Плотность аккумулятора как повысить: Как поднять плотность в аккумуляторе — Статьи

Причины падения плотности электролита в аккумуляторе

Почему плотность электролита падает

Нормальная работа батареи подразумевает постоянную подзарядку и высокотемпературный режим химических процессов на электродах и в электролите. Результатом становится постоянное снижение жидкости в банках АКБ, которая пополняется дистиллированной водой. Среди наиболее распространенных причин снижающих в аккумуляторе плотность раствора:

1. Не контролируется уровень концентрации раствора в емкостях с электродами после каждого пополнения дистиллятом. С каждым новым разбавлением концентрата снижается доля электролита за счет испарения воды и небольшого количества электролитической жидкости;
2. Неоднократная зарядка аккумулятора приводит к закипанию раствора и его испарению, что снижает его количество и повышает концентрацию. В этом случае активных молекул для ионизации свинца и его солей становится меньше, соответственно снижается густота жидкости;
3. Батарея разрядилась.

ВАЖНО: Длительная работа АКБ в режиме сниженной плотности электролита – это дорога к сульфатации пластин и выходе устройства из строя.

Для установления причины низкого заряда батареи производят замеры концентрации раствора в банках АКБ используя ареометр. Оптимальный температурный режим для этой процедуры – от 22 до 25 °С. Плотность электролита может быть выше или ниже нормы. В первом случае повышается вероятность коррозийного разрушения электродов с положительным зарядом. Во втором – опасность подстерегает в холодные периоды года, когда электролитический раствор способен охладиться и затвердеть. Поэтому контроль уровня густоты зимой является первостепенной задачей любого владельца ТС.

Подготовка перед поднятием плотности электролита

Для измерения концентрации электролита в аккумуляторной батарее необходимо, чтобы соблюдались условия:

1. На АКБ отсутствуют сколы или трещины, корпус абсолютно целый и клеммы без повреждений;
2. Нормальный уровень жидкости в каждой из банок;
3. Температурный режим электролитического раствора в диапазоне от 20 до 25°С;
4. Заряд батареи полный.

При наличии повреждений клемм или корпуса данные могут быть неточными, а причина отсутствия способности выдать нужный разряд для старта ТС совсем не в низкой плотности электролита. Низкий уровень жидкости является более концентрированным, чем его нормальное количество, разбавленное дистиллятом. При низких температурах замеры существенно отличаются от реальных значений в нормальных условиях. В разряженном аккумуляторе густоты раствора всегда ниже, поскольку большинство ионов скопилось на пластинах.

ВАЖНО: Добавление серного концентрата для коррекции плотности электролита должно производиться очень аккуратно, поскольку более высокие показатели способствуют осыпанию пластин и порче АКБ.

Зарядка от генератора автомобиля аккумулятора выполняется не в полном объеме, а всего на 80-90%, что требует подзарядки прибора для измерения концентрации раствора.

В подготовительные работы по поднятию плотности электролита входит:

• Изъятие АКБ из ТС;
• Хранение в теплом помещении до приобретения АКБ температуры 20-25 °С;
• Проверка уровня насыщенности раствора;
• Зарядка и зачистка клемм по необходимости до пополнения жидкости в банках.

Для определения нормы существуют специальные таблицы, согласно которым эксплуатационный показатель для теплого периода должен быть не ниже 1,27 г/куб. см, а для зимнего – 1,3 г/куб. см.

Поднимаем плотность электролита в АКБ

Для повышения концентрации активного раствора в банках аккумулятора необходимо приготовить:

• Средства для личной защиты при работе с едкими веществами: старая одежда, защитные очки, респиратор или защитная маска, перчатки резиновые;
• Мерный стакан;
• Емкость, в которую будет сливаться старый раствор;
• Аэрометр с резиновой грушей для откачки имеющейся в банках жидкости;
• Дрель со сверлом диаметром 3-4 мм;
• Паяльная лампа или паяльник;
• Кислотная пластмасса.

Электролит содержит в составе серную кислоту, способную разъесть кожу или одежду, поэтому следует позаботиться о личной защите и постараться все манипуляции делать предельно аккуратно. Повышение плотности раствора достигается несколькими способами:

• Полной заменой электролита в банках при концентрации ниже 1 г/куб. см;
• Добавлением аккумуляторной кислоты в раствор;
• Заливанием дистиллята и серной кислоты до нужного уровня и показателя плотности.

Полная замена электролита

Это является крайней радикальной мерой в случае полной выработки своего ресурса электролитом при снижении его плотности до 1 г/куб. см. Действия осуществляются в следующем порядке:

1. Аккумуляторная батарея после подготовки подвергается полной откачке раствора из банок с помощью груши;
2. Перевернув АКБ набок необходимо в дне каждой емкости с электродами просверлить дырки и слить остаток жидкости;
3. В таком положении нужно продержать прибор и промыть внутренние полости дистиллятом;
4. Очищенную батарею снова делают герметичной, запаивая кислотной пластмассой, сделанные ранее отверстия дрелью. Для этого пользуются паяльной лампой или паяльником;
5. В каждую банку заливается нужное количество дистиллята, которое рассчитывается в соотношении от общего объема банки и нужного количества аккумуляторной кислоты для раствора с концентрацией 1,25-1,27 г/куб. см;
6. Банки хорошо закупориваются, слегка встряхивается батарея без сильного отклонения от вертикали.

ВАЖНО: Первым в банки заливается дистиллят, а после добавляется кислота, в ином случае жидкость вскипит.

Добавление аккумуляторной кислоты

При показателе плотности раствора ниже 1,2 г/куб. см необходимо применять кардинальные меры для повышения значения электролита. Следует приобрести аккумуляторную кислоту, плотность которой составляет 1,84 г/куб. см, и залить тем же способом, что и обычный электролит.

Добавление дистиллята и серной кислоты

Необходимо сначала откачать имеющийся раствор из каждой банки АКБ. Затем залить новую жидкость плотностью 1,25-1,27 г/куб. см. Заполнив банки до отметки «Норма», следует хорошо закрыть крышки и слегка встряхнуть батарею.

ВАЖНО: Запрещается переворачивать вверх дном АКБ. При такой манипуляции могут отколоться кусочки соли свинца с решетки и попасть на соседний электрод, замкнув таким образом банку. После этого поврежденная емкость станет непригодной для эксплуатации.

Замеры концентрации подскажут необходимость повторения процесса замены электролита. Если показатель ниже 1,25 г/куб. см, то следует повторять операцию до тех пор, пока не будет получен нужный результат.

Корректирующая подзарядка АКБ

После замены или манипуляций по повышению плотности электролита в банках батареи устанавливается раствор с отличным друг от друга показателем. Допускается разнос в диапазоне 0,01 г/куб. см. Чтобы выровнять это значение необходимо произвести корректирующую подзарядку. Суть метода заключается в подаче на протяжении 1-2 часов тока при зарядке в 2-3 раза ниже номинального значения.

При отсутствии положительного результата применяются более радикальные способы выравнивания. Применяется зарядка устройствами, оснащенными регуляторами, обеспечивающими стабильное напряжение на входе.

Инструкция восстановления плотности корректирующей подзарядкой:

1. Заряжается батарея полностью;
2. В момент достижения максимального заряда при наблюдении кипения электролита сила тока снижается до уровня 1-2 А;
3. В процессе кипения происходит испарение дистиллята и повышается густота жидкости;
4. Для каждого отдельного случая время выпаривания может быть разным и иногда достигать 1 сутки;
5. При снижении плотности ниже 1,25 г/куб. см электролит доливается, концентрация замеряется при остывании прибора до 25 °С;
6. Производится повторная операция при необходимости.

Единственный недостаток процедуры – большая длительность.

Корректирующий электролит

Под корректирующей смесью понимают электролит, плотность которого составляет 1,4 г/куб. см. Простое добавление такого раствора недопустимо, следует предварительно произвести замеры имеющегося уровня плотности жидкости. Установление причины поможет подобрать наиболее подходящий метод применения корректирующего электролита. Предназначение такого раствора:

• Скорректировать уровень электролита при вытекании раствора;
• Поднять уровень плотности жидкости в банке при заливании большего количества, чем нужно, дистиллята.

Порядок использования корректирующего электролита:

1. С помощью спринцовки или аэрометра откачать из полости банки жидкость;
2. Заменить откачанный раствор аналогичным объемом корректирующего состава;
3. Поставить заряжаться аккумулятор на срок от 30 минут до часа;
4. По окончанию зарядки выдержать прибор в спокойном состоянии часа 2-3;
5. Провести контрольный замер в каждой из банок;
6. Повторить процедуру при необходимости.

ВАЖНО: Откачивая электролит необходимо оставлять поверхность пластин покрытыми жидкостью.

Заключение

В заключении хотим отметить, что работа с АКБ и электролитом не проста. Поэтому, если у вас мало опыта в сервисных работах по вашему авто, то лучше всего обратиться в сервис и доверить это дело профессионалам. В любом случае, следите за плотностью электролита для надежной работы АКБ хоть летом, хоть зимой. 

Как увеличить плотность электролита в аккумуляторе

Почему падает плотность электролита?

Основные причины, по которым может упасть показатель уровня электролита в банках автомобильной аккумуляторной батареи (АКБ):

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

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

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

Как подготовить аккумулятор к восстановлению?

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

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

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

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

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

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

Как самостоятельно увеличить плотность электролита?

Для правильного проведения процедуры необходимо учитывать следующие нюансы:

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

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

Что понадобится?

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

— ареометр;

— мерный стакан или другая аналогичная емкость;

— отдельная емкость для разведения нового рабочего раствора;

— клизма-груша;

— корректирующий раствор либо кислота;

— дистиллированная вода.

Пошаговая инструкция по повышению плотности электролита добавлением жидкости

Правильный способ для увеличения параметра плотности электролита батареи:

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

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

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

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

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

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

ВАЖНО ЗНАТЬ

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

Как поднять зарядным устройством?

Для повышения плотности зарядным оборудованием выполняются следующие действия:

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

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

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

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

— При необходимости производится повторение данной операции.

Как увеличить плотность, если она ниже 1,18

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

Алгоритм действий при этом будет такой:

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

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

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

— Производится промывка батареи с помощью дистиллята.

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

как проверить и повысить плотность электролита

Владельцам автомобилей знакома ситуация, когда нужно срочно спешить на работу. После того, как отключили сигнализацию и удобно расположились в кресле, начинаете поворачивать ключ зажигания. Вместо победного рева, сигнализирующего, что колесница готова отвезти в пункт назначения, слышите неуверенные хрипы. В чем причина?

Возможна это проблема глубже накопителя, а именно в химической среде, в которой при прохождении тока элементы распадаются на составные вещества, как следствие получается энергия! Как проверить уровень электролита в аккумуляторе и зачем это делать, рассказываем.

Какая густота должна быть в энергосберегателе

Чтобы выяснить необходимое, нужно знать два фактора:

1. Климатическая зона.
2. Эксплуатационные требования.

Где зимы долгие и суровые, чтобы не дать замёрзнуть батарейке, плотность в аккумуляторе должна соответствовать таким цифрам 1,29 г/см3, при температуре на улице ниже -50 градусов.

В широтах с умеренным климатом норма для раствора в 1,25г/см3. Где зимы холодные, но все же щадящие — температура до -30 градусов, необходимо повысить плотность в аккумуляторе на 0,01г/см3, а в жарких тропических зонах понизить на то же значение. Но следует учитывать факт, чем меньше густота в зарядке 100%, тем дольше жизнь батарейки.

Помните, что сера, при недостаточной плотности, может замерзнуть зимой, а летом закипеть.

Дополнительные рекомендации

Важно знать не только, как проверить плотность аккумулятора с помощью ареометра, но и правила внесения поправок к показанию прибора в конкретных температурных условиях. Оптимальная температура электролита для измерения его плотности составляет +15 — +25˚С, но если приходится выполнять эту процедуру при более высокой или низкой температуре, то показания необходимо корректировать.

Температура электролита (˚С)	Поправка к показаниям ареометра
— 45	— 0,04
— 30	— 0,03
— 15	— 0,02
0	0
+ 15	0
+ 30	+ 0,01
+ 45	+ 0,02
+ 60	+ 0,03

Не следует выяснять, какая плотность в аккумуляторе, после того как туда недавно была долита вода, или после неоднократных попыток запуска стартера. После выполнения всех процедур тщательно промойте ареометр водой.

Принцип действия накопителя

Прежде чем понять, как плотность электролита в акб взаимодействует и дает энергию, разберемся с самой гальванической системой. Советские ученые утверждают, что за период от полного цикла заряда и разряда проистекает около 60 реакций. Но главная из них, когда сульфат-ионы в католите превращаются в сульфат свинца, из-за того, что оксид свинца и свинец на аноде отнимают часть ионов из серной кислоты.

Как итог образуется вода, а сульфат ионы уходят в щелочные растворы. Во время понижения заряда — концентрация щелочи падает, при показателях энергии в 0% между свинцовых пластинок остается дистиллированная вода, а при показателях в 100% Н2О становится больше.

Из-за чего густота падает? Сульфат свинца не всегда истощается от разрядки. Если посмотреть на внешнюю составляющую батареи при минусовой температуре можно заметить белые пятна сульфата свинца. Со временем они превращаются в крошки и осыпаются, не принимая дальнейшего участия в работе!

Из-за чего густота повышается? Щелочной раствор содержит в себе не только серу, но и воду. Во момент зарядки протекает еще один малозаметный процесс — электролиз влаги. Поэтому необходимо дождаться кипения АКБ, католита станет меньше, а его концентрация станет больше.

Для чего необходимо проверять плотность электролитической жидкости

Любой электролит представляет собой не что иное, как химическую смесь, состоящую из дистиллированной воды и серной кислоты в определенной пропорции: вода 65%, 35% — кислота. Именно такое процентное соотношение и позволяет электролиту осуществлять накопление электрического заряда без нанесения урона чувствительным свинцовым пластинам АКБ.

В процессе постоянной эксплуатации батареи происходят постоянные изменения плотности электролита, что определенным образом может сказаться на ее рабочих функциях. Само понятие плотности, кстати, означает не что иное, как процентное соотношение серной кислоты к дистилляту.

Это интересно: Как правильно заряжать аккумулятор автомобиля зарядным устройством

Если уровень серной кислоты внутри аккумулятора становится слишком высоким, это может печально закончиться для его пластин. Бывают ситуации, когда кислота попросту разъедает свинец, и пластины разрушаются.

Если же кислоты слишком мало, это означает, что АКБ разряжена или близка к тому, чтобы разрядиться полностью. Аккумулятор не может работать в режиме той емкости, которая указана в его технических характеристиках. Например, энергии может просто не хватить в условиях холодного запуска двигателя внутреннего сгорания.

Также, если водитель долго пытается ездить на разряженном аккумуляторе, процесс оседания сульфатов на пластинах неизбежен. На них образуется плотный белый налет, убрать который порой бывает весьма проблематично. При критичном уровне сульфатов произойдет либо разрушение пластин, либо короткое замыкание. Потребуется десульфатация аккумулятора.

Нормальный уровень щелочного раствора

Первой причинной неисправности АКМ может быть густота серы, в зависимости от уровня заряда батареи, климатических условий, она будет соответствовать разным данным. Обычные рабочие параметры равны от 1,24 до 1,30/см3. Как определить густоту католита?

В этом поможет измерительный датчик — ареометр. При высоких градусных показателях климата концентрация падает, измерять лучше спустя 10 часов после работы автомобиля. Если не ухаживать за батарейкой может появиться сульфатация она является причиной преждевременного старения АКБ.

Техника безопасности во время работы с электролитом

При взаимодействии с этой опасной кислотой не следует пренебрегать правилами безопасности!

1. Спецодежда обезопасит тело от ожогов. Важно использовать те вещи, которые не жалко. При контакте с тканью — сера разрушает материю. Но лучше пусть это будет ткань, чем кожа. Не следует пренебрегать специальными очками и маской для лица. Вещество выделяет ядовитые пары, они могут быть источниками таких заболеваний, как язвы и вызывать желудочно-кишечные кровотечения. Проводите операции с щелочным раствором на улице или в хорошо проветриваемых помещениях!
2. Помните, что это взрывоопасное вещество! Недопустимо работать рядом огнем!
3. При заряде батареи правильно подключите к источнику питания. Не путайте полярность!
4. Отверстия для залива оставляйте открытыми, так вы исключаете возможность само воспаления аппарата!

Как узнать плотность электролита?

Для контроля плотности электролита используется простой прибор – ареометр. Это-прозрачная трубка с грушей для отбора электролита, в которой плавает грузик-указатель заранее заданной плотности. Напротив этого грузика проградуирована шкала – соответственно, в зависимости от соотношения плотностей грузика и проверяемого электролита он будет указывать на разные деления шкалы, что нам и нужно. Примерно так же, но гораздо более грубо работают встроенные «глазки» — всплывающий в плотном электролите зеленый шарик становится виден в световоде индикатора, если же он тонет (плотность упала) – в глазке чернота.

Устройство ареометра

Поскольку плотность электролита ощутимо зависит от его температуры, лучше всего измерять ее на теплом аккумуляторе. Если же такой возможности нет, принимаются следующие поправки:

Температура	Поправка к плотности
-55…-41	-0,05
-40…-26	-0,04
-25…-11	-0,03
-10…4	-0,02
5…19	-0,01
20…30	0
31…45	+0,01

К измерению плотности приступают, когда батарея полностью заряжена. Носик ареометра опускается в банку, затем грушей в него забирается электролит. По указателю определяется текущая плотность. Если уровень в пределах нормы, то и плотность должна соответствовать нормальной.

