Эксплуатация акб: Эксплуатация аккумуляторных батарей

Правили эксплуатации аккумуляторных батарей

1. Меры безопасности:
1.1 Во время обслуживания аккумуляторных батарей запрещается курить и пользоваться открытым огнем.

1.2 Для заливки сухозаряженных батарей использовать специально приготовленный электролит. При попадании электролита на открытые участки кожи немедленно промойте этот участок водой, затем раствором кальцинированной соды.

1.3 При работе с металлическими инструментами не допускать коротких замыканий на батарее.

2. Хранение аккумуляторных батарей:

2.1 Аккумуляторные батареи рекомендуется хранить в сухих неотапливаемых помещениях. Допустимая температура воздуха от -30 до +40°С.

2.2 Срок хранения не залитых электролитом батарей до 36 месяцев с момента изготовления, при этом сухозаряженность аккумуляторных батарей гарантируется 12 месяцев с момента изготовления. Срок хранения залитых электролитом и заряженных аккумуляторных батарей без подзаряда до 3 месяцев с момента изготовления. После этого срока необходимо проверять плотность электролита каждый месяц. При снижении плотности электролита более чем на 0,03г/смі зарядите батареи как указано ниже.

3. Ввод в эксплуатацию и правила заряда аккумуляторных батарей:

3.1 Ввод в эксплуатацию сухозаряженных батарей.

3.1.1 Электролит для заливки сухозаряженных батарей приготавливается из аккумуляторной серной кислоты и дистиллированной воды. Плотность электролита, заливаемого в аккумуляторную батарею, а также плотность электролита в полностью заряженной батарее должно быть:
— для умеренного климата 1,28±0,01г\см3 при 25°С;
— для умеренного климата 1,23±0,01г\см3 при 25°С;
При определении реальной плотности электролита следует учесть температурную поправку и воспользоваться следующей формулой:
p=p ͭ + 0,0007(t-25)
Где р — плотность электролита приведенная к 25°С, г\см3
p ͭ — фактически измеренная плотность электролита г\см3
t — температура электролита при измерении, °С

3.1.2 Температура заливаемого в аккумуляторную батарею должна быть от +15 до +30°С. Электролит в аккумуляторную батарею заливайте до уровня 15мм над верхней кромкой пластины.

3.1.3 Не ранее чем через 20 минут и не позднее чем через 2 часа после заливки аккумуляторной батареи замерьте плотность электролита. Если плотность электролита понизилась менее чем на 0,03г\см3 и более, то аккумуляторную батарею следует подзарядить как указано ниже.

3.2 Ввод в эксплуатацию залитых аккумуляторных батарей.

3.2.1 Готовность к эксплуатации аккумуляторных батарей, поступающих с электролитом, проверяйте по плотности электролита или путем измерения напряжения на полюсных выходах аккумуляторной батареи. Если плотность электролита ниже 1,26г\см3 Или напряжение менее 12В, батарею следует подзарядить, как указано ниже.

3.3 Заряд аккумуляторной батареи.

3.3.1 При заряде присоединяйте положительный полюс аккумуляторной батареи к положительной клемме зарядного устройства. Пробки на аккумуляторной батареи должны быть выкручены. Включите батарею на заряд, если температура электролита на ней не выше 35°С

3.3.2 Батарею заряжайте током, указанным в таблице до тех пор, пока не начнется обильное газовыделение во всех аккумуляторах, а напряжение и плотность электролита останутся постоянными в течение 2 часов. Плотность электролита после заряда должна быть
1,28±0,01г\см3 А напряжение на полюсных выводах клемм аккумулятора не менее 12,6В.

3.3.3 Во время заряда периодически контролируйте температуру электролита. В случае сели температура превысит 45°С, уменьшите зарядный ток наполовину или прервите заряд на время, необходимое для снижения температуры электролита до 30°С

Правила эксплуатации аккумуляторных батарей:, изображение №1

Эксплуатация и техническое обслуживание аккумуляторных батарей

Кислотные аккумуляторы используются в системах автотракторного электрооборудования и в ряде стационарных установок.

Для обеспечения максимального срока службы аккумуляторных батарей (не менее 3…5 лет, в зависимости от интенсивности эксплуата­ции) необходимо, чтобы средняя степень заряженности, при которой эксплуатируется батарея, поддерживалась не ниже 75 %, своевре­менно проводилось техническое обслуживание и электрооборудование машины находилось в исправном состоянии. Степень заряженности батареи зависит от величины регулируемого напряжения, температуры электролита, продолжительности и величины разрядных токов, длительности работы с момента ввода в действие. В зимние периоды с уменьшением естественного освещения и понижением температуры увеличиваются токи и время разряда, а зарядный ток уменьшается вследствие повышения внутреннего сопротивления батареи. Поэтому важно, чтобы в зимних рейсах температура электролита поддержи­валась выше 0 °С. Для этого батареи, установленные не под капотом, должны быть утеплены войлоком или другим кислотостойким материалом с вентиляцией для удаления гремучего газа. В районах с высокой температурой (Средняя Азия и др.) необходимо защищать аккумуляторы от перегрева.

Батареи, установленные под капотом, чаще всего выходят из строя в июле — августе, а расположенные у подножек (ЗИЛ-130) снимаются с эксплуатации как не удовлетворяющие требованиям стартерного пуска чаще в осенне-зимние периоды.

Утепляя батарею для зимней эксплуатации, более тщательно надо укрывать верхнюю часть, так как свинцовые межэлементные соединения и выводы излучают около 80 % тепла. Под батарею кладут теплоизолирующую прокладку. При отрицательных температурах электролита отдаваемая батареей емкость и зарядный ток резко снижаются. При температуре — 20 °С зарядка практически отсутствует, а отдаваемая емкость составляет около 45 % от емкости при температуре 25 °С. В то же время для пуска холодного двигателя требуется большая мощность вследствие повышенного сопротивления про­кручиванию из-за увеличенной вязкости масла. На ночь рекоменду­ется батареи снимать с машин и хранить в теплом помещении. Для сохранения ресурса батареи важно соблюдать правила пуска двигателя.

Батареи требуют периодического обслуживания:

• контроля уровня электролита не реже одного раза в две недели и доливки дистилли­рованной воды по необходимости;
• очистки поверхности и вентиляци­онных отверстий от пыли, грязи, увлажнений электролитом, выделяе­мым при зарядке;
• проверки надежности крепления батареи в гнезде;
• очистки наконечников проводов и выводов батарей от окислов, смазки их техническим вазелином с последующей плотной затяжкой контактных соединений.

Электролит с поверхности батареи удаляют чистой ветошью, смо­ченной 10 %-ным раствором нашатырного спирта или кальцинирован­ной соды. Окислы (зеленый налет) с наконечников проводов и выво­дов батареи удаляют ветошью, смоченной в воде. Провода, соединя­ющие батарею с «массой» и стартером, должны быть не натянуты для предупреждения порчи выводных клемм и образования трещин в мастике.

Электролит этих аккумуляторов приготовляют из аккумуляторной серной кислоты и дистиллированной воды. Его готовят в стойкой против серной кислоты посуде (керамическая, эбонитовая, свинцовая). Причем в посуду заливают вначале воду, а затем тонкой струйкой кислоту при непрерывном перемешивании. Количество кислоты плотностью 1,83 г/см3 при 150 С, которое необходимо добавить на 1 л воды для получения электролита нужной плотности, приведено в таблице.

Таблица

Плотность электролита при 150С	Количество серной кислоты (л) плотностью 1,83г/см3 для приготовления электролита	Плотность электролита при 150С	Количество серной кислоты (л) плотностью 1,83г/см3 для приготовления электролита
1,255	0,305	1,300	0,405
1,270	0,345	1,310	0,425
1,280	0,365	1,320	0,450
1,285	0,375	1,340	0,495

Электролит заливают в батарею через стеклянную или свинцовую воронку. Причем его температура должна быть выше 250 С.

При работе с кислотным электролитом следует соблюдать меры предосторожности, так как серная кислота вызывает ожоги и разрушает органические материалы.

После заливки электролита следует дать возможность пластинам пропитаться электролитом. Для этого аккумуляторы нужно выдержать перед зарядкой определенное время: новые незаряженные батареи 4–6 ч, новые сухо заряженные батареи 3 ч.

Эксплуатация аккумуляторных батарей | Подстанции

Страница 1 из 10

ИНСТРУКЦИЯ

ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ СТАЦИОНАРНЫХ СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫХ

АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

 

СОДЕРЖАНИЕ

1	Нормативные ссылки.
2	Обозначения и сокращения.
3	Основные свойства свинцово-кислотных аккумуляторов.
4	Меры безопасности.
5	Общие правила эксплуатации.
6	Свойства, особенности конструкции и основные технические характеристики.
6.1	Аккумуляторы свинцово — кислотные типа СК.
6.2	Аккумуляторы типа СН.
6.3	Свинцово – кислотные фирменные аккумуляторы.
7	Основные сведения из монтажа аккумуляторных батарей, приведение их к рабочему состоянию и консервации.
7.1	Монтаж.
7.2	Приведение к рабочему состоянию аккумуляторных батарей типа СК.
7.3	Приведение к рабочему состоянию аккумуляторных батарей типа СН.
7.4	Приведение к рабочему состоянию фирменных аккумуляторных батарей
8	Порядок эксплуатации аккумуляторных батарей.
8.1	Режим постоянного подзаряда.
8.2	Режим заряда.
8.3	Уравнительный заряд.
8.4	Разряд аккумуляторных батарей.
8.5	Контрольный разряд.
8.6	Доливка аккумуляторов.
9	Техническое обслуживание аккумуляторных батарей.
9.1	Виды технического обслуживания.
9.2	Осмотры.
9.3	Профилактический контроль.
9.4	Текущий ремонт аккумуляторов типа СК.
9.5	Текущий ремонт аккумуляторов типа СН.
9.6	Капитальный ремонт.
10	Техническая документация.
	Приложение №1.
	Приложение №2.

Знание настоящей инструкции обязательно для:

1. Начальника, мастера группы ПС и ЦРО СПС.

2. Оперативного и оперативно – производственного персонала групп подстанций.

3. Аккумуляторщика ЦРО СПС.

Настоящая инструкция составлена на основании действующих: ОНД 34.50.501-2003. Эксплуатация стационарных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. ГКД 34.20.507—2003 Техническая эксплуатация электрических станций и сетей. Правила. Правила устройства электроустановок (ПУЭ), изд. 6-е, переработанное и доп. — Г.: Энергоатомиздат, 1987; ДНАОП 1.1.10-1.01-97 Правила безопасной эксплуатации электроустановок, второе издание.

1. Нормативные ссылки.

В этой инструкции есть ссылки на такие нормативные документы:
ГОСТ 12.1.004—91 ССБТ Пожарная безопасность. Общие требования;
ГОСТ 12.1.010—76 ССБТ Взрывобезопасность. Общие требования;
ГОСТ 12.4.021—75 СБТ Системы вентиляционные. Общие требования;
ГОСТ 12.4.026—76 ССБТ Цвета сигнальные и знаки безопасности;
ГОСТ 667—73 Кислота серная аккумуляторная. Технические условия;
ГОСТ 6709—72 Вода дистиллированная. Технические условия;
ГОСТ 26881—86 Аккумуляторы свинцовые стационарные. Общие технические условия

2. Обозначение и сокращение.

АБ — аккумуляторная батарея;
АЭ — аккумуляторный элемент;
ОРУ — открытая распределительная установка;
ЭС — электростанция;
КЗ — короткое замыкание;
ПС — подстанция;
СК — стационарный аккумулятор для коротких и продолжительных режимов;
СН — стационарный аккумулятор с пластинами намазного типа.

3. Основные свойства свинцово-кислотных аккумуляторов.

Принцип действия аккумуляторов основан на поляризации свинцовых электродов. Под действием зарядного тока электролит (раствор серной кислоты) разлагается на кислород и водород. Продукты разложения вступают в химическую реакцию со свинцовыми электродами: на положительном электроде образуется двуокись свинца, а на отрицательном электроде – губчатый свинец.
В результате образуется гальванический элемент с напряжением около 2 В. При разряде такого элемента в нем происходит обратный химический процесс: химическая энергия превращается в электрическую. Под влиянием разрядного тока из электролита выделяются кислород и водород.
Кислород и водород, вступая в реакцию с двуокисью свинца и губчатым свинцом, восстанавливают первую и окисляют второй. По достижении равновесного состояния разряд прекращается. Такой элемент обратимый и может быть повторно заряжен.
Процесс разряда. При включении аккумулятора на разряд ток внутри аккумулятора протекает от катода к аноду, при этом серная кислота частично разлагается, и на положительном электроде выделяется водород. Совершается химическая реакция, при которой двуокись свинца превращается в сульфат свинца и выделяется вода. Остаток частично разложившейся серной кислоты вступает в соединение с губчатым свинцом катода, также образуя сульфат свинца. На эту реакцию расходуется серная кислота и образуется вода. Благодаря этому удельный вес электролита по мере разряда снижается.
Процесс заряда. При разложении серной кислоты во время заряда водород переносится к отрицательного электроду, восстанавливает на нем сульфат свинца до губчатого свинца и образует серную кислоту. На положительном электроде образуется двуокись свинца. При этом образуется серная кислота и расходуется вода. Удельный вес электролита повышается.
Внутреннее сопротивление аккумулятора складывается из сопротивлений аккумуляторных пластин, сепараторов и электролита. Удельная проводимость активной массы пластин в заряженном состоянии близка к проводимости металлического свинца, а разряженных пластин – сопротивление велико. Поэтому сопротивление пластин зависит от степени заряженности аккумулятора. По мере разряда сопротивление пластин возрастает.
Рабочая емкость аккумулятора – это количество электричества, отданное аккумулятором в определенном режиме разряда до предельного для данного режима разряда напряжения. Рабочая емкость всегда меньше его полной емкости. Отбирать полную емкость от аккумулятора нельзя, так как это приведет к его невосстановимому истощению. В последующем изложении рассматривается только рабочая емкость АЭ.
Температура электролита. На емкость АЭ заметное влияние оказывает температура. При повышении температуры электролита емкость АЭ увеличивается примерно на 1% на каждый градус повышения температуры над 25°С. Повышение емкости объясняется снижением вязкости электролита, а следовательно, усилением диффузии свежего электролита в поры пластин и уменьшением внутреннего сопротивления АЭ. При понижении температуры – растет вязкость электролита – снижается емкость. Емкость при снижении температуры с 25°С до 5°С может упасть на 30%.

Как правильно эксплуатировать аккумулятор автомобиля — Аккумуляторы WESTA

Зима является испытанием не только для людей и всех живых организмов, но и для автомобилей в целом и их составных частей в частности. О том, как правильно хранить, эксплуатировать и ухаживать за автомобильным аккумулятором, мы и поговорим.

Что делать если автомобиль не заводится?

В зимнюю пору года аккумуляторная батарея разряжает свою емкость значительно быстрее, чем в теплый сезон. Согласитесь, что заглохнуть посредине зимней дороги – событие из разряда малоприятных.

Ведь даже дожидаться приезда эвакуатора придется в холоде – машину ведь не прогреешь.

Поэтому необходимо не просто правильно эксплуатировать аккумулятор, но и соблюдать определенные правила его хранения в холодное время года.

Аккумуляторная батарея при ее правильной эксплуатации никогда не подведет водителя даже в самые лютые морозы. Не полностью заряженная батарея может не подвести в летние месяцы, но сразу же проявит себя не с лучшей стороны зимой.

Поэтому необходимо взять за правило проверить, а в случае необходимости даже заменить аккумулятор при вхождении в осенне-зимний период эксплуатации автомобиля.

В семействе современных аккумуляторных батарей очень тяжело отыскать обслуживаемые, из-за чего при показателе выдаваемого тока ниже нормативного замена аккумулятора перед зимой – дело обязательное и неоспоримое.

Запах в автомобиле

В наши дни выбрать аккумулятор не составляет особого труда. Все зависит от финансовых возможностей автолюбителя и его предпочтений той или иной марке производителя аккумуляторов.

Некоторым отечественным автовладельцам характерна такая распространенная ошибка, как покупка и установка нового аккумулятора с заведомо большей мощностью, чем это предусмотрено в технических характеристиках автомобиля.

