2-3 часов, чтобы за это время плотность во всех банках выровнялась, вышли пузырьки газов, снизалась температура,
• Теперь можно снова проверить плотность электролита, при необходимости, повторить процедуру, уменьшая или увеличивая количество,
• При замерах разница плотности во всех банках не должна быть больше 0,01 г/см3. Если такой плотности не удается добиться, тогда нужно снова делать так называемую выравнивающую зарядку, причем током, который в 2-3 раза меньше номинального тока заряда.

Чтобы было удобнее, рекомендуется заранее изучить, какой объем в см3 в каждой банке конкретного АКБ. Сам электролит имеет состав в следующих пропорциях: 40% серной кислоты на 60% дистиллированной воды. Кстати, пропорции и плотность можно рассчитывать и по формуле, однако на практике проще воспользоваться таким методом:

• из банки откачивается жидкость и сливается в мерный стакан, что позволяет определить объем,
• затем сливается половина от полученного количества, а другая заполняется электролитом (стакан нужно покачать для перемешивания).

Если значения плотности все равно низкие, тогда можно долить еще ¼  электролита от выкачанного из банки объема. Такой долив можно производить неоднократно, уменьшая количество в два раза.

При этом, если плотность в аккумуляторе слишком низкая (ниже 1.18), в этом случае недостаточно обычной доливки электролита. В подобной ситуации нужно добавлять кислоту (1.8 г/см3).

Сама процедура аналогична добавке электролита. Единственное, добавлять кислоту в раствор нужно шаг за шагом, так как можно сразу залить большое количество и превысить необходимые показатели. Обратите внимание, во время приготовления раствора в обязательном порядке нужно заливать кислоту в воду. Вливать воду в кислоту запрещается!

Советы и рекомендации

Как показывает практика, срок службы  АКБ (средних по цене) составляет 3-4 года, дорогие аналоги могут  прослужить на 1-2 года больше. При этом такие показатели возможны только в том случае, если соблюдаются правила эксплуатации  и обслуживания, а также оборудование исправно.

Прежде всего, важно не допускать перезаряда аккумулятора или, наоборот, глубокого разряда батареи. Как правило,  сильно посадить аккумулятор может сам владелец. Также к разряду приводят неисправности электрооборудования или ошибки при подключении. Так или иначе, потребители «тянут» заряд даже тогда, когда машина не используется, АКБ садится.  Что касается перезаряда, это может происходить в результате поломок реле-регулятора и т.д.

Рекомендуем также прочитать статью о том, как выбрать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора. Из этой статьи вы узнаете о видах ЗУ для аккумулятора, их особенностях, преимуществах и недостатках, а также на чем лучше остановить свой выбор при покупке. В любом случае, если аккумулятор необслуживаемый и/или старый (отработал больше 3-х или 4-х лет), тогда пытаться восстановить его работоспособность путем замены электролита не стоит.  Зачастую, в этом случае в банках уже осыпались пластины (частично или полностью). Результат- батарея не будет работать нормально даже со свежим электролитом.

Зачастую, если электролит в аккумуляторе стал коричневым или бурым, в морозы такая батарея если и будет работать, то плохо. Если же электролит почернел,  это указывает на то, что произошло осыпание  пластин и частицы попали в раствор. На деле, площадь поверхности пластин стала меньше. Получается, даже после обслуживания и зарядки получить  необходимые характеристики АКБ не представляется возможным. В таком случае  батарею лучше сразу поменять.

Что в итоге

Как видно, плотность электролита, уровень и его состояние в аккумуляторе  является важнейшими показателями. По этой причине даже не нормально работающих батареях нужно следить за уровнем электролита в банках АКБ, а также  проверять и корректировать плотность при  отклонении от нормы, с учетом климатических условий в регионе и т.д.

Рекомендуем также прочитать статью о том, как правильно заряжать необслуживаемый аккумулятор автомобиля. Из этой статьи вы узнаете, что нужно учитывать при зарядке АКБ данного типа, а также как заряжать необслуживаемый аккумулятор. Напоследок отметим, что только правильное обслуживание, зарядка и соблюдение правил эксплуатации позволяет максимально повысить эффективность работы и увеличить срок службы аккумулятора автомобиля.

