Какая плотность аккумулятора должна быть: какая должна быть, как проверить, как поднять?

Какая должна быть плотность электролита в аккумуляторе автомобиля?

Оптимальные показатели в зависимости от времени года

Плотность является важным параметром всех аккумуляторных батарей, значение которого рекомендуется удерживать на оптимальном уровне. Такое положение объясняется двумя основными причинами. Во-первых, значение параметра зависит от периода времени, в течение которого батарея будет стабильно функционировать. Во-вторых, уровень плотности определяет качество ёмкости АКБ, которое может постепенно падать из-за неоптимальной величины параметра.

Плотность электролита в аккумуляторе равна 1,27–1,31 г/см3. Однако такие значения соответствуют норме в регионах с умеренным климатическим режимом. Если эксплуатировать автомобиль в районах, в которых температурный режим может достигать -50, то плотность электролита в АКБ там от 1,29 до 1,31 г/см3. Норма устанавливается в зависимости от климатических особенностей района и времени года.

Также у водителей может появиться вопрос, какая плотность электролита в аккумуляторе должна быть в разное время года. Проанализируем этот показатель летом и зимой.

Летом

Нормальная плотность электролита в аккумуляторе изменяется в интервале от 1,25 до 1,27 г/см3 в жаркий сезон. Но летом АКБ может работать нестабильно, так как существует вероятность возникновения проблем, связанных с потерей значительного количества жидкости. Специалисты советуют удерживать значение параметра на 0,02–0,03 г/см3 ниже оптимального. Нельзя не отметить, что данная рекомендация преимущественно относится к южным регионам нашей страны.

Приводим таблицу плотности электролита в аккумуляторе в летнее время.

Зимой

Какая должна быть плотность аккумулятора в зимний сезон? Она не должна опускаться ниже 1,27 г/см3. Исключением являются южные регионы, в которых значение показателя может составлять 1,25 г/см3.

Если рассматривать районы Крайнего Севера, то плотность аккумулятора должна находиться в промежутке от 1,31 г/см3 до 1,35 г/см3. Такое положение объясняется несколькими причинами. Во-первых, если значение показателя будет слишком маленьким, то электролит внутри АКБ при крепком морозе может превратиться в ледышку, так как доля жидкости в нём в несколько раз превышает норму. Во-вторых, основные части и механизмы автотранспортного средства замерзают при минусовых температурах. Чтобы этого не произошло, необходимо усилить электродвижущую силу, с помощью которой можно осуществить запуск двигателя внутреннего сгорания. Даже современные машины не смогут это реализовать без дополнительной энергии. Следовательно, если уменьшить значение показателя, то произойдёт замерзание АКБ.

Таким образом, отвечая на вопрос о том, сколько должно быть электролита в аккумуляторе, приведём следующую таблицу плотности.

Но нужно помнить, что представленные цифры относятся лишь к АКБ с полным зарядом. Если он находится на недостаточном уровне, то значения показателя будут больше на несколько единиц.

Почему происходит изменение плотности электролита?

Даже многие водители со стажем не знают, почему падает плотность электролита в аккумуляторе. Это происходит в результате уменьшения заряда АКБ. Подобные перемены характерны для зимы, когда при потере значительной величины энергии значение рассматриваемого показателя становится критическим. Единственным решением этой проблемы является регулярный контроль состояния аккумулятора.

Специалисты рекомендуют время от времени отслеживать взаимосвязь между уровнем заряда и водным соотношением в составе электролита. К примеру, рассмотрим возможное развитие событий при сокращении аккумулятора на 25 % и 50 %:

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

Таким образом, необходимо своевременно осуществлять зарядку аккумулятора, чтобы избежать падения показателя. Однако перед этим рекомендуется обратить внимание на уровень жидкости, который мог уменьшиться в процессе функционирования автомобиля. Если это произошло, требуется долить очищенную воду без содержания каких-либо добавок.

Как можно откорректировать плотность электролита в банках батареи?

Часто возникают ситуации, в которых наблюдается разная плотность электролита в банках аккумулятора. Эту проблему нужно решать незамедлительно. Как тогда выровнять плотность электролита в банках аккумулятора? Рекомендуется два варианта действий:

1. Применить электролит, обладающий высокой концентрацией серы.
2. Долить кислоты вспомогательного характера.

Корректировка плотности электролита в аккумуляторе осуществляется с использованием следующих предметов:

• специальная ёмкость с делениями;
• резервуар для образования новой субстанции;
• кислота, электролит;
• очищенная жидкость.

Инструкция по изменению значения показателя включает в себя следующие действия:

1. Взять небольшое количество электролита с банки аккумуляторной батареи.
2. Добавить корректирующий раствор в количестве, которое соответствует взятому на первом действии – если необходимо увеличить плотность электролита. Для противоположного результата регулирующий раствор замените на дистиллированную жидкость.
3. Аккумулятор следует подзарядить специальным устройством, так как номинальный ток позволит поступившей воде перемешаться.
4. Отключив АКБ от батареи, целесообразно выждать в районе 2 часов. Это позволит плотности во всех банках встать на один уровень, что сделает вероятность возникновения погрешностей при контрольном измерении минимальной.
5. Заново измерить значение электролита. Если оно прежнее – повторить предыдущие действия сначала.

Не всегда можно изменить показатель. И тогда единственное решение – купить новый аккумулятор. Если электролит приобретает чёрный оттенок при осуществлении зарядки, то это свидетельствует о невозможности восстановления работы АКБ.

Чем грозит повышенная или пониженная плотность электролита?

Если рассматриваемый показатель выше допустимого значения, то значит, норма превышена, что отрицательно сказывается на функционировании авто. Это в большинстве случаев приводит к возникновению различных неисправностей АКБ. Следовательно, слишком высокая плотность электролита в аккумуляторе опасна для состояния автомобиля.

Если значение показателя занижено, машина может просто не завестись. В первую очередь это касается зимнего сезона, так как батарея замёрзнет при минусовых температурах.

Таким образом, необходимо осуществлять регулярную проверку плотности электролита. Это поможет избежать возникновения непредвиденных обстоятельств. Однако сделать подобное проблематично, так как плотность изменяется при разных уровнях заряда аккумулятора. Например, при её уменьшении происходит поглощение дистиллированной жидкости батареей, что приводит к увеличению концентрации показателя. В обратных ситуациях возникает процесс сульфатации, ведущий к снижению уровня плотности. Главный исход – выход из строя АКБ.

Инструкция по эксплуатации автомобильных аккумуляторных батарей.

Для безопасного и максимально длительного срока службы Вашей аккумуляторной батареи, мы рекомендуем ознакомиться с рядом простых правил по ее эксплуатации:

1. БЕЗОПАСНОСТЬ.
Первое, на что стоит обратить внимание, это безопасность. Категорически запрещается использование батареи вблизи открытых источников огня и замыкать между собой полюсные клеммы аккумулятора. Старайтесь не наклонять батарею больше чем на 45 градусов, во избежание вытекания ее содержимого (электролита). При попадании электролита на открытые участки кожи следует незамедлительно промыть их обильным количеством воды, после чего обезвредить пораженный участок 5% раствором соды и аммиака, при необходимости показать пораженный участок врачу.

2. СНЯТИЕ И УСТАНОВКА АКБ.
Перед снятием или установкой батареи убедитесь, что все потребители электроэнергии выключены. При отключении аккумуляторной батареи, первой отключается отрицательная клемма (-), после чего положительная (+). Подключение аккумулятора производится в обратном порядке, сначала подключается положительная, затем отрицательная клеммы. После установки АКБ (аккумуляторной батареи) необходимо удостовериться, что батарея надежно закреплена на площадке, а высоковольтные провода четко зафиксированы на клеммах.

3. ЭКСПЛУАТАЦИЯ АКБ.
Немаловажными в процессе использования аккумуляторной батареи являются условия, в которых она содержится. Рекомендуется раз в три месяца протирать батарею, особенно ее верхнюю часть, на которой могут быть следы электролита, влажной тряпкой, во избежание возникновения нежелательной электрической связи. Обязательно выкиньте тряпку сразу после протирки. Плюсовые и минусовые клеммы аккумулятора должны быть закрыты специальными коробами или смазаны густой нейтральной смазкой во избежание их окисления и последующей коррозии. Чтобы не разрядить аккумулятор, пуск двигателя автомобиля в условиях минусовых температур рекомендуется производить короткими (до 10 секунд) включениями стартера, с интервалом не менее полминуты. Допускается использование аккумуляторных батарей, если напряжение разомкнутой цепи батареи (без нагрузки) составляет не менее 12,6 Вольт, напряжение под нагрузкой должно быть не ниже 11 Вольт. Напряжение измеряется датчиками автомобиля или нагрузочной вилкой. Плотность электролита во всех аккумуляторах (ячейках АКБ) должна быть не ниже 1,26г/см3. В случае, если произошел глубокий разряд батареи, необходимо как можно скорее произвести ее заряд. В условиях низких температур снижение плотности электролита может привести к замерзанию АКБ, что влечет за собой разрушение пластин и корпуса. Заряд АКБ может производиться двумя способами — при постоянном токе или при постоянном напряжении. При постоянном токе равном 1/10 емкости 12 Вольтовой батареи, АКБ заряжают до тех пор, пока напряжение не достигнет 14,4 Вольт, далее сила зарядного тока снижается вдвое и заряд продолжается до постоянства напряжения и плотности электролита в ячейках в течение двух часов. При этом в конце заряда наблюдается бурное выделение газа, приводящее к кипению электролита. Заряд при постоянстве напряжения производится в течение суток зарядными устройствами, обеспечивающими зарядное напряжение не менее 16 Вольт. Не допускается перезаряд аккумуляторной батареи. Перезаряд АКБ снижает срок службы и приводит к неисправности.