В таком случае страдает как генератор машины, ведь на его долю приходится повышенная нагрузка, так и собственно сам аккумулятор – установленный генератор не в состоянии полностью зарядить аккумуляторную батарею, вследствие чего срок ее службы значительно снижается. Перед установкой на автомобиль нового аккумулятора необходимо проверить полярность клемм, дабы не случилось неприятности.

Срок службы аккумуляторной батареи

На срок службы АКБ влияют условия хранения и эксплуатации. Не продлевают срок эксплуатации аккумулятора частые запуски и кратковременные поездки, когда аккумулятор только разряжается, не успевая взять заряд. Не менее пагубны и проблемы в электрической проводке автомобиля, которые напрямую отражаются на долговечности аккумулятора. Даже, казалось бы, такая мелочь, как слабое крепление силовых кабелей к клеммам АКБ, существенно снижают ресурс батареи.

Полезные советы автомобилистам

В зимнее время года на аккумулятор нагрузка существенно возрастает. Мы включаем обогрев салона, гораздо чаще, чем летом задействуем ближний свет, стеклоочистители. Не забывайте о том, что даже лампочки стоп-сигналов загораются чаще, чем летом. Поэтому зимой аккумулятор требует к себе более бережного обращения. Очень важно знать и соблюдать правила зимней эксплуатации аккумуляторной батареи.

Попробуем разобраться, как избежать ускоренной разрядки аккумуляторов зимой. Наверняка многие из нас видели, как один автомобилист просит «прикурить» у коллеги, так как за ночь его батарея полностью разрядилась под воздействием низких температур, а некоторые и сами бывали в роли прикуривающих.

Чтобы избежать подобного, следуем нескольким нехитрым правилам. Во-первых, проверяем уровень электролита, для чего из каждой банки специальной грушей производим забор вещества.

Во-вторых, внимательно осматриваем электролит на прозрачность: если имеется осадок, то велика вероятность осыпания пластин в конкретной банке, что неизбежно приведет к замыканию пластин. Все зависит только от времени, когда замыкание произойдет. В случае если уровень электролита низкий, необходимо добавить в банку дистиллированную воду.

Затем проверяем плотность электролита и напряжение как в общем на батарее, так и отдельно на каждой банке. В случае если напряжение меньше нормативного, то необходимо произвести подзарядку аккумулятора.

Порядок подзарядки АКБ

Рассмотрим, какой порядок подзарядки «сухого» аккумулятора. Все довольно просто: заливаем электролит. Единственное условие – температура как электролита, так и наполняемого аккумулятора должна быть не ниже 10 градусов Цельсия. Все пробки на батарее должны быть открыты. Заполняем каждую банку либо до специальной отметки, либо до уровня выше 1,5 см над пластиной. После этого дать аккумулятору отстояться 15–20 минут, слегка покачать его из стороны в сторону и, при необходимости, доливаем электролит. Затем плотно закручиваем пробки – аккумулятор полностью готов к работе. Уже залитые аккумуляторы в такой процедуре, естественно, не нуждаются.

Что нужно иметь в машине зимой?

Теперь давайте рассмотрим, как же правильно хранить аккумулятор в условиях российской зимы. Некоторые из отечественных автолюбителей (а таких наберется немало) предпочитают не эксплуатировать свой автомобиль зимой. Позволяют себе такое в основном те, у кого есть возможность содержать автомобиль не под открытым небом, а хотя бы в неотапливаемом гараже.

Если вы как раз из этой обоймы владельцев автомобилей, то минимальное из того, что необходимо сделать для сохранности аккумулятора, это снять обесточить одну из клемм батареи. А в идеале – полностью снять аккумулятор и отнести его домой, где в теплом помещении он прекрасно перезимует. Это относится к тому случаю, когда гараж не отапливается.

Если же автомобиль будет зимовать в теплом помещении, то таких мер предпринимать не стоит.

Хранение акуумулятора зимой

Но представим, что мы все-таки сняли аккумулятор с автомобиля. Для каждого типа аккумуляторов существуют свои особые условия их хранения зимой.

Например, для сухозаряженных батарей главным является их хранение в теплом и вентилируемом помещении – тогда никаких проблем с хранением и последующей эксплуатацией не возникнет. Единственное предостережение – отсутствие прямого воздействия солнечных лучей на аккумулятор.

Хранить заливной аккумулятор необходимо только в вертикальном положении. После того как аккумулятор сняли с автомобиля, его необходимо очистить от грязи, остатков электролита.

Внимательно осмотрите батарею и в случае обнаружения недостаточного уровня электролита, долейте дистиллированную воду в те банки, где это необходимо. После восстановления уровня электролита требуется подзарядить аккумулятор специальным зарядным устройством.

Как правильно хранить автомобиль

В случае если возможность проверки уровня зарядки аккумулятора до наступления устойчивого тепла отсутствует, можно воспользоваться следующим нехитрым способом хранения батареи зимой. После того, как процедура подзарядки завершена (как именно подзаряжать, описано немного выше), сливаем электролит из аккумулятора.

Промываем дистиллированной водой банки, причем необходимо сделать это как минимум дважды, причем во второй раз вода должна постоять в банках минут 15. Теперь в пустой аккумулятор заливаем раствор борной кислоты. После этого сухой тряпкой протираем батарею и убираем до теплой поры года.

Этот способ гарантирует сохранность аккумулятора и исключает вероятность его самопроизвольной разрядки. Перед тем как устанавливать аккумулятор после зимней «спячки» на автомобиль, необходимо слить борную кислоту, а залить раствор электролита.

После того как электролит отстоится (этот процесс занимает в среднем 45 минут), измеряем его плотность. И только после этого устанавливаем аккумуляторную батарею на автомобиль.

Рассмотрим непосредственно эксплуатацию аккумулятора в зимних условиях. Для долговечной и надежной работы аккумулятора необходимо следить за параметрами:

— натяжение ремня генератора;

— соединение электрических проводников должно быть постоянно очищено от грязи, а также прочным и надежным;

— плотность раствора электролита должна находиться в допустимых пределах. В случае снижения плотности необходимо довести ее до уровня описанным выше способом.

Не менее важно содержать в постоянной чистоте аккумуляторную батарею. Периодически производить зачистку мелкозернистой наждачной бумагой клемм аккумулятора, а после зачистки с целью улучшения токопроводности нанести на них тонкий слой литола.

Можно дополнительно утеплить моторное отделение автомобиля, что позволит увеличить срок службы аккумулятора в зимний период. Утепление осуществляется с помощью специального материала, приобрести который можно в любом автомагазине или даже на рынке.

Замерзшее стекло

В холодную пору года от владельца автомобиля требуется контролировать уровень зарядки аккумулятора с гораздо более высокой периодичностью, чем в летнее время. Связано это с тем, что плотность батареи зимой имеет свойство к снижению гораздо быстрее, чем летом.

После запуска двигателя автомобиля, не включайте сразу систему обогрева или же осветительные приборы – необходимо дать раствору электролита некоторое время прогреться, чтобы аккумулятор безболезненно воспринял дополнительную нагрузку, вызванную электроприборами.

Обязательно обращайте внимание при покупке нового аккумулятора для эксплуатации зимой на эксплуатационные заводские характеристики батареи. Так, для суровых климатических регионов нашей страны существуют специальные аккумуляторы с пометкой «арктик». Эти батареи обеспечивают надежную и стабильную работу даже при температурах окружающей среды ниже «минус» 45–50 градусов Цельсия.

Если следовать несложным правилам эксплуатации и хранения аккумуляторных батарей в зимние месяцы года, то можно обеспечит долгую и бесперебойную эксплуатацию аккумулятора на длительный отрезок времени. Не относитесь к своей батарее халатно – это может дорого стоить вам как в прямом, так и в переносном смысле.

Автор Сергей Василенков

Эксплуатация АКБ автомобиля

Пред тем, как приступить к прочтению этого материала, советуем прочесть страницу «Аккумуляторные батареи».

Если АКБ в течение трёх-четырёх месяцев не эксплуатируется, то она разряжается и нуждается в перезарядке.

Саморазряд – это свойство, которое присуще всем видам аккумуляторных батарей. У одних оно больше, у других, качественных и дорогостоящих, меньше.

• Ниже вставляем две иллюстрации, на которых изображены графики саморазряда.
• Первая фотография показывает саморазряд в зависимости от времени.
• На второй фотографии график зависимости саморазряда от плотности электролита в аккумуляторе.
• Бывают случаи, когда подзарядка требуется даже для таких АКБ, которые эксплуатируются.

Если аккумуляторная батарея находится в нормальном состоянии и полностью заряжена, тогда плотность электролита в ней находится в пределах 1.27- 1.28 г/см3, а напряжение 12.7 вольт.

Разреженность батареи определяется по плотности электролита – чем меньше плотность, тем более разряжена батарея.

Для ориентировки отметим, что когда плотность снижается на 0.01 г/см3 , то разрядка батареи составляет 6-8%.

Ниже вкладываем график, по которому можно оценить зависимость разреженности аккумулятора от плотности электролита.

Для сверки следует взять плотность электролита с той банки, на котором она минимальная.

Совет: Если, разряженность аккумулятора, который стоит на автомобиле, летом составляет 50%, а зимой 25%, его обязательно надо снять и зарядить. Учтите, что разряженный аккумулятор зимой вполне может замерзать. При температуре окружающей среды -20°С, аккумуляторная батарея с плотностью электролита 1.2 г/см3замерзает.

Правильная подзарядка аккумулятора

Еще одним признаком для подзарядки аккумулятора является случай, когда плотность электролита в разных банках отличаются друг от друга более чем на 0.02 г/см3

Правильная зарядка батареи требует оптимальный выбор тока, который должен составлять 0.05 от ёмкости самой батареи.

Это значит, что для подзарядки аккумуляторной батареи с ёмкостью 55 Ач, оптимальным является сила тока 2.75А.

Совет: Чем ниже сила зарядного тока, тем глубже аккумулятор подзаряжается.

Когда батарея заряжается сильным током, тогда электролит начинает кипеть до полной подзарядки.

Со слабым током батарея может вообще не «закипеть», однако подзарядится оно лучше.

В таких случаях признаком окончания зарядки считается не-изменяющая плотность электролита.

Если электролит не кипит, и в течение 1-2 часа плотность в банках не изменяется, это значит, что аккумулятор подзаряжен полностью.

Для примера попробуем посчитать, сколько времени будет требоваться для подзарядки аккумулятора с ёмкостью 55 Ач и с плотностью электролита 1.25 г/см3. Для подзарядки будем использовать ток с силой 5 Ампер.

Из графика, который выложен чуть высшее, становится ясно, что при плотности 1.25 г/см3 батарея разряжена на 25 %, то есть потеря мощности ток составляет:

Исходя из этого считаем ориентировочная время подзарядки:

Скорее всего, у вас возникала вопрос: — Откуда появилось цифра 2 в формуле подсчета времени подзарядки?

Во время подзарядки на повышение заряда уходит не вся энергия, а лишь 50-70 %. Остальная энергия превращается на тепло и нагревает электролит, часто приводя его в кипение. Поэтому и приходится в формуле время подзарядки умножить на 2.

Наибольшую зарядку аккумуляторная батарея может получать прямо на автомобиле, во время езды. Генератор и реле подзарядки должны быть исправными.

Подзарядка из сети автомобиля имеет несколько плюсов:

1. Во-первых, исключается вариант перезаряда,
2. И во-вторых — во время езды электролит постоянно перемешивается, вследствие чего обрабатывается намного больше объема активной массы.

Напоминание: Сразу после запуска двигателя зарядка аккумулятора не начинается. Зарядка АКБ напрямую зависит от температуры электролита.

Что это значит? А это значит, что когда вы запускаете двигатель, особенно зимой, пока температур электролита в банках не станет положительным, аккумулятор не зарядится. В течение всего этого времени электричество, которое вырабатывает генератор, преобразуется в тепло.

Из вышесказанного следует, что частые кратковременные зимние переезды, могут полностью разрядит вашу аккумуляторную батарею, имея в виду тот факт, что каждый запуск двигателя отнимает часть ёмкости.

Если происходит нормальный запуск двигателя, то есть, когда автомобиль заводится с первой попытки, то 10 секунд стартера отнимают от батареи 0.83 Ач ёмкости (300А*10 секунд = 3000 А секунд = 0.83 А час). Для батареи с емкостью 55 Ач, это составляет около 1.5 процента.

• Долгая езда по трассе, без остановки, может привести к кипению электролита.
• Часто АКБ не восстанавливают первоначальную ёмкость после глубокой разрядки.

Признаки неисправности АКБ

1. В процессе подзарядки плотность электролита не увеличивается, то есть батарея не заряжается.
2. Аккумулятор не держит заряд — повышенный саморазряд.

Ниже приведены некоторые цифры о расходе электричества в вазовских автомобилях.

 Показать / Скрыть текст

• Зажигание — 2 Ач
• Габаритное освещение — 4 Ач
• Ближний свет — 9 Ач
• Дальние фары – 10 Ач
• Обогреватель заднего стекла — 11 Ач
• Отопление (вентилятор в зависимости от скорости) 5-11 Ач
• Дворники — 5 Ач
• Аудио — от 5 до 15 Ач

Получается, что когда мы оставляем автомобиль с включенными габаритами на 3 часа, то мы теряем 20 % от ёмкости аккумулятора (4 А * 3 час = 12 Ач).

Если вы прочитали статью «Аккумуляторные батареи», тогда в наверно помните, что силу тока выработанным генератором автомобиля напрямую зависит от оборотов, особенно для старых советских автомобилей.

Приведем некоторые цифра характеризующий разные модели ВАЗ.

 Показать / Скрыть текст

Модели	2101-2106	2108-2109 1111	2110
Ток в холостом ходу	16	24	35
В номинальных оборотах	42	55	80

От цифр следует, что продоложительная работа двигателя на холостом ходу с включенными фарами и обогревателем, вполне может стать причиной для разрядки аккумулятора.

Напоминание: Для современных автомобилей, тем более зарубежного производства, это не актуально. Они оборудованы генераторами, которые в холостых оборотах двигателя вполне способны обеспечит энергий вес автомобиль.

Как выбрать аккумуляторную батарею

Вы должны быть уверены, что АКБ подходит вашему автомобилю.

Ниже перечислены основные факторы совместимости:

1. Форма и размеры.
2. Ёмкость.
3. Полярность.
4. Способ крепления.

Вдобавок к основным факторам также следует учитывать некоторые особенности вашего автомобиля.

• Если ваш автомобиль не новый и в нем неисправная электроника, не имеет смысла купить не-обслуживаемый АКБ, так как вам часто придется добавить дистиллированную воду в банки.

На ёмкость также следует обращать особое внимание, так как несоответствие ёмкости к требованиям производителя станут причиной преждевременной поломки генератора и стартёры.

Обязательно требуйте гарантийный талон и уточните адреса технического обслуживания по этому талону. 

Многие производители АКБ не указывают дату выпуска, так как не-обслуживаемые батареи можно хранить долго.

Требуйте проверки АКБ прямо в магазине. Удалите упаковочную пленку и убедитесь, что корпус аккумулятора не поврежден.

Пусть продавец перед вами проверит плотность электролита во всех банках. Они должны быть одинаковы и не ниже номинала более чем на 0,02 г/см3.

Проверяйте напряжение нагрузочной вилкой. Под нагрузкой в течение 10 секунд напряжение не должна опускаться ниже 11 вольт. Без нагрузки 12.5 вольт.

Если сотрудники магазина отказываются выполнять проверки, откажитесь от покупки.

Как установить батарею на автомобиле

При установке на автомобиль, убедитесь в том, что все газоотводные отверстия на батареи открыты, то есть, удалены все лишние частицы упаковки.

Клеммы смажьте вазелином.

Имейте в виду, что болтание батареи на автомобиле недопустимо. Это может стать причиной осыпания пластин в банках.

Если батарея стоит близко к коллектору, в летнее время следует установить термоизоляцию.

Обслуживание аккумуляторной батареи

Срок службы АКБ в основном зависит от условий эксплуатации.