Утилизация

После завершения эксплуатационного срока количество вредных паров, источаемых из уже не герметичного корпуса увеличивается. Чтобы не загрязнять окружающую среду и не нарушать федеральные законы, не стоит выбрасывать отработанный АКМ в мусорный бак.

На общей свалке такая вещь будет постепенно наносить вред окружающей среде. В состав автомобильной батарейки входят такие токсичные элементы как: пластик, тяжелые металлы, сера. Пластик разлагается больше 100 лет, а кислота просачивается в почву и делает ее безвозвратно непригодной для жизни растений!

Комбинация тяжелых металлов и химических элементов создают фильтрат — жидкость, обладающая едким, неприятным ароматом, которая просачивается в грунтовые воды, это отправляет питьевую воду не только людей, но и животных и растений. Как следствие — овощи содержат огромное количество нитратов и вредных микроэлементов.

Чтобы избежать загрязнения планеты и предотвратить умирание местной флоры и фауны, необходимо сдать АКБ в пункт приема переработки отработанных энергосберегателей! Отработанные католиты ни в коем случае не стоит сливать в канализацию. Его можно тоже сдать в пункт вторичной переработки и самостоятельно с помощью тазика и соды нейтрализуйте вредные для природы элементы!

Меры предосторожности

• Соблюдайте максимальную осторожность при работе с электролитом: все действия выполняйте в защитных очках и резиновых перчатках. • При самостоятельном разведении электролита обязательно следует добавлять кислоту в воду, но не наоборот! Эти жидкости имеют разную плотность, и результатом ошибки могут стать серьезные ожоги. • Запрещено переворачивать АКБ вверх дном, т.к. вследствие этого активная поверхность пластин может осыпаться и вызвать короткое замыкание. • Заранее подготовьте емкости для слива старого электролита и приготовления новой смеси. • Предварительно проверьте пластмассу, которую будете использовать для запайки отверстий, на стойкость к электролиту. • Помните, что заряженный аккумулятор будет иметь большую плотность.

Чем и как проверяют густоту католита

Как проверить плотность аккумулятора? Установите его на горизонтальную плоскость, чтобы избежать шатания. Проведите чистку прибора, для этого нужно аккуратно избавить крышку от производственной пыли и грязи. Используя ненужную ткань и мокнув ее в раствор соды, предотвратите возможный отход вещества от пробки!

Теперь можно узнать плотность. Легче сделать это на приборах с прозрачными сторонами. По их состоянию будет понятно, находится ли вещество в нужном состоянии. Если стенки прибора матовые, возьмите прозрачную трубку, окуните в отверстие пока не достигнете упора, верхнюю пустую часть трубки прикройте пальцем. Когда ее извлечете, обратите внимание на сколько проводник тока выше свинцовых пластинок.

Нормальная высота не меньше 10мм, но не больше 15мм. Если в одном из отсеков химического вещества меньше нормального из-за электролиза, долейте немного дистиллированной жидкости.Перед замерами зарядите коробку на максимум до состояния кипения, на современных зарядках подача прекращается автоматически. Так вы избежите неверных искаженных результатов.

С помощью ареометра — измерительного устройства, которое выглядит как колба с грушевидной емкостью для забора жидкости, зачерпните электролит. В зависимости от данных, грузик с делениями либо поднимается, либо опустится, это коррелируется от полученных результатов.

Как пользоваться ареометром

1. Соберите конструкцию, если только что купили измерительное устройство. Сделать это довольно просто — поплавок погрузите в пипетку, на один конец наденьте грушу, на другой пробку с измерительной иглой.
2. Грушу нужно сжать и окунуть пипетку в щелочную среду. Постепенно ослабляйте сжимание груши и достигнув наполнения сосуда до такого состояния, когда маячок будет спокойно плавать по вертикали.
3. Правильные результаты можно получить только при соприкосновении с жидкостью.
4. После завершения процесса тщательно промойте весь прибор. Так он прослужит дольше и не будет искажать результаты замеров.

Другой способ

Еще один способ, более быстрый, как проверить плотность аккумулятора, при помощи оптического рефрактометра. Он не только удобнее, но и способен измерить предел замерзания жидкостей. Чтобы получить замер, капните на нужное место и прижмите каплю прозрачным стеклом. Затем с помощью рефрактометра посмотрите на свет и получите данные о плотности. Некоторые считают, что такой способ точнее, чем замеры с помощью ареометра.

Как проверить батарею автомобиля мультиметром

Как проверить плотность аккумулятора альтернативным аппаратом? Узнать данные поможет мультиметр — универсальное устройство для измерительных операций. С его помощью можно избежать удара тока, забивая гвоздь в стене, он укажет наличие вольтажа в заданном участке поможет узнать значение сопротивление температуры, и еще одна особенность при отсутствии других приборов поможет измерить плотность электролита в накопителе, но не даст такие точные данные как профильные датчики. Как пользоваться?

1. Соберите измеритель. К корпусу подсоедините провода. Тестирующий прибор переведите в режим вольтметра.
2. Переключатель поверните на 20В. Как результат тестер будет демонстрировать значения ниже этих цифр.
3. Соедините кабеля с выходами батареи. Черный к отрицательной клемме, красный к положительной.
4. При полностью заряженном накопителе рабочие значения будут 12,7В, если цифры меньше значит источник заряжен не полностью и состояние концентрата не соответствует норме.

Измерение уровня католита самодельным прибором

Как проверить плотность электролита в аккумуляторе в домашних условиях — соорудите самодельный прибор для замеров. Для создания такого тестера повторите конструкцию ареометра.

• Нужен поплавок, он послужит основой поделки.
• Резервуаром может служить пробирка или любая альтернатива.
• В емкость насыпьте сыпучий материал, подойдет даже пшено!
• Затем отметьте числовые границы. Опустите емкость в жидкость, в месте, где вода будет соответствовать уровню поставьте отметку 1 это будет означать что жидкость имеет концентрацию в 1г/см3.

ПРОВЕРИТЬ АККУМУЛЯТОР АВТОМОБИЛЯ?

Комплексная проверка аккумулятора

Далее будет рассмотрено:

• Как проверить состояние аккумулятора автомобиля
• Как проверить заряд аккумулятора автомобиля мультиметром
• Как проверить емкость автомобильного аккумулятора ареометром
• Если у вас нет ареометра, то как проверить емкость аккумулятора мультиметром, смотрите по таблице уровня заряда SoC
• Почему замерзает аккумулятор зимой?

Проверка аккумулятора

Похожиестатьи

Как получить 42500 тенге, все способы

ЕСП в Казахстане: ответы на часто задаваемые вопросы?

Загрузить еще

Проверка АКБ начинается с осмотра очевидных проблем, таких как уровень электролита; коррозия или обрыв кабеля; коррозия клемм и зажимов-контактов; обрыв ремня генератора; заледенение электролита; ослабление зажимов-контактов; грязная и мокрая крышка АКБ; протечки и трещины в корпусе АКБ, вздутие АКБ; повреждение проводов, клемм, зажимов

Если уровень ниже верхней части пластин нужно долить дистиллированной воды перезарядить аккумулятор, дать остыть до комнатной температуры и снова долить воды. Пластины должны быть покрыты электролитом для предотвращения сульфатации и внутреннего взрыва пластин. Какой должен быть уровень электролита смотрите обслуживание АКБ

Если электролит вытек из аккумулятора смотрите как долить электролит и отрегулировать плотность в ячейке.

Индикатор заряда аккумулятора

В современных стартерных аккумуляторах вмонтирован индикатор заряда аккумулятора. Он показывает уровень электролита, уровень заряда. Индикатор находится в одной ячейки и показания в других ячейках могут отличаться, показывает заряд в норме аккумулятора даже при падении уровня SoC ниже 25%. Индикатор показывает уровень электролита и полный разряд.

Индикатор аккумулятора

Работа индикатора аккумулятора основана на том же принципе, что и работа ареометра. Внутри индикатора есть погружная камера в электролит, внутри нее плавают два шарика красного и зеленного цветов. Красный шарик не тонет в жидкости, а зелёный шарик имеет массу 1 г.

• При наличии заряда и достаточного уровня красный шарик плавает на поверхности электролита в камере и упирается в конусную линзу, а зелёный шарик при плотности электролита большей 1,1 г/куб.см не тонет и находится в фокусе увеличивающей линзы.
• При плотности электролита ниже 1,1 г/куб.см (означает что аккумулятор полностью разряжен) зелёный шарик опускается на дно.
• При испарении электролита ниже уровня камеры заполнения где находятся шарики, красный шарик попадает в фокус увеличивающей линзы.

Как проверить напряжение аккумулятора

Как проверить заряд аккумулятора мультиметром?

Проверка АКБ мултиметром поможет вам определить напряжение, уровень заряда и даже плотность. Аккумулятор не должен заряжаться или разряжаться в течении 4 часов, в противном случае удалите поверхностный заряд. Включите мульти метр в режим измерения постоянного напряжения (DVC), диапазон установите (в поле DVC на значение 20) выше максимального значения напряжения на заряженном аккумуляторе – 20 вольт. Далее подключите черный (COM) щуп мульти метра на минус аккумулятора, а красный (плюсовой) на плюс АКБ и посмотрите показания на дисплее мульти метра. Показания на дисплее со знаком минус говорят, что вы подключили полярность проводов мульти метра наоборот.

Для определения уровня заряда сравните показания на дисплее с Таблицей уровня заряда SoC. Не допускайте падение уровня заряда ниже 50%, это значительно сокращает срок службы аккумулятора.

В необслуживаемом сульфатированном аккумуляторе напряжение показывает выше чем на самом деле, поэтому следует провести тестирование нагрузочной вилкой для определения фактической производительности и емкости.

Поверхностный заряд

Поверхностный заряд появляется в следствие неравномерного распределения серной кислоты и воды вдоль поверхности свинцовых пластин. В результате заряда и разряда АКБ электролит проникает глубоко внутрь активного вещества, в следствии чего невозможно определить точную работоспособность аккумулятора. Напряжение будет больше реального.

• Рекомендуемый метод: Для предотвращения стратификации (расслоения) электролита можно слегка встряхнуть АКБ для промешивания электролита и оставить АКБ на 5 часов для стабилизации при комнатной температуре, только после этого замерить напряжение
• Включить дальний свет на 5 минут и после 10 минут проверить напряжение

Уровень заряда (SoC). Как проверить емкость аккумулятора автомобиля?

Уровень заряда (SoC) определяет количество заряда (оставшуюся емкость) в процентном соотношении от полного заряда, проверить заряжен ли аккумулятор автомобиля. Примерно проверить емкость аккумулятора мультиметром (смотрите показания в таблице). Глубина разряда (DoD) является инверсией уровня заряда (SoC) как показано ниже.

Чтобы узнать Уровень заряда (SoC):

• Измерьте температуру электролита
• Если аккумулятор в течении последних 4 часов не заряжался или разряжался, то можно использовать температуру воздуха
• Нужно измерить с помощью ареометра плотность электролита в каждой ячейке аккумулятора, или напряжение АКБ с помощью вольтметра или мульти метра. Для определения берется самый низкий показатель
• Если производитель не указал Уровень заряда (SoC), тогда смотрите ниже в таблице для типа своего АКБ. Если вы не знаете тип аккумулятора смотрите

Таблица уровня заряда SoC (разомкнутой цепи)

	Мало обслуживаемый Гибридный (Sb/Ca) или Стандартный (Sb/Sb) аккумуляторы
	Плотность электролита, г/куб.см					Напряжение, вольт
Темпер-атура градусов	100% SoC	75% SoC	50% SoC	25% SoC	0% SoC	100% SoC	75% SoC	50% SoC	25% SoC	0% SoC
48,9	1,249	1,209	1,174	1,139	1,104	12,663	12,463	12,253	12,073	11,903
43,3	1,253	1,213	1,178	1,143	1,108	12,661	12,461	12,251	12,071	11,901
37,8	1,257	1,217	1,182	1,147	1,112	12,658	12,458	12,248	12,068	11,898
32,2	1,261	1,221	1,186	1,151	1,116	12,655	12,455	12,245	12,065	11,895
26,7	1,265	1,225	1,190	1,155	1,120	12,650	12,450	12,240	12,060	11,890
21,1	1,269	1,229	1,194	1,159	1,124	12,643	12,443	12,233	12,053	11,883
15,6	1,273	1,233	1,198	1,163	1,128	12,634	12,434	12,224	12,044	11,874
10,0	1,277	1,237	1,202	1,167	1,132	12,622	12,422	12,212	12,032	11,862
4,4	1,281	1,241	1,206	1,171	1,136	12,606	12,406	12,196	12,016	11,846
-1,1	1,285	1,245	1,210	1,175	1,140	12,588	12,388	12,178	11,998	11,828
-6,7	1,289	1,249	1,214	1,179	1,144	12,566	12,366	12,156	11,976	11,806
-12,2	1,293	1,253	1,218	1,183	1,148	12,542	12,342	12,132	11,952	11,782
-17,8	1,297	1,257	1,222	1,187	1,152	12,516	12,316	12,106	11,926	11,756
	Мало обслуживаемый Кальциевый (Ca/Ca) аккумулятор					Необслуживаемый Кальциевый (Ca/Ca) илиAGM/Гелевый VRLA (Ca/Ca) аккумуляторы
	Плотность электролита, г/куб.см					Напряжение, вольт
Темпер-атура градусов	100% SoC	75% SoC	50% SoC	25% SoC	0% SoC	100% SoC	75% SoC	50% SoC	25% SoC	0% SoC
48,9	1,264	1,224	1,189	1,154	1,119	12,813	12,613	12,313	12,013	11,813
43,3	1,268	1,228	1,193	1,158	1,123	12,811	12,611	12,311	12,011	11,811
37,8	1,272	1,232	1,197	1,162	1,127	12,808	12,608	12,308	12,008	11,808
32,2	1,276	1,236	1,201	1,166	1,131	12,805	12,605	12,305	12,005	11,805
26,7	1,280	1,240	1,205	1,170	1,135	12,800	12,600	12,300	12,000	11,800
21,1	1,284	1,244	1,209	1,174	1,139	12,793	12,593	12,293	11,993	11,793
15,6	1,288	1,248	1,213	1,178	1,143	12,784	12,584	12,284	11,984	11,784
10,0	1,292	1,252	1,217	1,182	1,147	12,772	12,572	12,272	11,972	11,772
4,4	1,296	1,256	1,221	1,186	1,151	12,756	12,556	12,256	11,956	11,756
-1,1	1,300	1,260	1,225	1,190	1,155	12,738	12,538	12,238	11,938	11,738
-6,7	1,304	1,264	1,229	1,194	1,159	12,716	12,516	12,216	11,916	11,716
-12,2	1,308	1,268	1,233	1,198	1,163	12,692	12,492	12,192	11,892	11,692
-17,8	1,312	1,272	1,237	1,202	1,167	12,666	12,466	12,166	11,866	11,666

Измерение плотности АКБ ареометром дает более точный результат уровня заряда SoC, чем измерение напряжения. Комбинируя оба метода можно:

• проверить реальную емкость аккумулятора
• определить сульфатацию аккумулятора, из-за которой аккумулятор будет быстро разряжаться, плохо заряжаться, не сможет держать заряд.

Как проверить плотность аккумулятора?

Ареометр

Ареометр не дорогой прибор и прост в использовании. Далее мы разберем, как правильно проверить плотность электролита в аккумуляторе

Смотрите выше Таблицу уровня заряда SoC

Схема использования ареометра

Использование ареометра:

• Температура электролита не должна превышать предельную 48,9 (Смотрите выше Таблицу уровня заряда SoC), если больше остудите
• Аккумулятор не должен заряжаться или разряжаться в течении 4 часов, в противном случае смотрите 3 Удаление поверхностного заряда, проводите измерения отсоединённого аккумулятора.
• Удерживая пустой ареометр вертикально, сожмите резиновую грушу, вставьте наконечник в электролит в ячейке, и отпустите грушу. Начните со стороны положительной (+) клеммы.
• Убедитесь в том, что на поплавках нет пузырьков, в противном случае впускайте и выпускайте электролит сжимая грушу, до полного их вытеснения
• Запишите значение, ареометр должен стоять вертикально, а взгляд должен быть перпендикулярен ареометру. Плотность электролита должна быть между 1.100 и 1.300
• При записи показаний указывайте номер ячейки
• Выдавите электролит обратно в ячейку
• Протестируйте все 6 ячеек несколько раз для точного определения плотности
• Замерьте температуру электролита с помощью стеклянного термометра и запишите
• Плотность ячеек не должна разнится на 0,03 г/куб.см, между самой низкой плотностью ячейки и самой высокой плотностью ячейки. При полном заряде не должна отличаться плотность ячеек на 0,01 г/куб.см указанного производителем (см. плотность и температуру на аккумуляторе). В противном случае читайте параграф 9.14, как долить электролит и отрегулировать плотность в ячейке
• Чтобы определить SoC найдите значение температуры и плотности (Смотрите выше Таблицу уровня заряда SoC). За значение плотности используйте наименьшую плотность ячейки
• После тестирования сполосните ареометр водой

Почему в аккумуляторе замерз электролит? При понижении заряда уровень сопротивления замерзанию снижается. Ниже приведена таблица

Температура замерзания электролита

при разнице SoC (уровня заряда) и DoD (уровня разряда)

SoC процентов	DoD процентов	Температура Заледенения градус
100%	0	-67
75%	25	-37
50%	50%	-23
25%	75%	-15
0	100%	-6,7

Тестирование под нагрузкой

Тестирование под нагрузкой имитирует резкое потребление тока в амперах, похожее на запуск двигателя при старте. Для проведения тестирования вам понадобится нагрузочная вилка. Ее цена довольно высока и поэтому рекомендуется проведение этого теста поручить автоэлектрику. Тестирование стоит не дорого, а в некоторых сервис центрах его проводят бесплатно.