4.СРОК СЛУЖБЫ АКБ

Гарантийные сроки эксплуатации АКБ установлены ГОСТом не менее 18 месяцев. Однако, практически все виды производственных дефектов, если таковые имеются, выявляются в течение первых 6 месяцев регулярной эксплуатации. Величина срока реальной службы АКБ зависит от условий эксплуатации, качества электрооборудования, режима работы автомобиля, условий контроля и ее своевременного обслуживания. Снижает срок жизни АКБ работа в режиме «такси», глубокий разряд или перезаряд АКБ. Максимальный срок надежной безотказной работы АКБ достигается регулярным контролем ее состояния и работы электрооборудования.

5. УТИЛИЗАЦИЯ АКБ.
По истечении своего срока службы, аккумуляторная батарея подлежит утилизации. Стоит помнить, что аккумуляторная батарея относится к 1 классу опасности и ее содержимое, по сути, является ядом. На сегодняшний день, в рамках Правительственной программы по сбору и утилизации отработавших свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, на территории Москвы и Московской области, работает ряд лицензированных компаний, которые занимаются приемом АКБ как у юридических, так и у физических лиц. Участие в этой программе, поможет сохранить природу! Стоит отметить, что компании не берут денег за утилизацию аккумулятора, а в некоторых случаях даже выкупают их.

Как проверить плотность электролита в аккумуляторе авто?

У кислотных аккумуляторов есть весомое преимущество по сравнению с более современными батареями, что обусловлено возможностью реанимировать их. Благодаря возможности обслуживать такие АКБ, можно восстановить плотность электролита и вернуть батарее ее свойства. Поэтому, обслуживая аккумулятор, плотность электролита в обязательном порядке требуется замерять, потому что от этого параметра зависит корректная работа АКБ. Не стоит избегать решения этой задачи, так как рано или поздно данная проблема даст о себе знать.

Рекомендуется обратиться в автосервис, если руки не доходят до самостоятельного обслуживания батареи. Его особенность заключается в том, что измерить плотность электролита аккумуляторе можно самостоятельно, имея под рукой ареометр и зная, каким параметрам она должна соответствовать. Параллельно с этим замером выявляется уровень электролита, затем данные сравниваются с выходным напряжением батареи. Это дает общую картину о состоянии АКБ, что необходимо для правильного выполнения восстановительных работ.

Для тех кто не знает, как измерить плотность аккумулятора, сразу оговоримся, что это необходимо делать в каждой банке со свинцовыми пластинами, так как они не зависят друг от друга. Поэтому плотность и уровень электролита, а также выходное напряжение у них будет отличаться. Рассмотрим детально, как измерить плотность электролита с учетом всех технических нюансов, которые необходимо знать.

Когда должна выполняться проверка плотности автомобильного аккумулятора

Кроме того, что плотность электролита автомобильного аккумулятора проверяется при каждом плановом обслуживании машины, существует ряд признаков, указывающих на снижение этого параметра.

• Самый распространенный заключается в уменьшении периодичности заряд/разряд. Это значит, что АКБ стал хуже держать заряд, а так происходит в результате снижения уровня электролита или его свойств. Это повод проверить плотность автомобильного аккумулятора, не дожидаясь планового техосмотра.

• Также следует выполнить эту работу, если в последнее время батарея систематически перезаряжалась. Это способствует выкипанию электролита и снижению его уровня. В зимнее время эту задачу приходится выполнять чаще, так как плотность АКБ при отрицательной температуре быстрее снижается.

Как проверить плотность автомобильного аккумулятора

Если вы знаете, как проверить плотность АКБ и уже сделали это, значит вы понимаете, что нужно быть готовым к необходимости восстановления этого параметра, если он не будет соответствовать требованиям. Поэтому необходимо подготовить следующее:

• ареометр;

• мерный стакан;

• грушу-клизму;

• емкость, чтобы развести новый электролит;

• кислоту или корректирующий электролит.

Посредством ареометра сначала нужно проверить плотность автомобильного аккумулятора. Это выполняется с помощью груши, изготовленной из мягкой резины, в которую вставлена трубка из стекла с ареометром внутри. Для выполнения замера необходимо набрать немного жидкости из банки, сжав грушу. Затем нужно следить, чтобы ареометр не касался стенок трубки. Вся полученная информация записывается, потому что данная задача выполняется в каждой банке, но перед этим необходимо полностью зарядить батарею. Дальнейшие действия зависят от того, повышена плотность или понижена. В последнем случае необходимо сделать следующее:

• отобрать немного жидкости из банки, и в таком же объеме залить корректирующий электролит;

• поставить АКБ на 30 минут заряжаться;

• снять с зарядки и дать батарее остыть в течение 2 часов;

• повторно замерить плотность.

Если вы знаете, как проверить плотность аккумулятора автомобиля, значит понимаете зачем это делать. С добавлением коррекционного электролита повышается плотность жидкости. Чтобы замеры ареометром были точны, необходимо смешать жидкости, что происходит во время зарядки батареи. Остывать ей нужно потому, что максимальная точность замера ареометром возможна только при холодной батарее.

Если проверка плотности электролита автомобильного аккумулятора покажет увеличение данного показателя, необходимо выполнить все также, как в вышеуказанной последовательности, но вместо коррекционного электролита добавить дистиллированную воду. За счет этого плотность снизится. Если после первого раза электролит не достигнет нужного состояния, необходимо повторить процедуру еще раз. И так до тех пор, пока не нормализуется электролит, плотность при этом должна соответствовать нужному значению.

Что значит, если плотность аккумулятора автомобиля не соответствует заводским значениям

Если замеры покажут, что плотность электролита АКБ не соответствует параметрам в банках, значит батарея уже выработала свой ресурс и пластины подвергались сульфатации. Придется заменить АКБ, потому что восстановлению он не подлежит.

Сульфатация – это необратимый процесс, который настигает каждую батарею, отработавшую свой ресурс, заявленный производителем. Если плотность электролита аккумулятора напротив, выше нормы, это тоже плохо для батареи. Скорее всего он закипел, и повышение его плотности необходимо скорректировать способом, описанным выше. Рекомендуется в будущем не допускать повторного закипания, потому что это может окончательно вывести устройство из эксплуатации.

Если проверка плотности электролита в аккумуляторе показывает, что она низкая в одной из банок, значит между электродами произошло замыкание. В такой ситуации тоже требуется замена батареи, так как содержимое банок не подлежит восстановлению.

Какой должна быть плотность аккумулятора авто

Тот кто знает, как проверить плотность электролита в АКБ, должен понимать, как зависит это значение от параметров аккумулятора. На него влияет и такие технические характеристики, как емкость батареи и сила выходного тока. Поэтому не следует ориентироваться общепринятыми стандартами, лучше изучить этикетку изделия, чтобы выяснить, какая необходима плотность. Также стоит оговориться, что проверка плотности электролита в АКБ должна определяться с учетом температуры окружающей среды. Для определения погрешности, зависящей от температуры, необходимо пользоваться специальной таблицей. Найти данную информацию можно в техническом паспорте автомобиля или руководстве производителя, прилагаемом к аккумуляторной батарее. Зная, как проверить плотность электролита в аккумуляторе, не стоит торопиться делать этого без оценки цвета жидкости.

То, какой она имеет оттенок, поможет предварительно определить состояние батареи. Коричневый цвет предупреждает о скором выходе из строя аккумулятора, а если это происходит еще и в канун зимы, первые морозы он может и не пережить. Если оттенок темный, значит активная масса осыпалась с электродов в раствор, что затрудняет протекание электрохимических реакций. В этом случае замена батареи неизбежна, так как восстановить плотность электролита в автомобильном аккумуляторе не получится. Учитывая то, что активная масса осыпается после длительного срока эксплуатации, это вполне оправдывает затраты на покупку нового устройства.

Как говорилось выше, проверка плотности АКБ выполняется во всех банках, и в каждой из них это значение должно быть одинаковым. Допускается погрешность, но не более 1 г/см3. Критический показатель плотности аккумулятора – менее 1:18 г/см3. Но и в такой ситуации возможна реанимация, если цвет не обрел коричневый или темный оттенок. Только в данной ситуации те, кто знает, какая плотность электролита должна быть в аккумуляторе, используют не коррекционный электролит, а серную кислоту 1:18 г/см3. Чтобы работать с данным веществом, необходим опыт, так как можно добавить его слишком много, сделав плотность больше, чем требуется. В результате неумелое обращение с веществом потребует много времени на решение данной задачи. Даже тем, кто может проверить плотность аккумулятора автомобиля, понимая как ее вернуть, нелегко добиться одинаковой плотности в каждой из банок, используя кислоту. Поэтому рекомендуется обращаться в автосервисы Oiler, чтобы выполнить обслуживание аккумуляторной батареи.

Чем поможет автосервис?

В условиях любого СТО нашей компании имеются все необходимые устройства и опытные специалисты, которые сумеют проверить плотность электролита и скорректировать ее в день обращения. Особенность наших услуг заключается в том, что мы решаем технические задачи в день обращения. Кроме того, услуги предлагаются по фиксированной цене, что позволяет предварительно рассчитать бюджет на обслуживание и ремонт своего автомобиля.

Мы рассмотрели, как проверить электролит в АКБ, и что делать, если его плотность отклонилась от нормы. Детально узнать о состоянии аккумуляторной батареи вы сможете, посетив автосервис Oiler в Киеве, предварительно записавшись на прием на нашем сайте.

Кое-что об аккумуляторах

       Удачи Вам на дорогах и пусть дураки не встречаются Вам на пути!

Эксплуатация аккумулятора в российских условиях. Проблемы с аккумулятором. Почему аккумулятор быстро садится.

Летом автомобиль может “простить” недостаточный уровень и низкую плотность электролита в аккумуляторе, но стоит ударить настоящим морозам, как оказывается, что батарея уже физически не способна отдать стартеру ток, достаточный для развития необходимой для зимнего пуска мощности, и обеспечить свечи зажигания “убедительной” энергией, что непременно приведет к необходимости в последующей зарядке автомобильного аккумулятора.