• Поездки на короткие расстояния с частым запуском двигателя (особенно в зимнее время), а также неисправный генератор или стартер могут стать причиной преждевременного выходи АКБ из строя.
• Сила зарядочного тока не должен превышать 1/10 часть ёмкости аккумулятора.
• Периодично проверяйте уровень и плотность электролита в банках АКБ
• Обязательно следите за натяжением ремня генератора. Слабый ремень может разрядить аккумулятор, а тугой станет причиной для поломки генератора.
• Если на автомобиле у вас не получается полностью зарядить АКБ, тогда один раз в неделю сделайте это с помощью зарядного устройства.

Совет: Необходимо, чтобы уровень заряженности батареи не снизился ниже отметки 75 %.

Напоминание: Отклонение величины тока подзарядки на 10 % (в любую сторону), приводит к снижению срока эксплуатации батареи на 2 раза.

Двигатель должен запускаться с полуоборота. Учтите, во время запуска двигателя проходимый через батарею ток составляет от 100 до 300 Ампера (в зависимости от температуры воздуха).

Напоминание: Сниженный уровень электролита в банках, сокращает срок эксплуатации АКБ на 30 %.

Особенности «прикуривание» с другого аккумулятора

Для «прикуривания» с другого автомобиля требуются медные провода с широким сечением, на кончиках которого установлены качественные «крокодилы». «Крокодилы» должный обеспечить большой площадь контакта и сильный зажим. Между проводом и «крокодилом» должен быть очень хороший контакт, так как через него пройдет ток с силой до 300 Ампера.

Для правильного «прикуривания» следует соблюдать некоторые правила. Чтобы не повредить ваш или «соседский» автомобиль, выполняйте эти действия так, как написано:

1. К клемме (+) зараженного аккумулятора соединяйте один из концов красного кабеля.
2. Другой конец этого же кабеля присоедините к плюсу «севшего» АКБ.
3. К массе (-) зараженного аккумулятора присоедините один из концов черного кабеля.
4. Другой конец черного кабеля присоедините к блоку двигателя автомобиля с «севшим» аккумулятором. Постарайтесь, чтобы место соединения было как можно дальше от карбюратора или топливного насоса, так как могут быть искры, но ближе к стартеру.
5. Убедитесь, что оба кабеля находятся в безопасном расстоянии от крутящихся деталей.
6. Заводите двигатель автомобиля с «хорошим» аккумулятором, и пусть он работает 1-2 минуты.
7. Запустите двигатель с «севшим» аккумулятором. Если он заведется, оставьте поработать 1-2 минуты без отсоединения проводов.
8. Если запуск будет неудачным, повторите попытку через несколько минут.
9. Выключите двигатель автомобиля с зараженной АКБ.
10. В обратной последовательности выполняйте первые четыре пункта.

Правила эксплуатации АКБ. Как правильно зарядить аккумулятор автомобиля?

Профилактика — всегда лучше лечения! То же самое можно сказать и о автомобильном ремонте. Регулярное наблюдение и профилактика позволяет вовремя обнаружить первые симптомы и установить «болезнь» на ранней ее стадии.

Аккумуляторная батарея (АКБ) автомобиля также требует надлежащего ухода и регулярной профилактики, проводить которую лучше всего осенью перед наступлением серьезных холодов.

Как правило, проблемы с АКБ возникают именно в этот период года, поэтому к нему следует быть подготовленным.

В этой статье я хочу поделиться с вам знаниями о том, как ухаживать за аккумулятором, а также как правильно зарядить аккумулятор в случае такой необходимости.

Правильный уход за аккумулятором — 4 основных правила:

1. Регулярно следите за уровнем и плотностью электролита, для этого существует специальный прибор — ареометр.
2. Клеммы любят чистоту! Не допускайте загрязнения или окисления аккумуляторных клемм, своевременно производите очистку.
3. В случае длительного хранения АКБ снимите его с машины и отнесите в сухое хорошо проветриваемое место с плюсовой температурой. Перед «консервацией» зарядите аккумулятор полностью. Не реже двух раз в месяц производите подзарядку АКБ и проверку плотности, и уровня электролита.
4. Зарядка аккумулятора должна быть правильной, о том как это сделать мы сейчас и поговорим.

Ареометр

Как заряжать аккумулятор правильно, без вреда для АКБ?

1. Чтобы зарядка была полноценной рекомендуется перед этим полностью разрядить аккумулятор, сделать это очень просто, достаточно включить приборы, которые порядком потребляют энергию АКБ.
2. После этого, рекомендуется снять АКБ, однако если это проблематично или невозможно разрешается не делать этого.
3. Перед тем как зарядить аккумулятор произведите очистку клеммы от масла, пыли и прочей грязи.
4. Заряжать аккумулятор следует в хорошо проветриваемом помещении, вдали от открытого пламени и прямых солнечных лучей, и подальше от легковоспламеняющихся предметов.

   Во время зарядки АКБ выделяет легковоспламеняющиеся испарения (смесь кислорода и водорода), поэтому даже маленькая искорка может стать причиной больших проблем.

5. Во время зарядки высоковольтные кабели и клеммы должны быть отключены.
6. При помощи ареометра проверьте плотность электролита в каждой банке отдельно, она должна быть примерно 1,25-1,27 г/см3 при температуре +25.

   При этом расхождение показателей плотности в каждой банке аккумулятора не должна быть больше — 0,01 г/см3. Уровень электролита должен быть таким, чтобы он полностью покрывал свинцовые пластины, в случае необходимости добавьте электролит или разбавьте дистиллированной водой.

7. Снимите крышки с банок.

1. Подключите клеммы зарядного устройства — сначала «плюс» зарядного к «плюсу» АКБ, затем «минус» соответственно к «минусу».
2. Включите зарядное устройство в сеть 220V.
3. На зарядном выставьте ток, его размер должен соответствовать одной десятой от емкости вашей аккумуляторной батареи. Допустим, если емкость вашего АКБ — 65 А-ч, вам необходимо выставить на зарядном ток не более 6,5А. В случае глубокого разряда аккумулятора эти цифры рекомендуется уменьшить на 1,5А – 2А.
4. Во время зарядки автомобильного аккумулятора наблюдайте за стрелкой, по мере зарядки она должна приближаться к нулевому значению. Также необходимо следить за тем, чтобы во время зарядки АКБ температура электролита не повышалась. Обнаружив, что температура электролита выросла до +40°С, вам следует уменьшить ток как минимум вдвое.
5. Зарядку аккумулятора можно прекратить если напряжение АКБ и плотность электролита не  меняется на протяжении двух часов. Можно сделать вывод, что аккумулятор зарядился правильно. Обычно для полной зарядки требуется 10-12 часов.

Соблюдая эти простые правила и принципы, вы сможете правильно зарядить аккумулятор, и увеличить его эксплуатационный срок. От неправильной зарядки срок службы АКБ существенно снижается, в результате она выходит из строя раньше времени.

Также обращаю ваше внимание, что в летний период электролит закипает быстрее, поэтому во время зарядки внимательно следите за этим. Кроме того, в жару пластины быстрее разрушаются, а уровень и плотность электролита снижается гораздо быстрее.

Возьмите за правило производить регулярную проверку этих показателей и у вас никогда не возникнет проблем с аккумулятором.

На этом у меня все. Соблюдайте правила эксплуатации и зарядки аккумулятора, и он отблагодарит вас долгой, безотказной службой! Спасибо за внимание, берегите себя!

Рекомендую также посмотреть видео о том как правильно зарядить аккумулятор автомобиля:

Советы по эксплуатации автомобильного аккумулятора — Авто Мото Спец

Аккумулятор, как всем известно, это неотъемлемая часть абсолютно любого автомобиля. Поэтому, от его состояния напрямую зависит, сможете ли вы полноправно, используя все возможности, пользоваться своим четырехколесным другом.

Без него, в принципе, Вы сможете ехать, но, правда, только с горочки. Так, что мой вам совет относитесь с уважением к аккумулятору.

Далее я постараюсь научить вас как необходимо правильно эксплуатировать аккумулятор, чтобы он долго смог служить вам верой и правдой.

Аккумулятор на любой вкус

Хранение и транспортировка

Следует отметить, что автомобильные аккумуляторы, которые являются сухозаряженными, не требуют обслуживания. Их необходимо хранить в прохладном сухом помещении. Нельзя допускать их замерзания, а значит должна быть плюсовая температура.

Что касается аккумуляторов, которые являются залитыми, то их следует заряжать, когда плотность электролита опускается  — более 1,21 кг/л. Хранение и транспортировка таких аккумуляторов необходимо производить в вертикальном положении, дабы уберечь его от выливания электролита.

При транспортировке, также следует не допускать перевертывания аккумулятора.

Уход за аккумулятором

В то время как Вы эксплуатируете аккумуляторную батарею, на её поверхности обязательно скапливается грязь, пыль, которые могут стать очень даже не плохим проводником электрического тока.

И как результат этого Ваш аккумулятор будет медленно, но уверенно разряжаться, пока полностью не разрядиться. Напрашивается вывод – аккумулятор надо чистить так же, как и сам автомобиль. Для этого дела лучше всего использовать содовый раствор.

Он отлично нейтрализует электролит, который случайным образом попал на поверхность аккумуляторной батареи.

Чтобы предохранить аккумулятор некоторые автолюбители закрывают его полиэтиленовой пленкой. Так, конечно, можно делать, но пленка может затруднить наблюдение за батареей, которая, кстати, может вспучиться и треснуть.

Это может произойти, если в батареи образуется избыточное давление. Это бывает, если вентиляционные отверстия засорены. Также под слоем пленки скапливается электролит, который способствует разряжению батареи. Как только вы это заметили, необходимо очистить пробки.

Для этого используем тряпочку, которую смочили в содовом растворе.

Летом необходимо проверять уровень электролита в аккумуляторе не реже, чем один раз в неделю, а зимой ещё чаще, примерно раз в три-четыре дня. Грубым нарушением будет эксплуатация аккумулятора, если оголены пластины. Это может привести к выходу из строя батареи.

Подзарядка аккумулятора

Зарядка сухозаряженного аккумулятора осуществляется следующим образом: залейте электролит, и подзарядка не требуется. Температура электролита и аккумулятора, при заливке, должна быть более 10 градусов.

Необходимо открыть пробки банок, далее заполнить все банки электролитом с плотностью 1,28 кг/л до отметки на корпусе или 15 мм над пластинами. После необходимо аккумулятору дать постоять минут 15, далее не сильно покачать корпус, если возникла необходимость, то долить электролит.

Плотно закручиваем или вдавливаем пробки, если есть необходимость, убираем с поверхности, попавшие на аккумулятор частицы электролита. Аккумуляторы, которые поставляются в залитом виде, сразу можно устанавливать и применять по назначению на автомобиле.

Примечание: если в помещении низкая температура или неблагоприятные условия хранения, то аккумулятор может не давать требуемой мощности, а значит необходимо его подзарядить.

В случае, когда при зарядки начала образовываться пена, причиной этому может быть только наличие примеси в электролите, необходимо немедленно завершить заряд батареи. Её необходимо промыть дистиллированной водой, а после этого залить новый электролит.

Чтобы ваш аккумулятор долго служил вам, следует держать его постоянно заряженным. Лучше даже если он будет на пять процентов разряжен. Это обеспечивается генератором, при работе аккумулятора в автомобиле. Он осуществляет постоянный подзаряд при работе двигателя. Если будет отклонение напряжения заряда хотя бы на 0,2–0,4 В, то срок службы аккумулятора сократиться на 25%.

Установка аккумулятора на место

Перед тем как установить, или произвести снятие аккумулятора обязательно заглушите двигатель автомобиля и не забудьте выключить всё электрооборудование. Чтобы избежать короткого замыкания обязательно проверяйте двигательный отсек на наличие забытого инструмента.

Порядок снятия аккумулятора с автомобиля: первым делом отсоединяем клемму «минус» (-), затем клемму «плюс» (+). После этих операций спокойно достаем аккумулятор.

Перед тем, как установить его обратно, необходимо насухо протереть поверхность, на которую будет устанавливаться аккумулятор. Далее прочно закрепляем его. Очищаем клеммы и терминалы от грязи, смазываем тонким слоем смазки, которая не содержит кислоты.

Порядок установки аккумулятора: сначала подсоединяем клемму «плюс» (+), и только потом клемму «минус» (-), проверяем, чтобы клеммы были закреплены прочно.

Установка и снятие аккумулятора — очень проста

Зарядка аккумулятора после его снятия с автомобиля

Перед тем как осуществить подзарядку аккумулятора необходимо проверить уровень электролита и, если необходимо долить в банки воду, обязательно дистиллированную, до отметки на корпусе или 15 мм над пластинами. Зарядку аккумулятора производить только снятого с автомобиля, чтобы не испортить его.

Особое внимание обращаю на то, что необходимо соблюдать все требования инструкции по эксплуатации автомобиля. Зарядка аккумулятора производится только постоянным током.

Порядок зарядки: подсоединяем клемму «плюс» (+) аккумулятора к терминалу «плюс» (+) зарядного устройства и клемму «минус» (-) аккумулятора к терминалу «минус» (-) зарядного устройства. Включение зарядного устройства производится только после того, оно будет подключено к аккумулятору.

При завершении зарядки сначала выключается зарядное устройство, а уже затем оно отсоединяется от аккумулятора. Сила тока необходимая для зарядки рассчитывается следующим образом: 42 Ач: 10 = 4,2 А, т.е. она должна быть в десять раз меньше, чем ёмкость подзаряжаемого аккумулятора.

Температура же электролита должна быть меньше, чем 54 града. При температуре выше, зарядка немедленно прекращается.

Признаком того, что зарядка завершена, является опускание силы тока до нулевой отметки или же прекращение её снижения, также есть устройства, которые самостоятельно отключают зарядку при полном заряде аккумулятора. Проводить зарядку разрешается только в проветриваемом помещении. Акцентирую внимание на том, что при зарядке аккумулятора обязательно образуется взрывоопасный газ, поэтому вблизи запрещается использование открытого огня, а также курение.

Обслуживание

Для того чтобы обеспечить продолжительный срок работы аккумулятора в вашем автомобиле соблюдайте следующие очень простые правила:

• постоянно держите в чистоте и порядке верхнюю крышку аккумулятора;
• не забывайте проверять уровень электролита и если необходимо подливайте дистиллированную воду в банки. Никогда не используйте кислоту! Если у вас наблюдается значительная потеря воды, обязательно проверьте регулятор напряжения у специалиста;
• забудьте навсегда про всевозможные модификаторы.

То, что вам поможет в уходе за аккумулятором

Запуск двигателя и помощь

Так как в автомобиле используется сверхчувствительная электроника, помощь при запуске двигателя необходимо осуществлять специальными пусковыми устройствами.

При запуске двигателя методом «от автомобиля к автомобилю» в момент, когда отсоединяются клеммы, зачастую возникает пиковое напряжение. Оно обязательно приведет к полному выводу из строя электроники, ну или хотя бы к значительным её повреждениям.

Поэтому предлагаю вам следующие правила, которые помогут избежать нежелательных последствий:

• используйте обязательно сертифицированный кабель для запуска двигателя;
• не забывайте про инструкцию по использованию кабеля для запуска двигателя;
• аккумуляторы соединяются только с одними и теми же номинальными напряжениями.

Перед тем, как подсоединить кабеля, необходимо заглушить оба двигателя.

Сначала соединяется полюса «плюс», и только потом полюс «минус», оказывающего помощь автомобиля, с металлической частью автомобиля, оказываемому в помощи при запуске двигателя.

Включается стартер автомобиля, которому оказывают помощь в запуске, не более чем на 10-15 секунд, при этом двигатель помогающего автомобиля не запускается. Кабеля отсоединяются в обратной последовательности.

Хранение аккумулятора

После зарядки аккумулятора, его необходимо хранить в прохладном помещении, но не при минусовой температуре. При оставлении аккумулятора в автомобиле, обязательно отсоединяйте клемму «минус». Обязательно проверяйте периодически зарядку аккумулятора.

При всем многообразии аккумуляторов, правила по уходу — одинаковые

Причины ухудшения работы и выхода из строя АКБ

А теперь предлагаю разобраться с причинами выхода из строя аккумуляторов. Это чаще всего происходит, если:

• заводской брак;
• вы не соблюдали правила пользования аккумулятором, в результате чего он вышел из строя раньше положенного времени;
• аккумулятор полностью отработал свой век.