Шесть новых способов повысить удельную энергию батареи — pv magazine International

Ученые из Великобритании разработали модель, объясняющую одну из проблем использования кислородно-окислительно-восстановительной реакции в некоторых материалах катода для литий-ионных батарей. Основываясь на своем улучшенном понимании реакции, они предлагают несколько возможных путей для дальнейших исследований, чтобы избежать нежелательных реакций и разработать обратимые катодные материалы с высокой плотностью энергии.

8 марта 2021 г. Марк Хатчинс

Синкротрон с алмазным источником света в Великобритании, который помог ученым расшифровать кислородно-окислительно-восстановительный механизм, сдерживающий появление новых катодных материалов для литий-ионных батарей.

Изображение: Prosthetic Head / Wikimedia

Катодные материалы с высоким содержанием лития были предметом интереса ученых, работающих в области накопления энергии с начала 2000-х годов. Было показано, что в этих материалах кислородно-окислительно-восстановительная реакция накапливает дополнительный заряд в ионах оксидов, а также в ионах переходных металлов, что потенциально увеличивает накопительную способность материала.

Однако при интеграции в батарею такие катодные материалы претерпевают необратимые структурные изменения при первой зарядке, немедленно снижая их последующее напряжение.И механизмы, стоящие за этими структурными изменениями, озадачили ученых и удержали материалы от дальнейшего развития. Помня об этом, британский институт Фарадея приступил к наблюдению за структурными изменениями этих катодов в действии.

«В постоянно усложняющемся поиске постепенных улучшений плотности энергии литий-ионных аккумуляторов потенциально возможна возможность использования потенциала кислородно-окислительно-восстановительных катодов и более значительных улучшений, которые они предлагают по сравнению с катодами с высоким содержанием никеля, которые используются сегодня в коммерческих целях. значительный », — сказал Питер Брюс, главный научный сотрудник Института Фарадея.«Более глубокое понимание фундаментальных механизмов окислительно-восстановительного потенциала кислорода является важным шагом в разработке стратегий по смягчению текущих ограничений таких материалов, приближая их потенциальное коммерческое использование к реальности».

Окисление кислорода

Используя методы рентгеновской визуализации на объекте Diamond Light Source в Великобритании, группа смогла подтвердить изменения в кислороде, которые приводят к потере напряжения после первой зарядки, а также разработать модель, объясняющую весь процесс.

В катодах с высоким содержанием лития молекулярный кислород может увеличивать накопительную способность материала, накапливая заряд в ионах оксидов, а также в ионах переходных металлов.

Изображение: Faraday Institution

«Вычислительное моделирование продемонстрировало, что выделение молекулярного кислорода объясняет наблюдаемый электрохимический отклик — снижение напряжения при первом разряде — и наблюдаемые структурные изменения, — объясняемые аккомодацией молекулярного кислорода внутри — сказал профессор Сайфул Ислам из Университета Бата и главный исследователь CATMAT.«Эта единая унифицированная модель, связывающая молекулярный кислород и потерю напряжения вместе, позволяет исследователям предлагать практические стратегии для предотвращения нестабильности, вызванной окислительно-восстановительным потенциалом кислорода, предлагая потенциальные пути к более обратимым литий-ионным катодам с высокой плотностью энергии».

Модель описана в статье «Роль O ₂ в O-окислительно-восстановительных катодах для литий-ионных аккумуляторов», опубликованной в журнале « Nature Energy». Исследователи предлагают шесть различных стратегий разработки высокоэнергетических катодных материалов, основанных на этом понимании кислородно-окислительно-восстановительной реакции, и все они будут изучены Институтом Фарадея в последующей работе.

Этот контент защищен авторским правом и не может быть использован повторно. Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: [email protected].

Техасский профессор A&M запускает стартап по производству литиевых аккумуляторов для улучшения электромобилей

COLLEGE STATION, Техас (KBTX) — Профессор Техасского университета A&M Чунхо Ю и его деловой партнер успешно запустили новый стартап, ориентированный на улучшенную технологию литиевых аккумуляторов.