НЕМНОГО ХИМИИ

Работа аккумулятора основана на принципе, открытом еще в средние века: между двумя разными металлами, помещенными в кислый раствор, возникает электрическое напряжение. Если выводы металлов с помощью проводника соединить с потребителем, то по проводнику потечет электрический ток, внутри же аккумулятора начинается химическая реакция с выделением небольшого количества тепла.

Одним металлом в автомобильных аккумуляторах является губчатый свинец, он составляет активную массу отрицательных пластин, другим – перекись свинца, которой заполнены “соты” решеток положительных пластин, а электролитом – водный раствор серной кислоты. Рецептура и технология изготовления активной массы все время совершенствуется в направлении повышения прочности, долговечности и емкости и является ноу-хау производителей. Даже формула электролита и способ его получения могут быть фирменным секретом.

При разряде аккумулятора происходит химическое превращение активной массы отрицательных и положительных пластин в одно и то же вещество – сернокислый свинец (другое название – сульфат свинца). Серная кислота при этом разлагается с выделением воды, плотность электролита уменьшается, а уровень его понижается. Изменение плотности электролита является одним из основных показателей степени разрядки батареи.

При заряде батареи процесс идет в другую сторону: из сернокислого свинца на отрицательных пластинах “возрождается” губчатый свинец, а активная масса положительных пластин вновь превращается в перекись свинца. Опять образуется серная кислота, связывая какую-то толику воды в электролите, отчего плотность его вновь увеличивается, а уровень повышается.

Таким образом, “жизнь” в аккумуляторе не замирает ни на мгновение. При запуске двигателя, на малых оборотах и при слишком большом числе включенных потребителей идет разряд, набрал мотор достаточные обороты, чтобы генератор мог обеспечить всех “желающих” – пошла зарядка, а во время бездействия включается процесс саморазряда, который при определенных условиях способен полностью истощить батарею.

Проблемы с аккумулятором

Почему аккумулятор быстро садится

ЧТО ПРИВОДИТ АККУМУЛЯТОР К ПРЕЖДЕВРЕМЕННОЙ “КОНЧИНЕ”

Автолюбители часто задаются вопросом: «Как часто надо менять аккумулятор?». Если мы разберемся в основных проблемах, которые приводят нас к необходимости замены аккумулятора, возможно, все станет намного проще.

1. Сульфатация пластин.

Мелкие кристаллики сульфата свинца, во время зарядки нормально разряженного аккумулятора без проблем вновь преобразуются в металлы, составляющие активную массу пластин. Однако если оставить батарею в разряженном состоянии, сульфат свинца начинает растворяться в электролите до его полного насыщения, а затем выпадает назад на поверхность пластин, но уже в виде крупных и практически нерастворимых кристаллов. Они откладываются на поверхности пластин и в порах активной массы, образуя сплошной слой, который изолирует пластины от электролита, препятствуя его проникновению вглубь. В результате большие объемы активной массы оказываются “выключенными”, а общая емкость батареи значительно уменьшается.

Механизм сульфатации, при контакте поверхности пластин с воздухом из-за слишком низкого уровня электролита в банке, несколько иной, но результат тот же – нерастворимые сульфаты выводят из “игры” активную массу верхней части пластин, что также отвечает на вопрос, почему быстро садится аккумулятор.

В свое время сульфатация была одной из главных проблем с аккумулятором, но усилиями конструкторов ее влияние на ресурс батарей сейчас значительно снизилось, однако это не значит, что можно “злодейку” совсем сбросить со счета. Сульфатации способствует повышенная плотность электролита, высокая и низкая температура окружающей среды, длительное хранение АКБ без подзарядки. Если предусмотреть все эти факторы, вполне возможно, что аккумулятор часто менять не придется.

2. Саморазряд.

Снижение емкости батареи при длительном хранении называется саморазрядом. Процесс этот естественный и обусловлен местными (паразитными) токами между окислами свинца и металлическими примесями в решетках пластин или примесями, попавшими в аккумулятор с электролитом либо с водой при доливке. Например, еще недавно снижение емкости обслуживаемых и малообслуживаемых батарей на 10% после бездействия в течение 14 суток, а необслуживаемых – в течение 90 суток по российским стандартам не являлось браковочным признаком. Если емкость теряется быстрее – саморазряд ускоренный и для аккумулятора чрезвычайно вредный, поскольку способствует образованию крупных кристаллов сульфата свинца.

Саморазряд увеличивается из-за замыкания выводных штырей аккумулятора грязью и электролитом, разлитым по поверхности крышки батареи. Кроме того, на скорость саморазряда сильно влияет температура окружающего воздуха: при низких температурах саморазряд значительно замедляется.

Любопытно, что причиной возникновения паразитных токов может стать неодинаковая плотность электролита в разных слоях, например, после доливания воды в аккумулятор, находящийся в покое. Если делать это неправильно, не нужно удивляться, что ваш аккумулятор быстро садится.

Купить термокейс

3. Уплотнение активной массы пластин.

Этой “болезнью” страдают отрицательные пластины, активная масса которых во время эксплуатации постепенно уплотняется, а ее пористость уменьшается. Доступ электролита внутрь отрицательных пластин затрудняется, что снижает емкость батареи. К тому же уплотнение активной массы может сопровождаться образованием трещин и отслаиванием от решеток пластин.

Способствует уплотнению активной массы контакт с кислородом воздуха, когда по какой-то причине (например, из-за испарения) уровень электролита стал ниже нормы.

4. Коробление пластин.

Пластины коробятся при увеличении силы зарядного тока, при коротком замыкании, понижении уровня электролита, частом и продолжительном включении стартера, когда батарея нагружается разрядным током большой силы. Чаще короблению подвержены положительные пластины, при этом в их активной массе образуются трещины, и она начинает выпадать из решеток.

5. Оползание и выпадение активной массы из решеток пластин.

На сегодня эта “болезнь” главным образом определяет долговечность аккумуляторов. Кроме рассмотренных выше причин, оползание и выпадание активной массы происходит при длительном перезаряде, когда полностью заряженная батарея остается под зарядным напряжением и через нее проходит ток, при повышении плотности и температуры электролита, при замерзании воды в электролите, при нарушении в креплении аккумулятора, когда он начинает испытывать удары и вибрации, вследствие коррозии решеток пластин (особенно положительных) из-за загрязнения электролита.

В старых аккумуляторах выпадение большого количества активного вещества из решеток на дно банки приводило к короткому замыканию разноименных пластин. На современных аккумуляторах, где пластины помещены в конверты-сепараторы, короткое замыкание практически исключено, но от значительного снижения емкости по причине высыпания активной массы не застрахованы и они.

УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Таким образом, на продолжительность жизни аккумулятора влияют высокая, нормальная или низкая плотность электролита в аккумуляторе, его температура, сила токов и продолжительность разряда и заряда, уровень вибраций и тряски, продолжительность перерывов в эксплуатации и, конечно же, своевременность и качество технического обслуживания.

Плотность электролита выбирают в зависимости от условий, в которых будет эксплуатироваться автомобиль. Надо учитывать, что зимой при пониженной начальной плотности электролита и большой разряженности аккумулятора возможно замерзание электролита. Например, при начальной плотности 1,30 г/см3 в полностью разряженной батарее электролит может замерзнуть при -14 °С, если же начальная плотность электролита 1,24 г/см3, то разряженная батарея замерзнет уже при -5 °С.

В то же время повышенная плотность электролита приводит к увеличению его химической активности, в результате чего, как рассматривалось выше, ускоряется сульфатация и разрушение электродов, а значит, уменьшается срок службы аккумулятора. В условиях умеренного климата Беларуси оптимальной считается плотность от 1,26 до 1,28 г/см3.

Как влияет температура на срок службы аккумулятора, в общем-то, понятно. На большинстве автомобилей аккумуляторы располагают в подкапотном пространстве моторного отделения. Логика конструкторов здесь такова: аккумулятор должен быть поближе к стартеру, чтобы уменьшить длину стартерного провода и падение напряжения в нем. В то же время можно представить, какая температура бывает под капотом жарким летом, да еще при работающем двигателе, да если моторное отделение качественно шумоизолировано. По сути, аккумулятор не мешало бы перенести в какое-то другое место, но так пока делают лишь на некоторых моделях, оснащенных кондиционером и, кстати, делалось на старых “Запорожцах”.

Хорошо, когда техническое обслуживание заключается лишь в проверке уровня и плотности электролита да периодической очистке крышки и клемм от грязи и окислений. Это верный признак, что электрооборудование автомобиля работает исправно и надежно.

Плохо, если аккумулятор работает с постоянной недозарядкой, при этом плотность электролита держится ниже нормы, еще хуже, если аккумулятор требует постоянной доливки электролита, но не по причине естественного испарения жарким летом, а из-за “выкипания”. Явно, что немедленного вмешательства требует регулятор напряжения генераторной установки. Длительная работа с такими дефектами значительно сокращает срок службы батареи.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ

Из вышесказанного ясно, какими правилами следует руководствоваться, чтобы обеспечить аккумулятору долгую жизнь. Осталось сделать небольшие дополнения.

Доливать дистиллированную воду в аккумулятор желательно при работающем двигателе, это обеспечит ее перемешивание с кислотой. В противном случае из-за разности плотностей в слоях электролита происходит саморазряд, а зимой вода может просто замерзнуть. Воду доливают всегда, кроме случаев понижения уровня по причине утечек электролита.

В зимний период, когда многие владельцы делают перерыв в эксплуатации, хранить батарею лучше на автомобиле, проведя предварительно полную зарядку, а не уносить ее в теплое помещение.