Производственный брак. Качество аккумуляторных батарей обеспечивают при их изготовлении. В конце производства абсолютно все аккумуляторы подвергают проверкам. Дефекты, которые не выявили в конце производства, дают о себе знать в первые месяцы эксплуатации, примерно через шесть – восемь месяцев.

Выход из строя раньше полученного времени. Это всегда происходит в следствии того, что допускаются нарушения в соблюдениях правил использования, которые указываются в техническом описании изделия. Чаще всего встречаются явления перезаряда или наоборот, недозаряда. Перезаряд возникает в случае, если на автомобилях уровень зарядного напряжения превышает норму, это примерно 14,5 В.

Перезаряд происходит из-за того, что возникают нарушения в режиме работы регулятора напряжения, причиной чего является выход из строя его элементов. Уровень электролита из-за перезаряда быстро уменьшается, а это может привести к взрыву аккумуляторных батарей. Недозаряд возникает, наоборот, в случае, если питающее напряжение меньше необходимого, т.е. меньше 13,8 В.

Следствие этой проблемы будет то, что батарея, не заряжаясь полностью, не может работать в полную силу и со временем её работоспособность уменьшается и в дальнейшем выходит из строя. Поэтому рекомендую не реже одного раза в месяц проверять вашу аккумуляторную батарею на наличие перезаряда или недозаряда.

Также напоминаю, что при выходе батареи из строя в гарантийный период, не по вашей вине, она подлежит бесплатной замене у производителя.

Правила техники безопасности при работе с аккумулятором

Ни в коем случае не снимайте сразу аккумулятор с автомобиля после выключения двигателя. Необходимо выждать некоторое время, чтобы из аккумулятора вышел газ, который образовался во время работы двигателя.

Это происходит из-за того, что во время работы двигателя генератор подзаряжает аккумулятор, а как мы помним, во время зарядки выделяется легко воспламеняемый газ. Этим пренебрегать может только человек, который не заботиться о своем здоровье.

Ведь, в результате взрыва банки аккумулятора водителю может оторвать пальцы.

При снятии аккумулятора всегда необходимо начинать с отключения «минусовой» клеммы. Логика здесь простая. Если вначале отсоединять «плюсовую» клемму, то ключ может случайно соприкоснуться с кузовом автомобиля. Это приведет к замыканию.

Обязательно используйте резиновые перчатки и защитные очки при работе с электролитом. При попадании на кожу электролита, возникают сильные ожоги, которые очень плохо заживают. При попадания электролита на поверхность кожи или в глаза, необходимо немедленно промыть это место обильным количеством воды, а также обратиться к врачу.

Видео — полезные советы при зарядке аккумулятора

Выполняя эти несложные правила, можно значительно продлить срок службы аккумулятора. Также, на автомобиль необходимо устанавливать аккумулятор в соответствии с параметрами, установленными заводом-изготовителем. Производя все рекомендованные операции, можно быть уверенным, что аккумулятор не подведет в любой, даже очень сложной ситуации.

Эксплуатация аккумулятора

Как эксплуатировать аккумуляторную батарею, что бы она долго прослужила

Иногда при эксплуатации автомобиля возникают проблемы с его запуском. Частая причина это неисправность аккумуляторной батареи, и зачастую почти новой.

Средний срок службы аккумулятора примерно 3 года, но из-за неправильной эксплуатации.

Какая должна быть правильная эксплуатация аккумулятора, чтобы она прослужила как можно дольше? Что сделать, что бы она не подвела в ответственный момент? Попробуем разобраться здесь.

Есть некоторые заблуждения по поводу эксплуатация аккумулятора и самое распространённое это заряд аккумулятора от генератора автомобиля после его глубокой разрядки. Давайте разберёмся по существу.

Если генератор работает идеально, то есть при холостых оборотах двигателя и включенных потребителях напряжение составляет 14,5В, то аккумуляторная батарея получает заряд током примерно 5-7А. время заряда при этом токе должно составить не менее 10 часов.

Но в процессе эксплуатации такое, скорее всего не происходит.

Из-за чего аккумуляторная батарея выходит из строя

Возможно, Вы заметили, что после работы двигателя около часа, стартер заводит двигатель, но это не говорит о том, что аккумулятор зарядился, он лишь набрал небольшую часть заряда, достаточную для работы стартера.

Если аккумуляторная батарея будет эксплуатироваться в таком состоянии длительное время, то могут начаться необратимые процессы в виде образования плёнки сульфата свинца на пластинах, так называемая сульфатация. Что бы этого не допустить необходимо, контролировать степень заряда аккумулятора.

При разряде на 50% в летнее время и 25% в зимнее, батарея должна быть снята с автомобиля и заряжена на стационарной зарядной установке.

Существует ещё одно заблуждение. Если аккумулятор заряжался от зарядного устройства, то он заряжен. Сильно за сульфатированный аккумулятор или имеющий короткозамкнутые пластины аккумулятор не заряжается.

Как долго заряжать аккумулятор

Время полного заряда аккумулятора зависит от степени разряженности, способа зарядки, типа зарядного устройства и зарядного тока. Полный заряд аккумуляторной батареи определяется по плотности электролита. Батарея считается заряженной, если плотность не повысилась в течение часа заряда.

Почему садится аккумулятор в эксплуатации?

При эксплуатации автомобиля иногда возникает проблема разряда аккумулятора при отстое автомобиля длительное время. При этом многие считают виной утечку тока на потребители автомобиля или неисправность электропроводки. За всю мою практику неисправность проводки в этом случае не было ни разу.

Во всех случаях проблема выявлялась в самой батарее, то есть имел место саморазряд. Причиной саморазряда может быть загрязнение корпуса аккумулятора парами кислоты из электролита, а также загрязнение электролита активной массой при разрушении пластин. Для определения загрязнения корпуса достаточно проверить ЭДС на корпусе.

Для этого разместите щупы вольтметра или мультиметра, в режиме вольтметра, на корпусе батареи вблизи контактных клемм. Если корпус аккумулятора загрязнён он будет обладать токопроводностью, при этом вольтметр покажет некоторое ЭДС, величина которого при сильном загрязнении может быть равна напряжению на клеммах.

Устраняется это путём очистки корпуса 10% раствором соды или нашатырного спирта. После обработки раствор смывать не нужно.

Загрязнение электролита можно увидеть при замере плотности. При большом загрязнении аккумулятор лучше сменить. Смена электролита и его промывка помогает максимум в 50% случаях, но процесс довольно трудоёмкий. Если батарее больше 2-х лет практически восстановить её не получается.

Как корректировать плотность электролита

Не редко можно услышать или прочитать в интернете совет, что для поднятия плотности электролита необходимо добавить в него немного кислоты. Этого ни в коем случае делать нельзя. Надо учитывать, что плотность меряется только на полностью заряженном аккумуляторе.

Если при заряде батареи кипит одна банка, но плотность в ней не поднимается, то в ней есть короткозамкнутые пластины и такой аккумулятор подлежит замене.

Повышать же плотность электролита, скажем при подготовке к зиме, необходимо добавлением электролита плотностью 1,40, но при этом не стоит повышать на много. Чем выше плотность, тем меньше срок службы аккумулятора.

Вообще изменять плотность рекомендуется только в тех районах, где температура зимой постоянно ниже 30 гр. если такая температура не держится долгое время, то плотность можно не менять.

Хранение аккумуляторной батареи

Ещё одно самое распространённое заблуждение при эксплуатация аккумулятора: если на машине не ездить, то аккумулятор не портится. Это в корне не правильно. Срок хранения сухозаряженного аккумулятора, при соблюдении правил хранения, составляет три года.

Но последнее время в продаже преобладают аккумуляторы уже залитые электролитом, а срок хранения таких батарей не более года. По этому, при покупке аккумуляторной батареи обращайте в первую очередь на дату производства.

Химические процессы начинаются сразу после заливки электролита и не зависят от того установлена батарея на автомобиль или находится на складе магазина.

Если Вы не эксплуатируете автомобиль зимой, то аккумулятор следует зарядить и поставить в холодное место. При понижении температуры процессы в аккумуляторе замедляются, что несколько продлевает её срок службы.

Итог! Для долгой работы аккумуляторной батареи покупать стоит только произведённые в течение прошлого квартала, не допускать глубокого разряда, содержать батарею в чистоте и полностью заряженной и производить периодические обслуживания у специалистов. Если эксплуатация аккумулятора производится не правильно, то срок эксплуатации батареи может сократиться до года, а в некоторых случаях ещё меньше.

admin 20/06/2013«Если Вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста выделите это место мышкой и нажмите CTRL+ENTER» «Если статья была Вам полезна, поделитесь ссылкой на неё в соцсетях»

Правила эксплуатации автомобильных аккумуляторов

1. Все статьи
2. Правила эксплуатации автомобильных аккумуляторов

Общепринятый срок, в течении которого эксплуатируют автомобильные аккумуляторы — от трех до пяти лет. При этом, подразумевается, что это будет батарея официального производителя, емкостью в пределах 60 ампер, которая относится к среднему ценовому сегменту. И предназначается для автомобилей аналогичного, самого массового, класса. Подделки известных брендов и сомнительные по качеству батареи использовать не рекомендуется; есть риск нанести вред автомобилю и вывести из строя современное электрическое оборудование.

Как увеличить срок эксплуатации аккумулятора в два раза?

Для этого нужно совсем немного: четко соблюдать общепринятые правила эксплуатации. Многие водители считают, что более дорогой аккумулятор — страховка от любых проблем. Во многом, приобретение батарей наиболее известных брендов оправдана — цена гарантирует качество. Но даже дорогую батарею можно испортить, если не следить за ее состоянием. Немаловажен и фактор цены — многим водителям ближе рациональный подход и разумная экономия.

Основные принципы грамотной эксплуатации аккумулятора

1. Соблюдайте параметры при покупке аккумулятора. В технических характеристиках любого автомобиля есть пункт, где описаны требования к батарее. К основным параметрам относятся показатели номинальной емкости, габаритов, стартового тока, полярности и некоторые другие. Выбор необходимой батареи начинают прежде всего с показателя емкости; если он будет не соответствовать требуемым цифрам, АКБ может подвергаться риску постоянной недостаточной зарядки, а то и критического разряда. Четкое соблюдение параметров — гарантия, что этого не произойдет.

2. Оценивайте состояние электрического оборудования автомобиля. Следует помнить, что неисправные детали — такие, как генератор или реле, способны вызвать постепенный или резкий разряд батареи. Обратите внимание на работу стартера: при внезапно проявившихся перебоях в его работе лучше обратиться к специалисту. Особенно, если вы считаете, что разрядки батареи в данный момент быть не должно.

3. Возьмите за правило осматривать внешний вид АКБ; это позволит своевременно выявить повреждения корпуса — такие, как трещины и сколы. Появление разных трещин на корпусе не всегда вызвано внешними обстоятельствами, такими, как механические повреждения (удар, падение при переноске). К примеру, нередкое явление — замерзание электролита в зимний период, связанное с падением его плотности

4. Оценивайте степень и прочность крепления АКБ. Езда по бездорожью — частое явление, особенно при выезде на дачу, при поездках на рыбалку и охоту. Да и просто плохие дороги можно встретить даже в крупных городах. Из-за рытвин и ухабов жесткость крепления батареи может быть нарушена. Последствия такой езды может привести к перемещению аккумулятора и его повреждению. 

5. Следите, чтобы поверхность АКБ не быдла загрязнена. Регулярно протирайте АКБ, чтобы избавиться от следов электролита на ее поверхности. Нужно помнить, что пятна электролита с наличием серной кислоты впитывают влагу и увеличиваются в размерах, способствуя саморазряду (из-за возросшей электропроводности). Следы электролита хорошо убирает раствор обычной пищевой соды — так как щелочная среда способна нейтрализовать кислоту. Затем очищенное место промывают водой.

6. Соблюдайте правила запуска автомобиля в холодный период. Зимой не следует включать стартер на время больше, чем полминуты. Если вы заводите машину с механической трансмиссией в условиях, когда на улице свирепствуют морозы, лучше выключить сцепление.

7. Помните о мерах предосторожности при помощи другим водителям — в случае разряда батареи на их автомобиле. Особенно, если на ваш автомобиль установлена современная электронная система управления и большое количество разного электрического оборудования. Прежде всего, не оставляйте включенным зажигание на своей машине — иначе эти приборы могут выйти из строя. В обязательном порядке проконтролируйте подключение проводов к клеммам. Вначале должны быть подключены «минусы», а только затем «плюсы». После того, как процесс закончен, снимайте провода уже в обратной последовательности. И лучше делать это одновременно.

8. Следите, чтобы не произошло критического разряда батареи. Здесь все зависит от соблюдения простейших правил. Не нужно оставлять включенные фары и свет в салоне машины, а также пользоваться длительное время магнитолой, если двигатель уже выключен.

9. Проверяйте состояние клемм, а именно — уровень плотности контактов. При запуске может происходить нагрев и оплавление клеммы, что чревата последующей разгерметизации.

10. Подключайте и отсоединяйте аккумулятор только при выключенных приборах автомобиля. Это позволит избежать появление искр в момент проведения действий с клеммами.

Помимо перечисленных правил, следует периодически заряжать батарею — так сказать, внепланово. Учитывайте, что при постоянных выездах на небольшие расстояния зарядки от генератора может быть недостаточно, и емкость батареи часто восстанавливается не полностью.

А начинающим водителям и людям с небольшим опытом можно порекомендовать проверять и обслуживать АКБ на автосервисах и станциях техобслуживания, доверив это профессионалам.

Как правильно эксплуатировать аккумулятор автомобиля

Аккумулятор – это та деталь автомобиля, без которой он не поедет. Если только не толкать его вручную или не тянуть на буксире. Пока двигатель не заведён, аккумулятор в машине главный. Поэтому важно следить за АКБ и правильно эксплуатировать. Тогда ваша аккумуляторная батарея всегда будет готова к работе и будет вас подводить. Для этого нужно придерживаться некоторых простых правил эксплуатации автомобильной аккумуляторной батареи, о которых мы поговорим сегодня. Сложного в них ничего нет. Главное, выполнять их регулярно и аккуратно. Возможно, для опытных автолюбителей информация в статье покажется неинтересной. Это неудивительно, поскольку материал рассчитан на новичков.

 

Содержание статьи

Уход за автомобильным аккумулятором

Начнём с самого простого. При эксплуатации аккумулятора автомобиля на нём обязательно появляется налёт пыли, грязь, капли масла и электролита. И плёнка из этих материалов на корпусе АКБ является отличным проводником тока. В результате значительно увеличивается саморазряд аккумуляторной батареи. Чтобы этого увеличить срок службы аккумулятора автомобиля, нужно содержать его в чистоте. Ведь в необходимости регулярно мыть автомобиль никто не сомневается.

Раствор пищевой соды хорошо подходит для протирки корпуса аккумулятора

Для протирки корпуса аккумулятора лучше применяйте раствор пищевой соды. Для его приготовления растворите чайную ложку соды в стакане воды. Этот раствор наилучшим образом нейтрализует электролит.

У некоторых автовладельцев можно встретить аккумуляторы, обтянутые полиэтиленом. Так они пытаются сохранить его в чистоте. Но эксплуатировать батарею не рекомендуется. Вам самим же плёнка будет мешать обслуживать аккумулятор. Кроме того, плёнка может закрыть вентиляционные отверстия в корпусе АКБ, что создаст избыточное давление внутри батареи. Под этой плёнкой всё равно будет скапливаться электролит и влага. Но при этом плёнка будет мешать при протирке поверхности корпуса. Если хотите предохранить аккумулятор от грязи, лучше используйте чехол на АКБ. Их можно найти в магазинах или сделать самостоятельно. Кроме того, существуют чехлы, которые сохраняют аккумуляторную батарею от холода зимой. Вот можете прочитать статью про чехол для автомобильного аккумулятора.