Таблица теста нагрузочной вилкой

Температура Электролита градус	Минимальное напряжение под нагрузкой вольт
37.8°	9.9
32.2°	9.8
26.7°	9.7
21.1°	9.6
15.6°	9.5
10.0°	9.4
4.4°	9.3
-1.1°	9.1
-6.7°	8.9
-12.2°	8.7
-17.8°	8.5

Виды энергосберегателей

Малосурьмянистые

Это обычный свинцовый представитель автомобильных энергосберегателей. Состоит из свинца, а в пластины добавлен химический элемент — сурьма. Их легко заряжать и у них есть склонность к саморазряду и стремительному выкипанию воды.

Кальциевые

Электропроводящие элементы легированы кальцием, благодаря такому усовершенствованию не требуют постоянного контроля за уровнем электролита. Тряска в машине не повредит энергосберегатель из-за повышенной виброоустойчивости. Его сложно повредить перезарядкой могут выдерживать напряжение до 14,8В.

Из недостатков — слабы в отношении длительных разрядок, если энергия упадет до значения ниже 10,8В необратимо потеряет 50% от своей изначальной емкости. Такой энергосберегатель подойдет для людей, которые часто ездят на дальние расстояния.

Гибридные

Сочетает преимущества малосурьмянистых и кальцевых источников энергии. Выносливые к сильным разрядам и не фатально портятся от вскипания.

Проверка плотности тосола при покупке

При покупке плотность тосола определяют для того, дабы выявить подделку, самой примитивный из которых является вода, покрашенная в синий цвет. Продавец может предложить проверить охлаждающую жидкость при помощи особого ареометра: добротный тосол имеет плотность 1,073-1,079 г/см3. Впрочем такая проверка может ничего не дать. В подделке могут содержаться триэтиленгликоль, диэтиленгликоль либо пропиленгликоль, которые гораздо дешевле этиленгликоля, впрочем при этих составляющих плотность будет соответствовать норме. Вестимы случаи, когда для достижения нужных показателей в воду добавляли поваренную соль.Дабы не нарваться на подделку, необходимо приобретать тосол только в огромных магазинах.Качество тосола при покупке отменнее проверять при помощи лакмусовой бумажки, сходственный способ является самым подлинным. Опустите бумажку в тосол и сравните итог со шкалой, дабы определить рН раствора. Если бумажка стала розовой (рН=1-5), раствор содержит много кислоты и является подделкой, если бумажка купила синий цвет (рН=10-13), в растворе много щелочи, что говорит о подделке либо о некачественном тосоле. Зеленый цвет бумажки (рН=7-9) свидетельствует о том, что тосол может быть добротным.

Говоря о необходимости повысить плотность аккумулятора , мы, безусловно же, имеем в виду плотность электролита в аккумуляторных батареях. Повернул ключ два-три раза, и все – стартер не вертит. Исключительно если зажигание не отрегулировано.

Вам понадобится

• – ареометр,
• – электролит,
• – зарядное устройство

Инструкция

1. В сходственных случаях, раньше каждого, проверьте, довольно ли заряжен ваш аккумулятор.Если он длинно стоял на хранении, снятый с автомобиля, абсолютно допустимо АКБ утратила свой заряд. Это явление именуется саморазрядом. Потеря заряда АКБ может быть и на эксплуатируемом автомобиле при определенном режиме движения.С понижением заряда батареи падает и плотность электролита. Эти два показателя узко взаимосвязаны. Поставьте аккумулятор на зарядку, и вы повысите плотность . Не позабудьте открыть пробки.Учтите, чем меньшим током вы будете заряжать вашу батарею, тем полнее и глубже вы зарядите аккумулятор. Для «55-го», скажем, оптимальным будет ток 2.75 А. 2. Проверьте плотность заряженной батареи. Если по истечении 10-12 часов ее плотность не достигла показаний 1.27 – 1.28 г/куб. см, вы не отслеживали кипения и выделения газов из банок АКБ – переходите к возрастанию плотности доливом свежего электролита.Для этого с соблюдением всех мер предосторожности резиновой грушей либо тем же ареометром поочередно из всякой банки забирайте электролит и сливайте в какую-либо стеклянную посудину. Дабы не переводить впустую свежий электролит, заберите и вылейте, в зависимости от потери плотности, из банки сразу несколько всасываний. 3. Восполняйте объем приготовленным свежим электролитом плотность ю 1.4 г/куб. см и периодично замеряйте изменяющуюся плотность . Тяготитесь к равным показателям во всех аккумуляторных банках.По окончании операции и окончательных замеров электролит в банках нужно перемешать. Для этого поставьте аккумулятор опять на зарядку малым током, не давая кипеть. Перемешиваться электролит будет и в аккумуляторе, установленном на автомобиле с работающим мотором. Видео по теме Обратите внимание! Никогда не пытайтесь повысить плотность аккумуляторных батарей доливкой в электролит концентрированной кислоты, какой бы низкой она ни была! Полезный совет Все работы, связанные с переливанием электролита, делайте в резиновых перчатках.

Уменьшение плотности электролита происходит в основном при полной разрядке аккумулятора. При этом возрастает внутреннее сопротивление аккумулятора и уменьшается его емкость, что приводит к трудностям при попытке запустить мотор из-за снижения мощности стартера. Разглядим, как дозволено повысить плотность электролита.

Вам понадобится

Инструкция

1. Откройте пробки в верхней части аккумулятора и с поддержкой особого прибора, ареометра, измерьте плотность электролита. Для этого в стеклянную трубку, внутри которой находится поплавок, наберите электролит и по делению на поплавке определите его плотность. Если плотность поменьше, чем 1.12, то восстановить ее теснее вряд ли получится. 2. Всецело зарядите аккумулятор до того, пока не закипит электролит в банках. При этом значение плотности должно подняться до 1.26-1.28. Желанно осуществить несколько полных циклов зарядки-разрядки, для этого зарядите аккумулятор при помощи мелких токов, позже чего разрядите до 10.8 вольт, подключив на несколько часов сопротивление в 50 Ом либо лампу на 20-30 Ватт. 3. Позже этого перемножьте ток на время, в течение которого разряжался аккумулятор – таким образом, вы рассчитаете значение реальной емкости. Повторите каждый цикл еще раз. Позже этих манипуляций емкость и плотность обязаны увеличиться. Вновь измерьте плотность ареометром. 4. Если позже всех причисленных действий плотность электролита составляет менее 1.26, то скорректируйте ее с подмогой добавления электролита плотностью 1.40. Для этого грушей удалите часть электролита из аккумулятора, а взамен нее добавьте новейший электролит с высокой плотностью, пока плотность результирующего состава не достигнет требуемого значения. 5. Позже этого вновь зарядите аккумулятор малым током, не больше 2-х Ампер в течение получаса для того, дабы дать перемешаться электролиту. Вновь проверьте плотность и если она поменьше нормы, вновь добавьте электролит. Обратите внимание! Весьма не рекомендуется всецело сливать электролит из аккумулятора, от того что в этом случае дозволено замкнуть пластины мусором, тот, что отрывается от них и оседает на дне банки.

Если автомобильный аккумулятор стал слишком стремительно разряжаться, то рекомендуется проверить плотность электролита . Замерить и “подогнать” плотность электролита желанно также при резкой смене температуры.

Вам понадобится

• спиртовой термометр и особый измерительный прибор (рис 1), состоящий из резиновой груши (поз. 1), одетой на стеклянную трубку (поз. 2). В противоположную сторону трубки вставлена резиновая пробка (поз. 4) с заборником (поз. 5). Внутри стеклянной трубки находится ареометр (поз. 3).

Инструкция

1. Для измерения плотности наполните с поддержкой резиновой груши стеклянную трубку электролитом через заборник приблизительно до половины высоты трубки. Ареометр должен вольно плавать в жидкости, не касаясь пробки, груши и боковых стенок колбы. Только в таком случае измерение плотности будет положительным. 2. Считайте значение плотности по цифровому значению на шкале, которая находится внутри верхней части ареометра, в месте контакта мениска электролита с трубкой ареометра. Позже измерения плотности и температуры откорректируйте полученные значения. 3. При температуре электролита , отличающейся от температуры 25 °С огромнее чем на 5 °С, получившуюся при замере величину плотности электролита измените с учетом температурной коррекции: на весь 1 градус по Цельсию делается коррекция в 0,0007 грамм на кубический сантиметр. Если поменьше, то поправку вычитаете, если огромнее — прибавляете. Либо, ориентируясь по дальнейшей таблице, определите, соответствует ли плотность электролита требуемым параметрам. 4. Но если нужных параметров в этой таблице нет (скажем, если нужно зимой замерить плотность электролита в аккумуляторе автомобиля), воспользуйтесь легкой, но приблизительной зависимостью: на всякие 15 градусов по Цельсию плотность электролита изменяется на 0.01 грамм на кубический сантиметр. Видео по теме Полезный совет Плотность электролита гораздо изменяется при увеличении либо уменьшении температуры, следственно перед замером плотности измерьте температуру электролита. Существуют ареометры со встроенными термометрами, что мощно упрощает процедуру измерения плотности и температуры электролита.

Плотность электролита снижается при разрядке аккумулятора, куда он заливается. Дабы поднять его плотность, попытайтесь зарядить аккумулятор до кипения в банках. Если позже этого плотность электролита не поднялась до надобного показателя, освободите в нем место и долейте серную кислоту.

Вам понадобится

• ареометр, серная кислота либо концентрированный электролит, зарядное устройство.

Инструкция

1. Поднятие плотности электролита без доливания кислотыПервым знаком падения плотности электролита является разрядка аккумулятора. Для того дабы определить плотность, используйте ареометр. Для этого с его подмогой оттяните некоторое число электролита и по всплывающим поплавкам определите его плотность. Она должна составлять 1,27 г/см3, зимой она может быть чуть выше. Если плотность электролита поменьше нормы, подсоедините аккумулятор к зарядному устройству и заряжайте его до тех пор, пока электролит в банках не закипит. После этого разрядите его с поддержкой лампы, за это время измерьте ток разрядки и ее время. Перемножив эти значения, узнайте емкость аккумулятора и сравните ее с паспортной. Если она больше чем на 30% поменьше, то перезарядка не поможет. В обратном случае вновь зарядите аккумулятор и замерьте плотность электролита . Она должна прийти в норму. 2. Поднятие плотности электролита доливанием кислотыВ том случае, если 1-й способ не помог, и плотность электролита остается менее 1,27 г/см3, долейте кислоту. Для этого ареометром оттяните некоторое число электролита и залейте серную кислоту. Учтите, что ее плотность составляет 1,83 г/см3, и это дюже резкое вещество. В автомагазинах продается концентрат электролита плотностью 1,4 г/см3 – он больше неопасен, следственно отменнее используйте его. Доливайте концентрат, пока плотность не увеличится до надобного значения. Позже этого поставьте аккумулятор на зарядку с небольшим током (не больше 2 А) на 30 мин. За это время электролит всецело перемешается. Вновь проверьте плотность во всех банках. Она должна быть идентичной и соответствовать нормам. Если плотность все еще мала, повторите операцию вновь. 3. Специальную осторожность соблюдайте при работе с серной кислотой. Не допускайте ее попадания на кожу либо одежду. Если это случилось, смойте электролит огромным числом воды и обработайте это место раствором соды, которая нейтрализует кислоту. При оттягивании раствора ни в коем случае не переворачивайте аккумулятор, так как шлам от пластин может закоротить батарею, и она испортится.

Если стартер автомобиля еле вертится, то стоит проверить плотность электролита в аккумуляторе. Для этого довольно особого ареометра. Если плотность электролита окажется неудовлетворительной, то нужно предпринять ряд мероприятий по реанимации аккумулятора – подзарядить его и увеличить плотность электролита .

Вам понадобится

• автотестер либо мультиметр, зарядное устройство, свежий электролит

Инструкция

1. Подзарядите и установите на автомобиль аккумулятор. Параллельно клеммам аккумулятора подключите автотестер, включенный в режиме вольтметра. Стрелка автотестера должна стоять в желтой зоне. Мультиметр должен показать напряжение 11,9 – 12,5 вольта. 2. Заведите мотор, выведите его циклы на 2,5 тыс.об. в мин. Замеряйте напряжение на клеммах аккумулятора. При проверке автотестером в режиме вольтметра, стрелка должна быть в зеленом секторе. Мультиметр должен показать напряжение 13,9 – 14,4 Вольта. Если напряжение не изменилось, значит, отсутствует ток зарядки и автомобиль требует ремонта, а аккумулятор зарядки. Заряжайте аккумулятор током, значение которого (в Амперах) в 10 раз поменьше емкости батареи (в Ампер*час) в течение 10 часов. Дальнейшие 2 часа зарядку изготавливаете током (в Амперах), меньшим от емкости батареи (в Ампер*час) в 20 раз. Скажем, при емкости батареи 60 ампер*часов 1-й ток зарядки равен 6 амперам, 2-й равен 3 амперам. (2-й режим является уравнительным, применяется для выравнивания плотности электролита во всех банках аккумулятора).Заряжайте аккумулятор, пока не начнется насыщенное газовыделение во всех банках. 3. Если при проверке на автомобиле с заведенным мотором напряжение на клеммах аккумулятора поднялось выше 14,4 вольта, значит, реле-регулятор автомобиля неисправен и требует ремонта, а электролит в аккумуляторе непрерывно мощно выкипал. Потому что в таких случаях электролит дословно выплескивается, а добавляют в аккумуляторы для выравнивания яруса электролита только дистиллированную воду, ничего ошеломительного в низком ярусе плотности электролита нет. В таком случае всецело зарядите аккумулятор и выровняйте плотность электролита в банках, отливая ветхий и слабый электролит и добавляя свежий. Делайте эту операцию только на всецело заряженном аккумуляторе, ориентируйтесь по напряжению на клеммах, которое при отключенном и отсоединенном зарядном устройстве должно составить 12,7 Вольта.

Многие автолюбители, исключительно с небольшим навыком, сталкиваются с загвоздкой заводки автомобиля позже продолжительной стоянки, а также с наступлением первых холодов. В большинстве случаев позже нескольких неудачных попыток завести мотор машины начинается поиск поводы, которая кроется почаще каждого в отсутствии надлежащего контроля за состоянием аккумуляторной батареи. Если автомобилем не пользовались долгое время, либо эксплуатировали его в зимний период, да еще в городских условиях, когда доводится длинно стоять в пробках с включенными приборами, вероятность севшего аккумулятора высока.

Инструкция

1. Отключите аккумулятор от бортовой сети автомобиля и измерьте напряжение на батарее вольтметром. Желанно делать это не сразу, а через несколько часов позже остановки мотора и в теплом помещении, напротив придется при делать поправку на температуру электролита. Степень заряженности батареи дозволено определить по таблицам в справочниках. Если этих данных нет под рукой, то ориентируйтесь на приблизительные цифры – 12,2 вольт обозначает 50% разряда; 11,6 вольт – 100% разряд. 2. Измерьте плотность электролита с поддержкой ареометра (денсиметра), если у вас обслуживаемый аккумулятор. У всецело заряженного прибора параметры обязаны быть 1.28 -1.29 гсм?, в летнее время 1.26-1.27 гсм?, при разряде на 50% -1.20 гсм?, у всецело разряженного – 1.10. Обладатели современных необслуживаемых батарей освобождены от этой процедуры. 3. Подзарядите аккумулятор с подмогой зарядного устройства. Если напряжение поменьше 12.6 В и плотность электролита ниже 1.24 гсм. куб, заранее доведя до нормы ярус и плотность электролита. 4. Проверьте напряжение на батарее при работающем моторе на циклах 1500-2000 обмин и включенном далеком свете фар. Напряжение от 13,9 вольт до 14,3 вольт говорит о том, что система подзарядки работает оптимально, а отклонения в меньшую либо крупную сторону разрешают делать итог о неудовлетворительном заряде либо перезаряде. И то, и другое пагубно для аккумулятора и снижает срок его эксплуатации. Недозаряд может быть следствием слабой натяжки ремня генератора. 5. Примите себе за правило подзаряжать аккумулятор позже долгой паузе в пользовании автомобилем (летом больше 3 недель, зимой больше 10 дней). Помните, что включенная автосигнализация также приводит к постепенному разряду батареи. Полезный совет Пред измерением плотности аккумулятора желанно замерить ярус электролита.