Основным направлением их стартапа Flexodes является разработка аккумуляторов для электромобилей. Они говорят, что их технология сделает автомобили более дешевыми и способными к гораздо большей вместимости.

«То, над чем мы работаем, называется литий-серной батареей, в отличие от литий-ионных батарей, которые сейчас коммерчески доступны», — сказал Ю. «Прелесть этой технологии в том, что мы действительно можем улучшить плотность энергии от двух до пяти раз».

Они надеются, что их аккумуляторы помогут окружающей среде, сделав электромобили более доступными, эффективными и практичными и, следовательно, более привлекательными для потребителей.

«В тех случаях, когда мы можем увеличить плотность энергии в два раза, теоретически мы можем фактически в два раза увеличить расстояние проезда, что действительно важно», — сказал Ю.

Ю говорит, что его компания сохранила размер батареи, но существенно удвоила ее мощность.

«С батареей того же размера цена будет намного ниже», — сказал Юй. «Если вы просто подумаете о том, что Tesla станет намного дешевле, то гораздо больше людей смогут себе это позволить. Это были бы отличные новости.В этом смысле мы, вероятно, сможем сыграть определенную роль в снижении затрат ».

Ю надеется, что батарея его стартапа может появиться на рынке в какой-то момент в следующем году, но он говорит, что это зависит исключительно от инвестиций. Он говорит, что им необходимо сосредоточиться на переходе на следующий уровень от лабораторных исследований к коммерческому рынку.

«Я думаю, что технология аккумуляторов сейчас очень востребована, чтобы сократить выбросы парниковых газов и тому подобное», — сказал Юй. «Я надеюсь, что в США будет много отличных стартапов и компаний, производящих аккумуляторы.С., потому что сейчас здесь немного. Я надеюсь, что это положит начало исследованию аккумуляторов в США, чтобы у нас были действительно хорошие компании, и что мы являемся одним из них ».

Авторские права 2021 KBTX. Все права защищены.

Новый полимер для увеличения плотности энергии и стабильности литий-ионных батарей

Newswise — UNIVERSITY PARK, Pa. — Исследователи штата Пенсильвания разработали новый метод, который может обеспечить широкое использование анодов на основе кремния, которые позволяют электричеству проникать в устройство, в перезаряжаемых ионно-литиевых батареях.

Исследование, опубликованное сегодня (6 декабря) в журнале Nature Communications, представляет собой важный шаг вперед для многих технологий, использующих эти батареи, включая электромобили и смартфоны.

«Кремний был определен как многообещающий анодный материал для следующего поколения литий-ионных батарей», — сказал Дунхай Ван, профессор механической и химической инженерии. «Но исследования показали, что во время езды на велосипеде материал становится очень нестабильным».

Когда батарея завершает свой цикл питания, кремний в аноде батареи значительно расширяется и сжимается, что ограничивает ее потенциал для коммерческого использования.

Эти повторяющиеся изменения объема во время процесса зарядки и разрядки, известные как литиация и делитирование, в конечном итоге приводят к структурным повреждениям внутри элемента. Со временем последствия этой деградации могут способствовать нестабильности, например взрывам, и сокращению срока службы батареи.

Тем не менее, исследователи приняли новую стратегию, которая позволяет силикону сохранять эластичность, которая обеспечивает превосходную передачу энергии, сохраняя при этом непревзойденную целостность электрода батареи.

«Мы обнаружили, что если вы окружите анод на основе кремния подушкой из чрезвычайно эластичного гелевого полимерного электролита (GPE), это позволит кремнию оставаться стабильным, поэтому частицы не будут перемещаться внутри электрода», — сказал Ван. сказал.

По словам Ванга, этот уникальный метод сочетает в себе лучшее из обоих миров. GPE состоит из мягкого эфирного домена, который реагирует на его эластичность, и жесткого циклического домена, который предотвращает чрезмерное набухание полимера.

«Это новый подход, при котором два компонента работают синергетически вместе, чтобы заставить GPE надлежащим образом набухать и сжиматься, сохраняя при этом структуру кремниевого анода стабильной», — сказал он.