Протирку корпуса аккумуляторной батареи можно делать, когда вы заглядываете под капот, например, проверить масло в двигателе или уровень тосола в расширительном бачке. Заодно всегда проверяйте уровень электролита в АКБ. Летом это необходимо делать хотя бы раз в месяц, поскольку из-за высокой температуры под капотом вода из электролита может испаряться. Ни в коем случае не допускайте эксплуатации АКБ с оголёнными пластинами. Чтобы проверить уровень электролита на обслуживаемом аккумуляторе отверните пробки в банках и стеклянной или пластиковой трубочкой измерьте уровень. Он должен быть на 10─15 миллиметров выше пластин.

Нужно периодически контролировать уровень электролита в АКБ

Внимание! Если при проверке уровня вам нужно будет подсветить внутренности банки, никогда не используйте для этого зажигалку или спички. Только фонарик. От искры или пламени может быть мощный хлопок из-за того, что в процессе работы аккумуляторной батареи в нём может выделяться водород (электролиз воды).

На необслуживаемом аккумуляторе уровень можно проверить по меткам min и max на корпусе батареи.
Вернуться к содержанию
 

Обслуживание и зарядка автомобильного аккумулятора

Для начала, скажем пару слов о том, что нужно сделать перед тем, как эксплуатировать сухозаряженные аккумуляторы. Хотя такие АКБ на автомобиль практически не встречаются. В магазинах они продаются уже с электролитом, но бывают исключения.

Сухозаряженные батареи можно встретить для мототехники и водного транспорта. Некоторые производители занимаются выпуском таких моделей. В комплекте с таким аккумулятором идёт необходимое количество электролита.

Сухозаряженный аккумулятор

Вам нужно просто залить электролит в банки сухозаряженной АКБ и всё. Зарядка аккумулятора после этого не требуется. Нужно отвернуть пробки банок батареи и залить их электролитом, поставляемым в комплекте. Заливать нужно до отметки на корпусе батареи. Затем даёте аккумулятору отстояться минут 10─15. Если уровень уйдёт ниже минимальной метки, то долейте ещё. После этого пробки нужно плотно закрутить и удалить капли электролита с поверхности корпуса. Всё, АКБ можно эксплуатировать.

Большинство аккумуляторов продаются уже залитыми и заряженными. В принципе, они не нуждаются в зарядке. Но многие сомневаются, а нужно ли заряжать новый автомобильный аккумулятор после покупки. Чтобы узнать об этом подробнее, читайте статью по указанной ссылке.
Перед зарядкой обязательно проверьте уровень электролита. Если нужно, то долейте дистиллированную воду, чтобы она покрывала пластины на 10─15 миллиметров.

Перед зарядкой аккумулятор нужно снять с автомобиля, хотя возможна зарядка прямо на машине. Заряжать автомобильную батарею можно с постоянными значениями напряжения или тока. Первый способ лучше использовать, когда нужно подзарядить слегка разряженную батарею. Постоянным током лучше заряжать глубоко разряженную АКБ. Во втором случае батарея заряжается более полно, но этот процесс требует постоянного контроля с вашей стороны.

Измерьте напряжение на выводах аккумулятора мультиметром. Если значение не меньше 12 вольт, то можно просто подзарядить его в автоматическом режиме с постоянным напряжением. Такой режим есть практически у всех современных ЗУ. Если напряжение просело ниже, то лучше полноценно зарядить его в режиме постоянного тока. Конечно, если ваше ЗУ позволяет регулировать ток зарядки.

После зарядки напряжение полностью заряженной автомобильной АКБ с шестью банками должно быть 12,6─12,9 вольта. При этом плотность электролита должна быть 1,27─1,29 гр./см³. Чтобы измерять плотность вам понадобиться ареометр. Он стоит недорого и продаётся в любом автомобильном магазине. Подробнее об электролите и работе с ним можно прочитать по указанной ссылке.

Внимание! Зарядка аккумулятора должна проводиться в проветриваемом помещении. Вблизи с заряжаемой батареей не должно быть открытого огня и искр. На финальной стадии процесса зарядки в АКБ идёт активное выделение водорода, образующего с кислородом взрывоопасную смесь. Если рядом будет источник открытого огня, то это может вызвать взрыв аккумулятора.

После проведённой зарядки аккумулятор можно эксплуатировать. В дополнение рекомендуем прочитать следующие материалы: как правильно заряжать аккумулятор автомобиля зарядным устройством и сколько заряжать автомобильный аккумулятор.

Вернуться к содержанию
 

Снятие и установка аккумулятора на автомобиль

В снятии и установке АКБ нет ничего сложного. Снимаются клеммы, АКБ ставится на зарядку, а затем подключается с соблюдением полярности. Подробнее о том, что это такое прямая полярность аккумулятора, можете прочитать по ссылке. Но стоит отметить один момент. Он касается владельцев достаточно дорогих машин с навороченными бортовыми компьютерами, охранными системами и дополнительной электроникой. С ними эксплуатировать аккумулятор несколько сложнее.

В этом случае снятие аккумулятора (читай обесточивание бортовой сети) может привести к сбою в работе всей дорогостоящей электроники. Поэтому некоторые в такой ситуации предпочитают заряжать батарею прямо на машине. Но это не выход, поскольку перепады и скачки напряжения также вредны для бортовой электроники. Лучше использовать портативный аккумулятор для временного питания всех систем автомобиля.

Портативный аккумулятор

Вы просто подключаете крокодилы портативной АКБ к клеммам с соблюдением полярности, а после этого снимаете их с выводов штатной батареи. А после её зарядки подключаете аккумулятор в обратной последовательности и продолжаете эксплуатировать АКБ.
Вернуться к содержанию
 

Хранение автомобильной аккумуляторной батареи

Когда вам это может понадобиться? Ну, например, если вы уезжаете в отпуск или командировку на длительный период. Тогда нельзя оставлять батарею подключённой к автомобилю. Если он долго будет находиться в таком состоянии, то постепенно придёт в состояние глубокого разряда. Кальциевые аккумуляторы глубокий разряд переносят очень плохо и после него безвозвратно теряют часть своей ёмкости. Что же делать?

Хранение автомобильной аккумуляторной батареи

О том, сколько служит аккумулятор автомобиля, вы сможете узнать из статьи по ссылке.

В этом случае нужно снять АКБ, провести её полную зарядку и поставить на хранение отдельно от машины. Кислотный аккумулятор для автомобиля нужно хранить полностью заряженным, и при температуре 5─15С. Это оптимальный вариант. Чем выше температура окружающей среды, тем сильнее будет саморазряд. В идеале АКБ лучше поставить на подзарядку током 200 мА, который будет компенсировать ток саморазряда. В этом случае аккумулятор будет полностью заряжен и готов к эксплуатации в любой момент. Советуем также ознакомиться с нормой заряда аккумулятора автомобиля.
Вернуться к содержанию
 

Техника безопасности при обслуживании автомобильного аккумулятора

Аккумулятор – это устройство, в его составе которого имеются вещества, вредные для здоровья человека. Поэтому при его обслуживании необходимо применять средства индивидуальной защиты и соблюдать правила техники безопасности.

О чём нужно помнить при эксплуатации аккумулятора автомобиля:

• При проведении работ с электролитом обязательно надевайте резиновые перчатки и защитные очки. Электролит – это водный раствор серной кислоты. Это едкое вещество, которое оставляет ожоги при попадании на кожу и слизистые оболочки. При себе держите пищевую соду, чтобы при необходимости нейтрализовать кислоту. При попадании электролита на кожу или глаза необходимо промыть эти места водой и обратиться к врачу за медицинской помощью;
• Как уже говорилось выше, при заряде аккумулятора выделяется водород, образующий гремучую смесь с кислородом. Поэтому рядом с местом зарядки не должно быть пламени или искр;
• Никогда не замыкайте выводы аккумулятора напрямую. Это выведет аккумулятор из строя.

Если вы всё же не досмотрели за АКБ и она разрядилась, смотрите материал о том, как завести машину если сел аккумулятор. Советуем также прочитать материал о том, как проверить емкость аккумулятора. Это может пригодиться при оценке изношенности АКБ.
Вернуться к содержанию
 

Опрос

Примите участие в опросе!

 Загрузка …
Теперь у вас есть представление о том, как эксплуатировать аккумулятор автомобиля. Если у вас есть вопросы и дополнения, оставляйте их в комментариях. Голосуйте в опросе и оценивайте материал!
Вернуться к содержанию

Особенности эксплуатации автомобильных аккумуляторов зимой и при повышенной температуре

Аккумуляторная батарея является простым устройством, в котором происходит ряд сложных химических процессов. Сильное влияние на них оказывает температура среды вокруг аккумулятора, и в зимний период принципы эксплуатации автомобильного источника питания серьезно отличаются от использования батареи летом или при высоких температурах. Чтобы зимой не пришлось прибегать к способам старта двигателя при севшем аккумуляторе, следует знать особенности эксплуатации батареи в различных температурных условиях.

На что следует обращать внимание при использовании автомобильного аккумулятора?

Многие автомобилисты не уделяют должного внимания автомобильному аккумулятору, из-за чего батарея довольно быстро становится неисправной и требует замены. Снять аккумулятор с автомобиля и установить на его место новый несложно, и данная процедура не требует особых умений, но следует учитывать и финансовую сторону вопроса. При неверной эксплуатации батареи автомобиля, ее замена может потребоваться через год-два или даже раньше, тогда как аккуратные владельцы машин меняют аккумулятор не чаще, чем раз в 4 года. Весь их секрет заключается в грамотном техническом обслуживании источника питания.

Техническое обслуживание автомобильных батарей заключается в приведении их в рабочее состояние, в уходе за ними в процессе эксплуатации и грамотном хранении при долгих паузах между использованием.

В зависимости от климатической зоны использования автомобильной батареи, следует подбирать плотность электролита. Для современных источников питания автомобилей плотность электролита составляет:

• При холодном климате (от -50 до -30 градусов по Цельсию): 1,30 грамм на кубический сантиметр;
• При умеренном климате (от -10 до 20 градусов по Цельсию): 1,28 грамм на кубический сантиметр;
• При жарком климате (от 30 градусов по Цельсию и выше): 1,23 грамм на кубический сантиметр.

Если требуется получить плотность электролита для автомобильного аккумулятора в районе от 1,28 до 1,30 грамм на кубический сантиметр, необходимо взять ровно 285 грамм серной кислоты (H₂SO₄) и около 780 грамм дистиллированной воды. При их смешивании получится электролит необходимой плотности.

Как использовать автомобильный аккумулятор зимой при низких температурах

Зимою в умеренных климатических зонах или в регионах, где низкая температура сохраняется постоянно, необходимо грамотно эксплуатировать аккумуляторную батарею, обращая внимание на нестандартные для нее условия работы. При пониженных температурах (как правило, меньше -20 градусов по Цельсию) автомобильный аккумулятор приобретает следующие отрицательные свойства:

• У него заметно понижается герметичность;
• При попадании любой жидкости (брызг с дороги, частичек снега или дождя) на корпус источника питания, у него серьезно повышается саморазряд;
• Из-за замерзания пластмассовых деталей корпуса повышается хрупкость аккумулятора и его крышки;
• Повышение опасности заряда аккумулятора при замерзшем электролите. Процесс зарядки может вызвать пенообразование на поверхности аккумулятора и его взрыв при подключении к бортовой системе автомобиля.

Понижение плотности электролита приводит к повышению температуры его замерзания. К примеру, если плотность электролита составляет 1,3 грамм на кубический сантиметр, его замерзание происходит при температуре около -66 градусов по Цельсию, понизив плотность до 1,24 грамм на кубический сантиметр, температура замерзания увеличится до -14 градусов по Цельсию.

Обратите внимание, что плотность электролита аккумулятора определяется при температуре в 25 градусов по Цельсию.

Таблица температур замерзания электролита аккумулятора при различной плотности:

Плотность электролита при 25°C, г/см³	Температура замерзания, °С	Плотность электролита при 25°C, г/см³	Температура замерзания, °С
1,09	-7	1,22	-40
1,10	-8	1,23	-42
1,11	-9	1,24	-50
1,12	-10	1,25	-54
1,13	-12	1,26	-58
1,14	-14	1,27	-68
1,15	-16	1,28	-74
1,16	-18	1,29	-68
1,17	-20	1,30	-66
1,18	-22	1,31	-64
1,19	-25	1,32	-57
1,20	-28	1,33	-54
1,21	-34	1,40	-37

Опытные автолюбители стремятся в условиях пониженных температур дополнительно обогревать аккумулятор, чтобы не происходило замерзание электролита. Обогреть источник питания можно двумя эффективными способами:

• Утепление с использованием дополнительных материалов. Хорошим решением при утеплении аккумуляторной батареи автомобиля является установка источника питания в контейнер с двойными стенками. Между стенками помещается материал, который затрудняет охлаждение аккумуляторной батареи. Чаще всего в качестве подобного материала выступает пенопласт, войлок или силиконовые блоки;
• Использовать «теплые» детали подкапотного пространства. В условиях пониженных температур можно переместить аккумулятор ближе к деталям, которые нагреваются при работе. К примеру, источник питания зимою часто размещают около охлаждающей жидкости. При этом не забывайте, что аккумулятор необходимо плотно закрепить, чтобы он не перемещался в процессе движения автомобиля.

Некоторые автомобилисты 2 раза за год меняют плотность электролита сознательно, чтобы улучшить свойства аккумулятора в зависимости от температуры окружающей среды. Зимою в источник питания доливается электролит с плотностью в 1,4 грамм на кубический сантиметр, а летом имеющееся в батарее химическое соединение разбавляется дистиллированной водой.

Эксплуатация автомобильного аккумулятора при высоких температурах

В жаркий период автолюбитель также может столкнуться с проблемами при эксплуатации аккумулятора. Источник питания способен выйти из строя по причине серьезного снижения уровня электролита. Связано это с тем, что при высоких температурах сильно повышается скорость испарения воды из электролита, что понижает его уровень.

Если вы желаете сохранить в жаркую погоду автомобильный аккумулятор в рабочем состоянии, обязательно еженедельно проверяйте уровень электролита. Не исключено, что каждую неделю будет требоваться доливать дистиллированную воду в аккумулятор. Обратите внимание: доливать необходимо именно чистую дистиллированную воду, поскольку испаряется именно она, тем самым повышая плотность электролита, что губительно для источника питания в жаркий период времени.

Загрузка…

Базовая работа от батареи | PVEducation

В основе работы от батареи лежит обмен электронами между двумя химическими реакциями, реакцией окисления и реакцией восстановления. Ключевым аспектом батареи, который отличает ее от других реакций окисления / восстановления (таких как процессы ржавления и т. Д.), Является то, что реакции окисления и восстановления физически разделены. Когда реакции физически разделены, между двумя реакциями может быть вставлена ​​нагрузка. Электрохимическая разность потенциалов между двумя батареями соответствует напряжению батареи, которая приводит в действие нагрузку, а обмен электронами между двумя реакциями соответствует току, который проходит через нагрузку.Компоненты батареи, показанные на рисунке ниже, состоят из электрода и электролита как для реакции восстановления, так и для реакции окисления, средства для переноса электронов между реакцией восстановления и окисления (обычно это достигается с помощью провода, подключенного к каждый электрод) и средства обмена заряженными ионами между двумя реакциями.

Схема батареи, в которой (а) электролит реакции восстановления и окисления различается и (б) электролит одинаковый для обеих реакций.

Ключевыми компонентами, определяющими многие из основных свойств батареи, являются материалы, используемые для электрода и электролита как для реакций окисления, так и для реакций восстановления. Электрод — это физическое место, где происходит ядро ​​окислительно-восстановительной реакции — перенос электронов. Во многих аккумуляторных системах, включая свинцово-кислотные и щелочные батареи, электрод — это не только место, где происходит перенос электронов, но также и компонент химической реакции, которая либо использует, либо производит электроны.Однако в других аккумуляторных системах (таких как топливные элементы) материал электрода сам по себе инертен и является лишь местом переноса электронов от одного реагента к другому. Для разряженной батареи электрод, на котором происходит реакция окисления, называется анодом и по определению имеет положительное напряжение, а электрод, на котором происходит реакция восстановления, является катодом и находится под отрицательным напряжением.