Эксплуатация зимой

Перед началам зимнего периода, нужно провести определенную подготовку. Для этого следует постоянно проверять заряд накопителя и концентрацию католита. Чтобы избежать переохлаждения батареи, используйте специальные термокейсы или утепленные одеяла для подкапотных составляющих деталей вашего автомобиля.

Чтобы машина запускалась в холодном январе — утеплите капот! Не забывайте про смену моторного масла, оно должно сохранять свою текучесть и не замерзнуть при минусовой температуре.

Цифровые показатели, на которые нужно ориентироваться

Поскольку химическая составляющее АКБ напрямую зависит от температурных факторов, существуют общепринятые цифровые показатели, обозначающие уровень оптимальной концентрации электролита. На юге РФ это 1,25, в районах средней полосы — 1,27, а в северных регионах — 1,29 гр/см3.

Итак, как проверить уровень электролита в аккумуляторе и его плотность? Отнесите батарею в помещение с комнатной температурой, удалите с нее загрязнения, откройте банки и воспользуйтесь стеклянной трубочкой и ареометром. Не забудьте надеть перчатки. Проверку аккумулятора нужно осуществлять регулярно для обеспечения наилучшего уровня его работы.

Эксплуатация летом

Жара вредит вашему накопителю не меньше, чем экстремальные морозы! В период знойного июля, когда асфальт начинает плавиться, следите за уровнем электролита, если он падает, доливайте дистиллированную жидкость.

При высоких температурах образования водорода внутри устройства батареи становится больше. Следите за вентиляционными каналами, они должны быть чистыми, ничто не должно препятствовать выходу избыточного газа.

Это спасет АКБ от преждевременного завершения эксплуатационного периода! Также летом стоит уделять повышенное внимание избеганию контакта с огнем. Риск взрыва в это время года значительно выше из-за высокой температуры.

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.

Особенности повышения плотности

Приняв во внимание все нюансы, стоит рассказать о том, как поднять плотность при изменении концентрации электролита в аккумуляторе.

Сделать это можно самостоятельно. Ведь чтобы поднять сниженную плотность у электролита, никаких отверстий в аккумуляторе обслуживаемого типа делать не придётся.

Нормой измерения при комнатной температуре считается 1,25-1,29 г/см3. Если показатели ниже, нужно поднимать плотность. Снижение параметров только в одной банке указывает на короткое замыкание.

Есть несколько рекомендаций для того, чтобы повысить плотность упавшего электролита в самом аккумуляторе. Для начала нужно сделать следующее:

• Полностью зарядить АКБ, поскольку проверять плотность при разряде проводить нельзя. Добавив электролит, концентрация резко увеличится и начнётся разрушение пластин.
• Привести температуру жидкости в норму. Работать следует в диапазоне 20-25 градусов Цельсия.
• Убедиться, что уровень в каждой банке соответствует норме.
• Осмотреть АКБ на предмет повреждений и дефектов.

Далее проводится непосредственно сама корректировка параметров плотности с помощью электролита, чтобы в аккумуляторе восстановить рабочие характеристики.

Если уровень слишком низкий и упал ниже 1,18 г/см3, восстановлению такая АКБ уже не подлежит.

Если плотность выше этого порога, её требуется увеличить. Для этого нужно:

• разрядить АКБ, подключив её к какому-нибудь потребителю вроде лампочки;
• подготовить корректирующий электролит, продаваемый в магазинах;
• с помощью груши откачать небольшое количество смеси из каждой банки;
• добавить не более 50% от откаченного объёма новый электролит;
• поставить батарею на зарядку минут на 30, чтобы выровнять концентрацию во всех банках;
• дать постоять АКБ на ЗУ при минимальном зарядном токе;
• отключить батарею.

Примерно через 2-3 часа делается повторная проверка. Если концентрация ещё недостаточная, процедура повторяется.

Видео: как поднять плотность электролита в банках АКБ

Канал «Denis МЕХАНИК» в своем видеоролике подробно рассказал о том, как проверить и увеличить плотность электролита в аккумуляторе.

Плотность электролита в аккумуляторе очень важный параметр у всех кислотных АКБ, и каждый автовладелец должен знать: какая плотность должна быть, как её проверить, а самое главное, как правильно поднять плотность аккумулятора (удельный вес кислоты) в каждой из банок со свинцовыми пластинами заполненных раствором h3SO4.

Проверка плотности – это один из пунктов процесса обслуживания аккумуляторной батареи, включающий так же проверку уровня электролита и замер напряжения АКБ. В свинцовых аккумуляторах плотность измеряется в г/см3. Она пропорциональна концентрации раствора, а обратно зависима, относительно температуры жидкости (чем выше температура, тем ниже плотность).

По плотности электролита можно определить состояние батареи. Так что если батарея не держит заряд, то следует проверить состояние её жидкости в каждой его банке.

Плотность электролита влияет на емкость аккумулятора, и срок его службы.

Проверяется денсиметром (ареометр) при температуре +25°С. В случае, если температура отличается от требуемой, в показания вносятся поправки, как показано в таблице.

Итак, немного разобрались, что это такое, и что нужно регулярно делать проверку. А на какие цифры ориентироваться, сколько хорошо, а сколько плохо, какой должна быть плотность электролита аккумулятора?

Как повысить плотность электролита в автомобильном аккумуляторе

Аккумуляторная батарея в автомобиле является важной частью в его электрической схеме. Многие автолюбители сталкивались с проблемой, когда они не могли завести свой автомобиль, особенно, после длительного простоя. Связано это с тем, что аккумулятор теряет свою мощность и не может раскрутить стартер. Виной всему является понижение плотности электролита. В этой статье попробуем разобраться, как поднять его плотность своими силами.

Причины снижения плотности электролитической жидкости

Определимся сначала, что такое электролит. Это вещество, проводящее электрический ток в результате распада на ионы. В аккумуляторных батареях автомобилей в качестве жидкости выступает раствор серной кислоты и дистиллированной воды. Все автолюбители знают, что во время эксплуатации автомобиля периодически надо следить за уровнем жидкости в аккумуляторе. При низком уровне все доливают дистиллированную воду, но редко кто замеряет плотность раствора.

Во время пуска стартера происходит разряд АКБ, который потом восстанавливается в процессе зарядки от генератора. Во время зарядки происходит частичное выкипание электролитического раствора. Таким образом, добавляя дистиллированную воду, мы понижаем общую плотность жидкости. Очень часто происходит выкипание электролитического раствора и в результате — поломки реле зарядки генератора. При понижении плотности электролитической жидкости аккумулятор просто не сможет выдать пусковой ток для запуска стартера, и в итоге мы не сможем завести двигатель. В этом случае надо повышать плотность электролитической жидкости.

Что понадобится для повышения плотности электролита

Перед тем как приступить к восстановлению нормальной плотности, надо произвести следующие приготовления.

• Приобрести средства индивидуальной защиты (резиновые перчатки, прорезиненый фартук и очки, а лучше стеклянный щиток).
• Приготовить серную кислоту и дистиллированную воду.
• В автомагазине купить ареометр и небольшую воронку. Понадобится еще медицинская груша.
• Приготовить раствор кислоты повышенной плотности. Для этого надо приготовить подходящую емкость, обычно берут пустой корпус от старого аккумулятора. Еще одну емкость надо приготовить для отработанного раствора. В него сначала налить дистиллированную воду, а затем тонкой струйкой серную кислоту. Так как этот процесс довольно длительный, его надо произвести заранее. В результате реакции раствор будет нагреваться, поэтому надо подождать пока он полностью остынет. Показание ареометра, должно быть, при этом около 1,40 г/см³.

Весь объем старого электролита мы все равно не сможем откачать, поэтому такая плотность как раз должна нам подойти.

Процедура обновления аккумулятора

Итак, приступаем непосредственно к повышению плотности электролита в нашем аккумуляторе. Аккумуляторная батарея состоит из шести емкостей, изолированных друг от друга, поэтому процедуру ее повышения надо производить с каждой последовательно. Не забываем надеть средства индивидуальной защиты. Затем последовательно открываем пробки всех банок. Рядом с рабочим аккумулятором ставим емкость для старого электролита.

Медицинской грушей из первой банки, желательно в мерный стакан, откачиваем отработанный электролит и сливаем в приготовленную емкость. Затем сначала в мерный стакан набираем такой же объем приготовленного электролита. В отверстие банки вставляем воронку и заливаем электролит повышенной плотности. Затем замеряем ее ареометром. Если она ниже нормативного показателя, то повторяем всю процедуру заново. То есть откачиваем получившуюся смесь и опять добавляем электролитическую жидкость. Если мы делаем эту процедуру летом, то надо будет вывести летнюю норму 1,25—1,27 г/см³. Для зимы ее надо будет поднять до 1,28—1,30 г/см³, в зависимости от климатических условий.

Некоторые нюансы, которые обязательно надо запомнить:

• плотность электролита замеряется у полностью заряженной аккумуляторной батареи, потому что в этом случае показания ее не изменяются;
• показания ареометра в каждой банке не должны отличаться более чем на 0,01 г/см³;
• нельзя переворачивать аккумулятор, чтобы не получить короткого замыкания;
• после замены электролитической жидкости надо произвести кратковременную зарядку аккумулятора для лучшего размешивания раствора.

Повышение плотности с помощью зарядного устройства

Если вы столкнулись с тем, что у вас очень маленькое показание ареометра, допустим, ниже 1,18 г/см³, то способ, описанный выше, нам не поможет. В этом случае нам придется воспользоваться не электролитом, а серной кислотой. То есть, откачав из банки отработанную электролитическую жидкость, взамен надо будет влить кислоту. Делать это надо очень осторожно.

Повысить плотность можно и с помощью зарядного устройства, но это очень длительный процесс. Аккумулятор надо поставить на зарядку, выставив минимальное значение тока подзарядки. Со временем аккумулятор закипит и дистиллированная вода начнет испаряться. Вместо нее надо добавлять электролит.

Если у вас аккумулятор давно в эксплуатации, есть еще способ продлить ему жизнь. Это способ полной замены старого электролита на новый. Для этого надо откачать грушей старый электролит. Затем аккумулятор аккуратно положить набок. Внизу каждой банки дрелью просверлить отверстия. Через них слить оставшуюся часть жидкости. Затем, чтобы промыть батарею, залить дистиллированную воду в каждую банку и слить. Далее, берем пластмассу со старых корпусов батарей и с помощью паяльника запаиваем все шесть отверстий. Заливаем нормальную электролитическую жидкость и ставим аккумулятор на зарядку. Такой аккумулятор долго не проработает, но до покупки нового должен еще послужить.

Видео

Из этого видео вы узнаете, как самостоятельно повысить плотность электролита в аккумуляторе.

Вечно через пять лет? Нет, батарейки под носом поправляются

Увеличить / В каком году снова появится Mr. Fusion, чтобы составить конкуренцию Tesla и др.?

Универсальные картинки

Трудно писать об исследованиях аккумуляторов в отношении этих компонентов, не услышав эха определенных комментариев еще до того, как они будут опубликованы: Он никогда не выйдет на рынок. До холодного синтеза навсегда останется 20 лет, а до новой технологии батарей навсегда останется пять лет.

Этот скептицизм понятен, когда новый дизайн батареи обещает революцию, но он рискует упустить тот факт, что батареи стали лучше . Литий-ионные батареи уже давно воцарились — это правда. Но «литий-ионные» — это батареи категории , которые включают в себя широкий спектр технологий, как с точки зрения аккумуляторов, используемых сегодня, так и тех, которые мы использовали ранее. Многое можно сделать — и много было сделано — чтобы сделать литий-ионный аккумулятор лучшего качества.Фактически, прирост количества энергии, которое они могут хранить, составляет порядка пяти процентов в год. Это означает, что емкость ваших нынешних аккумуляторов более чем в 1,5 раза выше, чем они были бы десять лет назад.

Литий-ионные батареи

эволюционировали, заметили вы это или нет. Вот как.

Почему литий-ионный рев?

Полезно начать с определения того, что делает аккумулятор «литий-ионным». Звезды шоу — это, очевидно, атомы лития, которые легко отдают электрон, образуя ионы.Каждая батарея имеет катод и анод, а между ними находится сепаратор и электролит. На катодной стороне литий находится в составе оксида металла, где он будет оставаться до тех пор, пока каждый атом удерживает этот электрон. После отделения от электрона ионы лития будут перемещаться через сепаратор и собираться на аноде. Освободившиеся электроны не могут пересечь разделитель, поэтому вместо этого они проходят через цепь, подключенную к двум электродам батареи.

Во время зарядки ионы и электроны лития накапливаются в аноде.Во время разряда электроны проходят через цепь, и ионы лития снова проходят через сепаратор, воссоединяясь по мере того, как литий осаждается обратно в структуру материала катода.

Увеличьте / узрите: литий-ионный аккумулятор.

Настоящая батарея состоит из трех слоев материалов: катодного материала, нанесенного на металлическую фольгу, разделительного слоя и анодного материала, нанесенного на другую металлическую фольгу. Сложите их вместе, и у вас будет карманный или призматический аккумулятор, который вы можете найти в своем телефоне или Chevy Bolt.Сверните слои в катушку, и у вас будет цилиндрическая батарея, как в электроинструментах или Tesla.

Реклама

Вы не можете избавиться от лития и по-прежнему называть его литий-ионным аккумулятором, но все остальное — честная игра. Для изготовления катода используется много разных материалов, и вы можете заменить сепаратор или попробовать другой химический состав электролита. Есть даже варианты анодного материала, хотя один из них уже давно доминирует.

В первых попытках создания литий-ионных аккумуляторов в качестве анода использовался твердый металлический литий, но это приводило к серьезным проблемам со стабильностью. (Проблемы, над которыми до сих пор работают.) Прорывом стало использование графита в качестве анода. Графит занимает ценное пространство, не обеспечивая при этом дополнительной энергоемкости, но его пластинчатая структура обеспечивает безопасное размещение ионов лития, значительно увеличивая срок службы и безопасность. Благодаря этому в 1991 году появились первые литий-ионные аккумуляторы Sony.

Даже первые литий-ионные батареи имели большую плотность энергии, чем никель-металлогидридные батареи, удерживая больший заряд в меньшем пространстве при меньшем весе. Они также работают с более высоким напряжением ячеек, что может быть полезно. Конечно, не только солнце и единороги. Литий-ионные батареи более дорогие, а органический растворитель, используемый для электролита, легко воспламеняется, что создает опасность возгорания, с которой необходимо тщательно бороться.

Никель-металлогидридные батареи

продолжают использоваться в перезаряжаемых батареях AA и AAA, а также в гибридных транспортных средствах, которые не нуждаются в таком большом накоплении энергии.Но литий-ионный аккумулятор доминирует там, где пространство и вес имеют большое значение, в таких местах, как ноутбук или электромобиль.

Очень специфический набор навыков

Батареи

обладают более чем одной или двумя важными характеристиками, поэтому они часто представлены в виде паутины (например, приведенной ниже). «Есть плотность энергии, есть удельная мощность, есть стоимость, есть срок службы, есть календарный срок, есть безопасность», — сказал Ars Венкат Сринивасан из Аргонской национальной лаборатории.«Что обычно происходит в батареях, так это компромисс между этими разными вещами». Даже просто придерживаясь литий-ионных аккумуляторов, существуют конфигурации и конструкции, которые могут подчеркнуть некоторые из этих характеристик за счет чего-то еще. Например, можно немного повысить плотность энергии, но, возможно, это будет связано с более высокими затратами или с сокращением срока службы.

Реклама Увеличить / Единый общий набор характеристик аккумулятора.

Это может быть одной из причин разочарования или скептицизма в отношении новостей об исследованиях аккумуляторов. Исследование может определить способ значительно улучшить одну характеристику, сделав захватывающий вывод о прибылях и убытках. Но дизайн может быть непрактично плохим по-другому. Хотя исследователи аккумуляторов учатся на том, что работает, а что нет, это означает, что многие лабораторные аккумуляторы, о которых вы можете прочитать, никогда не появятся на рынке.

Однако это также означает, что существует множество ручек, которые можно использовать для настройки конкретной конструкции батареи.Даже такие, казалось бы, незначительные вещи, как точная толщина анодного или катодного слоя, который осаждается на металлической фольге, могут повлиять на поведение. Например, чем толще катод по сравнению с его подложкой из фольги, тем выше удельная энергия батареи, поскольку фольга занимает меньшую часть общего объема. Но более толстый слой материала также означает более длительный путь для ионов и электронов лития. Это выделяет больше тепла во время работы от батареи и сокращает срок службы. С другой стороны, держите катод тоньше, и он сможет выдерживать более высокие скорости заряда и разряда, поскольку более короткий путь легче.

В небольших устройствах, где пространство ограничено, предпочтительны более дорогие конструкции с максимальной плотностью энергии. Электромобили бывают разными, поскольку стоимость аккумулятора составляет значительную часть общей цены — добавление 20-процентной надбавки к аккумулятору может легко вывести автомобиль за пределы вашего бюджета. Жизненный цикл тоже должен быть намного больше. Уменьшение времени автономной работы телефона через два года в наши дни обычно считается нормой. Значительно уменьшенное время автономной работы в автомобиле через два года стало бы нарушением сделки.

Поскольку электромобили в настоящее время находятся на грани доступности и (по крайней мере, для некоторых) приемлемого диапазона и времени зарядки, небольшие улучшения в батареях здесь гораздо более заметны.