При зимних запусках, когда по естественным причинам плотность электролита уменьшается, емкость значительно снижается, а внутреннее сопротивление аккумулятора, наоборот, сильно возрастает, особое внимание следует уделить состоянию контактов в электрических цепях и чистоте клемм аккумулятора. Этим вы уменьшите сопротивление в контактах и облегчите аккумулятору жизнь. В сильные морозы перед запуском желательно “прогреть” электролит, включив на некоторое время дальний свет (на дизелях такой нагрев происходит автоматически, поскольку сначала в работу включаются свечи накаливания), но еще лучше с вечера забрать аккумулятор домой.

Необходимо следить, чтобы заливные отверстия были плотно закрыты пробками, а вентиляционные отверстия в них не забивались грязью, а зимой – льдом от замерзшего конденсата.

Относительно ремонта: малообслуживаемые и необслуживаемые батареи ему не подлежат, кроме повреждений корпуса, крышки и выводных клемм. Трещины на корпусе и крышке батареи можно заделать, предварительно слив электролит, просушив и обезжирив место повреждения, одним из нескольких способов:

• наплавкой с помощью паяльника такого же материала от старой батареи;
• заклеиванием с установкой заплат (если повреждение большое) несколькими слоями эпоксидного клея;
• с помощью густого раствора кусочков пенопласта в скипидаре или ацетоне.

ЗАРЯДКА АВТОМОБИЛЬНОГО АККУМУЛЯТОРА НА ЗАРЯДНОМ УСТРОЙСТВЕ

Зарядка аккумуляторы осуществляется на зарядном устройстве в следующих случаях:

• при вводе в эксплуатацию, когда батарея хранилась более 12 месяцев, номинальное напряжение на клеммах ниже 12,5 В, а плотность электролита меньше рекомендуемой хотя бы на 0,03 г/см3;
• батарея разряжена более чем на 25% зимой и на 50% летом;
• батарея эксплуатировалась, а затем находилась в бездействии более 4-х месяцев;
• с целью снятия неглубокой сульфатации с поверхности пластин.

Степень разреженности аккумулятора определяют по плотности электролита. Для практических расчетов приблизительно принимают, что уменьшение плотности электролита по отношению к начальной на 0,01 г/см3 соответствует разряду аккумулятора на 6%.

Для подзарядки аккумулятор снимают с автомобиля, очищают его корпус и крышку от загрязнений, проверяют уровень электролита. Если верхняя часть пластин оголена, то доливают дистиллированную воду, чтобы только “прикрыть” пластины, а затем устанавливают аккумулятор на зарядное устройство.

Обычно зарядку автомобильного аккумулятора ведут током, не превышающим 0,1 от величины номинальной емкости. Это значит, что для аккумулятора емкостью 60 Ач величина зарядного тока не должна превышать 6 А. Если есть время, то для профилактики от сульфатации и более полной зарядки лучше уменьшить силу тока как минимум в два раза.

С целью сокращения времени зарядки (мы ведь всегда куда-то спешим) допускается увеличить зарядный ток в 1,5 раза, но как только плотность электролита достигнет 1,22-1,24 г/см3, ток необходимо снизить до нормальной величины.

Еще большее увеличение силы зарядного тока чревато: пластины могут покоробиться со всеми вытекающими последствиями. Нельзя допускать, чтобы температура электролита во время заряда поднималась выше 45 °С. Если это происходит, то зарядку следует на время приостановить.

Признаками полной зарядки является интенсивное “кипение” электролита во всех банках батареи и то, что плотность электролита не изменяется в течение двух часов. Уровень электролита во время зарядки повышается, поэтому, скорее всего, добавлять его в банки по окончании процесса не придется.

Даешь разряд?

Потребность нашей страны в стартерных аккумуляторных батареях малой и средней мощности можно оценить примерно в 150-200 тысяч штук в год. Правильно эксплуатируемая АКБ исправно работает в течение 4-5 лет, что составляет 80-100 тысяч километров пробега. Дорогие аккумуляторы известных фирм подделывают наиболее часто. Подделку часто выдает “неаккуратный” корпус, небрежная маркировка и подозрительно небольшой вес. Подлинные сухозаряженные аккумуляторы всегда запечатаны в герметичную вакуумную упаковку. Далее проверьте, соответствует ли выбранная батарея конструктивным особенностям вашей автомашины (место установки, способ крепления, полярность, форма и размер токосъемных выводов). При этом емкость АКБ не должна существенно отличаться от указанной заводом-изготовителем автомобиля.

При покупке аккумулятора  вы вправе потребовать его проверки: напряжение на клеммах должно быть не менее 12,5 вольт. Продавец обязан выдать гарантийный талон сервис-центра официального дилера с индивидуальным номером, а также по просьбе покупателя предъявить сертификат соответствия с фирменной эмблемой компании.

Инструкция по эксплуатации аккумуляторной батареи.

При соблюдении нижеприведённых указаний покупатель в течение многих лет не будет иметь проблем с аккумулятором. Перед установкой батареи на машину ознакомьтесь с настоящей инструкцией и следуйте её рекомендациям.

• Эксплуатация батареи.
  • Батарею следует содержать в чистоте.
  • Один раз в три месяца проверьте надёжность закрепления батареи в штатном гнезде автомобиля.
  • Не допускайте загрязнения поверхности батареи. При необходимости протрите поверхность батареи влажной тряпкой.
  • Полюсные выводы и клеммы должны быть чистыми. Рекомендуется после очистки смазать их техническим вазелином или другой густой нейтральной смазкой.
  • Пуск двигателя производите короткими (5-10 секунд) включениями стартера. В зимнее время выключайте сцепление. Перерывы между попытками пуска должны составлять не менее 1 минуты. Если после 3-4 попыток двигатель не запускается, проверьте исправность системы зажигания и питания топливом.
  • При эксплуатации автомобилей и других транспортных средств уровень зарядного напряжения должен соответствовать требованиям инструкции на транспортное средство и находиться в пределах 13,9 – 14,4 Вольт независимо от режима работы двигателей и включённых потребителей. НЕ ДОПУСКАЕТСЯ эксплуатация батарей как в режиме НЕДОЗАРЯДА, т. е. при напряжении ниже 13,9 Вольт, так и в режиме ПЕРЕЗАРЯДА, т.е. при напряжении выше 14,4 Вольт. Поэтому не реже одного раза в 2 месяца проверяйте уровень зарядного напряжения. В случае, если зарядное напряжение отличается от вышеуказанного, необходимо обратиться в автосервис для приведение его до заданного уровня, либо в срочном порядке организовать самостоятельную зарядку автомобильного аккумулятора.
  • Батарею следует поддерживать в заряженном состоянии. Не реже одного раза в 3 месяца, а также в случае ненадёжного пуска двигателя, необходимо проверять степень заряженности по равновесному напряжению разомкнутой цепи (НРЦ) для аккумуляторов.
  • Измерение равновесного НРЦ необходимо производить не ранее чем через 8 часов после выключения двигателя. У полностью заряженной батареи величина НРЦ составляет 12,7 – 12,9 Вольт при температуре 20 -25 °С.
  • Измерение НРЦ производить с помощью высокоомного вольтметра класса точности не ниже 1,0. После измерения НРЦ батареи следует установить степень её заряженности по табл. 1 с учётом температуры окружающей среды.

*	указанные зависимости справедливы при температуре 20-25 °С
**	плотность во всех ячейках должна быть равномерной и отличаться не более +-0,02-0,03,
***	Напряжение необходимо определять высокоомным омметром. Способ определение степени заряженности по напряжению справедлив только для аккумуляторов, находившихся в стационарном состоянии не менее 8 часов.

• • Батарею, степень заряженности которой ниже 75% зимой и 50% летом, следует снять с машины и зарядить.
  • В случае, если по какой-либо причине произошёл глубокий разряд батареи, её необходимо незамедлительно полностью зарядить, как указано в п. 2.2. настоящей Инструкции. Недопустимо оставлять батарею в состоянии глубокого разряда. Это приводит к существенному снижению её ёмкости, а при отрицательных температурах к замерзанию электролита и разрушению корпуса батареи.
  • НЕДОПУСТИМА длительная (более 1 месяца) эксплуатация батареи в условиях перезаряда, т.е. при зарядном напряжении выше 14,4 В, так как это приводит в разложению всего запаса электролита и, как следствие, может привести к разрушению батареи.

Почему мой аккумулятор “замерз” в мороз?

У стартерных АКБ два состояния: разряженное и заряженное. При разряде концентрация электролита уменьшается, вследствие чего происходит снижение его плотности. Чем глубже происходит разряд, тем более низкой становится плотность электролита в аккумуляторе. Ниже приведена таблица замерзания электролита в зависимости от его плотности.

Поэтому в зимнее время недопустимо эксплуатировать АКБ с плотностью ниже 1,25 г/см3, так как в сильный мороз внутри АКБ образуется лед, что приводит к снижению ресурса аккумулятора. Причинами “замерзания” АКБ могут быть неисправность электрооборудования (генератора, стартера), наличие утечки тока, а также отсутствие контроля за состоянием батареи со стороны владельца. Если же лед образовался в одной из ячеек, то лучше всего незамедлительно обратиться в гарантийный сервис, так как возможно АКБ имеет заводской дефект.

Почему мой аккумулятор “взорвался”?

Аккумуляторные батареи, применяемые на автомобильной технике имеют неприятную особенность: в процессе заряда на его заключительной стадии в батарее начинается электролитическое разложение воды, которая содержится в электролите. При этом выделяются газы: водород и кислород. Водород и большая часть кислорода выходят из электролита на поверхность, создавая видимость его кипения и скапливаются под крышками в каждой ячейке АКБ. Эта смесь газов выходит наружу через вентиляционные отверстия (если они, конечно не забиты грязью и нет других препятствий). Соотношение кислорода и водорода таково, что представляет собой взрывоопасную смесь, которая при наличии искры от неисправной электропроводки или открытого огня сигареты, моментально взрывается. Сила взрыва и его последствия зависят от количества газа, копившегося к данному моменту. Например, при повышенном значении зарядного напряжения от генератора более 14,5 Вольта или при низком уровне электролита в АКБ, увеличивается интенсивность образования газа внутри аккумуляторной батареи и, следовательно, его выделение.