Одного электрода недостаточно для протекания окислительно-восстановительной реакции, поскольку окислительно-восстановительная реакция включает взаимодействие более чем одного компонента.Остальные химические компоненты реакции содержатся в электролите. Для многих практических аккумуляторных систем электролит представляет собой водный раствор. Одна из причин наличия водного раствора заключается в том, что окисленная или восстановленная форма электрода существует в водном растворе. Кроме того, важно, чтобы химические частицы в электролите были подвижными, чтобы они могли перемещаться к участку на электроде, где происходит химическая реакция, а также чтобы частицы ионов могли перемещаться от одного электрода к другому.

Ток в батарее возникает в результате переноса электронов от одного электрода к другому. Во время разряда реакция окисления на аноде генерирует электроны, а реакция восстановления на катоде использует эти электроны, и поэтому во время разряда электроны текут от анода к катоду. Электроны, генерируемые или используемые в окислительно-восстановительной реакции, могут легко переноситься между электродами через обычное электрическое соединение, такое как провод, прикрепленный к аноду и катоду.Однако, в отличие от обычной электрической цепи, электроны — не единственный носитель заряда в цепи. Электроны перемещаются от анода к катоду, но не возвращаются от катода к аноду. Вместо этого электрическая нейтральность поддерживается движением ионов в электролите. Если в каждой окислительно-восстановительной реакции используется другой электролит, солевой мост соединяет два раствора электролита. Направление движения ионов предотвращает накопление заряда либо на аноде, либо на катоде.В большинстве практических аккумуляторных систем один и тот же электролит используется как для анода, так и для катода, и перенос ионов может происходить через сам электролит, что устраняет необходимость в солевом мостике. Однако в этом случае между анодом и катодом также вставляется разделитель. Сепаратор предотвращает физическое соприкосновение анода и катода друг с другом, поскольку они обычно находятся в очень непосредственной физической близости друг к другу, и если бы они соприкоснулись, это привело бы к короткому замыканию батареи, поскольку электроны могут передаваться напрямую, не проходя через внешнюю цепь. и загрузить.

Окислительно-восстановительные реакции, составляющие конкретную аккумуляторную систему, определяют многие фундаментальные параметры аккумуляторной системы. Другие ключевые свойства батареи, в том числе емкость батареи, характеристики зарядки / разрядки и другие практические соображения, также зависят от физической конфигурации батареи, например количества материала в батарее или геометрии электродов. На следующих страницах описывается, как характеристики батареи — поведение напряжения, эффективность батареи, неидеальность батареи (саморазряд, снижение емкости батареи и т. Д.) — зависят от протекания окислительно-восстановительных реакций и конфигурации батареи.

Принцип работы батареи

: как работает батарея?

Принцип работы батареи

Батарея работает по реакции окисления и восстановления электролита с металлами. Когда два разнородных металлических вещества, называемые электродом, помещаются в разбавленный электролит, в электродах происходят реакции окисления и восстановления, соответственно, в зависимости от сродства к электрону металла электродов. В результате реакции окисления один электрод получает отрицательный заряд, называемый катодом, а из-за реакции восстановления другой электрод получает положительный заряд, называемый анодом.

Катод образует отрицательную клемму, а анод — положительную клемму батареи. Чтобы правильно понять основной принцип батареи , во-первых, мы должны иметь некоторую базовую концепцию сродства электролитов и электронов. Фактически, когда два разнородных металла погружаются в электролит, между этими металлами возникает разность потенциалов.

Было обнаружено, что при добавлении в воду определенных соединений они растворяются и образуют отрицательные и положительные ионы.Этот тип соединения называется электролитом. Популярными примерами электролитов являются почти все виды солей, кислот, оснований и т. Д. Энергия, выделяемая при приеме электрона нейтральным атомом, известна как сродство к электрону. Поскольку атомная структура для разных материалов различна, сродство к электрону разных материалов будет отличаться.

Если два разных типа металлов погрузить в один и тот же раствор электролита, один из них получит электроны, а другой — высвободит электроны.Какой металл (или металлическое соединение) получит электроны, а какой потеряет электроны, зависит от сродства этих металлов к электрону. Металл с низким сродством к электрону будет получать электроны от отрицательных ионов раствора электролита.

С другой стороны, металл с высоким сродством к электрону высвобождает электроны, и эти электроны выходят в раствор электролита и добавляются к положительным ионам раствора. Таким образом, один из этих металлов приобретает электроны, а другой теряет электроны.В результате между этими двумя металлами будет разница в концентрации электронов.

Эта разница в концентрации электронов вызывает разность электрических потенциалов между металлами. Эта разность электрических потенциалов или ЭДС может использоваться в качестве источника напряжения в любой электронике или электрической цепи. Это общий и основной принцип батареи , и это принцип работы батареи .

Все элементы аккумуляторных батарей основаны только на этом основном принципе.Давайте обсудим по порядку. Как мы уже говорили ранее, Алессандро Вольта разработал первый элемент батареи, и этот элемент широко известен как простой гальванический элемент. Такой тип простой ячейки можно создать очень легко. Возьмите одну емкость и заполните ее разбавленной серной кислотой в качестве электролита. Теперь погружаем один цинковый и один медный стержень в раствор и подключаем их снаружи с помощью электрической нагрузки. Теперь ваш простой гальванический элемент готов. Ток начнет течь через внешнюю нагрузку.
Цинк в разбавленной серной кислоте отдает электроны, как показано ниже:

Эти ионы Zn ^{+ +} переходят в электролит, и каждый из ионов Zn ^{+ +} оставляет два электрона в стержне.В результате вышеуказанной реакции окисления цинковый электрод остается заряженным отрицательно и, следовательно, действует как катод. Следовательно, концентрация ионов Zn ^{+ +} вблизи катода в электролите увеличивается.

В соответствии со свойством электролита разбавленная серная кислота и вода уже диссоциировали на положительные ионы гидроксония и отрицательные ионы сульфата, как показано ниже:

Из-за высокой концентрации ионов Zn ^{+ +} возле катода, H ₃ O ⁺ ионы отталкиваются к медному электроду и разряжаются, поглощая электроны от атомов медного стержня.На аноде происходит следующая реакция:

В результате реакции восстановления, протекающей на медном электроде, медный стержень получает положительный заряд и, следовательно, действует как анод.

Ячейка Даниэля

Ячейка Даниэля состоит из медного сосуда, содержащего раствор сульфата меди. Сам медный сосуд действует как положительный электрод. В медный сосуд помещают пористую емкость с разбавленной серной кислотой. Амальгамированный цинковый стержень, погруженный в серную кислоту, действует как отрицательный электрод.

Разбавленная серная кислота в пористой емкости вступает в реакцию с цинком, в результате чего образуется водород. Реакция протекает следующим образом:

Образование ZnSO ₄ в пористой емкости не влияет на работу ячейки до тех пор, пока не осаждаются кристаллы ZnSO ₄ . Газообразный водород проходит через пористый резервуар и вступает в реакцию с раствором CuSO ₄ , как показано ниже:

Образовавшаяся таким образом медь осаждается на медном резервуаре.

История батареи

В 1936 году в середине лета при строительстве новой железнодорожной линии недалеко от города Багдад в Ираке была обнаружена древняя гробница.Возраст реликвий, найденных в гробнице, составляет около 2000 лет. Среди этих реликвий было несколько глиняных сосудов, запечатанных сверху смолой. Железный стержень, окруженный цилиндрической трубкой, сделанной из обернутого медного листа, выступал из этой запечатанной крышки.

Когда первооткрыватели наполнили эти горшки кислой жидкостью, они обнаружили разницу потенциалов между железом и медью около 2 вольт. Предположительно, в этих глиняных сосудах использовались батарейные элементы возрастом 2000 лет. Они назвали горшок парфянской батареей .

В 1786 году итальянский анатом и физиолог Луиджи Гальвани был удивлен, увидев, что, когда он касался лап мертвой лягушки двумя разными металлами, мышцы ног сокращались.

Он не мог понять истинную причину, иначе он был бы известен как первый изобретатель элемента батареи. Он подумал, что реакция могла быть вызвана каким-то свойством тканей.

После этого Алессандро Вольта реализовал то же явление на картоне, пропитанном соленой водой, вместо лягушачьих лапок.Он зажал между ними медный и цинковый диск с куском картона, смоченным в соленой воде, и обнаружил разность потенциалов между медью и цинком.

После этого, в 1800 году, он разработал первый гальванический элемент (батарею), состоящий из чередующихся медных и цинковых дисков с кусками картона, пропитанными рассолом между ними. Эта система может производить измеримый ток. Мы рассматриваем вольтовую батарею Алессандро Вольта как первый «мокрый аккумуляторный элемент». Так началась история батареи .С того времени и до сегодняшнего дня аккумулятор остается предпочтительным источником электричества во многих наших повседневных применениях.

Основная проблема сваи Voltaic заключалась в том, что она не могла подавать ток в течение длительного времени. Британский изобретатель Джон Ф. Даниэлл решил эту проблему в 1836 году. Он изобрел более развитую версию аккумуляторной ячейки, которая известна как ячейка Даниэля. Джон Ф. Даниэлл погрузил один цинковый стержень в сульфат цинка в один контейнер и один медный стержень в сульфат меди (II) в другой контейнер.

П-образный соляной мостик соединяет решения этих двух контейнеров. Элемент Даниэля мог выдавать 1,1 вольт, и этот тип батареи прослужил намного дольше, чем батарея Voltaic. В 1839 году сэр Уильям Роберт Гроув, первооткрыватель и ученый, сконструировал топливный элемент. Он смешал водород и кислород в растворе электролита и создал электричество и воду. Топливный элемент не обеспечивает достаточной мощности, но это полезно. Бунзен (1842) и Гроув (1839) усовершенствовали аккумулятор, в котором для подачи электричества использовались жидкие электроды.

В 1859 году Гастон Планте; впервые разработал свинцово-кислотный аккумулятор. Свинцово-кислотная батарея была первой формой перезаряжаемой вторичной батареи. Свинцово-кислотная батарея до сих пор используется во многих промышленных целях. Он по-прежнему наиболее популярен в качестве автомобильного аккумулятора. В 1866 году французский инженер Жорж Лекланш разработал батарею нового типа. Это была угольно-цинковая аккумуляторная батарея с жидким электролитом, известная как ячейка Лекланша.

Измельченный диоксид марганца, смешанный с небольшим количеством атомов углерода, образует положительный электрод, а цинковый стержень — отрицательный электрод.В качестве жидкого электролита он использовал раствор хлорида аммония. Спустя несколько лет Жорж Лекланш сам улучшил свою конструкцию, заменив жидкий раствор хлорида аммония хлоридом аммония.

Таким образом, он изобрел первую сухую камеру. В 1901 году Томас Альва Эдисон открыл щелочной аккумулятор. Первичная батарея Томаса Эдисона имела железо в качестве анодного материала (-) и оксид никеля в качестве катодного материала (+). Приведенный выше контент — это лишь часть бесконечной истории батареи .

Поэтапное развитие в истории аккумуляторов

Animal 901 901 901 9020 Великобритания 901

Разработчик / Изобретатель	Страна	Год	Изобретения
Луиджи Гальвани	Италия	1786	Италия	1800	Вольтаическая куча
John F. Daniell	Великобритания	1836	Daniell Cell
Сэр Уильям Роберт Гроув	Великобритания	182039 Топливный элемент Бунзен	Немецкий	1842	использованные жидкие электроды для подачи электроэнергии
Gaston Plante	Франция	1859	Свинцово-кислотная батарея
Georges12		Leclanche Cell
Thomas Alva Edison	США	1901	Щелочной аккумулятор

Эксплуатация автомобильных аккумуляторов | Электрооборудование A2Z

Автомобильные аккумуляторы вырабатывают постоянный ток.Они могут производить огромное количество тока для своего размера. Автомобильные аккумуляторы очень надежны и обычно обеспечивают безотказную работу в течение нескольких лет.

Разрядка и зарядка

Когда электроны выходят из батареи, батарея высвобождает накопленную энергию, как показано на Рис. 1A .

Рисунок 1 .

A —Когда электроны выходят из батареи для питания электрического устройства, химические вещества в батарее истощаются.

B —Когда генератор работает, внешнее напряжение немного выше, чем напряжение батареи, и электроны текут обратно через батарею для пополнения химикатов.

Этот процесс называется разряд батареи . Разряд происходит, когда батарея преобразует химическую энергию в электрическую для работы электрического устройства. Для зарядки разряженной батареи внешнее напряжение, немного превышающее напряжение батареи, должно быть приложено к положительной клемме батареи.Это заставляет электроны возвращаться через батарею, восстанавливая химические вещества в батарее, чтобы восстановить ее. Этот процесс зарядки позволяет аккумулятору накапливать химическую энергию, которая при необходимости может быть преобразована обратно в электрическую. См. Рисунок 1B .

Работа аккумуляторной батареи

На рисунке 2 показана химическая реакция внутри аккумуляторного элемента. Когда батарея разряжается, кислород в положительной пластине соединяется с водородом в серной кислоте с образованием воды, а на пластинах образуется сульфат свинца.По мере того, как аккумулятор продолжает разряжаться, большая часть кислоты превращается в воду, и заряд на пластинах становится более похожим. При достаточном разряде кислота становится слабой, и обе пластины содержат сульфат свинца. Батарея разряжается настолько, что не может обеспечить энергию, необходимую для нормальной работы.

Рисунок 2. Химические реакции, происходящие в автомобильном аккумуляторе.

A —При разрядке аккумулятора серная кислота превращается в воду, а сульфат свинца (PbSO4) откладывается на электродах.Когда вся серная кислота заменена на воду, дальнейшая химическая реакция не может происходить, и батарея разряжена.

B —Зарядка обращает химическую реакцию, которая происходит во время разряда. Вода превращается обратно в серную кислоту, а сульфат свинца удаляется с пластин.

Для зарядки аккумулятора электроны возвращаются обратно в аккумулятор от генератора или зарядного устройства. Чтобы электроны попали в батарею, внешнее напряжение должно быть немного выше, чем полное напряжение элемента.

Во время зарядки происходит обратная химическая реакция. Сульфат на пластинах возвращается в электролит. Вода в электролите расщепляется на водород и кислород. Эта химическая реакция возвращает перекись свинца на положительную пластину и приводит к отрицательной пластине. При достаточной подзарядке кислота и пластины возвращаются в исходное состояние.

Напряжение аккумулятора

Напряжение ячейки разомкнутой цепи (без нагрузки) составляет 2,1 В, часто округляется до 2 В.Поскольку элементы в автомобильной батарее соединены последовательно, напряжение батареи зависит от количества ячеек.

12-вольтовая батарея состоит из шести ячеек, которые создают напряжение холостого хода 12,6 вольт (обычно округляется до 12 вольт). Сегодня в большинстве автомобилей используются 12-вольтовые аккумуляторные батареи и 12-вольтная электрическая система. См. Рисунок 3 .

Рисунок 3 . Автомобильные батареи, используемые в автомобилях последних моделей, состоят из шести ячеек. Каждая ячейка вырабатывает 2,1 вольта, поэтому батарея генерирует в общей сложности 12.6 вольт

Высокая степень сжатия дизельного двигателя затрудняет запуск двигателя для запуска двигателя. На некоторых автомобилях с дизельными двигателями могут использоваться две батареи для обеспечения высокого тока пускового двигателя. Две батареи подключены параллельно, поэтому на выходе остается 12 вольт (фактически 12,6 вольт). См. Рисунок 4 .

Рис. 4. Две батареи могут быть подключены параллельно для запуска двигателя с воспламенением от сжатия или дизельного двигателя.

Температура и эффективность батареи

По мере того, как температура автомобильного аккумулятора падает, мощность аккумулятора уменьшается. При низких температурах химическая реакция внутри батареи замедляется, и батарея не может производить такой же ток, как когда она теплая. Это влияет на способность аккумулятора запускать двигатель в очень холодную погоду. См. Рисунок 5 .

Рис. 5. Автомобильный аккумулятор Мощность аккумулятора уменьшается при понижении температуры.Это одна из причин медленного проворачивания двигателя в холодную погоду.

Кроме того, при холодном двигателе моторное масло в поддоне становится очень густым. Масло трудно прокачивать через двигатель, и трение деталей увеличивается. Это увеличивает количество тока, необходимого для запуска двигателя с помощью пускового двигателя.

Заглянуть внутрь работающего аккумулятора

Химики разрабатывают новую технику наблюдения за химическими процессами во время работы от батарей.