Три способа улучшения литий-ионных аккумуляторов

Несмотря на то, что производительность литиевых батарей значительно выросла, все еще есть возможности для улучшения, чтобы снизить стоимость, повысить устойчивость и максимизировать их влияние на декарбонизацию, говорит Маркос Иеридес, консультант и эксперт по материалам в инновационной консалтинговой компании Bax & Company.

Благодаря постоянно растущему населению мира, а также глобальному экономическому росту, наши потребности в энергии стремительно росли, достигнув пика в 113 000 ТВтч в 2017 году по данным Международного энергетического агентства. Воздействие этого роста на окружающую среду и благосостояние общества становится все более очевидным, усиливая необходимость декарбонизации секторов транспорта и производства электроэнергии — двух наиболее загрязняющих секторов в Европейском союзе (ЕС).

Электромобильность стала распространенным решением для декарбонизации транспортного сектора, при этом за последние два года продажи электромобилей выросли на 60%.В то же время в секторе производства электроэнергии ускоряется использование энергии ветра и солнца, при этом четверть мировой электроэнергии поступает из возобновляемых источников энергии.

Чтобы эти решения полностью раскрыли свой потенциал, они должны сочетаться с эффективными технологиями хранения энергии. Производительность литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов значительно возросла в результате значительных инвестиций в НИОКР; удельная энергия утроилась с 2008 года, а стоимость снизилась почти на 85%.Тем не менее, необходимы дальнейшие исследования для снижения нормированной стоимости энергии (LCOE) и обеспечения того, чтобы производство и использование батарей не оказывало негативного воздействия на окружающую среду.

Сегодняшние батареи включают РЗЭ (редкоземельные элементы), CRM (критическое сырье) и другие «чувствительные» материалы. Наиболее важными элементами, возможно, являются кобальт (Co), никель (Ni), марганец (Mn) и литий (Li) из-за их важности для окончательных электрохимических характеристик батареи.

По оценкам Объединенного исследовательского центра ЕС, спрос на эти материалы вырастет до 2500% с 2015 по 2030 год, что создаст проблему дефицита.Тот факт, что большинство таких элементов неравномерно распределены по миру, тоже не облегчает ситуацию; По данным Европейской комиссии, одна треть никеля и лития, используемых в батареях во всем мире, добывается в Китае и Чили соответственно, а две трети поставок кобальта поступает из Демократической Республики Конго. Это создает значительные риски для цепочки поставок и способствует огромной краткосрочной и долгосрочной волатильности цен. К этому добавляется сомнительное воздействие на окружающую среду и общество от источников таких материалов, наиболее печально известной из которых является добыча кобальта в Демократической Республике Конго с использованием кустарных рудников и детского труда.

Текущие исследования и инновации (НИОКР) во всем мире направлены на решение этих проблем. По данным IEA, содержание кобальта в никель-марганцево-кобальтовых (NMC) катодах, одном из наиболее распространенных видов катодной химии, снижено с ~ 0,4 кг / кВтч для NMC111 до 0,03 кг / кВтч для NMC811.

Эти улучшения также направлены на повышение производительности, помимо решения проблем с сырьем; Удельная энергия катодов NMC811 на 25% выше, чем у NMC111, при 200 мАч / г согласно работе Research Interfaces.Другие подходы полностью исключают использование Со. В рамках совместного финансируемого ЕС проекта НИОКР COBRA (Батареи без COBALT для FutuRe Automotive Applications) разрабатывается химический состав катода из литий-ионного оксида марганца (LMO) без содержания кобальта. Чтобы улучшить характеристики, партнеры работают над легированием катодного материала оксидами с высоким содержанием лития, чтобы достичь емкости 250 мАч / г.

Электрохимические явления, которые позволяют аккумулятору накапливать и обеспечивать энергию по запросу, также ответственны за механизмы деградации, которые со временем снижают производительность аккумулятора в элементах аккумулятора.Одним из примеров является формирование слоя SEI, который, хотя и жизненно важен для производительности элемента, в конечном итоге способствует снижению емкости и плотности мощности.

Подход к решению таких проблем вдохновлен живыми организмами, которые могут лечить травмы и восстанавливать функциональность поврежденных частей тела, чтобы выжить. В широком смысле его можно разделить на профилактические, то есть предотвращающие или замедляющие механизмы деградации, или активные, то есть на устранение повреждения после того, как оно произошло.В этом подходе используются самовосстанавливающиеся полимеры, которые восстанавливают повреждения путем восстановления разорванной границы раздела с помощью обратимых химических связей или специфических супрамолекулярных взаимодействий, таких как водородные связи, среди прочего. Эти материалы могут быть либо непосредственно включены в компоненты батарей во время их производства, либо встроены в микрокапсулы, которые затем вводятся в компоненты — например, электролит — и высвобождаются автономно при выполнении условия или по требованию внешнего стимула.

Текущие исследования в этой области все еще находятся в зачаточном состоянии, хотя область постепенно привлекает внимание. Европейская арена аккумуляторов выдвигает на первый план самовосстановление как одну из ключевых областей для будущих исследований, в том числе в рамках совместной инициативы «Аккумулятор 2030+» (цель которой «поставить Европу на передний план в гонке по разработке аккумуляторных технологий будущего». ).

Хотя стоимость аккумуляторов быстро снижается, LCOE все еще в два-четыре раза выше, чем для энергии ветра и солнца, недавно сообщило BloombergNEF.Отчасти это связано с энергоемкими производственными процессами по производству компонентов и элементов. Особенно энергоемкими являются процессы обжига и соосаждения для производства электродов, поскольку они требуют нагрева обжиговых печей до температур выше 1000 ° C. Для NMC111 доля потребления энергии на кальцинирование и осаждение составляет около 35% от общих 1127 МДж / кВтч батареи [согласно анализу жизненного цикла, проведенному Q. Dai]. Помимо того, что для достижения таких температур требуется значительное количество энергии, печи обычно работают круглосуточно (для достижения таких температур при «холодном запуске» потребуется много времени), что еще больше увеличивает потребление энергии производственными предприятиями.

«Простым» решением для этого было бы использование энергии из возобновляемых источников энергии, которая постепенно дешевеет. Помимо затрат, это также снизит выбросы парниковых газов (ПГ).

Другие подходы направлены на поиск более инновационных решений, таких как разработка процесса производства электродов на водной основе. Это идет рука об руку с разработкой составов на водной основе с растворимыми связующими, которые позволят отказаться от использования нынешних связующих н-метил-2-пирролидона (NMP), которые требуют длительного времени сушки при высоких температурах.

Это лишь некоторые из способов, с помощью которых мы можем обеспечить устойчивость и коммерческую жизнеспособность аккумуляторных систем.

Потребуются дополнительные технологические, социальные и политические инновации, чтобы ускорить развертывание батарей, которые удовлетворяют наши потребности, не оказывая отрицательного воздействия на общество или окружающую среду.

Изображение на обложке: Аккумуляторная система хранения энергии Ampere Energy для бытового использования. Изображение: Энди Колторп / Solar Media.

Exclusive: Panasonic стремится повысить плотность энергии в аккумуляторах Tesla на 20% — исполнительный директор

TOKYO (Reuters) — Panasonic Corp 6752.T планирует увеличить удельную энергию «2170» аккумуляторных элементов, которые поставляет Tesla Inc TSLA.O, на 20% за пять лет и коммерциализировать версию без кобальта «через два-три года», — заявил глава американского подразделения аккумуляторных батарей для электромобилей в США. сказал.

ФОТО ФАЙЛА: Литий-ионный аккумулятор Panasonic Corp изображен с логотипом Tesla Motors во время возможности сфотографироваться в центре Panasonic в Токио, Япония, 19 ноября 2013 года. REUTERS / Yuya Shino

Это первый случай, когда Panasonic, Ведущий поставщик сотовой связи для ведущего в мире производителя электромобилей Tesla обозначил эти цели, поставив маркер в высококонкурентном секторе, чтобы оставаться впереди всех.

Panasonic представила литий-ионные элементы «2170» с никель-кобальт-алюминиевым катодом (NCA) для Tesla Model 3 в 2017 году. Исследователи говорят, что у него уже самая высокая плотность энергии — более 700 ватт-час на литр. .

Обладая еще более высокой плотностью, эти элементы могут помочь увеличить время работы электромобиля от одной зарядки, а также проложить путь для меньших аккумуляторов и более просторного салона автомобиля.

Версия без кобальта, с другой стороны, снизит зависимость от дорогостоящего и вызывающего споры компонента, который делает батареи стабильными, но создает этические проблемы с учетом неоднозначных условий труда у ведущего производителя в Демократической Республике Конго.

Генеральный директор Tesla Илон Маск давно заявил, что хочет перейти на аккумуляторные батареи с нулевым содержанием кобальта.

Компания Panasonic уже сократила содержание кобальта в катоде NCA до менее 5% и планирует поэтапно улучшать свои батареи, сообщил Reuters руководитель отдела аккумуляторных батарей для электромобилей в США Ясуаки Такамото.

Но компания отказалась увязывать свой план развития аккумуляторов с будущими моделями Tesla.

Panasonic недавно утратил статус эксклюзивного поставщика аккумуляторов для Tesla. Американская фирма стала партнером южнокорейской компании LG Chem 051910.KS и китайский CATL 300750.SZ.

CATL поставляет Tesla недорогие литий-фосфатные батареи (LFP), не содержащие кобальта.

По словам Такамото, средняя плотность аккумуляторных элементов LFP составляет менее половины уровня последних аккумуляторов NCA Panasonic. Он не назвал никаких компаний.

«2170» ЯЧЕЙКИ

Компания Panasonic уже разработала технологии, позволяющие увеличить плотность энергии «2170» элементов более чем на 5%.

С сентября компания начнет преобразование линий на своем заводе в Неваде, который работает с Tesla, поскольку она готовится к дальнейшему увеличению плотности энергии ячеек, сказал Такамото.

Чтобы контролировать риски безопасности, связанные с более высокой плотностью и меньшим содержанием кобальта, Panasonic изменяет состав и конструкцию для повышения термостойкости, сказал Такамото.

Он также отметил, что по мере диверсификации использования электромобилей в игру вступят различные требования к батареям.

Маск из Tesla пообещал рассказать о значительных достижениях в области аккумуляторов во время презентации «Battery Day», запланированной на 22 сентября. Tesla планирует представить аккумулятор для электромобиля, который прослужит один миллион миль позже в этом году или в начале следующего, который он разработал совместно с CATL.

Отчет Макико Ямазаки, дополнительный отчет Норихико Широузу; Под редакцией Химани Саркар

BloombergNEF: Плотность элементов литий-ионной батареи почти утроилась с 2010 г.

Колин МакКеррахер из BloombergNEF выступил на саммите BloombergNEF в Сан-Франциско на прошлой неделе, где он привел доводы в пользу того, что электромобили достигают «конца начала». Доводы в пользу того, что электромобили становятся массовыми или выходят из стадии раннего внедрения, подпитываются увеличением плотности энергии в литий-ионных батареях и соответствующим снижением стоимости, которое сопровождается этим.

Снимок экрана из презентации BloombergNEF.

Плотность энергии батареи — это количество энергии, которое может храниться при одинаковом весе. Подумайте об этом как о количестве диапазона, которое можно извлечь из той же упаковки 500 кг (1102 фунта). По мере увеличения плотности энергии из аккумуляторной батареи того же веса может быть извлечено больше энергии. «Плотность энергии аккумуляторов становится все лучше, — сказал Колин МакКеррахер, руководитель отдела передовых транспортных средств BloombergNEF. «С 2010 года они почти утроились на уровне ячеек.”

Снимок экрана из презентации BloombergNEF.

Эти ошеломляющие улучшения проложили путь к электрифицированному будущему. По мере повышения плотности энергии на рынок появляются электромобили с большей дальностью хода, без необходимости в физически более крупных и тяжелых упаковках. Эту тенденцию можно увидеть в Tesla Model S, которая вышла на рынок с запасом хода ~ 250 миль (402 км) на одной зарядке. Самая последняя модель S с аккумулятором Long Range Plus может достигать 628 км пробега на одной зарядке.Это также можно увидеть в увеличении запаса хода, который Nissan LEAF постоянно набирает с 2011 года, увеличившись с 73 миль (117 км) тогда до 215 миль (346 км) в 2020 году (кстати, почти втрое больше).

Повышение плотности энергии позволяет добиваться других значимых побед с электромобилями. По мере увеличения плотности та же упаковка на 100 кВтч становится легче. Более легкие аккумуляторные блоки снижают расходы на транспортировку и погрузочно-разгрузочные работы по всей цепочке поставок, что еще больше снижает стоимость аккумулятора.МакКеррахер также прокомментировал цены на аккумуляторы, отметив, что в последние годы цена на литий-ионные аккумуляторы продолжает падать. Ожидается, что эта тенденция сохранится в 2020 году, при этом BloombergNEF оценивает снижение цен с 156 долларов за кВтч в 2019 году до 135 долларов за киловатт-час в 2020 году.

Снимок экрана из презентации BloombergNEF.

Сети зарядки электромобилей

развиваются в поддержку небольшого, но растущего парка электромобилей. По оценкам BloombergNEF, по всему миру установлено почти 1 000 000 пунктов зарядки электромобилей (это один миллион), и это при том, что уровень внедрения электромобилей на развитых рынках составляет всего 2–5%.Кроме того, при этом игнорируется множество более простых электрических розеток, которые можно использовать для зарядки электромобиля (точно так же, как вы можете использовать для зарядки своего компьютера или телефона).

Когда дело доходит до продаж электромобилей, отрасль впервые вынуждена стоять самостоятельно в некоторых странах, штатах, городах и авиационных округах, поскольку они начинают постепенно отказываться от стимулов для электромобилей на развитых рынках. В США Tesla и GM уже превысили порог в 200000 автомобилей, который знаменует собой постепенный отказ от федерального налогового кредита на электромобили, и вы больше не можете получать никаких налоговых кредитов, если купите Tesla здесь.(Покупатели электромобилей других марок по-прежнему могут получить налоговую скидку в размере 7500 долларов на одно транспортное средство в системе, которая, как ни странно, наказывает лидеров отрасли). После массового всплеска и ранней поддержки подключаемых транспортных средств в поддержку инициатив по чистому воздуху Китай аналогичным образом сокращает прямые субсидии на закупку. Продажи электромобилей в Китае резко упали из-за нового ценового давления на автопроизводителей.

В США рынок электромобилей в основном неинтересен, за исключением Tesla. В частности, Tesla Model 3 продвинула Tesla в массовое сознание и в рейтинги продаж на массовом рынке.Продажи автомобилей Tesla в США оставались стабильными с тех пор, как Tesla успешно увеличила производство своего первого доступного электромобиля в третьем квартале 2018 года.

Страх перед «убийцами Tesla» со стороны основных автопроизводителей утих, поскольку Model 3 устояла против Audi e-tron и Jaguar I-PACE. Электромобили могут выглядеть, пахнуть и иметь окна, как у автомобилей внутреннего сгорания, но их создание — это совсем другая игра. Tesla подняла планку производительности, дальности действия, стоимости, зарядки и технологий, заставив автопроизводителей занять оборонительную позицию.Это непросто вложить деньги в разработку нового автомобиля или программы трансмиссии. Чтобы соревноваться, нужно переосмыслить автомобиль.

По мере ослабления стимулов к покупке электромобилей возрастающее давление на унаследованных автопроизводителей также исходит из городов и штатов, которые настаивают на жестких запретах на использование автомобилей внутреннего сгорания в центрах городов в ближайшие 10–20 лет. Эти косвенные правила не только заставляют автопроизводителей вывести на рынок жизнеспособные подключаемые автомобили, но и вызывают изменения в поведении потребителей, поскольку люди смотрят на будущую стоимость перепродажи и полезность транспортных средств, приобретаемых сегодня.Фактически, как мы сообщали вчера вечером, Tesla Model 3 сохраняет свою ценность лучше, чем любой другой автомобиль в США — безусловно. Это будет только увеличиваться, поскольку все больше городов серьезно относятся к продвижению электромобилей и уменьшению стимулов к загрязнению транспортных средств.

«Политика города становится важной движущей силой и меняет мировой автомобильный рынок», — сказал МакКеррахер.

Мировые тенденции явно направлены на электромобили, но увеличение масштаба открывает более тонкую историю.Китай наращивает долгосрочные цели по покупке электромобилей, и во многих городах уже есть больше продаж электромобилей, чем во многих европейских странах. США по-прежнему отстают, с регрессивным правительством, которое, похоже, намеревается вместо этого нажать на ускоритель выбросов, откатывая регулирование, как будто оно выходит из моды.

Для электромобилей все еще рано, но резкое увеличение производства и соответствующие показатели продаж также поддерживают впечатляющие исследования и разработки в области технологии аккумуляторных батарей.Это, в свою очередь, ведет к еще большему снижению затрат, катализируя всплеск продаж. Будущее выглядит светлым, поскольку конец появления электромобилей также знаменует собой начало конца зависимости человечества от ископаемого топлива.

Цените оригинальность CleanTechnica? Подумайте о том, чтобы стать участником, сторонником, техническим специалистом или представителем CleanTechnica — или покровителем Patreon.

---

Реклама

---

У вас есть совет для CleanTechnica, вы хотите разместить рекламу или предложить гостя для нашего подкаста CleanTech Talk? Свяжитесь с нами здесь.