Можно сделать вывод, что нарушение техники безопасности, неисправность электрооборудования автомобиля и отсутствие контроля над аккумуляторной батареей служат причинами взрыва АКБ с разрушением корпуса батареи, создавая еще один пункт в списке проблем с аккумулятором.

Как правильно хранить аккумулятор, если он не эксплуатируется длительное время?

Сухозаряженные батареи можно хранить в любом не отапливаемом помещении с соблюдением следующих условий:

• отсутствие попадания прямых солнечных лучей и яркого света на корпус АКБ
• пробки должны быть плотно завернуты, а герметизирующие выступы или заглушки не должны иметь повреждений, чтобы исключить попадание влаги внутрь АКБ

Перед началом хранения залитых АКБ необходимо убедиться в степени заряженности АКБ, измерив плотность электролита (для обслуживаемых батарей), она должна быть не ниже 1,26 г/см3, или напряжение на полюсных выводах аккумулятора (для необслуживаемых АКБ), которое должно составлять не менее 12,6 Вольт. Если эти показатели ниже, нужно произвести зарядку аккумуляторной батареи. Контролировать эти параметры необходимо не реже одного раза в два месяца. При продолжительной стоянке автомобиля с батареей на борту следует отключить ее от “минусового” провода. Контролировать уровень зарядки АКБ необходимо не реже одного раза в три недели. Если соблюдать все рекомендации, аккумулятор быстро садиться не будет, что позволит избежать лишних проблем.

Почему в течение гарантийного срока заряд аккумулятора в гарантийном сервисе платный.

Гарантия на АКБ выдается на случай обнаружения заводского брака, (обрыв цепи, короткое замыкание одной из банок). В сервисном центре после проверки состояния АКБ Вам помогут выявить причину отказа. При выявлении заводских дефектов часто нужно менять аккумулятор  на новый – аналогичной марки с выдачей нового гарантийного талона, если соблюдались условия эксплуатации аккумулятора и вовремя производилось его обслуживание. Разряженная батарея не может быть признана дефектной. Поэтому зарядка АКБ в сервисном центре производится за счет клиента, эксплуатирующего ту батарею.

Почему быстро садится аккумулятор?

Для того чтобы дать ответ на этот вопрос, необходимо периодически посещать гарантийный сервис для профессиональной диагностики электрики Вашего автомобиля, где Вам проверят работоспособность генератора, стартера при запуске двигателя, утечку тока на автомашине, что поможет впоследствии избежать проблем с постоянным разрядом АКБ.

В каких случаях идет отказ в гарантийном обслуживании на аккумулятор?

Гарантия на АКБ не распространяется в следующих случаях:

• Отсутствует гарантийный талон, он не заполнен или заполнен с исправлениями, отсутствует штамп продавца, отметки о проверке АКБ при продаже, подпись продавца и покупателя.
• При механических, химических или термических повреждениях корпуса или клемм, а также течи электролита из корпуса вследствие плохого крепежа АКБ.
• При нарушении правил эксплуатации, технического обслуживания и хранения АКБ, указанных в инструкции по эксплуатации АКБ.
• Разрушении пластин из-за заряда большими зарядными токами, выражающееся в большом количестве шлама и помутнении электролита.
• Несоответствии технических данных автомашины и АКБ.
• Отрицательном балансе энергоснабжения, связанном с использованием нештатных потребителей, несоответствующих мощности генератора.
• Искусственно низкая или высокая плотность электролита, как результат неквалифицированного обслуживания АКБ.
• Отсутствие контроля за уровнем электролита, что приводит к испарению воды, оголению пластин и, как следствие, к оплыванию активной массы.
• При невыполнении инструкции, что приводит к взрыву АКБ, падению плотности электролита и его замерзанию в холодное время года.
• При сульфатации пластин из-за неправильного хранения незаряженных АКБ.

Эти перечисленные случаи являются результатом неправильной эксплуатации и обслуживания аккумулятора или неисправности электрооборудования автомобиля.

Европейская система идентификации аккумуляторов (ETN)

Обозначение ETN было разработано европейским союзом производителей аккумуляторных батарей как вспомогательное средство для идентификации аккумуляторов. Целью разработки было помощь производителям и потребителям для однозначного опознавания аккумуляторной батареи.

Номер ETN – это система из 9 цифр, разделенных на три группы. Каждая группа состоит из 3 цифр.

Например аккумулятор имеет номер EN

555 065 042

Первые три цифры – группа A (555)
Следующие три цифры – группа B (065)
Последние 3 цифры – группа С (042)

Группа A. Напряжение и номинальная емкость

Структура группы А

• Для 6 -вольтовых батарей 3 цифры данной группы представляют номинальную емкость.

001-499 -> Ач…499 Ач

• Для 12-вольтовых батарей номинальную емкость можно получить вычитая из 3-xзначного числа 500 12-вольтовые аккумуляторы вследствие этого имеют на первом месте цифру
  5 (емкость от 5 до 99 Ач)
  6 (емкость от 100 до 199 Ач) или
  7 (емкость больше чем 200 Ач)

501…799 -> 1 Ач…299 Ач

Группа В. Идентификационный номер определяющий габариты, полярность, тип крепления за днище и т. д.

Структура группы В.

Физические характеристики такие как

• габариты корпуса
• полярность (расположение токовыводящих клемм)
• тип крышки
• тип крепления за днище, наличие ручек
• система газоотвода

специфические электрические показатели

другие характеристики

• вибропрочность
• устойчивость к циклам заряда-разряда

Группа С. Ток разряда при -18 °C по стандарту ЕN

Структура группы С:

Значение в этой группе, умноженное на 10 дает величину тока разряда в Амперах. Ток разряда в новой системе EN измеряется по новой методике, отличной от методике стандарта DIN( ГОСТ). Для пересчета разрядного тока ЕN в ДИН необходимо разделить величину тока ЕN на коэффициент 1,7

Таким образом номер 555 065 042 обозначает, что аккумуляторная батарея имеет номинальное напряжение 12 В, емкость 55 Ач (группа А), и ток разряда ЕN 420 А ( группа С), уникальный номер группы B информирует, что аккумулятор имеет “российскую” полярность, тип крепления B3 ( уточняется в каталоге).

Как определить степень заряженности аккумулятора по плотности электролита и напряжению на аккумуляторе.(*)

*	указанные зависимости справедливы при температуре 20-25 °С
**	плотность во всех ячейках должна быть равномерной и отличаться не более +-0,02-0,03,
***	Напряжение необходимо определять высокоомным омметром. Способ определения степени заряженности по напряжению справедлив только для аккумуляторов, находившихся в стационарном состоянии не менее 8 часов.

Какова плотность энергии у литий-ионной батареи?

Что такое плотность энергии батареи?

Плотность энергии — это мера того, сколько энергии содержит батарея по отношению к ее весу. Это измерение обычно выражается в ватт-часах на килограмм (Втч / кг). Ватт-час — это единица измерения электрической энергии, которая эквивалентна потреблению одного ватта за один час.

Плотность мощности — это мера того, насколько быстро может быть доставлена ​​энергия, а не количество доступной накопленной энергии.Плотность энергии часто путают с плотностью мощности, поэтому важно понимать разницу между ними.

Зачем вам аккумулятор с высокой плотностью энергии?

Чтобы лучше понять литий-ионные батареи, вы должны понять, почему высокая плотность энергии является желательной характеристикой батареи.

Аккумулятор с высокой плотностью энергии имеет большее время работы от аккумулятора по сравнению с размером аккумулятора. В качестве альтернативы аккумулятор с высокой плотностью энергии может выдавать такое же количество энергии, но занимает меньшую площадь по сравнению с аккумулятором с более низкой плотностью энергии.Это значительно расширяет возможности аккумуляторных приложений.

В заводских или складских настройках аккумуляторы для вилочных погрузчиков могут весить тысячи фунтов. Легкая аккумуляторная батарея для вилочных погрузчиков дает некоторые преимущества с точки зрения безопасности и управляемости.

Если плотность энергии батареи слишком высока, это может представлять угрозу безопасности. Когда в ячейку упаковано больше активного материала, это увеличивает риск теплового события.

Какой тип аккумуляторной батареи имеет самую высокую плотность энергии?

Существует несколько различных типов аккумуляторных батарей с различной плотностью энергии, отражающей их внутренний химический состав.

• Плотность энергии свинцово-кислотных аккумуляторов составляет 30-50 Втч / кг
• Плотность энергии никель-кадмиевых батарей составляет 45-80 Втч / кг
• Плотность энергии никель-металлогидридных батарей составляет 60-120 Втч / кг
• Плотность энергии литий-ионного аккумулятора составляет 50-260 Втч / кг
  

Типы литий-ионных батарей и их удельная энергия

Литий-ионные батареи часто объединяются в группу батарей, каждая из которых содержит литий, но их химический состав может сильно различаться и, как следствие, разной производительности.

Большинство типов литий-ионных батарей имеют аналогичную конструкцию: катод с алюминиевой подложкой, угольный или графитовый анод с медной подложкой, сепаратор и электролит из литиевой соли в органическом растворителе.

Производители экспериментировали с материалами, используемыми для изготовления катода и анода. Они также изменили состав электролита. Эти различия являются причиной того, что литий-ионные батареи различаются по уровню плотности энергии.

Теперь мы рассмотрим самые популярные химические составы литий-ионных батарей, а также их соответствующие плотности энергии, варианты использования, преимущества и недостатки.