Изображение предоставлено: Бастиан Крюгер

Батареи произвели революцию в хранении энергии, превратив химическую энергию в электрическую, которая используется для питания беспроводного мира. Но что именно происходит внутри батареи на микроскопическом уровне?

Мы, конечно, знаем, что заряженные частицы движутся от положительно заряженного электрода, называемого катодом, и направляются к отрицательному аноду, создавая электрический ток. Интересно, что в большинстве литий-ионных батарей ультратонкий слой, называемый межфазной фазой твердого электролита (SEI), образуется на аноде во время первых нескольких циклов зарядки.Этот слой важен для сохранения долговечности батареи, поскольку он защищает реактивный анод, а также электролит батареи от разрушения.

Изучение образования SEI, его состава и роли при зарядке и разрядке аккумулятора обычно проводится вне аккумулятора. Но непосредственное наблюдение за изменениями, происходящими в этих сложных слоях, толщина которых составляет микрометры, предоставит ученым более точную картину, чтобы понять их и разработать лучшие материалы для более эффективных, экологически чистых и долговечных батарей.

С этой целью группа ученых во главе с профессором Гюнтером Виттстоком из Ольденбургского университета недавно представила новую технику для живого наблюдения за процессами, которые до сих пор практически не наблюдались в работающей батарее.

Согласно исследованию, которое недавно было опубликовано в журнале ChemElectroChem , команда наблюдала в режиме реального времени защитные свойства ультратонкого слоя SEI с помощью метода визуализации, называемого сканирующей электрохимической микроскопией (SECM), который используется для измерения локальное электрохимическое поведение границ раздела жидкость / твердое тело, жидкость / газ и жидкость / жидкость.

Чтобы заглянуть внутрь работающей батареи, команда создала «измерительную ячейку», которая была построена с использованием 3D-принтеров и микрофрезерных станков с ЧПУ и использовалась для имитации условий реальной батареи. Ячейка содержала рабочий и противоэлектродный электрод, и для проведения измерений методом SECM было создано центральное отверстие, в которое был вставлен измерительный зонд с микроэлектродом SECM рядом с рабочим литиевым электродом для контроля условий.

Затем группа периодически сканировала поверхность измерительного зонда с интервалом всего в несколько микрометров для сбора химической информации о формирующемся слое.«Повторяя этот процесс несколько раз, мы можем отслеживать изменения на поверхности образца, как в флипбуке», — пояснил Виттсток.

Новая методика работы команды на месте позволила им с невероятной точностью наблюдать процессы на литиевом аноде, такие как отложение жидкости на аноде и образование дендритов — разветвленных, жестких структур, которые могут повредить батарею и ограничить их долговечность.

«Прорыв в нашем исследовании заключается в том, что мы впервые смогли проводить такие процессы при реалистичных плотностях тока непосредственно в измерительном устройстве и визуально контролировать их воздействие», — подчеркнул Виттсток.Он добавил, что эту технику можно также использовать на других типах электродов, пояснив, что долгосрочная цель заключалась в изучении того, как различные этапы предварительной обработки влияют на формирование защитного пограничного слоя на электродах.

Ссылка: Bastian Krueger, et al. «Межфазная эволюция твердого электролита на литий-металлических электродах с последующей сканирующей электрохимической микроскопией при реалистичных циклических плотностях тока батареи» ChemElectroChem (2020). DOI: 10.1002 / celc.202000441

Цитаты из оригинального пресс-релиза, предоставленного Ольденбургским университетом

границ | Модельно-ориентированный анализ интегрированной системы цинково-воздушной батареи / цинкового электролизера

Введение

В настоящее время возобновляемые источники энергии привлекли общественный интерес и широко изучаются в связи с увеличением спроса на энергию и жесткими целями изменения климата (Li and Dai, 2014; Jing et al., 2017).Таким образом, возобновляемые источники энергии, такие как солнце и ветер, обладают большим потенциалом для удовлетворения этой потребности. Тем не менее их практическое применение ограничено их изменчивостью и прерывистым характером. Таким образом, для эффективного использования возобновляемых источников энергии требуется надежная и экономичная система хранения энергии (ESS) (Zhang, 2013). Кроме того, ESS может играть важную роль в повышении стабильности и гибкости энергосистемы как в отношении спроса, так и предложения (Dunn et al., 2011).

Воздушно-цинковые батареи являются многообещающим ESS из-за их высокой практической удельной энергии, до 700 Втч / кг (Li et al., 2013). Цинк (Zn) также является привлекательным анодным активным материалом, поскольку он нетоксичен, безопасен, доступен в большом количестве и дешев (Lao-atiman et al., 2017). Кроме того, Zn демонстрирует высокую стабильность и обратимость во время цикла заряда-разряда (Zhu et al., 2016). Zn-воздушные батареи вырабатывают электричество в результате электрохимической реакции Zn и кислорода. Во время разряда батареи анод из цинка окисляется и образует цинкат, а затем превращается в оксид цинка, в то время как на катоде кислород из атмосферы подвергается восстановлению.Поскольку активный катодный материал не заключен в элемент, Zn-воздушные батареи обладают очень высокой плотностью энергии. Воздушно-цинковые батареи производятся в различных формах и формах, таких как гибкие батареи (Fu et al., 2016; Suren, Kheawhom, 2016; Wang et al., 2017), кабельные батареи (Park et al., 2015 ) и проточные батареи (Bockelmann et al., 2016; Hosseini et al., 2018; Wang et al., 2018). Аккумуляторы Flow имеют широкий диапазон мощностей и гораздо более высокие номиналы емкости. Кроме того, они могут независимо масштабировать мощность и емкость, храня активные материалы вне ячейки.Другими словами, проточные батареи позволяют независимо наращивать характеристики мощности и емкости (Escalante Soberanis et al., 2018). Таким образом, что касается стоимости, гибкости системы, быстрого реагирования и соображений безопасности для крупномасштабных приложений, проточные батареи демонстрируют значительные преимущества по сравнению с другими типами батарей.

Батареи

Zn-air можно заряжать двумя способами: электрическая подзарядка и механическая подзарядка (Xu et al., 2015; Mainar et al., 2018). Электрически перезаряжаемый Zn-воздушный аккумулятор заряжается путем подачи электричества непосредственно в элемент.Во время перезарядки кислород генерируется на воздушном электроде, в то время как металлический Zn электрохимически регенерируется на цинковом электроде. Существенной проблемой Zn-электрода является образование дендритного Zn во время перезарядки. Более того, во время перезарядки воздушный электрод быстро портится из-за роста пузырьков кислорода и коррозии воздушного электрода (Pei et al., 2014). Эти проблемы являются критическим фактором, ограничивающим жизненный цикл перезаряжаемых Zn-воздушных батарей. Этих проблем можно избежать, используя подход механической подзарядки.Механически перезаряжаемый Zn-воздушный аккумулятор (также известный как Zn-воздушный топливный элемент) можно перезаряжать, напрямую заправляя активный Zn-анод в элемент. Zn, служащий топливом, хранится в резервуаре для хранения и подается в электролизер. В этой конфигурации предотвращается образование дендритного Zn внутри элемента, поскольку Zn регенерируется в других местах, например в электролизере. Кроме того, воздушный электрод батареи не подвержен эрозии пузырьков кислорода и углеродной коррозии. Поскольку Zn регенерируется вне элемента, механически перезаряжаемая Zn-воздушная батарея обычно изготавливается как проточная батарея, так что продукт разряда может циркулировать из элемента.

Zn можно регенерировать различными способами. Тем не менее, наиболее подходящей процедурой для использования с воздушно-цинковыми батареями является электрохимическая регенерация или электролиз. Продукт разряда аккумуляторов можно непосредственно использовать в качестве реагента электролизера или электролизера. Выходящий поток проточной батареи, содержащей цинкат и оксид цинка, подается в электролизер для регенерации Zn. Затем регенерированный Zn заправляется обратно в аккумулятор. Цинково-воздушная батарея, интегрированная с электролизером, может работать как ESS.Постепенно развиваются технологии, основанные на механически перезаряжаемых Zn-воздушных батареях и регенерации Zn. Смедли и Чжан (2007) предложили интегрированную систему из цинково-воздушных топливных элементов и электролизеров, которая была спроектирована для использования в качестве источника аварийной системы резервного питания. Система из 12 ячеек могла обеспечить выходную мощность 1,8 кВт в течение 12 часов. Недавно Amunátegui et al. Разработали ESS на основе батарей Zn-air flow. (2018). Была продемонстрирована пилотная установка с воздушно-воздушно-цинковой батареей мощностью 1 кВт и 4 кВт, имеющая КПД в оба конца 40% и 2000 циклов, соответственно.Было замечено, что кулоновский КПД снизился на 18% из-за явления шунтирующего тока.

Ранее были предложены математические модели для различных типов Zn-воздушных батарей для изучения влияния различных параметров. Мао и Уайт (1992) разработали модель первичной Zn-воздушной батареи, чтобы исследовать поведение батареи в отношении нескольких конструктивных параметров. Их результаты показали, что использование Zn ограничено истощением гидроксид-иона (OH ^— ) и существенно зависит от содержания цинка в электроде.Deiss et al. (2002) предложили одномерную математическую модель перезаряжаемой Zn-воздушной батареи и указали, что перераспределение и изменение формы Zn и ZnO приводит к неоднородному Zn-электроду. Изменение формы происходило по мере продвижения цикла батареи. Тем не менее скорость перераспределения замедлялась с увеличением количества циклов. Шредер и Кревер (2014) представили математическую модель вторичной Zn-воздушной батареи для изучения влияния состава воздуха при изотермической работе.

Значительные оценки эффективности электролиза Zn включают морфологию Zn и кулоновскую эффективность процесса (Savaskan et al., 1992; Simičić et al., 2000; Lee et al., 2006; Sharifi et al., 2009; Gavrilović- Wohlmuther et al., 2015). Wang et al. (2015a) также предложили модель электрохимического фазового поля для моделирования роста дендритов Zn. Результаты показали, что рост дендритов можно контролировать, манипулируя градиентом концентрации иона Zn. Более того, рост дендритов может быть подавлен зарядкой импульсным током и протеканием электролита (Garcia et al., 2017). Кроме того, был изучен рост пузырьков кислорода при перезарядке Zn-воздушной батареи. Было обнаружено, что коалесценция пузырьков кислорода может подавляться текущим электролитом.

Батареи

Zn-air предпочтительно работают с щелочным электролитом. Одной из важных проблем, возникающих в щелочных Zn-воздушных элементах, является коррозия Zn-анода из-за реакции выделения водорода (HER). Это известно как самокоррозия цинкового анода (Wongrujipairoj et al., 2017). Кроме того, в этой реакции расходуется электролит и снижается эффективность использования Zn.Другими словами, выделение водорода способствует потере кулоновской эффективности как во время зарядки, так и в процессе разрядки. Салех и др. (1997) разработали модель щелочного электровыделения Zn с учетом HER для изучения влияния различных рабочих параметров. Кроме того, Dundálek et al. (2017) предложили модель электроосаждения Zn из проточного щелочного электролита с учетом HER и предельной плотности тока восстановления Zn. Модель была использована для изучения взаимосвязи между HER и морфологией осажденного Zn.Тем не менее, HER ранее не рассматривался в математической модели Zn-воздушной батареи.

Целью данной работы является разработка математической модели воздушно-цинковой батареи, интегрированной с электролизером. В модели также рассматривается реакция выделения водорода как паразитная. Разработанная модель была реализована в MATLAB и проверена на экспериментальных данных. Затем было выполнено моделирование для изучения динамического поведения аккумуляторной системы. Исследование состоит из следующего: (1) краткий обзор Zn-воздушной батареи и Zn-электролизера (2) экспериментальная установка системы для проверки модели (3) разработка модели и проверка модели (4) моделирование система и влияние различных параметров (5) окончательное резюме.

Цинк-воздушный аккумулятор и цинковый электролизер

Zn-воздушная батарея (ZAFB) состоит из двух электродов: Zn-анода и воздушного катода, как показано на Рисунке 1A. Анод и катод разделены разделителем, позволяющим ионам переноситься через ячейку. Водный раствор гидроксида калия (КОН) используется в качестве электролита. На аноде (отрицательном электроде) Zn реагирует с гидроксид-ионами (OH ^— ) и образует ионы цинката (Zn (OH) 42-), как показано на R1. Когда концентрация цинкат-иона достигает предела растворимости, протекает реакция осаждения оксида цинка (ZnO), как показано в R2.Реакция выделения водорода (HER) также считается паразитной реакцией на цинковом электроде. Вода получает электроны и преобразуется в водород (H ₂ ) и ионы гидроксида, как показано на R3. HER в сочетании с реакцией растворения Zn приводит к коррозии цинка, как показано на R4. На катоде (положительный электрод) реакция восстановления кислорода (ORR) потребляет кислород (O ₂ ) и воду и производит ионы гидроксида, как описано в R5. Когда батарея разряжается, электроны высвобождаются из реакции R1 и принимаются реакцией R5.Обе реакции протекают и генерируют электричество.

Zn электрод: Zn + 4 OH − ↔rZn Zn (OH) 4 2− + 2e− (R1) Zn (OH) 4 2 − ↔rZnOZnO + 2 OH− + h3O (R2) Паразитарная реакция: 2h3O + 2e− → h3 + 2OH− (R3) Zn + 2OH− + 2h3O → Zn (OH) 4 2− + h3 (R4) Воздушный электрод: 12O2 + h3O + 2 e − ↔rair2 OH− (R5)

Рисунок 1 . Принципиальная схема цинково-воздушной батареи и цинкового электролизера: цинково-воздушная батарея (A) и цинковый электролизер (B) .

Zn-электролизер, как показано на рисунке 1B, состоит из электрода регенерации Zn (отрицательный электрод) и воздушного электрода (положительный электрод).Зарядный ток подается в электролизер, вызывая протекание обратных реакций ZAFB: ионы цинката в качестве реагента превращаются обратно в Zn, а гидроксид-ионы на отрицательном электроде (реверсирование R1). HER (R3) также значительно влияет на производительность электролизера, поскольку вода в электролите может получать электроны непосредственно от тока заряда. На положительном электроде реакция выделения кислорода (OER; реверсирование R5) превращает ионы гидроксида в кислород и воду.

ZAFB, интегрированный с Zn-электролизером, может использоваться в качестве системы хранения энергии. На рисунке 2 проиллюстрирована интегрированная система соединения ZAFB с Zn-электролизером. Электролит циркулирует между аккумулятором и электролизером. Во время разряда ZAFB потребляет Zn и производит ион цинката. Стоки из ZAFB, содержащие высокую концентрацию иона цинката, подают в электролизер. Электролизер потребляет электроэнергию для регенерации Zn. Затем ионы цинката превращаются в Zn.Для сравнения, сток из электролизера, содержащий более низкую концентрацию цинкат-иона, подается в ZAFB. Кроме того, Zn, регенерированный из электролизера, механически переносится в ZAFB.

Рисунок 2 . Принципиальная схема воздушно-цинковой батареи, интегрированной с цинковым электролизером.

Экспериментальная установка

Модель, разработанная в этой работе, была проверена на экспериментальных данных, полученных от Zn-воздушной батареи и Zn электролизера.Экспериментальная установка батареи включала пакетную схему с анодной пластиной из Zn, сепаратором и воздушным катодом. Анод Zn состоял из 10 г гранул Zn со средним диаметром 0,8 мм, загруженных внутрь мешочка из нержавеющей стали размером 100 меш, функционирующего как токоприемник. Площадь токоприемника 10 см ² . Сепаратор был приготовлен путем наливания 2 г 24 мас.% Водного раствора поли (винилацетата) (PVAc) на обе стороны фильтровальной бумаги и затем высушивания в печи при 55 ° C в течение 10 минут.Пластина с воздушным катодом состояла из трех слоев: газодиффузионного слоя, катодного токоприемника и слоя катализатора. Пеноникелевый пенопласт (толщиной 0,5 мм, 100 PPI) использовался в качестве катодного токоприемника. Газодиффузионный слой изготавливали путем заливки суспензии смеси из 4 г углеродной сажи, 4 г порошка ПТФЭ и 2 г глюкозы в 50 мл этанола на одну сторону пены никеля. Пеноникелевый слой с покрытием затем подвергали термическому прессованию при 350 ° C в течение 15 мин с использованием ручного пресса для горячего прессования. Затем слой катализатора был изготовлен на другой стороне пены никеля путем добавления суспензии смеси 3 г MnO ₂ и 7 г углеродной сажи в растворителе, растворенном в связующем.Растворитель получали растворением 1 г сополимера полистирола и бутадиена (4% бутадиена, Sigma Aldrich) в качестве связующего в 50 мл толуола. Катод, покрытый катализатором, затем отжигали при 110 ° C в печи. Газодиффузионный слой обладает хорошей гидрофобностью. Гидрофобность газодиффузионного слоя предотвращает утечку электролита и затопление катода водой. Этот слой также позволяет газу кислорода из атмосферы проникать через ячейку. Активная площадь катода составляла 10 см ² .В качестве электролита использовали водный раствор КОН (7 М). Электролит общим объемом 150 мл подавался через ячейку со скоростью циркуляции 50 мл / мин с помощью перистальтического насоса.