Обойдя проблемы, которые в настоящее время создают кремниевые аноды, по оценкам исследователей, эта работа может увеличить запас энергии в литий-ионных батареях на 20%.

«Это эффективная технология, позволяющая использовать чистый кремний в анодах», — сказал Ван. «Традиционно используется только 5% кремния, поэтому усиливающий эффект материала ограничен. Но при использовании этого метода замена его чистым кремнием значительно увеличит емкость и плотность энергии элемента.”

Как исследователь Центра технологий аккумуляторов и накопителей энергии (BEST) в Пенсильвании, эта работа представляет собой последний вклад Вана в эту область.

«Эта работа, безусловно, является одним из подходов к созданию лучших аккумуляторов для электромобилей или небольшой электроники», — сказал он. «Благодаря объединению кремния и GPE это путь к созданию следующего поколения литий-ионных батарей».

Дополнительные участники проекта включают аспирантов и докторантов в области машиностроения, в том числе Цинцюань Хуан, Цзянсюань Сун, Дайвэй Ван и Шуай Лю, аспирант химии Юэ Гао, а также отраслевых партнеров Ashland Specialty Ingredients, Шуфу Пэн, Кортни Ашер и Алан Голяшевский.

Новый класс катодов без кобальта может повысить удельную энергию литий-ионных аккумуляторов нового поколения

Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Ридж разработали новое семейство катодов, способных заменить дорогостоящие катоды на основе кобальта, которые обычно используются сегодня литий-ионные батареи для электромобилей и бытовой электроники.

Новый класс под названием NFA, который обозначает катод на основе никеля, железа и алюминия, является производным никелата лития и может использоваться для изготовления положительного электрода литий-ионной батареи.Эти новые катоды спроектированы так, чтобы обеспечивать быструю зарядку, высокую энергоемкость, экономичность и долговечность.

С ростом производства портативной электроники и электромобилей во всем мире литий-ионные батареи пользуются большим спросом. По словам Илиаса Белхаруака, ученого ORNL, возглавляющего исследования и разработки NFA, к 2030 году ожидается, что на дорогах появится более 100 миллионов электромобилей. Кобальт — это металл, который в настоящее время необходим для катода, который составляет значительную часть литий-ионных аккумуляторов. стоимость батареи.

Кобальт редко встречается и в основном добывается за границей, что затрудняет приобретение и производство катодов. В результате поиск альтернативного кобальту материала, который можно было бы производить с минимальными затратами, стал приоритетной задачей исследований литий-ионных аккумуляторов.

Ученые ORNL протестировали характеристики катодов класса NFA и определили, что они являются многообещающими заменителями катодов на основе кобальта, как описано в Advanced Materials и Journal of Power Sources . Исследователи использовали нейтронную дифракцию, мёссбауэровскую спектроскопию и другие передовые методы определения характеристик для исследования атомной и микроструктуры, а также электрохимических свойств NFA.

«Наши исследования поведения NFA при зарядке и разрядке показали, что эти катоды подвергаются таким же электрохимическим реакциям, что и катоды на основе кобальта, и обеспечивают достаточно высокую удельную емкость для удовлетворения требований к плотности энергии батареи», — сказал Белхаруак.

Хотя исследования класса NFA находятся на начальной стадии, Белхаруак сказал, что предварительные результаты его команды на сегодняшний день показывают, что кобальт может не понадобиться для литий-ионных аккумуляторов следующего поколения.

«Мы разрабатываем катод, который имеет такие же или лучшие электрохимические характеристики, чем катоды на основе кобальта, при этом мы используем более дешевое сырье», — сказал он.

Белхаруак добавил, что не только NFA работает так же хорошо, как катоды на основе кобальта, но и процесс производства катодов NFA может быть интегрирован в существующие глобальные процессы производства катодов.

«Никелат лития давно рассматривается как предпочтительный материал для изготовления катодов, но он страдает внутренней структурной и электрохимической нестабильностью», — сказал он.«В наших исследованиях мы заменили часть никеля на железо и алюминий, чтобы повысить стабильность катода. Железо и алюминий — экономичные, экологичные и экологически чистые материалы ».