Industry Titans: Литий-титанатные (LTO) батареи

Аккумулятор LTO является одним из старейших типов литий-ионных аккумуляторов и имеет меньшую удельную энергию, чем литий-ионные аккумуляторы, около 50-80 Втч / кг.

В этих батареях титанат лития используется в аноде вместо углерода, что позволяет электронам входить и выходить из анода быстрее, чем в других типах литий-ионных батарей.

Такая конструкция позволяет батареям LTO заряжаться намного быстрее и безопасно выдерживать большие токи, но низкая плотность энергии делает их плохо подходящими для погрузочно-разгрузочного оборудования.

Они, как правило, дороже и обычно используются для электромобилей, автомобильных аудиосистем и мобильных медицинских устройств.

Высокая энергия, высокий риск: литий-кобальтовые батареи (LCO)

обладают высокой плотностью энергии 150-200 Втч / кг. Их катод состоит из оксида кобальта с типичным углеродным анодом со слоистой структурой, которая перемещает ионы лития от анода к катоду и обратно.

Эти типы аккумуляторов популярны из-за их высокой плотности энергии и обычно используются в сотовых телефонах, ноутбуках и, в последнее время, в электромобилях.

Кобальт — очень энергоемкий материал, но он может быть дорогим. Поскольку спрос на электромобили возрастает, этот ресурс быстро истощается. Фактически, вскоре мир может столкнуться с нехваткой кобальта.

Кобальт также очень летуч. Литий-кобальтовые батареи не выдерживают больших токов из-за риска перегрева, что представляет собой значительный риск для безопасности.Аккумуляторы LCO имеют более низкую термическую стабильность, что означает, что они очень чувствительны к более высоким рабочим температурам и перезарядке.

Производительность по цене: литий-никель-марганцево-оксидно-оксидные батареи (NMC)

также обладают высокой плотностью энергии 150–220 Втч / кг. В них используется кобальт в катоде, как и в аккумуляторах LCO, но они также содержат никель и марганец для повышения стабильности.

NMC используются сегодня в большинстве производимых электромобилей, но также используются в медицинских устройствах и электровелосипедах.

Секрет успеха этой батареи заключается в ее хорошо сбалансированном химическом составе; Никель, как известно, энергоемкий, но нестабильный, как и кобальт, в то время как марганец более стабилен, но также имеет меньшую плотность энергии. Конкретное соотношение различных элементов варьируется в зависимости от производителя, но добавление никеля обычно предназначено для уменьшения количества дорогостоящего кобальта.

NMC могут выдерживать большие токи заряда и больший диапазон температур, чем батареи LCO. Однако, поскольку батарея по-прежнему содержит кобальт, стоимость увеличивается из-за дефицита на рынке.

Доступное, безопасное и надежное: литий-железо-фосфатные батареи (LFP)

LFP обладают высокой плотностью энергии 90-160 Втч / кг. Хотя это меньше, чем у некоторых кобальтовых батарей, он по-прежнему остается одним из самых высоких среди всех типов батарей.

LFP используется фосфат железа для катода и графитовый электрод в сочетании с металлической подложкой для анода.

Литий-фосфат железа или LiFePO4 — это природный минерал, недорогой, нетоксичный и обладающий хорошей термической стабильностью и высокой плотностью энергии.

LFP идеально подходят для тяжелого оборудования и промышленных сред, поскольку они способны выдерживать большие нагрузки и широкий диапазон температур. Они появились как новый вариант для вилочных погрузчиков и другого тяжелого электрического оборудования, которое требует высокого уровня надежности и исторически использует свинцово-кислотные батареи.

Все типы литий-ионных аккумуляторов уникальны. Крайне важно понимать, какой химический состав литий-ионных аккумуляторов лучше всего подходит для вашего применения.

Если вы ищете лучшую батарею для погрузочно-разгрузочного оборудования, литий-железо-фосфатная батарея, вероятно, станет лучшим выбором. Все блоки Flux Power LiFT сконструированы исключительно с элементами LFP, поскольку они обеспечивают наилучший баланс между безопасностью и производительностью.

Мощный литий-ионный аккумулятор на основе кобальта — Battery University

ПРИМЕЧАНИЕ : Эта статья заархивирована .Пожалуйста, прочтите наши новые «Типы литий-ионных аккумуляторов» для получения обновленной версии.

Большинство литий-ионных аккумуляторов для портативных устройств изготовлены на основе кобальта. Система состоит из положительного электрода из оксида кобальта (катода) и угольного графита в отрицательном электроде (аноде). Одним из основных преимуществ кобальтовой батареи является высокая удельная энергия. Длительный срок службы делает этот химический состав привлекательным для мобильных телефонов, ноутбуков и фотоаппаратов.

Широко используемый литий-ионный кобальт имеет недостатки; он обеспечивает относительно низкий ток разряда.Высокая нагрузка может привести к перегреву упаковки и нарушению ее безопасности. Схема безопасности кобальтовой батареи обычно ограничивается скоростью заряда и разряда около 1С. Это означает, что аккумулятор 18650 емкостью 2400 мАч можно заряжать и разряжать только с максимальным током 2,4 А. Еще одним недостатком является увеличение внутреннего сопротивления, которое происходит при езде на велосипеде и старении. После 2–3 лет использования аккумулятор часто выходит из строя из-за большого падения напряжения под нагрузкой, вызванного высоким внутренним сопротивлением.Рисунок 1 иллюстрирует кристаллическую структуру оксида кобальта.

Рис. 1. Катодный кристаллический оксид лития-кобальта имеет «слоистую» структуру . Ионы лития показаны связанными с оксидом кобальта. Во время разряда ионы лития перемещаются от катода к аноду. При зарядке поток меняется на противоположный.

В 1996 году ученым удалось использовать оксид лития-марганца в качестве катодного материала.Это вещество образует трехмерную структуру шпинели, которая улучшает поток ионов между электродами. Высокий поток ионов снижает внутреннее сопротивление и увеличивает нагрузочную способность. При езде на велосипеде сопротивление остается низким, однако батарея стареет, а общий срок службы такой же, как у кобальта. Шпинель обладает высокой термической стабильностью и требует меньше схем безопасности, чем кобальтовая система. Низкое внутреннее сопротивление ячейки является ключом к высокой производительности. Эта характеристика способствует быстрой зарядке и сильноточной разрядке. Литий-ионный аккумулятор на основе шпинели в элементе 18650 может разряжаться при 20-30 А с минимальным тепловыделением. Допускаются короткие односекундные импульсы нагрузки, в два раза превышающие указанный ток. Невозможно предотвратить некоторое перегревание, и температура ячейки не должна превышать 80 ° C.

Рис. 2. Катодный кристаллический оксид лития-марганца имеет «трехмерную каркасную структуру». Эта структура шпинели, которая обычно состоит из ромбов, соединенных в решетку, появляется после первоначального образования.Эта система обеспечивает высокую проводимость, но более низкую плотность энергии.

Шпинелевый аккумулятор тоже имеет слабые места. Одним из наиболее значительных недостатков является меньшая емкость по сравнению с системой на основе кобальта. Spinel обеспечивает примерно 1200 мАч в корпусе 18650, что примерно вдвое меньше, чем у кобальтового эквивалента. Несмотря на это, шпинель по-прежнему обеспечивает плотность энергии примерно на 50% выше, чем у эквивалента на основе никеля.

Рисунок 3: Формат ячейки 18650. Размеры этой часто используемой ячейки: 18 мм в диаметре и 65 мм в длину.

Типы литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные батареи еще не достигли полной зрелости, и технология постоянно совершенствуется. Анод в современных элементах состоит из смеси графита, а катод — из комбинации лития и других металлов. Следует отметить, что все материалы в батарее имеют теоретическую плотность энергии. Литий-ионный анод хорошо оптимизирован, и в плане конструктивных изменений можно добиться незначительных улучшений.Катод, однако, может быть усовершенствован. Поэтому исследования аккумуляторов сосредоточены на материале катода. Другая часть, имеющая потенциал, — это электролит. Электролит служит реакционной средой между анодом и катодом.

В аккумуляторной промышленности увеличивается емкость на 8-10% в год. Ожидается, что эта тенденция сохранится. Это, однако, далеко от закона Мура, который определяет удвоение количества транзисторов на кристалле каждые 18–24 месяца.Перевод этого увеличения на батарею означал бы удвоение емкости каждые два года. Вместо двух лет литий-ионный удвоил свою энергоемкость за 10 лет.

Сегодняшние ионно-литиевые добавки имеют множество «вкусов», и различия в составе в основном связаны с материалом катода. В таблице 1 ниже приведены наиболее часто используемые литий-ионные аккумуляторы на рынке сегодня. Для простоты мы суммируем химический состав в четыре группы: кобальт, марганец, NCM и фосфат.

Таблица 1: Справочные названия литий-ионных аккумуляторов. При необходимости мы будем использовать краткую форму.

¹ Материал катода

² Материал анода

Литий-ионный аккумулятор на основе кобальта впервые появился в 1991 году и был представлен Sony. Этот химический состав аккумуляторов быстро получил признание из-за его высокой плотности энергии. Возможно, из-за более низкой плотности энергии литий-ионный шпинель на основе шпинели стартовал медленнее. Когда они были представлены в 1996 году, мир требовал более длительного времени работы превыше всего. В связи с тем, что многие портативные устройства нуждаются в высоком токе, шпинель теперь находится на переднем крае и пользуется большим спросом.Требования настолько велики, что производители, производящие эти батареи, не могут удовлетворить спрос. Это одна из причин, почему так мало рекламы делается для продвижения этого продукта. E-One Moli Energy (Канада) — ведущий производитель литий-ионной шпинели цилиндрической формы. Они специализируются на форматах ячеек 18650 и 26700. Другими крупными игроками на литий-ионных шпинелях являются Sanyo, Panasonic и Sony.