---

NanoGraf достигает рубежа энергетической плотности за

ЧИКАГО, 23 июня 2021 г. (GLOBE NEWSWIRE) — В выпуске, выпущенном 10 июня 2021 г. компанией NanoGraf, обратите внимание на то, что Консорциум США Advanced Battery Consortium LLC (USABC) заключил с компанией NanoGraf контракт на исследования и разработку аккумуляторных батарей для электромобилей, упомянутый в параграфе шесть, а не USCAR, как упоминалось ранее. Ниже приводится исправленный выпуск:

Чтобы помочь нам лучше понять наше электрическое будущее, NanoGraf , компания, занимающаяся передовыми материалами для аккумуляторов, объявила сегодня, что предоставила цилиндрический литий-ионный элемент 18650 с самой высокой плотностью энергии в мире — тот, который обеспечивает 28 на процент больше времени работы, чем у традиционных химических элементов.

При финансовой поддержке Министерства обороны США и других, группа ученых, технологов и инженеров NanoGraf представила сегодня элемент на основе кремниевого анода мощностью 800 ватт-час на литр (Втч / л), который обеспечивает убедительные преимущества для практически любое применение — от бытовой электроники до аккумуляторов электромобилей и аккумуляторов для оборудования, которое солдаты используют во время боевых действий.

«Это прорыв для индустрии аккумуляторов», — сказал президент NanoGraf, д-р.Курт (Чип) Брайтенкамп. «Плотность энергии вышла на плато, увеличившись всего на восемь процентов или около того за последнее десятилетие. Мы только что достигли 10-процентного прироста менее чем за год. Это более чем десятилетие инноваций в одной технологии ».

Одна из самых больших возможностей для более энергоемких аккумуляторов связана с электромобилями, где «беспокойство по поводу дальности» является основным препятствием для массового внедрения. Новая технология ячеек NanoGraf может незамедлительно дать толчок развитию электромобилей, таких как Tesla Model S, которая прослужит на одной зарядке примерно на 28 процентов дольше по сравнению с аналогичными транспортными средствами на дорогах сегодня.

В дополнение к коммерческим приложениям, батарея с поддержкой NanoGraf также значительно улучшает характеристики военной электроники и оборудования, переносимых солдатами. Патрульные американские солдаты несут до двадцати фунтов литий-ионных батарей, что часто является второй по весу категорией снаряжения после бронежилетов. Батареи NanoGraf сокращают время работы снаряжения американских солдат и могут снизить вес их аккумуляторных батарей более чем на 15 процентов.

Это объявление последовало за периодом быстрого роста компании.В прошлом году министерство обороны США предоставило NanoGraf грант в размере 1,65 миллиона долларов на разработку долговечных литий-ионных батарей для питания военной техники США. 17 июля 2019 года United States Advanced Battery Consortium LLC (USABC), дочерняя компания United States Council for Automotive Research LLC (USCAR), объявила о присуждении NanoGraf контракта на исследования и разработку аккумуляторных батарей для электромобилей на сумму 7,5 миллионов долларов. Этот контракт был присужден благодаря соглашению о сотрудничестве с U.С. Министерство энергетики.

Для получения дополнительной информации о NanoGraf, материалах и технологиях кремниевых анодных батарей посетите www.nanograf.com .

О NanoGraf
NanoGraf — это производитель передовых материалов для аккумуляторов, чья запатентованная технология кремниевого анода позволяет использовать литий-ионные аккумуляторы с более длительным сроком службы, повышенным энергопотреблением и повышенной мощностью. NanoGraf работает с более чем 50 компаниями, в том числе с некоторыми из ведущих мировых брендов бытовой электроники, бытовой техники и электроинструментов, а также с более чем 12 стратегическими партнерами в области электромобильности (от стартапов до компаний из списка Fortune 100).NanoGraf является дочерним предприятием Северо-Западного университета и Аргоннской национальной лаборатории. Для получения дополнительной информации посетите www.nanograf.com .

Контакт для СМИ
Джиллиан Смит
[email protected]

Фотография, сопровождающая это объявление, доступна по адресу https://www.globenewswire.com/NewsRoom/AttachmentNg/646df4ac-916f-4f42-14edab2

Повышение плотности энергии в литий-ионных аккумуляторных батареях на основе гибридных электродов LiCoO2 + LiV3O8 и графит + литий-металл

Материалы (Базель).2019 июн; 12 (12): 2025.

Поступила 20.05.2019; Принято 20 июня 2019 г.

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Abstract

Мы разработали новую аккумуляторную систему, состоящую из гибридного (LiCoO ₂ + LiV ₃ O ₈ ) катода в ячейке с гибридным (графит + Li-металл) анодом, и сравнили ее с используемым в настоящее время. системы.Гибридный катод был синтезирован с использованием различных соотношений LiCoO ₂ : LiV ₃ O ₈ , где соотношение 80:20 мас.% Дало наилучшие электрохимические характеристики. Гибридный анод из графита и Li-металла, состав которого был рассчитан на основе количества нелитированного катодного материала (LiV ₃ O ₈ ), был использован для синтеза полной ячейки. С добавлением LiV ₃ O ₈ разрядная емкость гибридного катода LiCoO ₂ + LiV ₃ O ₈ увеличилась со 142.03 до 182,88 мА ч г ^-1 (улучшение на 28,76%). Плотность энергии этого катода также значительно увеличилась с 545,96 до 629,24 Вт · ч · кг ^-1 (улучшение на 15,21%). Гибридный катод LiCoO ₂ + LiV ₃ O ₈ был охарактеризован с помощью рентгеноструктурного анализа, сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Его электрохимические характеристики были проанализированы с помощью системы тестирования батарей и спектроскопии электрохимического импеданса.Мы ожидаем, что оптимизированные условия синтеза позволят разработать новую систему батарей с увеличением плотности энергии и разрядной емкости.

Ключевые слова: литий-ионный аккумулятор высокой энергии , литий-металлический аккумулятор, оксид лития-кобальта, триванадат лития, литий-металлический порошковый анод

1. Введение

Увеличение спроса на энергетические устройства в различных областях вызвало необходимость разработка литий-ионных аккумуляторных батарей (LiB). В качестве материала катода оксид лития-кобальта (LiCoO ₂ ; LCO) сыграл важную роль в обеспечении этих приложений из-за его высокого номинального напряжения, хорошего удержания цикла и структурной стабильности во время зарядки и разрядки.Однако удовлетворить требования современных электрических устройств и систем накопления энергии, использующих этот активный материал, сложно из-за его низкой емкости и плотности энергии [1,2]. Поэтому были проведены обширные исследования для улучшения низкой емкости LCO и электрохимических характеристик LiB с использованием таких методов, как легирование [3,4,5], покрытие поверхности LCO [6,7,8,9] и синтез композиты [10,11,12,13]. Однако эти методы недостаточно улучшили низкую емкость LCO, и их трудно контролировать из-за различных условий синтеза и различных атмосфер, что приводит к плохой воспроизводимости.

Здесь мы представляем легкий, простой и воспроизводимый метод увеличения емкости и плотности энергии LiB путем приготовления комбинированного LCO и триванадата лития (LiV ₃ O ₈ ; LVO) гибридного катода. LVO получил значительное внимание как катодный материал с высокой емкостью из-за его теоретической емкости примерно 280 м Ач г ^-1 , что более чем вдвое больше, чем у LCO. LVO демонстрирует нелитированные свойства и стабильную слоистую структуру [14,15,16,17,18].Используя различные конституционные соотношения LCO: LVO, мы определили оптимальный состав для достижения улучшенных электрохимических характеристик. Для создания системы с полной ячейкой в ​​качестве анода мы использовали литий-металлический порошок (LP), осажденный графитом [19,20,21,22,23,24,25]. Из-за нелитированных характеристик LVO, количество использованных LVO должно быть компенсировано там, где возможно применение LP [26,27].

В этом исследовании мы сообщаем о новой системе батарей, состоящей из гибридного катода LCO + LVO и гибридного анода графит + LP.Поскольку электрохимические характеристики активных катодных материалов (LCO и LVO) в отношении их циклических характеристик и производительности были ранее охарактеризованы [14,15,16,17,18,28,29,30], основная цель этого Исследование заключалось в увеличении разрядной емкости и плотности энергии в течение первых 20 циклов. Разрядная емкость и плотность энергии оптимизированного гибридного катода составляли 182,88 мА · ч · г ^-1 и 629,24 Вт · ч · кг ^-1 соответственно, что соответствует увеличению на 28.76% и 15,25% соответственно по сравнению с соответствующими значениями для чистого LCO. С помощью предложенной стратегии была получена улучшенная батарея с увеличенной разрядной емкостью и плотностью энергии.

2. Материалы и методы

Был приготовлен гибридный катод с активными материалами LCO и LVO. Первый был получен от Sigma-Aldrich (Сент-Луис, Миссури, США), а второй был синтезирован следующим образом. Предшественник LVO получали путем мокрого помола смеси LiOH, V ₂ O ₅ и этанола (в качестве растворителя).Измельчение проводили при комнатной температуре в течение 6 часов, а затем смесь сушили в течение 24 часов при пониженной влажности. Полученный порошок охры нагревали до 500 ° C в атмосфере воздуха в течение 10 ч в коробчатой ​​печи. Были приготовлены четыре гибридных катодных образца со следующим соотношением компонентов: LCO10 (LCO 100 мас.%), LCO9 (LCO 90 мас.%, LVO 10 мас.%), LCO8 (LCO 80 мас.%, LVO 20 мас.%) И LCO7 (LCO 70 мас.%, LVO 30 мас.%). Гибридные катоды были приготовлены путем смешивания компонентов в шаровой мельнице в течение 30 мин при 1500 об / мин.Катоды были изготовлены литьем суспензий, содержащих активные материалы (гибридный катод LCO + LVO; 80 мас.%), Ketjenblack (проводящий материал; 15 мас.%) И карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ; связующее, 5 мас.%) На алюминиевую фольгу. После отливки электроды сушили при 70 ° C в течение 12 ч, и нагрузка активной массы электродов составляла 2,5 мг / см ^-2 (плотность электрода: 0,61 ~ 0,67 г / см ^-2 ).

Гибридный анод графит + LP получали следующим образом. Графитовый электрод был изготовлен путем отливки суспензии, содержащей микрогранулы мезоуглерода (90 мас.%), Ketjenblack (5 мас.%) И КМЦ (5 мас.%) На медную фольгу с последующей сушкой при 70 ° C в течение 2 часов.Слой LP был сформирован на поверхности графитового анода путем погружения в суспензию LP в диметилкарбонате, как показано на а. К аноду прикладывали давление 100 фунтов на квадратный дюйм с использованием вертикального гидравлического пресса для увеличения контакта между графитовым электродом и LP, который был приготовлен с использованием метода эмульсии капель для получения среднего размера ≤20 мкм [21,22,23, 24,25,26,27], как показано на b. представляет массовые проценты каждого компонента в катоде и аноде. Масса анода (графит + LP) уменьшалась с уменьшением содержания графита и увеличением содержания Li.Масса каждого компонента рассчитывалась на основе емкости катодных материалов LCO + LVO. c схематически иллюстрирует этот эффект для образцов LCO10 и LCO8. Толщина анода была уменьшена примерно на 25% в системе LCO8 по сравнению с толщиной в системе LCO10, таким образом улучшив электрохимические характеристики. Следовательно, ожидалось, что увеличение плотности анода с использованием LP приведет к увеличению плотности энергии новой аккумуляторной системы.

Схематическое изображение ( a ) метода погружения, используемого для нанесения LP на графитовый анод, ( b ) процесса производства LP на основе капельной эмульсии и ( c ) разницы в толщине анода между LCO10 и аккумуляторные системы LCO8.

Таблица 1

Массовые проценты компонентов катода и анода.

LCO10

	Гибридный катод (вес.%)		Гибридный анод (вес.%)
	LCO	LVO	Графит (г)	LP (г)	Графит + LP (г)
100	0	100 (0,737)	0 (0)	0,737
LCO9	90	10	88 (0.663)	12 (0,007)	0,670
LCO8	80	20	78 (0,589)	22 (0,015)	0,604
LCO7	70	30	70 (0,516)	30 (0,022)	0,537

Морфология и структура гибридных катодов и анодов были проанализированы с помощью дифракции рентгеновских лучей (XRD; Rigaku, SmartLab, Токио, Япония), сканирующей электронной микроскопии (SEM) и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX; FEI, Quanta 250 FEG, Hillsboro, OR, США).Для электрохимического анализа была собрана монетная ячейка CR2032, а в качестве разделителя использовалась пленка Celgard 2500. В качестве электролита использовали LiPF ₆ (1 М) в смеси этиленкарбоната и диэтилкарбоната (1: 1 v / v ). После сборки каждый элемент выдерживали в течение 24 часов и исследовали с помощью системы тестирования батарей (Wonatech Co., Сеул, Корея) при плотности тока 0,1 C-rate при 1,8–4,2 В в течение 20 циклов. Это окно напряжения содержало потенциальные плато как LCO, так и LVO.Окно напряжения ячейки в этом эксперименте ниже текущей тенденции. Тем не менее, промышленная осуществимость этой электродной системы приемлема для использования с учетом применения системы с несколькими ячейками или системы LiBs следующего поколения, такой как литий-сера или литий-воздух [28,29,30,31]. Электрохимическая импедансная спектроскопия (Solartron SI1280B, Аньян, Кёнгидо, Корея) выполнялась от 10 ^-1 до 10 ⁵ Гц при 5 мВ с ^-1 . Данные импеданса обрабатывались с помощью программного обеспечения ZView (Scribner Associates, Inc., Саузерн Пайнс, Северная Каролина, США) и подключена к электрической эквивалентной схеме. Графики дифференциальной емкости ( dq / dV ) были получены от 1,8 до 4,2 В при скорости 0,1 C.

3. Результаты и обсуждение

Рентгенограммы гибридных катодов LCO + LVO показали влияние механического измельчения и показаны на a, b. Главный пик в каждом профиле XRD (а) соответствует фазе LCO (JCPDS № 50-0653), которая была самым большим компонентом каждого образца. Однако, как показано на b, значительный пик LVO (JCPDS No.72-1193) обнаруживалась от 12 ° до 16 ° в спектрах LCO9, LCO8 и LCO7, причем интенсивность пика возрастала с увеличением фракции LVO. Таким образом, LCO и LVO существовали независимо в гибридных катодах, и никаких примесных фаз обнаружено не было [14,32].

Рентгенограммы ( a ) гибридных катодов LCO + LVO и ( b ) основного пика LVO между 12 ° и 16 °.

a – d представлены СЭМ-изображения морфологии поверхности гибридных катодов LCO + LVO и карты EDX, показывающие распределение Co и V.Фаза LCO в основном существовала в форме сфероидальных частиц, и ее содержание зависело от соотношения двух активных материалов. Хотя частицы LCO оказались больше, чем частицы LVO, анализ EDX подтвердил присутствие V и равномерное распределение LVO. Следовательно, LCO и LVO были хорошо распределены в гибридных катодах и смешивались без какой-либо деградации или перекрестных реакций [14,15,16,17,18]. д представляет собой вид сбоку анода, который состоит из фольги Cu, графита и LP.Отдельные слои были выделены посредством EDX-картирования, при этом LP-слой между зелеными слоями в середине e. Поскольку Li не был обнаружен с помощью EDX-картирования, он был представлен с помощью углеродной ленты в верхней части электрода. Этот слой, который имел упорядоченный и четкий вид, был относительно толстым, несмотря на свой небольшой вес. Это было связано с низкой плотностью Li. Эти измерения указывают на успешное изготовление гибридного анода графит + LP с однородным слоем LP и хорошим контактом между материалами.

СЭМ-изображения поверхностей электродов ( a ) LCO10, ( b ) LCO9, ( c ) LCO8 и ( d ) LCO7 электродов, а также отображения EDX, показывающие распределение Co и V. ( e ) SEM-изображение, показывающее вид сбоку гибридного анода графит + LP.

и рисунок S1 показывают характеристики цикла (скорость 0,1 C) и возможности скорости гибридных катодов, соответственно. Поскольку электрохимические свойства LCO и LVO были ранее охарактеризованы [14,15,16,17,18,32,33,34,35], изменение их емкости было определено только для первых 20 циклов.Разрядная емкость первого цикла LCO8 составила 182,69 мА · ч · г ^-1 , что было выше, чем у других катодов. Первоначальная емкость LCO7 была аналогична емкости LCO8, но быстро уменьшалась с прогрессивным циклом. Степень сохранения емкости LCO7 составляла 75%, что примерно на 15% ниже, чем у других катодов. Ухудшение емкости LCO7, вероятно, произошло из-за относительно высокого содержания в нем LVO. Соответствующие результаты будут сообщены в ближайшем будущем [36,37,38,39,40].LCO8 продемонстрировал высокую разрядную емкость и высокую удерживающую способность при увеличении количества циклов, а также более высокую производительность по сравнению с другими гибридными катодами при различных плотностях тока. В этом исследовании состав LCO8 был признан оптимальным, поскольку он продемонстрировал самую высокую разрядную емкость и степень удерживания ≥90%. Эта композиция обеспечивала как высокую степень удерживания LCO, так и высокую емкость LVO.