Будущие исследования и разработки класса NFA будут включать тестирование материалов в элементах большого формата для проверки результатов лабораторных исследований и дальнейшего изучения пригодности этих катодов для использования в электромобилях.

Дополнительными исследователями журнальных статей являются Нитин Муралидхаран, Рашид Эссели, Рафаэль Херманн, Рухул Амин, Чарл Джафта, Джунже Чжан, Цзюэ Лю, Чжицзя Ду, Гарри Мейер, Итан Селф, Джагджит Нанда и Яоцай Бай.

Работа спонсировалась Управлением по энергоэффективности и технологиям производства автомобилей с использованием возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США.

ORNL управляется UT-Battelle для Управления науки Министерства энергетики США, крупнейшего спонсора фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах. Управление науки Министерства энергетики США работает над решением некоторых из самых насущных проблем современности. Для получения дополнительной информации посетите https://energy.gov/science.

Аккумуляторы большой мощности и технологии микробатарей — Pikul Research Group

В настоящее время растет потребность в улучшении энергетических характеристик батарей, что позволит ускорить зарядку и повысить производительность электронных устройств.Однако внутренняя кинетика большинства батарей препятствует быстрой транспортировке электронов и ионов, что ограничивает плотность мощности. Мы разработали иерархическую архитектуру батарей и передовые производственные технологии, чтобы резко увеличить удельную мощность первичных и вторичных микробатареек за счет управления переносом ионов и электронов в масштабе нм — мм. Мы стремимся глубже понять пределы переноса электронов и ионов, разработать архитектуры высокой мощности для аккумуляторов обычных размеров и значительно улучшить энергию и удельную мощность микробатареек.

Микробатареи большой мощности:

В этом проекте мы разработали и изготовили иерархические микробатареи с беспрецедентной плотностью мощности. Трехмерная двухсторонняя архитектура встречно-штыревой микробатареи улучшила энергетические характеристики за счет одновременного уменьшения расстояний переноса ионов и электронов через анод, катод и электролит. Плотность мощности микробатареи составляла до 7,4 мВт / см ^-2 мм ^-1 , что равно или превышает удельную мощность лучших суперконденсаторов, в 100 раз больше, чем у обычных батарей, и в 2000 раз выше, чем у других микробатареек.Методы электрохимического осаждения улучшили плотность энергии микробатареи при сохранении высокой плотности мощности, позволяя интегрировать большие объемные доли электрохимически активного материала в архитектуры высокой мощности.

Рис. 1: (a) Схема моделируемых микробатареек с встречно-штыревыми электродами, которые состоят из электрохимически активного слоя (красный и желтый), нанесенного на электропроводящую пористую двухстороннюю никелевую основу (синий). (б) Электронно-микроскопическое изображение поперечного сечения встречно-штыревых микробатареек.(c) Диаграмма, изображающая важную физику переноса в элементарных ячейках электродов литий-ионной микробатареи. (d) Схема одномерной модели, используемой для моделирования физики переноса в микробатареи. Рисунок 2: График Рагона, показывающий характеристики наших ячеек микробатареи и традиционных технологий питания. Энергия и плотность мощности наших ячеек микробатареи (от A до H) от низкого до высокого уровня C, наряду с предыдущими элементами микробатареи, имеющими 3D-электроды (от MB1 до MB3). График также включает диапазон производительности традиционных технологий питания и коммерческих аккумуляторов от A123 (высокая мощность) и Sony (высокая мощность).

Первичные микробатареи большой мощности:

В этом проекте мы разработали технологии для интеграции больших объемных фракций материалов с высокой емкостью в первичную микробатарею. Первичные микробатареи имели плотность энергии, аналогичную коммерчески доступным первичным батареям на основе лития / оксида марганца, с ~ 50-кратной более высокой пиковой плотностью мощности.