Sony делает акцент на никель-кобальтово-марганцевую версию (NCM).Катод включает кобальт, никель и марганец в кристаллическую структуру, которая образует многометаллический оксидный материал, к которому добавлен литий. Производитель предлагает ряд различных продуктов в этом семействе аккумуляторов для пользователей, которым требуется высокая плотность энергии или высокая нагрузочная способность. Следует отметить, что эти два атрибута не могут быть объединены в одном пакете; между ними есть компромисс. Обратите внимание, что NCM заряжается до 4,10 В / элемент, что на 100 мВ ниже, чем для кобальта и шпинели.Зарядка этой аккумуляторной батареи до 4,20 В на элемент обеспечит более высокую емкость, но срок службы будет сокращен. Вместо обычных 800 циклов, выполняемых в лабораторных условиях, количество циклов будет сокращено примерно до 300.

Новейшим дополнением к семейству литий-ионных аккумуляторов является система A123, в которой нанофосфатные материалы добавляются в катод. Он утверждает, что имеет самую высокую удельную мощность в Вт / кг среди имеющихся в продаже литий-ионных аккумуляторов. Элемент может непрерывно разряжаться до 100% глубины разряда при 35 ° C и выдерживать импульсы разряда до 100 ° C.Система на основе фосфата имеет номинальное напряжение около 3,3 В на элемент, а пиковое напряжение заряда составляет 3,60 В. Это меньше, чем у литий-ионной батареи на основе кобальта, и для батареи потребуется специальное зарядное устройство. Valance Technology была первой, кто начал коммерциализацию литий-ионных аккумуляторов на основе фосфатов, и их элементы продаются под маркой Saphionâ.

На рисунке 4 мы сравниваем плотность энергии (Втч / кг) трех литий-ионных химических соединений и сравниваем их с традиционными свинцово-кислотными, никель-кадмиевыми, никель-металлогидридными.Можно увидеть постепенное улучшение марганца и фосфата по сравнению со старыми технологиями. Кобальт обеспечивает самую высокую плотность энергии, но термически менее стабилен и не может обеспечивать высокие токи нагрузки.

Определение плотности энергии и плотности мощности

Плотность энергии (Втч / кг) — это показатель того, сколько энергии может удерживать аккумулятор.Чем выше плотность энергии, тем дольше будет время работы. Литий-ионный с кобальтовыми катодами обеспечивает самую высокую плотность энергии. Типичные области применения — сотовые телефоны, ноутбуки и цифровые камеры.
Плотность мощности (Вт / кг) указывает, сколько энергии батарея может выдать по запросу. Основное внимание уделяется скачкам мощности, таким как просверливание тяжелой стали, а не времени работы. Литий-ионные продукты на основе марганца и фосфата, а также химические соединения на основе никеля являются одними из лучших. Батареи с высокой удельной мощностью используются для электроинструментов, медицинских устройств и транспортных систем.

Аналогию между энергией и плотностью мощности можно провести с помощью бутылки с водой. Размер бутылки — это плотность энергии, а отверстие обозначает плотность энергии. Большая бутылка может вместить много воды, в то время как большое отверстие может быстро ее испортить. Лучшая комбинация — большая емкость с широкой горловиной.

Путаница с напряжениями

В течение последних 10 лет номинальное напряжение литий-ионных аккумуляторов составляло 3,60 В / элемент. Это была довольно удобная цифра, потому что она составляла три батареи на основе никеля (1.2 В / элемент), подключенных последовательно. Использование более высоких напряжений в ячейке для литий-ионных аккумуляторов приводит к лучшим показаниям ватт / часов на бумаге и дает маркетинговое преимущество, однако производитель оборудования продолжит предполагать, что в ячейке будет 3,60 В.
Номинальное напряжение литий-ионной батареи рассчитывается, если взять полностью заряженную батарею примерно 4,20 В, полностью разрядить ее примерно до 3,00 В со скоростью 0,5 ° C при измерении среднего напряжения.

Из-за более низкого внутреннего сопротивления среднее напряжение шпинельной системы будет выше, чем у эквивалента на основе кобальта.Чистая шпинель имеет самое низкое внутреннее сопротивление, а номинальное напряжение ячейки составляет 3,80 В. Исключение снова составляет литий-ионный аккумулятор на основе фосфата. Эта система максимально отличается от обычной литий-ионной системы

Продление срока службы батареи за счет модерации

Батареи живут дольше при бережном обращении. Высокое напряжение заряда, чрезмерная скорость заряда и экстремальные условия нагрузки отрицательно сказываются на сроке службы батареи. Долговечность часто является прямым результатом воздействия окружающей среды.Следующие рекомендации предлагают способы продления срока службы батареи.

— Время, в течение которого батарея остается на уровне 4,20 / элемент, должно быть как можно короче. Длительное высокое напряжение способствует коррозии, особенно при повышенных температурах. Шпинель менее чувствительна к высокому напряжению.

-3,92 В / элемент — лучший верхний предел напряжения для литий-ионных аккумуляторов на основе кобальта. Доказано, что зарядка аккумуляторов до этого уровня напряжения увеличивает срок службы вдвое. В литий-ионных системах оборонного назначения используется более низкий порог напряжения.Минус — гораздо меньшая емкость.

-Зарядный ток литий-ионных аккумуляторов должен быть умеренным (0,5 ° C для литий-ионных аккумуляторов на основе кобальта). Более низкий ток заряда сокращает время, в течение которого ячейка находится при 4,20 В. Заряд 0,5С лишь незначительно увеличивает время зарядки по сравнению с 1С, потому что дополнительный заряд будет короче. Сильноточный заряд имеет тенденцию преждевременно подталкивать напряжение к пределу напряжения.

— Не разряжайте литий-ионный аккумулятор слишком глубоко. Вместо этого заряжайте его чаще. Литий-ионный не имеет проблем с памятью, как никель-кадмиевые батареи.Для кондиционирования не требуются глубокие разряды.

-Не заряжайте литий-ионные батареи при температуре замерзания или ниже. Несмотря на прием заряда, произойдет необратимое покрытие металлическим литием, что поставит под угрозу безопасность батареи.

Мало того, что литий-ионный аккумулятор работает дольше с более медленной скоростью заряда; также помогает умеренная скорость разряда. На рис. 5 показан срок службы в зависимости от скорости заряда и разряда. Обратите внимание на улучшенные лабораторные характеристики при скорости заряда и разряда 1С по сравнению с 2 и 3С.

Эксперты по аккумуляторным батареям согласны с тем, что срок службы литий-ионных аккумуляторов сокращается за счет других факторов, кроме скорости заряда и разряда. Несмотря на то, что постепенные улучшения могут быть достигнуты при осторожном использовании, наша среда и необходимые услуги не всегда способствуют оптимальному сроку службы батареи. В этом отношении аккумулятор ведет себя так же, как и мы, люди — мы не всегда можем жить так, чтобы обеспечить максимальный срок службы.

*** Пожалуйста, прочтите комментарии ***

Комментарии предназначены для «комментирования», открытого обсуждения среди посетителей сайта. Battery University следит за комментариями и понимает важность выражения точек зрения и мнений на общем форуме.Однако при общении необходимо использовать соответствующий язык, избегая спама и дискриминации.

Если у вас есть предложение или вы хотите сообщить об ошибке, воспользуйтесь формой «Свяжитесь с нами» или напишите нам по адресу: [email protected]. Нам нравится получать от вас известия, но мы не можем ответить на все запросы. Мы рекомендуем размещать свой вопрос в разделах комментариев, чтобы Battery University Group (BUG) могла поделиться им.

Или перейти к другому архиву

Плотность энергии в батареях и ее значение

Плотность энергии — это количество энергии на единицу объема в определенном пространстве.Однако это включает только то количество энергии, к которому мы действительно можем получить доступ. Мы не можем использовать потенциальную энергию валуна, балансирующего на скале, для зарядки наших телефонов. Таким образом, плотность энергии в батареях — это их доступная мощность при полной зарядке, хотя мы выражаем ее в единицах объема.

Дальнейшее увеличение плотности энергии в батареях

Исследование литий-ионных аккумуляторов высокой мощности: Аргонн: Правительство США

— лучший химический состав с точки зрения плотности и способности к переработке, а также размера и веса.Эта комбинация открыла двери для новых технологий, включая электромобили, персональные устройства и носимые устройства.

Тем не менее, нам нужно продолжать улучшать их плотность энергии, потому что их время между циклами подзарядки все еще не соответствует нашим требованиям. Нам нужны электромобили с пробегом в тысячу миль и смартфоны, которые прослужат неделю. Но мы также хотим более тонкие и компактные батареи, при этом их цена тоже должна снизиться.

Производители аккумуляторов ищут лучшие решения

Производители аккумуляторов знают, что потребители непостоянны.Мы следим за брендами, у которых лучшая плотность энергии в батареях. Литиевые батареи открыли двери для портативной электроники, аккумуляторных электроинструментов и электротранспорта. Однако их плотность энергии или время между подзарядками остается труднодостижимой проблемой.

Ультраконденсаторы литий-ионных батарей: Министерство энергетики США: Правительство США

Возможно, это правда, что мы продвинулись в химии литий-ионных ионов так далеко, как только смогли, с точки зрения плотности. Графитовые аноды долговечны, но их способность поглощать больше ионов по-прежнему представляет собой серьезную проблему.Ученые продолжают поиск более эффективных анодных материалов.

Мы сообщили о многообещающих лабораторных экспериментах в наномасштабе. Однако мы не видим серьезных свидетельств коммерческого желания вывести их на рынок. Другой пример — закрытие бензиновых автомобилей. Инвесторы вложили слишком много капитала, чтобы отказаться от нефти.