Характеристики цикла подготовленных гибридных катодов LCO + LVO.

a показаны вторые кривые разряда для гибридных катодов LCO + LVO, на основании которых были рассчитаны плотности энергии электродов.Кроме того, разрядная емкость и номинальное напряжение были определены путем расчета плотности энергии [41,42]. представлены плотности энергии, разрядные емкости и номинальные напряжения подготовленных электродов. Хотя номинальное напряжение LCO8 уменьшилось на 10,48% с добавлением LVO по сравнению с LCO10 (3,844 В → 3,441 В), напряжения было достаточно для привода элемента. Однако по той же причине общая емкость увеличилась на 28,76% (142,03 мА ч г ⁻¹ → 182.88 мА · ч г ^-1 ) из-за эффекта LVO, который имел примерно вдвое больше типичной заявленной емкости LCO. Следовательно, плотность энергии LCO8 (т.е. 629,24 Вт · ч · кг ^-1 ) была самой высокой среди приготовленных материалов (на 15,25% выше, чем у LCO10 (545,96 Вт · ч · кг ^-1 )). На рисунке S2 показаны кривые напряжения первого цикла подготовленных гибридных катодов LCO + LVO. Все образцы показали кулоновский КПД более 94%, несмотря на первый цикл. b показывает плотность энергии за 20 циклов.Плотность энергии LCO8 оставалась высокой, как и его циклические характеристики. На рисунке S3 показано изображение катода после циклических испытаний, полученное на сканирующем электронном микроскопе. Очевидно, что во время циклического испытания практически не произошло изменений в морфологии поверхности LCO8. Однако в LCO7 начали проявляться такие побочные эффекты, как растрескивание. Таким образом, LCO8 был оптимальным условием.

( a ) Кривые разряда второго цикла и ( b ) плотности энергии приготовленных гибридных катодов LCO + LVO.

Таблица 2

Плотности энергии, разрядные емкости и номинальные напряжения подготовленных электродов.

полученные данные о разности

	LCO10	LCO9	LCO8	LCO7
Плотность энергии [Вт ч кг −1 ]	545,96	543,84					L -1 ]	2686,12	2578,89	2871,85	2418,84
Емкость разряда [мА ч г -1 ]	142.03	150,84	182,88	167,35
Номинальное напряжение [В]	3,844	3,605	3,441	3,295

для данных 9 dd показывают данные о разнице между 9 1-й, 10-й и 20-й циклы для подготовленных электродов. Поскольку все четыре материала содержали LCO, на всех графиках наблюдались катодные и анодные пики, связанные с реакциями LCO. Основные пики, соответствующие LCO-переходу первого рода (LiCoO ₂ → Li _0.8 CoO ₂ ) были обнаружены при 3,87 В (катодная реакция) и 3,95 В (анодная реакция). Малые пики, соответствующие структурному переходу (гексагональный → моноклинный), наблюдались при 4 В [43]. Реакции LVO были связаны с механизмом разряда (т.е. LP, прикрепленный к поверхности графитового электрода в качестве резервуара, интеркалирующий со слоем LVO). Пики, приписываемые однофазной реакции и двухфазному переходу (т.е. Li ₃ V ₃ O ₈ → Li ₄ V ₃ O ₈ ), наблюдались примерно при 2.6–2,8 и 2,36 В соответственно на графиках для LCO9, LCO8 и LCO7 [40]. Эти графики показывают, что LCO и LVO реагировали в разных диапазонах напряжения и существовали независимо в гибридных катодах.

Кривые дифференциальной производительности ( a ) LCO10, ( b ) LCO9, ( c ) LCO8 и ( d ) LCO7 для 1-го, 10-го и 20-го циклов.

a – c показывает данные анализа импеданса, полученные во время 1-го, 10-го и 20-го циклов, соответственно. d показывает эквивалентную схему Рэндлса, которая использовалась для моделирования электрохимической реакции, происходящей на поверхности гибридных катодов LCO + LVO.Здесь R _s представляет собой сумму омических сопротивлений электрода и электролита; R _sei и C _sei представляют сопротивление и емкость, соответственно, границы раздела твердый электролит; и R _ct и C _dl представляют сопротивление переноса заряда и емкость двойного слоя, соответственно, и соединены параллельно в цепи Рэндлса. R _ct является основным показателем электрохимических характеристик, поскольку он зависит от электропроводности, кристаллической структуры, межчастичных контактов и состояния поверхности электрода.Элемент постоянной фазы (CPE2) связан со значением R _ct и обозначен маленьким полукругом на соответствующем графике Найквиста. представляет значения R _s , R _sei и R _ct , которые были определены путем сопоставления экспериментальных данных импеданса с эквивалентной схемой [44,45,46,47]. Значение R _ct и его вариация были наименьшими для LCO8 даже после продолжительного цикла.Это указывает на то, что LCO8 демонстрирует низкую поляризацию и быструю миграцию литий-ионных ионов с пренебрежимо малым сопротивлением между поверхностью электрода и электролитом. Следовательно, LCO8 демонстрирует более высокую электропроводность, стабильность и электрохимические характеристики, чем другие ячейки [48,49].

Данные импеданса для аккумуляторных систем LCO10, LCO9, LCO8 и LCO7, полученные для 1-го ( a ) 1-го, ( b ) 10-го и ( c ) 20-го циклов. ( d ) Эквивалентная схема Рэндлса, используемая для соответствия данным импеданса.

Таблица 3

R _s , R _sei и R _ct Значения определены путем подбора значений импеданса с эквивалентной схемой Randles в d.

154 Ом]33

LCO10	Цикл			LCO9	Цикл
	1-й	10-й	20-й		1-й	10-й	20-й
R с [Ом]	11.99	13,56	6,04	R с [Ом]	9,58	8,42	8,19
R sei 01	0			R sei [Ом]	49,37	49,34	70,05
R ct [Ω]	138,50	15490	120.40	142,90	171.60
LCO8	Цикл			LCO7	Цикл
	1-й	10-й	20-й		1-й	10-й	20-й
R с [Ом]	6,23	6.51	8,38	R s [Ом]	11,46	20,01	20,09
R sei [Ом]		[Ом]		9357 sei [Ом]	74,54	61,02	44,56
R ct [Ом]	35,90	42,66	357 9,16 9,3	70.26	76,85	115,90

4. Выводы

В этом исследовании была разработана новая система батарей, состоящая из гибридного катода LCO + LVO и гибридного анода графит + LP для увеличения разрядной емкости и плотности энергии LIB. Гибридный катод LCO + LVO был легко синтезирован без ущерба для внутренних характеристик компонентов. LCO8, который состоял из 80 мас.% LCO и 20 мас.% LVO, показал лучшие электрохимические характеристики (удельная энергия 629.24 Вт · ч кг ⁻¹ и разрядная емкость 182,88 мА · ч (г ( ⁻¹ )). Вероятно, это было связано с синергетическим эффектом между LCO и LVO. Однако, поскольку избыток LVO имел отрицательные побочные эффекты, оптимальное содержание было ограничено до 20 мас.%. В условиях данного исследования морфология электрода сохранялась даже после циклирования, а электропроводность оставалась высокой. Ожидается, что толщина анода, которая была уменьшена из-за использования гибридного катода LCO + LVO, увеличится с улучшенной плотностью энергии.Гибридный катод может быть дополнительно улучшен за счет разработки методов решения проблем, связанных с LVO. Также необходимы дополнительные эксперименты для изготовления гибридного катода с другими катодными материалами (NCM, LFP и т. Д.) Или для проведения электрохимических измерений при различных температурах. Таким образом, это исследование позволяет по-новому взглянуть на разработку LIB с высокой плотностью энергии.

Благодарности

Это исследование было поддержано грантом Национального исследовательского фонда Кореи (NRF), финансируемым правительством Кореи (MEST, 2016R1A2B3009481).

Дополнительные материалы

Следующее доступно в Интернете по адресу https://www.mdpi.com/1996-1944/12/12/2025/s1, Рисунок S1: Скоростные возможности подготовленных гибридных катодов LCO + LVO, Рисунок S2 : Кривые напряжения первого цикла подготовленных гибридных катодов LCO + LVO, Рисунок S3: СЭМ-изображения поверхностей электродов (a) LCO10, (b) LCO9, (c) LCO8 и (d) LCO7 после цикла.

Вклад авторов

K.Y.B., S.H.C., B.H.K. и W.Y.Y. задумал и спланировал эксперименты; К.Ю. провели эксперименты; все авторы проанализировали данные; K.Y.B., B.D.S. и W.Y.Y. написал статью; Все авторы обсудили результаты и прокомментировали статью.

Финансирование

Это исследование финансировалось правительством Кореи [Национальный исследовательский фонд Кореи (NRF)] номер гранта [MEST, 2016R1A2B3009481].