Рисунок 6: (a) Конструкция микробатареи, состоящая из анода и катода высокой емкости, интегрированных в встречно-штыревую трехмерную мезоструктурированную двухпрерывную архитектуру, которая обеспечивает высокую мощность и высокую плотность энергии.Мезопористый катод представляет собой оксид марганца на основе реакции конверсии (красный), нанесенный на электропроводящий двухпрерывный никелевый токосъемник (синий). Анод — электроосажденный литий. (б) Изображения встречно-штыревых электродов, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа. На вставке показаны поперечные сечения анода и катода. (c) Процесс изготовления микробатареи. Сферы из полистирола сначала самостоятельно собираются на покрытой золотом стеклянной подложке с последующим электроосаждением никеля через полистирол.Затем полистирол протравливается, и на пористый никелевый токосъемник конформно наносится оксид марганца. Затем литий плотно электроосажден на другой никелевый токоприемник с использованием электролита на основе цезиевой соли. Рисунок 7: График Рагона, сравнивающий мощность и плотность энергии двух первичных микробатареек (красный и синий) с другими технологиями. Катодный полуэлемент (без литиевого анода) показан черным, вместе с недавно опубликованными вторичными микробатареями, нанесенными на график с максимальной плотностью энергии (от MB1 до MB3).График также включает в себя диапазон производительности коммерчески доступных технологий хранения энергии и литиево-оксидных первичных батарей от SAFT и DURACELL. Ячейка SAFT нанесена на график при максимальной плотности энергии 42 мкВт · ч · см-2 · мкм-1 и максимальной рекомендованной мощности 34 мкВт · см-2 · мкм-1. Максимальная энергия и мощность нанесены вместе, несмотря на то, что достижимая энергия при максимальной мощности составляет менее 42 мкВт · ч · см-2 · мкм-1, поскольку плотность энергии при максимальной мощности не указывается.Первичные микробатареи имеют плотность энергии, сравнимую с коммерчески доступными первичными батареями, и в 50 раз более высокую плотность мощности, сравнимую с суперконденсаторами.

Голографическая литография для встроенной микробатареи:

В этом проекте мы продемонстрировали высокопроизводительную микробатарею, подходящую для крупномасштабной интеграции на кристалле как с микроэлектромеханическими, так и с дополнительными устройствами металл-оксид-полупроводник (CMOS). Благодаря технологии трехмерного голографического рисунка батарея имела четко определенные, периодически мезоструктурированные пористые электроды.Такая архитектура батарей предлагает как высокую энергию, так и высокую мощность, а технология трехмерного голографического рисунка предлагает исключительный контроль структурных параметров электрода, позволяя настраивать энергию и мощность для конкретных приложений.

Рис. 8: Схематические иллюстрации и изображения трехмерных микробатареек, полученные путем комбинирования трехмерной голографической и традиционной фотолитографии. (а) Трехмерный процесс изготовления микробатареи. (b) Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) поперечного сечения резиста AZ9260 с фотошаблоном, встроенного в трехмерную голографическую решетку.(c) SEM-поперечное сечение одной цифры никелевого каркаса с встречно-штыревыми отверстиями. (Вставки) Оптическая микрофотография сверху вниз (справа) и увеличенный вид (слева) встречно-штыревого никелевого токосъемника (площадь: 4 мм2). (d) СЭМ-изображение поперечного сечения встречно-штыревых электродов, которые чередуются между катодом LMO (левая вставка) и анодом Ni-Sn (правая вставка).

Публикации:

[11] Сюцзюнь Юэ, Джессика Гржиб, Акааш Падманабха и Джеймс Х. Пикул . «Конструкция герметичной упаковки минимального объема для микроэнергетических систем с высокой плотностью энергии» Energies vol.13, вып. 10. С. 2492, 2020.

.

[10] Майкл Синодис, Джеймс Пикул, , Сью Энн Бидструп Аллен и Марк Г. Аллен. «Вертикально интегрированные высоковольтные Zn-воздушные батареи с помощью многослойного электроосаждения», Journal of Power Sources, vol. 449 с. 227566, 2020.

[9] Джонсон, Р. Кольмейер, М. Н. Атес, К. Киггинс, А. Блейк, Дж. Б. Кук, Дж. Х. Пикул, «Моделирование характеристик и проектирование микробатарей с высокой плотностью энергии», 19-я Международная конференция по микро- и нанотехнологиям в производстве электроэнергии и приложения для преобразования энергии (PowerMEMS), Краков, 2019 [ Награда за лучшую бумагу ]

[8] Джеймс Х.Пикул, Джеффри В. Лонг, «Архитектурные материалы для передовых электрохимических систем», MRS Bulletin , vol. 44, нет. 10. С. 789-795, 2019.