Связанные

Улучшенная литий-ионная батарея на водной основе

Литий-ионный оксид марганца Долговечность

Изображение для предварительного просмотра: Защита литий-ионных батарей

Накопитель энергии

• Накопленная энергия — это то, что мы сейчас используем Ископаемое топливо
• Это то, что необходимо для создания альтернативы с низким рабочим циклом источники энергии жизнеспособны, особенно солнечные.Нужно хранить избыточная энергия при облучении коллекторной системы
• Накопление энергии также важно для выравнивания мощности для энергокомпании Генерирующие станции работают эффективнее если они работают на постоянном уровне производительности хотят засунуть неиспользуемые энергию в систему хранения и возвращать ее позже в пиковые периоды требовать.
• Накопитель энергии должен учитывать как количество энергии, которое может быть запасенная (плотность энергии материала) и эффективность, с которой он можно восстановить.Некоторые материалы обладают высокой емкостью хранения энергии, но низкая скорость выздоровления.

Энергетическая плотность некоторых материалов (кВт / кг)

Вторичная батарея — обзор

Введение

«Идеальной» перезаряжаемой батареей, безусловно, является батарея с высокой мощностью и плотностью энергии, высокой скоростью разряда, плоскими кривыми разряда, хорошими низкотемпературными характеристиками , а также долгий срок службы и хранения, а также безопасность.Однако упомянутые предпочтительные характеристики аккумуляторных батарей противоречат друг другу и требуют компромиссов. Целью передовых исследований и разработок батарей должно быть достижение компромисса между требованиями к батареям. Математическое моделирование аккумуляторов играет важную роль в разработке аккумуляторов, поскольку с помощью компьютерного моделирования можно выполнять практически неограниченное количество итераций проектирования.

Существует множество моделей аккумуляторов разной степени сложности.Их можно разделить на аналитические модели, электрические модели и электрохимические модели. Были разработаны аналитические модели, в которых формулируются аналитические выражения для расчета фактической емкости и срока службы батареи. Одной из самых ранних аналитических моделей является уравнение Пейкерта, которое выражает нелинейную зависимость между емкостью батареи и скоростью разряда. Были предложены более сложные аналитические модели, в которых емкость и срок службы выражаются через ток разряда, температуру и дополнительные рабочие параметры.Аналитические модели батарей могут включать как постоянную, так и переменную нагрузку. Все эти модели отражают эффекты скорости и емкости, а некоторые — тепловые эффекты, но ни одна из них не учитывает такие эффекты, как хранение и старение. Эти модели универсальны и могут быть легко сконфигурированы для конкретных батарей. Они эффективны в вычислительном отношении, поскольку требуют только простой оценки аналитических выражений. Электрические модели основаны на построении эквивалентных электрических схем, состоящих из источников напряжения, резисторов и конденсаторов.Заряд, накопленный в батарее, моделируется с помощью конденсатора, тогда как напряжение на конденсаторе используется для представления выходного напряжения батареи. Процесс разряда моделируется путем постоянного применения поправок как к заряду, накопленному в конденсаторе, так и к выходному напряжению. Дальнейшие поправки учитывают срок службы батареи, изменение внутреннего сопротивления во время зарядки и разрядки, а также тепловые характеристики. Для инженеров-электриков электрические модели могут быть более интуитивно понятными, полезными и простыми в использовании.Поскольку в них используются параметры, полученные из типичных электрохимических характеристик, таких как кривые заряда и разряда, они могут быть очень универсальными для моделирования любого типа батарей, но имеют минимальные детали химического состава элементов. Электрохимические модели описывают сохранение массы, энергии, импульса и заряда для каждой фазы и компонента клетки. Также включены кинетика и термодинамика химических и электрохимических реакций. Электрохимические модели обычно определяют потенциал электролита, концентрацию электролита, потенциал твердой фазы и потенциал твердой фазы в пористых электродах, а также потенциал электролита и концентрацию электролита в сепараторе.Эти модели обычно сложны из-за нелинейной связи зависимых переменных в основных уравнениях и непостоянных кинетических и транспортных параметров. Они могут предсказывать не только макроскопические величины, такие как напряжение и ток ячейки, но также и локальное распределение концентрации, потенциала, плотности тока и температуры внутри ячейки в микроскопическом масштабе. Они могут легко компенсировать потерю емкости во время хранения и потерю емкости из-за старения.Они использовались различными исследователями для оптимизации конструкции ячейки и изучения влияния параметров системы и теплового поведения. Электрохимические модели более детализированы, чем другие модели, и, следовательно, являются наиболее точными среди моделей, упомянутых в этой статье. Однако они являются наиболее ресурсоемкими.

В этой статье кратко рассмотрены аналитическая и электрическая модели. Электрохимическая модель подробно рассмотрена, чтобы продемонстрировать ее полезность для прогнозирования влияния конструкции элемента на производительность и тепловое поведение батареи с тематическими исследованиями свинцово-кислотной батареи и литий-ионной полимерной батареи.

Достижение высокой гравиметрической плотности энергии для гибких литий-ионных батарей с помощью электродов с сердечником и двойной оболочкой

Гибкие литий-ионные батареи (FLIB) потенциально предлагают литий-ионные батареи с плотностью энергии, необходимой для производства гибкой электроники. Конструкция FLIB зависит не только от материалов электродов, но и от всего веса аккумуляторного устройства. Однако низкий вклад емкости от гибкой подложки и плохое взаимодействие между гибкой подложкой и материалами активного электрода приводят к низкой емкости, представляющей низкую плотность энергии.Здесь мы сконцентрировались на разработке гибкой подложки (углеродная ткань, CC), улучшении ее проводимости и площади поверхности для обеспечения высокой емкости, а также дальнейшем покрытии пористого NiCo ₂ O ₄ нанопроволок на нем для достижения монолитной анод для FLIB с высокой плотностью энергии. Теоретический анализ и анализ in situ, анализа были использованы для исследования литий-ионных путей и емкости гибкого субстрата соответственно. В связи с этим модель 39.0 см ² универсальный литий-ионный аккумулятор (с общим весом 281 мг) с высокой плотностью энергии (314 Вт · ч кг ⁻¹ ), отличной гибкостью и хорошей емкостью , и он демонстрирует потенциальное применение для будущих гибких устройств хранения энергии.

У вас есть доступ к этой статье

Устранение выхода из строя безанодных элементов для создания аккумуляторов с более высокой плотностью энергии

4 сентября 2020 г. особенность

Батареи с высокой плотностью энергии могут позволить создать более широкий спектр электромобилей, включая летательные аппараты, которые могут перевозить людей в городских условиях.Предыдущие исследования предсказывают, что для поддержки работы транспортных средств, способных взлетать и приземляться, батареи требуют плотности энергии примерно 400 Вт · ч кг ^-1 на уровне элементов, что примерно на 30% выше, чем плотность энергии большинства существующих литиевых -ион (Li-ion) ячейки.

Помимо питания летательных аппаратов, высокоэнергетические элементы (т. Е., отдельные блоки в батарее, которые преобразуют химические вещества в электрическую энергию) могут увеличить расстояние, которое электромобили могут проехать, прежде чем их снова потребуется зарядить. Они также могут снизить общие затраты на производство электромобилей, поскольку аналогичные результаты могут быть достигнуты с использованием меньшего количества, но более эффективных элементов.

Безанодные литий-металлические элементы особенно перспективны для создания батарей с более высокой плотностью энергии. Хотя в них используется тот же катод, что и в литий-ионных элементах, эти элементы накапливают энергию посредством гальванического металлического лития вместо графитового хозяина, и они могут иметь плотность энергии на 60% больше, чем у литий-ионных элементов.

Несмотря на высокую плотность энергии, безанодные литий-металлические элементы обычно имеют меньшую емкость и короткие жизненные циклы. Это в первую очередь связано с тем, что они получают весь свой литий из положительного электрода и не используют лишний литий. Кроме того, их безопасность еще не подтверждена в экспериментальных условиях.

Исследователи из Университета Далхаузи в Канаде изучали способы, с помощью которых можно обойти или преодолеть ограничения безанодных литий-металлических элементов.В недавней статье, опубликованной в журнале « Nature Energy », они исследовали отказ разработанных ими безанодных ячеек и предложили возможное решение, которое могло бы продлить их жизненный цикл. Их статья основана на одной из их предыдущих работ, в которой они исследовали использование двухсолевых карбонатных электролитов для продления срока службы безанодных литий-металлических элементов.

«Недавно мы продемонстрировали безанодные элементы с длительным сроком службы, использующие двухсолевой карбонатный электролит», — написали исследователи в своей статье.«Здесь мы характеризуем деградацию безанодных ячеек с этим обедненным (2,6 г Ач ^-1 ) жидким электролитом».

Исследователи использовали два метода, сканирующую электронную микроскопию и рентгеновскую томографию, чтобы определить причину отказа созданных ими безанодных ячеек. Их результаты показали, что морфология клеток со временем ухудшалась.

Затем они исследовали это ухудшение, используя два дополнительных метода: спектроскопию ядерного магнитного резонанса и ультразвуковое отображение пропускания.Их результаты показали, что причиной ухудшения содержания лития внутри ячеек был электролит, который со временем повреждается и истощается.

Помимо исследования причин отказа созданных ими безанодных ячеек, исследователи провели испытания, оценивающие их безопасность. Наблюдения, которые они собирали на протяжении всего исследования, позволили им разработать электролит, который оптимизирует работу их элементов и продлевает срок их службы до 200 циклов.

Хотя электролит, разработанный исследователями, является значительным шагом вперед в разработке высокоэнергетических аккумуляторов с более длительным сроком службы, для использования безанодных аккумуляторов в реальных условиях этот срок службы необходимо будет увеличить, поскольку все еще не так хороши, как у более традиционных литий-ионных батарей. Таким образом, в своих следующих исследованиях исследователи продолжат изучение способов, с помощью которых они могут значительно увеличить время жизни своих клеток.

© 2020 Сеть Science X

Ссылка : Устранение выхода из строя безанодных элементов для создания аккумуляторов с более высокой плотностью энергии (4 сентября 2020 г.