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

1. Данн Б., Камат Х., Тараскон Ж.-М. Хранение электрической энергии для сети: батарея выбора.Наука. 2011; 334: 928–935. DOI: 10.1126 / science.1212741. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 2. Дивья К.С., Остергаард Дж. Аккумуляторная технология накопления энергии для энергосистем — обзор. Электр. Power Syst. Res. 2009. 79: 511–520. DOI: 10.1016 / j.epsr.2008.09.017. [CrossRef] [Google Scholar] 3. Редди М.В., Джи Т.В., Джафта С.Дж., Озоэмена К.И., Мате М.К., Наир А.С., Пэн С.С., Идрис М.С., Гита Б.Г., Эзема Ф.И. и др. Исследования чистого и легированного магнием LiCoO ₂ в качестве катодного материала для литий-ионных аккумуляторов.Электрохим. Acta. 2014; 128: 192–197. DOI: 10.1016 / j.electacta.2013.10.192. [CrossRef] [Google Scholar] 4. Лю Л., Чжан Х., Ян Дж., Му Й., Ван Ю. Изготовление нанокомпозитов типа сэндвич LiCoO ₂ , легированных железом, в качестве катодных материалов с превосходными характеристиками для литий-ионных аккумуляторов. Chem. Евро. J. 2015; 21: 19104–19111. DOI: 10.1002 / chem.201503734. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 5. Ning F., Xu B., Shi J., Wu M., Hu Y., Ouyang C. Структурные, электронные и литий-миграционные свойства легированного РЗЭ (RE = Ce, La) LiCoO ₂ для Li-ion батареи: расследование из первых принципов.J. Phys. Chem. С. 2016; 120: 18428–18434. DOI: 10.1021 / acs.jpcc.6b05091. [CrossRef] [Google Scholar] 6. Jung YS, Lu P., Cavanagh AS, Ban C., Kim G.-H., Lee S.-H., George SM, Harris SJ, Dillon AC Неожиданно улучшенные характеристики LiCoO с покрытием ALD ₂ / графит Li- ионные батареи. Adv. Energy Mater. 2013; 3: 213–219. DOI: 10.1002 / aenm.201200370. [CrossRef] [Google Scholar] 7. Тераниши Т., Йошикава Ю., Сакума Р., Хашимото Р., Хаяси Х., Кишимото А., Фуджи Т. Высокопроизводительные характеристики сегнетоэлектрика BaTiO ₃ с покрытием LiCoO ₂ для литий-ионных аккумуляторов.Прил. Phys. Lett. 2014; 105: 143904. DOI: 10.1063 / 1.4898006. [CrossRef] [Google Scholar] 8. Шим Дж.-Х., Ли С., Парк С.С. Влияние покрытия MgO на структурные и электрохимические характеристики LiCoO ₂ в качестве катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов. Chem. Матер. 2014; 26: 2537–2543. DOI: 10,1021 / см403846a. [CrossRef] [Google Scholar] 9. Shim J.-H., Lee K.-S., Missyul A., Lee J., Linn B., Lee EC, Lee S. Характеристика шпинели Li _x Co ₂ O ₄ LiCoO _{с покрытием 2} , приготовленный с пост-термической обработкой в ​​качестве катодного материала для литий-ионных батарей.Chem. Матер. 2015; 27: 3273–3279. DOI: 10.1021 / acs.chemmater.5b00159. [CrossRef] [Google Scholar] 10. Ким М.Х., Кан И.С., Чон С.М., Чхве Ю.Дж., Ким Ю.С. Морфология и электрохимические свойства композиционных катодных порошков 0.6Li ₂ MnO ₃ · 0.4LiCoO ₂ , полученных методом распылительного пиролиза. Матер. Chem. Phys. 2013; 142: 438–444. DOI: 10.1016 / j.matchemphys.2013.07.045. [CrossRef] [Google Scholar] 11. Ван Ф.Х., Сяо С.Ю., Чанг З., Ли М.Х., Ву Ю.П., Хольц Р. Коаксиальный LiCoO ₂ @Li ₂ MnO ₃ Нанолента в качестве катода большой емкости для литий-ионных аккумуляторов.Int. J. Electrochem. Sci. 2014; 9: 6182–6190. [Google Scholar] 12. Long BR, Croy JR, Dogan F., Suchomel R., Key B., Wen J., Miller DJ, Thackeray MM, Balasubramanian M. Влияние скорости охлаждения на разделение фаз в 0,5Li ₂ MnO ₃ · 0,5 LiCoO ₂ электродные материалы для литий-ионных аккумуляторов. Chem. Матер. 2014; 26: 3565–3572. DOI: 10,1021 / см501229t. [CrossRef] [Google Scholar] 13. Тераниши Т., Йошикава Ю., Сакума Р., Окамура Х., Хашимото Х., Хаяси Х., Фуджи Т., Кисимото А., Такеда Ю. Высокоскоростные возможности сегнетоэлектрических композитов BaTiO ₃ –LiCoO ₂ с оптимизированной загрузкой BaTiO ₃ для литий-ионных аккумуляторов. ECS Electrochem. Lett. 2015; 4: A137 – A140. DOI: 10.1149 / 2.0041512eel. [CrossRef] [Google Scholar] 14. Jiao L., Liu L., Sun J., Yang L., Zhang Y., Yuan H., Wang Y., Zhou X. Влияние покрытия нанопроволоки AlPO ₄ на электрохимические свойства LiV ₃ O ₈ катодный материал. J. Phys. Chem. С. 2008; 112: 18249–18254.DOI: 10.1021 / jp805200d. [CrossRef] [Google Scholar] 15. Ren W., Zheng Z., Luo Z., Chen W., Niu C., Zhao K., Yan M., Zhang L., Meng J., Mai L. Электропряденый иерархический LiV ₃ O ₈ нанопроволока в сети для высокоскоростных и долговечных литиевых батарей. J. Mater. Chem. А. 2015; 3: 19850–19856. DOI: 10.1039 / C5TA04643B. [CrossRef] [Google Scholar] 16. Хуанг С., Ту Дж.П., Цзянь X.M., Лю Ю., Ши С.Дж., Чжао X.Y., Ван Т. Улучшенные электрохимические свойства LiV ₃ O ₈ катодных материалов для мощных литий-ионных аккумуляторов.J. Источники энергии. 2014; 245: 698–705. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2013.07.032. [CrossRef] [Google Scholar] 17. Гао X.-W., Ван Дж.З., Чжоу С.Л., Лю Х.К. Синтез и электрохимические характеристики LiV3O8 / полианилина в качестве катодного материала для литиевой батареи. J. Источники энергии. 2012; 220: 47–53. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2012.07.114. [CrossRef] [Google Scholar] 18. Пан А., Чжан Дж.-Г., Цао Г., Лян С., Ван К., Не З., Арей Б.В., Сюй В., Лю Д., Сяо Дж. И др. LiV с нанолистовой структурой ₃ O ₈ с большой емкостью и отличной стабильностью для литиевых батарей высокой энергии.J. Mater. Chem. 2011; 21: 10077–10084. DOI: 10.1039 / c1jm10976f. [CrossRef] [Google Scholar] 19. Мори М., Наруок Ю., Наой К. Модификация поверхности металлического лития неионными полиэфирными поверхностно-активными веществами: исследования микровесов кристаллов кварца. J. Electrochem. Soc. 1998. 145: 2340–2348. DOI: 10,1149 / 1,1838640. [CrossRef] [Google Scholar] 20. Аурбах Д., Зиниград Э., Коэн Ю., Теллер Х. Краткий обзор механизмов разрушения анодов из металлического лития и литированного графита в растворах жидких электролитов. Ион твердого тела.2002; 148: 405–416. DOI: 10.1016 / S0167-2738 (02) 00080-2. [CrossRef] [Google Scholar] 21. Ким Дж.-С., Юн В.-Й., Ким Б.-К. Морфологические различия между порошком лития и электродом из литиевой фольги во время разряда / заряда. J. Источники энергии. 2006. 163: 258–263. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2006.04.072. [CrossRef] [Google Scholar] 22. Ким Дж. С., Юн В. Ю., Йи К. Ю., Ким Б. К., Чо Б. В. Поведение при растворении и осаждении порошкового литиевого электрода. J. Источники энергии. 2007. 165: 620–624. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2006.10.033. [CrossRef] [Google Scholar] 23. Сон И.В., Хон Ч.Х., Ким Б.К., Юн В.Й. Влияние плотности тока и количества разряда на образование дендритов в литиевом порошковом анодном электроде. J. Источники энергии. 2008. 178: 769–773. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2007.12.062. [CrossRef] [Google Scholar] 24. Ким Дж.С., Пэк С.Х., Юн В.Й. Электрохимическое поведение спрессованного порошкового литиевого электрода в аккумуляторной батарее LiOV ₂ O ₅ . J. Electrochem. Soc. 2010; 157: A984 – A987.DOI: 10,1149 / 1,3457381. [CrossRef] [Google Scholar] 25. Конг С.-К., Ким Б.-К., Юн В.-Й. Электрохимическое поведение литий-порошкового анода при использовании высокой емкости по литию. J. Electrochem. Soc. 2012; 159: A1551 – A1553. DOI: 10.1149 / 2.062209jes. [CrossRef] [Google Scholar] 26. Сон И.В., Ким К.Т., Юн В.Й. Электрохимическое поведение анодного элемента из монооксида кремния, предварительно легированного литием, с углеродным покрытием. J. Источники энергии. 2009. 189: 511–514. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2008.11.029. [CrossRef] [Google Scholar] 27. Сон И.В., Юн В.Y. Электрохимическое поведение анодной ячейки с двойным слоем оксида кремния и порошка лития. J. Источники энергии. 2010; 195: 6143–6147. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2010.01.065. [CrossRef] [Google Scholar] 28. Park J.S., Mane A.U., Elam J.W., Croy J.R. Аморфные пассивирующие покрытия на основе фторида металлов, полученные атомно-слоистым осаждением на LiCoO ₂ для литий-ионных аккумуляторов. Chem. Матер. 2015; 27: 1917–1920. DOI: 10.1021 / acs.chemmater.5b00603. [CrossRef] [Google Scholar] 29. Квак В.Дж., Шин Х.Дж., Рейтер Дж., Циуварас Н., Hassoun J., Passerini S., Scrosati B., Sun Y.K. Понимание проблем литиированных анодов в литиево-кислородных полных элементах. J. Mater. Chem. А. 2016; 4: 10467–10471. DOI: 10.1039 / C6TA03013K. [CrossRef] [Google Scholar] 30. Ma JM, Liu Z., Chen B., Wang L., Yue L., Liu H., Zhang J., Liu Z., Cui G. Стратегия по обеспечению совместимости высоковольтного LiCoO ₂ с полиэтиленоксидным электролитом в полностью твердотельные литий-ионные аккумуляторы. J. Electrochem. Soc. 2017; 164: A3454 – A3461. DOI: 10.1149 / 2.0221714jes.[CrossRef] [Google Scholar] 31. Лю Х., Хем З., Чжоу Л., Ли X., Пей К., Чжан Дж., Сун Й., Фанг Ф., Че Р., Сунь Д. Укоренение нанолистов оксида висмута в пористые углеродные нанобоксы в виде серы иммобилайзер для литий-серных аккумуляторов. J. Mater. Chem. А. 2019; 7: 7074–7081. DOI: 10.1039 / C8TA12403E. [CrossRef] [Google Scholar] 32. Ву Н., Чжан Ю., Вей Ю., Лю Х., Ву Х. Синтез одномерных иерархических цепочечных катодных материалов LiCoO ₂ с расширенными возможностями хранения высоковольтного лития с использованием шаблона.ACS Appl. Матер. Интерфейсы. 2016; 8: 25361–25368. DOI: 10.1021 / acsami.6b09159. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 33. Zhao M., Zuo X., Ma X., Xiao X., Yu L., Nan J. Дифенилдисульфид как новая бифункциональная пленкообразующая добавка для высоковольтной батареи LiCoO ₂ / графит, заряженной от источников питания 4,4 ВДж. . 2016; 323: 29–36. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2016.05.052. [CrossRef] [Google Scholar] 34. Xie J., Zhao J., Liu Y., Wang H., Liu C., Wu T., Hsu P.-C., Lin D., Jin Y., Cui Y. Разработка поверхности LiCoO ₂ электроды с использованием атомно-слоистого осаждения для стабильных высоковольтных литий-ионных аккумуляторов.Nano Res. 2017; 10: 3754–3764. DOI: 10.1007 / s12274-017-1588-1. [CrossRef] [Google Scholar] 35. Чо С.Х., Хван С.В., Ким Б.Х., Пэ К.Ю., Юн Х., Юн С.С., Юн В.Й. Электрохимические свойства литий-металлических батарей с катодом из триванадата лития, покрытым P (PEGMA), и анодом из порошкового лития. J. Nanosci. Nanotechnol. 2016; 16: 10607–10612. DOI: 10.1166 / jnn.2016.13204. [CrossRef] [Google Scholar] 36. Xie L.-L., You L.-Q., Cao Z.-Y., Zhang C.-F., Song D.-W., Qu L.-B. Co ₃ (PO ₄ ) _{2 LiV с покрытием 3} O ₈ в качестве положительных материалов для литиевых аккумуляторных батарей.Электрон. Матер. Lett. 2012; 8: 411–415. DOI: 10.1007 / s13391-012-2082-2. [CrossRef] [Google Scholar] 37. Жуанно С., Ле Гал Ла Саль А., Вербер А., Гийомар Д. Происхождение снижения емкости при циклическом изменении лития в Li _1,1 V ₃ O ₈ . J. Electrochem. Soc. 2005; 152: A1660 – A1667. DOI: 10,1149 / 1,1945687. [CrossRef] [Google Scholar] 38. Ren X., Hu S., Shi C., Zhang P., Yuan Q., Liu J. Получение и электрохимические свойства легированного Zr катодного материала LiV ₃ O ₈ для литий-ионных аккумуляторов.J. Solid State Electrochem. 2012; 16: 2135–2141. DOI: 10.1007 / s10008-011-1630-2. [CrossRef] [Google Scholar] 39. Фэн Ю., Ли Ю., Хоу Ф. Получение и электрохимические свойства катода LiV, легированного хромом ₃ O ₈ для литий-ионных аккумуляторов. Матер. Lett. 2009. 63: 1338–1340. DOI: 10.1016 / j.matlet.2009.03.009. [CrossRef] [Google Scholar] 40. Сонг Х., Лю Ю., Чжан К., Лю К., Цао Г. LiV, легированный молибденом ₃ O ₈ нанолистов, собранных из наностержней, в качестве высокоэффективного катодного материала для литий-ионных аккумуляторов.J. Mater. Chem. А. 2015; 3: 3547–3558. DOI: 10.1039 / C4TA05616G. [CrossRef] [Google Scholar] 41. Чжан Т., Иманиши Н., Шимониси Ю., Хирано А., Такеда Ю., Ямамото О., Саммес Н. Новая литиево-воздушная аккумуляторная батарея с высокой плотностью энергии. Chem. Commun. 2010; 46: 1661–1663. DOI: 10.1039 / b920012f. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 42. Ли С.-К., О С.-М., Пак Э., Скросати Б., Хассун Дж., Пак М.-С., Ким И.-Дж., Ким Х., Бельхаруак И., Сун И. .-К. Высокоциклируемые литий-серные батареи с серным катодом двойного типа и наносферным анодом из литиированного Si / SiO _x .Нано. Lett. 2015; 15: 2863–2868. DOI: 10.1021 / NL504460s. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 43. Ни П., Шен Л., Ло Х., Ли Х., Сюй Г., Чжан Х. Синтез наноструктурированных материалов с использованием металлоцианидных координационных полимеров и их свойств хранения лития. Наноразмер. 2013; 5: 11087–11093. DOI: 10.1039 / c3nr03289b. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 44. Сираиси С., Канамура К., Такехара З.-И. Изменения состояния поверхности металлического лития, осажденного в неводном электролите, содержащем HF, с помощью циклов растворения-осаждения.J. Electrochem. Soc. 1999; 146: 1633–1639. DOI: 10,1149 / 1,1391818. [CrossRef] [Google Scholar] 45. Синха Н.Н., Муничандрайя Н. Синтез и характеристика покрытого углеродом LiNi _1/3 Co _1/3 Mn _1/3 O ₂ за один этап с помощью обратного микроэмульсионного пути. ACS Appl. Матер. Интерфейсы. 2009; 1: 1241–1249. DOI: 10.1021 / am0s. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 46. Ли Дж. Х., Ли Дж. К., Юн У. Электрохимический анализ влияния покрытия Cr на катод LiV ₃ O ₈ в литий-ионной батарее с литиевым порошковым анодом.ACS Appl. Матер. Интерфейсы. 2013; 5: 7058–7064. DOI: 10.1021 / am401334b. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 47. Меер С., Йонг Х., Амир К., Эбенезер А., Меха С., Чунлей В., Билал Э. Механизм снижения емкости литий-серной батареи с использованием поли (ионно-жидкого) гелевого электролита. Электрохим. Acta. 2017; 258: 1284–1292. [Google Scholar] 48. Wang Z.K., Shu J., Zhu Q.-C., Cao B.-Y., Chen H., Wu X.Y., Bartlett B.M., Wang K.X., Chen J.S. Нанокомпозиты LiV ₃ O ₈ в оболочке из графена и нанолиста в качестве высокоэффективных катодных материалов для перезаряжаемых литий-ионных батарей.J. Источники энергии. 2016; 307: 426–434. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2016.01.005. [CrossRef] [Google Scholar] 49. Цяо Ю.К., Ту Дж.О., Ван X.L., Чжан Дж., Ю. Ю. X., Гу С.Д. Самоорганизующийся синтез иерархических пластинчатых пористых Li-V-O композитов в качестве катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов. J. Phys. Chem. С. 2011. 115: 25508–25518. DOI: 10,1021 / jp2080176. [CrossRef] [Google Scholar]

Повсеместная электрификация требует от нас переосмысления технологии аккумуляторов — TechCrunch

Мошиэль Битон Автор

ДокторМошиэль Битон — генеральный директор и соучредитель Addionics, компании, занимающейся технологиями производства аккумуляторов, которая предоставляет оптимизированные для искусственного интеллекта интеллектуальные 3D-электроды для накопителей энергии следующего поколения.

Переход мировой экономики к повсеместной электрификации увеличил спрос на более долговечные и быстро заряжаемые батареи в различных отраслях промышленности, включая транспорт, бытовую электронику, медицинские устройства и бытовые накопители энергии. Хотя преимущества этого перехода хорошо известны, в действительности инновации в области аккумуляторов отстают от амбиций общества.

Согласно отчетам, прогнозирующим 40% -ную вероятность того, что мировая температура повысится в течение следующих пяти лет сверх лимита в 1,5 градуса по Цельсию, установленного в Парижском климатическом соглашении, становится ясно, что мало времени тратить, когда дело доходит до создания следующего: аккумуляторы поколения, которые могут легко занять еще 10 лет, чтобы полностью вывести их на рынок.

Чтобы удовлетворить растущую потребность в электрификации, совершенно новый подход к созданию аккумуляторов — единственный способ достаточно быстро масштабировать аккумуляторные батареи, чтобы сократить выбросы парниковых газов во всем мире и избежать наихудшего сценария климатического кризиса.

Вызовы инновациям в аккумуляторных батареях

За последние несколько десятилетий эксперты по аккумуляторным батареям, автопроизводители, поставщики первого уровня, инвесторы и другие заинтересованные стороны потратили миллиарды долларов во всем мире на создание аккумуляторов следующего поколения, уделяя особое внимание химическому составу аккумуляторов. Тем не менее, отрасль все еще сталкивается с двумя основными техническими проблемами, сдерживающими распространение аккумуляторов:

1. Энергия / компромисс между мощностью: Все батареи, производимые сегодня, сталкиваются с компромиссом между энергией и мощностью.Батареи могут хранить больше энергии или , они могут заряжаться / разряжаться быстрее. Что касается электромобилей, это означает, что ни одна батарея не может обеспечить одновременно большую дальность действия и быструю зарядку.
2. Несоответствие между анодом и катодом: Наиболее многообещающие на сегодняшний день аккумуляторные технологии позволяют максимально увеличить удельную энергию анодов, отрицательного электрода пары электродов, составляющих каждый литий-ионный аккумуляторный элемент. Однако аноды уже обладают большей плотностью энергии, чем их положительный аналог — катод.Плотность энергии катода должна в конечном итоге совпадать с плотностью энергии анода, чтобы получить максимальную емкость накопления энергии от батареи определенного размера. Без достижений в увеличении плотности энергии катода многие из наиболее интересных на сегодняшний день аккумуляторных технологий не смогут полностью реализовать свой потенциал. В настоящее время наиболее часто используемые литий-ионные батареи не могут удовлетворить потребности широкого спектра приложений полностью электрического будущего. Многие компании пытались удовлетворить эти требования с помощью нового химического состава батарей, чтобы оптимизировать соотношение высокой мощности к плотности энергии с различной степенью успеха, но очень немногие из них близки к достижению показателей производительности, необходимых для массового масштабирования и коммерциализации.

В конечном счете, в гонке к полной электрификации победителями будут те технологии, которые окажут наиболее значительное влияние на производительность, снижение затрат и совместимость с существующей производственной инфраструктурой.

Являются ли твердотельные батареи Святым Граалем?

Исследователи аккумуляторов считают твердотельные аккумуляторы святым Граалем аккумуляторных технологий из-за их способности обеспечивать высокую плотность энергии и повышенную безопасность.Однако до недавнего времени эта технология не использовалась на практике.

Твердотельные батареи имеют значительно более высокую плотность энергии и потенциально более безопасны, поскольку в них не используются легковоспламеняющиеся жидкие электролиты. Однако технология все еще находится на стадии становления, и ей предстоит пройти долгий путь до коммерциализации. Процесс производства твердотельных аккумуляторов должен быть улучшен для снижения затрат, особенно в автомобильной промышленности, которая стремится добиться в ближайшие годы значительного снижения затрат до 50 долларов за кВт · ч.

Другой существенной проблемой при реализации твердотельной технологии является ограничение общей плотности энергии, которая может храниться в катодах на единицу объема. Очевидным решением этой дилеммы было бы иметь батареи с более толстыми катодами. Однако более толстый катод снизит механическую и термическую стабильность батареи. Эта нестабильность приводит к расслоению (режим отказа, при котором материал раскалывается на слои), трещинам и расслоению — все это вызывает преждевременный выход батареи из строя.Кроме того, более толстые катоды ограничивают диффузию и снижают мощность. В результате существует практический предел толщины катодов, который ограничивает мощность анодов.

Новый взгляд на материалы с кремнием

В большинстве случаев компании, разрабатывающие батареи на основе кремния, смешивают до 30% кремния с графитом для повышения плотности энергии. Батареи, произведенные Sila Nanotechnologies, являются наглядным примером использования кремниевой смеси для увеличения плотности энергии.Другой подход заключается в использовании анодов из 100% чистого кремния, которые ограничены очень тонкими электродами и высокими производственными затратами, для получения еще более высокой плотности энергии, как в подходе Amprius.

Хотя кремний обеспечивает значительно большую плотность энергии, существует существенный недостаток, который ограничивал его применение до сих пор: материал подвергается увеличению объема и усадке во время зарядки и разрядки, что ограничивает срок службы батареи и производительность. Это приводит к проблемам деградации, которые производителям необходимо решить перед коммерческим внедрением.Несмотря на эти проблемы, некоторые кремниевые батареи уже используются в коммерческих целях, в том числе в автомобильном секторе, где Tesla лидирует по внедрению кремния для электромобилей.

Необходимость электрификации требует нового внимания к конструкции аккумуляторных батарей

Достижения в архитектуре аккумуляторных батарей и конструкции ячеек открывают большие возможности для внесения улучшений в существующие и новые химические составы аккумуляторных батарей.

Вероятно, наиболее примечательным с точки зрения мейнстрима является аккумуляторная батарея Tesla типа «бисквитное олово», которую компания представила на мероприятии «День батареи 2020».Он по-прежнему использует литий-ионную химию, но компания удалила язычки в ячейке, которые действуют как положительные и отрицательные точки соединения между анодом и катодом и корпусом батареи, и вместо этого использует черепичную конструкцию внутри ячейки. Это изменение в конструкции помогает снизить производственные затраты при увеличении дальности действия и устраняет многие тепловые барьеры, с которыми может столкнуться элемент при быстрой зарядке электричеством постоянного тока.

Переход от традиционной 2D-структуры электродов к 3D-структуре — еще один подход, который набирает обороты в отрасли.Трехмерная структура обеспечивает высокие энергетические характеристики и как на аноде, так и на катоде для любого химического состава батареи.

Несмотря на то, что 3D электроды все еще находятся на этапах исследований и разработок, они достигли в два раза большей доступной емкости, сокращения времени зарядки на 50% и увеличения срока службы на 150% для высокопроизводительных продуктов по конкурентоспособным ценам. Следовательно, чтобы расширить возможности аккумуляторов для раскрытия всего потенциала накопления энергии для ряда приложений, крайне важно разработать решения, которые подчеркивают изменение физической структуры аккумуляторов.

Победа в гонке батарей

В гонке батарей выиграют не только повышение производительности, но и улучшение производства и снижение затрат. Чтобы захватить значительную долю рынка раздуваемых аккумуляторных батарей, который, по прогнозам, к 2027 году достигнет 279,7 миллиарда долларов, страны по всему миру должны найти способы масштабного производства недорогих аккумуляторов. Ключевым моментом будет отдаваться приоритетным решениям и инновационным методам производства, которые могут быть объединены с существующими сборочными линиями и материалами.

Американский план занятости администрации Байдена подчеркивает важность отечественного производства аккумуляторов для достижения цели страны — стать лидером в области электрификации при одновременном достижении амбициозных целей по сокращению выбросов углерода.