.

[7] Джеймс Х. Пикул , Хайлун Нин, «Обеспечение Интернета вещей», Джоуль , т. 2. С. 1036–1038, 20 июня 2018 г.

[6] Джеймс Х. Пикул, Пол В. Браун и Уильям П. Кинг. «Моделирование характеристик и дизайн сверхмощных микробатареек». Журнал Электрохимического общества, вып. 164.11, с.E3122-E3131,2017.

[5] Джеймс Х. Пикул, Джиньюн Лю, Пол В. Браун, Уильям П. Кинг, «Интеграция материалов высокой емкости в встречно-штыревые мезоструктурированные электроды для первичных микробатареек с высокой энергией и высокой плотностью мощности». Журнал источников энергии , т. 315, стр. 308-315, 2016.

[4] Хайлун Нин, Джеймс Х. Пикуль, Рунью Чжан, Сюэцзяо Ли, Шэн Сюй, Цзюньцзе Ван, Джон А. Роджерс, Уильям Пол Кинг и Пол В. Браун, «Создание голографического рисунка на высокопроизводительном трехмерном литиевом кристалле» -ионовые микробатареи », Труды Национальной академии наук, , т.112, нет. 21. С. 6573-6578, 2015.

.

[3] Цзиньюнь Лю, Хуэйган Чжан, Цзюньцзе Ван, Цзюнг Чо, Джеймс Пикул, Эрик Скотт Эпштейн, Синджиу Хуанг, Цзиньхуай Лю, Пол В. Браун, «Гидротермальное изготовление трехмерных анодов вторичной батареи», Advanced Materials , т. 26, вып. 41, стр. 7096-7101, 2014.

[2] Джеймс Х. Пикул, Хуэйган Чжан, Джиунг Чо, Пол В. Браун и Уильям П. Кинг, «Литий-ионные микробатареи высокой мощности на основе встречно-штыревых трехмерных бинепрерывных нанопористых электродов», Nature Communications , vol.4, с. 1732, 2013

[1] Пол В. Браун, Джиунг Чо, Джеймс Х. Пикул, Уильям П. Кинг и Хуэйган Чжан, «Аккумуляторы большой мощности», Current Opinion in Solid State & Materials Science , vol. 16. С. 186 — 198, 2012.

Выводит литий-ионные батареи на новый уровень

Хотя первая литий-ионная (Li-ion) батарея была разработана более 50 лет назад, технология продолжает совершенствоваться и улучшаться сегодня. Ученые и инженеры постоянно модифицируют и тестируют электролиты, аноды и катоды, стремясь сделать литий-ионные батареи более энергоэффективными, экономичными и безопасными.

Компания NanoGraf Technologies, расположенная в Чикаго, штат Иллинойс, — одна из компаний, работающих над улучшением этой технологии. Компания продемонстрировала новый анодный материал на основе кремния с высокой плотностью энергии, который в долгосрочной перспективе может заменить аноды на основе графита в литий-ионных батареях. По некоторым оценкам, состав NanoGraf может увеличить удельную энергию существующих литий-ионных аккумуляторов на 20-40%, а также увеличить срок их службы.

Чип Брейтенкамп, вице-президент по развитию бизнеса NanoGraf, был гостем на подкасте The POWER Podcast и рассказал о прогрессе, достигнутом компанией.Он сказал, что NanoGraf работает в сотрудничестве с исследователями из Северо-Западного университета и Аргоннской национальной лаборатории над разработкой, оптимизацией и патентованием своей запатентованной технологии.

Согласно NanoGraf, современные аноды на основе графита обладают мощностью около 372 миллиампер-часов на грамм (мАч / г). Архитектура кремниевого сплава и графенового материала NanoGraf может быть настроена для достижения емкости от 1000 мАч / г до более 2500 мАч / г, обеспечивая более высокую плотность энергии на уровне ячеек и лучшие в своем классе возможности по скорости для приложений с высоким разрядом.

«NanoGraf работает над [преодолением] проблем, связанных с кремнием, уже около восьми лет, — сказал Брайтенкамп. «Эти проблемы заключаются в следующем: поскольку литий превращается в частицы кремния во время циклов зарядки и разрядки аккумулятора, он набухает, трескается и как бы разваливается. И то, над чем работают соучредители NanoGraf [Кэри Хейнер и Джош Лау], — это способ использования графена и других покрытий, позволяющих этим частицам набухать и сжиматься, но удерживать их вместе.Графен играет огромную роль в этом ».

Брайтенкамп сказал, что некоторые конкуренты полагаются на системы осаждения из паровой фазы в своих производственных процессах, но NanoGraf использует процесс влажной химии, который хорошо масштабируется, дешевле и менее сложен. Компания уже опробовала этот процесс на пилотной производственной линии в Японии, где производится 10-тонная продукция. Брайтенкамп сказал, что в ближайшем будущем компания планирует увеличить объемы производства.

«Мы можем достичь паритета затрат с графитом только в масштабе 500 тонн, и это то, к чему мы приближаемся очень скоро.Как только мы дойдем до тысячи тонн, мы фактически станем дешевле графита в пересчете на киловатт-час », — сказал Брайтенкамп.

Чтобы узнать больше о технологии литий-ионных аккумуляторов NanoGraf, послушайте полное интервью на The POWER Podcast . Перейдите по ссылкам ниже, чтобы подписаться на вашей любимой платформе, или нажмите на плеер SoundCloud, чтобы послушать:

Чтобы узнать больше о мощных подкастах, посетите архивы The POWER Podcast .

– Аарон Ларсон — исполнительный редактор POWER (@AaronL_Power, @POWERmagazine).

Samsung представляет революционную технологию твердотельных аккумуляторов для компании «Nature Energy» — Samsung Global Newsroom

9 марта в Лондоне исследователи из Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) и Samsung R&D Institute Japan (SRJ) представили одной из компаний Nature Energy исследование высокопроизводительных и долговечных твердотельных батарей. ведущие научные журналы мира.

По сравнению с широко используемыми литий-ионными батареями, в которых используются жидкие электролиты, полностью твердотельные батареи поддерживают большую плотность энергии, что открывает возможности для большей емкости, и используют твердые электролиты, которые явно более безопасны.Однако металлические литий-металлические аноды, которые часто используются в полностью твердотельных батареях, склонны вызывать рост дендритов ¹ , которые могут вызывать нежелательные побочные эффекты, снижающие срок службы батареи и ее безопасность.

Чтобы преодолеть эти эффекты, исследователи Samsung предложили впервые использовать композитный слой серебро-углерод (Ag-C) в качестве анода. Команда обнаружила, что включение слоя Ag-C в прототип пакетного элемента позволило батарее поддерживать большую емкость, более длительный срок службы и повысить ее общую безопасность.Сверхтонкий нанокомпозитный слой Ag-C толщиной всего 5 мкм (микрометров) позволил команде уменьшить толщину анода и повысить плотность энергии до 900 Втч / л. Это также позволило им сделать свой прототип примерно на 50 процентов меньше по объему, чем обычная литий-ионная батарея.

Ожидается, что это многообещающее исследование поможет стимулировать распространение электромобилей (EV). Прототип ячейки сумки, которую разработала команда, позволит электромобилю преодолевать расстояние до 800 км без подзарядки и имеет срок службы более 1000 зарядов.

(Слева направо) Юичи Айхара, главный инженер SRJ, Йонг-Гун Ли, главный научный сотрудник и Донмин Им, мастер SAIT

Как объяснил Донмин Им, мастер лаборатории батарей нового поколения SAIT и руководитель проекта: «Результатом этого исследования может стать начальная технология для более безопасных и высокопроизводительных батарей будущего. В будущем мы продолжим разрабатывать и совершенствовать материалы и производственные технологии для твердотельных аккумуляторов, чтобы вывести инновации в области аккумуляторов электромобилей на новый уровень.”

¹ Дендриты — это игольчатые кристаллы, которые могут образовываться на аноде батареи во время зарядки.

.