Экспериментальная установка электролизера аналогична аккумуляторной. Электролизер состоял из стопки с катодной пластиной, сепаратором и анодом. Катодная пластина изготовлена ​​из нержавеющей стали с активной площадью 10 см ² . Сепаратор был приготовлен заливкой 2 г 24 мас.% Водного раствора ПВА с обеих сторон фильтровальной бумаги, а затем сушили в печи при 55 ° C в течение 10 мин. Анод был изготовлен из пеноникеля (толщиной 0,5 мм, 100 PPI) площадью 10 см ² .

Для проверки математических моделей ZAFB и Zn электролизера была исследована поляризационная характеристика ZAFB. Напряжение и ток ячейки измерялись анализатором батарей BA500 с использованием программного обеспечения BA500WIN. Токовый вход можно отрегулировать вручную, и напряжение ячейки постоянно измеряется при выбранном токе.Данные о напряжении ячейки собирались каждую секунду. Для одного значения тока данные напряжения собирались в течение 10 с, и 10 значений напряжения использовались для расчета среднего напряжения ячейки. После этого текущее значение было изменено на следующее значение. Для измерения перенапряжения электродов в качестве электрода сравнения использовался электрод из ртути / оксида ртути. Перенапряжение рассчитывалось по разности потенциалов между электродом сравнения и равновесным потенциалом каждого электрода.

Математические модели

В этом разделе описаны математические модели ZAFB и Zn электролизера. Модели были разработаны на основе следующих предположений:

• Температурные колебания незначительны: предполагается изотермический режим при 298,15 К. И ZAFB, и Zn-электролизер работают при комнатной температуре.

• Нульмерное пространство: все переменные и параметры внутри ячейки не зависят от местоположения.Градиент концентрации внутри ячейки очень мал, и им можно пренебречь. Это предположение верно, потому что реакции достаточно медленные; скорость реакции электрода относительно ниже, чем скорость массопереноса. Следовательно, предполагаются однородные концентрации в каждой ячейке. В предыдущей литературе также рассматривалось подобное предположение. Например, Шредер и Кревер (2014) предложили нульмерную модель воздушно-цинковой батареи, которая использовалась для исследования влияния состава воздуха на производительность элемента.Dundálek et al. (2017) опубликовали нульмерную модель электроосаждения цинка с проточным электролитом.

• Незначительное расстояние между ячейками: сток электролизера немедленно влияет на ZAFB. Таким же образом стоки ZAFB мгновенно воздействуют на электролизер.

• Постоянные физические свойства, площадь и толщина электродов: предполагается, что свойства материала постоянны, поскольку состояние температуры и давления постоянное. Площадь и толщина электрода также предполагались постоянными в соответствии с конструкцией ячейки.

• Окисление / восстановление Zn на цинковом электроде и ORR / OER на воздушном электроде: за пределами зоны реакции реакции не происходило.

• Емкостные эффекты незначительны: предполагается, что система находится в состоянии квазиэлектронейтральности.

• Идеальное поведение газа: применяется закон идеального газа, когда система работает при атмосферном давлении.

• Двоичная массовая диффузия: скорость диффузии определяется законом Фика.

Остатки видов

Баланс молярных концентраций частиц k , включая OH ^—, Zn (OH) 42- и H ₂ O, выражается уравнением (1).Верхний индекс j представляет электрод или положение относительно Zn электрода ( j = цинк) и воздушного электрода ( j = воздух):

dCkjdt = 1Velectrolytej · [Fk, in − Fk, out + Jk + ∑ivk, i · ri −CkjdVelectrolytejdt] (1)

где C _k — концентрация частиц k, V _{электролит} — объем электролита, F _k — молярный расход частиц k , v _{k, i} — стехиометрический коэффициент компонента k в реакции i, r _i — скорость реакции i (моль / с). J _k — пересечение молярной скорости переноса между Zn и воздушными электродами типа k , включая диффузию (diff), миграцию (mig) и конвекцию (conv), и может быть рассчитана как в уравнении (2):

Jk = Jkdiff + Jkmig + Jkconv, где: Jkdiff = Dk · (Ckair − Ckzinc) δsep · εsep · Asep Jkmig = tkzk ± F · icell · εsep · Asep Jkconv = Fconv · Ckzinc (2)

, где D _k — коэффициент диффузии частиц k , ε _sep — пористость сепаратора, A _sep — площадь сепаратора, δ _sep — толщина сепаратора, t _k — число переноса иона k , zk ± — число разновидностей иона k, F — постоянная Фарадея, i ^cell — плотность тока, F _conv — конвективный объемный поток переход между цинковыми и воздушными электродами.

Fconv = ∑kJk · V¯k (3)

Исходя из предположения о нулевом пространстве, молярный расход на выходе для частиц k ( F _{k , out} ) можно рассчитать, как в уравнении (4). Условия электронейтральности применяются к зарядовому балансу ионных частиц, как показано в уравнении (5):

Fk, out = Ckzinc · Вэлектролитцинк · SV (4)

, где SV — пространственная скорость.

Накопление ZnO выражается молярным балансом реакции R2.Твердый Zn рассчитывается аналогично реакции R1:

. dNZnOdt = vZnO, 2 · rZnO (6) dNZndt = vZn, 1 · rZn (7)

, где N _ZnO — моль ZnO, N _Zn — моль Zn.

Скорость реакции

Скорости реакции R1, R3 и R5 моделируются методом реакции Фарадея, как выражено в уравнениях (8–10), соответственно:

rZn = iZn · AzincneF (8) rH = iH · AzincneF (9) rair = iair · AairneF (10)

, где r _Zn , r _H и r _воздух — скорости реакции R1, R3 и R5 соответственно. i _Zn , i _H и i _air — плотность тока, связанная с реакцией R1, R3 и R5 соответственно. n _e — количество обменных электронов, участвующих в реакции.

Для реакции осаждения ZnO (уравнение R2) скорость реакции выражается методом насыщения (Sunu and Bennion, 1980):

rZnO = ks (CZn (OH) 42 −− CZn (OH) 42 − sat) (11)

, где r _ZnO — скорость реакции R2, k _с — константа скорости реакции R2, а CZn (OH) 42-sat — предельная концентрация насыщения Zn (OH) 42-.

Изменение объема

Изменение объема твердого электрода можно выразить следующим образом:

dVsolidzincdt = dNZndt · V¯Zn + dNZnOdt · V¯ZnO (12)

Изменение объема электролита можно рассчитать соответственно:

dVelectrolytezincdt = ∑k (Velectrolytezinc · dCkzincdt + Ckzinc · dVelectrolytezincdt) · V¯k (13) dVelectrolyteairdt = −Fconv + rair∑kvk, air · V¯k (14) ε = 1 − VsolidzincδzincAelecZn (15)

, где V̄k — удельный молярный объем частиц k , ε — пористость цинкового электрода, Vsolidzinc — объем твердого цинкового электрода, δ _цинк — толщина цинкового электрода и A _elecZn — площадь поверхности Zn электрод.

Потенциал ячейки

Потенциал ячейки ( E _ячейка ) может быть вычислен из потенциала Нернста ( E _{0, ячейка} ) минус с перенапряжениями, как выражено в уравнении (16). Включенные перенапряжения включают перенапряжение активации Zn (ηactzinc), перенапряжение активации воздухом (ηactair) и омическое перенапряжение (η _омич. ):

Ecell = E0, cell − ηactzinc − ηactair − ηohmic (16) E0, ячейка = Eair − Ezinc (17)

, где E ^воздух — потенциал воздушного электрода, а E ^цинк — потенциал цинкового электрода.

Eair = E0air + RTne · Fln ((PO2 / Pref) 0,5 (COH-air / Cref) 2) (18) Ezinc = E0zinc + RTne · Fln ((CZn (OH) 42-цинк / Cref) (COH-цинк / Cref) 4) (19)

, где E0air — стандартный электродный потенциал воздушного электрода, E0zinc — стандартный электродный потенциал цинкового электрода, P _{O 2} — парциальное давление кислорода, P ^ref — давление в исходном состоянии и C ^ref — концентрация в эталонном состоянии.

Потеря активации

Потери активации цинкового электрода (ηactzinc) могут быть рассчитаны из общего тока на цинковом электроде, включая растворение или регенерацию цинка ( i _Zn ) и HER ( i _H ), как описано в уравнениях (20 –25):

dηactzincdt · CDLzinc = icell− (iZn + iH) iZn = i0zinc · [exp (αzincneFRTηactzinc) — (CZn (OH) 42−, sCZn (OH) 42−, b) (20) exp (- (1 − αzinc) neFRTηactzinc)] (21) iH = i0H · [exp (αHne, HFRTηH) −exp (- (1 − αH) ne, HFRTηH)] (22)

где CDLzinc — емкость двойного слоя цинкового электрода, i0zinc — плотность тока обмена цинкового электрода, i0H — плотность тока обмена HER, α — коэффициент переноса заряда, CZn (OH) 42-, s — концентрация цинкат-иона при на поверхности электрода, CZn (OH) 42-, b — концентрация цинкат-иона в объеме электролита, а η _H — перенапряжение HER на цинковом электроде, которое можно рассчитать по уравнениям (23–25).

ηH = ​​ηactzinc + △ EZH (23) △ EZH = Ezinc − EH (24) EH = E0H − RTne.Fln (COH-zincCref) (25)

, где E _ZH — разность потенциалов между реакцией Zn-электрода и HER, E ^H — электродный потенциал HER, E0H — стандартный электродный потенциал HER. Плотность обменного тока (i0zinc) цинкового электрода можно рассчитать по уравнениям (26–29). Эталонная плотность обменного тока (i0Zn, ref) может быть рассчитана из корреляции между плотностью обменного тока и концентрацией OH ^—, сопоставленной с экспериментальными данными Дирксе и Хэмпсона (1972), как определено в уравнении (26):

i0Zn, ref = 0.0281 + 0,0613COH −− 0,0041COH− 2 (26) Xzinc = Vsolid, Zn 2 / 3Vsolid, Zn 2/3 + Vsolid, ZnO 2/3 (27) при = a0 (1 − ε1 − ε0) 2/3 (28) i0zinc = i0ref, zincasXzinc (29)

, где X _цинк — доля активной поверхности Zn в твердой фазе, V _{твердый, k} — объем твердых частиц k, a _s — площадь поверхности раздела твердого раствора на единица объема, a ₀ — начальная площадь поверхности раздела твердый раствор на единицу объема, а ε ₀ — начальная пористость Zn-электрода.Уравнение (21) выражает ток цинкового электрода, включая окисление и восстановление. Для электролизера термин (CZn (OH) 42-, sCZn (OH) 42-, b) относится к пределу диффузии цинкат-иона в реакции восстановления Zn (Ito et al., 2012; Dundálek et al., 2017). Концентрация цинкат-иона на поверхности электрода (CZn (OH) 42-, s) и в объеме электролита (CZn (OH) 42-, b) может быть описана как в уравнениях (30) и (31):

dCZn (OH) 42−, sdt = 1V Электролит [rZn − DZn (OH) 42−, elec × (CZn (OH) 42−, s − CZn (OH) 42−, b) δZn (OH) 42−, diffAelecZn + CZn (OH) 42-, sdVelectrolytedt] (30) dCZn (OH) 42−, bdt = 1V Электролит [FZn (OH) 42−, in − FZn (OH) 42−, out − rZnO + DZn (OH) 42−, elec (CZn (OH) 42−, s − CZn) (OH) 42−, б) δZn (OH) 42−, diffAelecZn + CZn (OH) 42−, sdVelectrolytedt] (31)

где DZn (OH) 42-, коэффициент диффузии цинкат-иона в электролите.Толщина слоя диффузии ионов цинката (δZn (OH) 42-, diff) может быть рассчитана по формулам (32–35):

δZn (OH) 42−, diff = dhSh (32) Sh = 1,85 (dhLReSc) 1╱ 3 (33) Re = dhvρelecμ (34) Sc = μDZn (OH) 42−, эл. (35)

где DZn (OH) 42-, elec — коэффициент диффузии цинката в электролите, CZn (OH) 42-, b — концентрация цинката в объеме электролита, δZn (OH) 42-, diff — толщина диффузии цинкат-иона. слоя, d _h — гидравлический диаметр, Sh — число Шервуда, Re — число Рейнольдса, Sc — число Шмидта, ν — скорость электролита, μ — вязкость электролита, а ρ _elec — плотность электролита.

Потери активации воздушного электрода (ηactair) могут быть рассчитаны соответственно:

dηactairdt.CDLair = icell − iair iair = i0air. [(CO2, sCO2, атм) exp (αairneFRTηactair) (36) −exp (- (1 − αair) neFRTηactair)] (37)

, где CDLair — емкость двойного слоя воздушного электрода, i _air — плотность тока относительно реакции воздушного электрода, C _{O 2 , атм} — концентрация кислорода в атмосфере.Плотность обменного тока воздушного электрода (i0air) выражается в уравнении (38). Концентрация кислорода на поверхности катализатора ( C _{O 2 , s} ) может быть рассчитана с использованием баланса молярной концентрации, как описано в уравнении (39).

i0air = i0air, refacδactive (38) dCO2, sdt = 1V электролит. [- 0,5 rair − DO2, air (CO2, s − CO2, atm) δGDLAair + CO2, sdVelectrolyteairdt] (39)

, где D _{O 2 , воздух} — коэффициент диффузии кислорода в воздушном электроде, δ _GDL — толщина газодиффузионного слоя воздушного электрода, а A _воздух — активная площадь поверхности воздушного электрода.

Омическая потеря

Омические потери (η _{омические} ) выражаются законом Ома. Общее омическое сопротивление ( R _{омическое} ) рассчитывается на основе проводимости и удельного сопротивления соответствующих химических веществ и компонентов клетки. Электропроводность анода учитывается проводимостью твердых частиц и мольной долей в твердом электроде.

ηohmic = icell · Acell · Rohmic (40) Rohmic = δzincσanodeAzinc + δэлектролитσэлектролитAэлектролит + δairσcathodeAair + RcompδcompAcell (41) σанод = (NZnNZn + NZnOσZn + NZnONZn + NZnOσZnO) (1 − ε) + σэлектролитыε (42)

, где δ _цинк , δ _{электролит} и δ _воздух — толщина цинкового электрода, канала электролита и воздушного электрода соответственно.σ _анод , σ _{электролит} и σ _катод — это проводимость цинкового электрода, канала электролита и воздушного электрода соответственно. R _comp и δ _comp — удельное сопротивление и равновесная толщина других компонентов ячейки. σ _Zn и σ _ZnO — проводимость Zn и оксида цинка соответственно.

Разработанная модель была реализована и смоделирована в MATLAB. Расчетные параметры и условия эксплуатации приведены в таблице S1 дополнительных материалов.Начальные условия при t = 0 с перечислены в таблице S2 дополнительных материалов.

Результаты и обсуждение

Проверка модели

Что касается валидации ZAFB и модели электролизера, два параметра, включая толщину активного воздушного электрода (δ _active ) и сопротивление других компонентов ячейки ( R _comp ), были скорректированы вручную для соответствия прогноз модели с экспериментальными данными. Подгоняемые значения δ _active и R _comp составляли 30 мкм и 5 Ом.см соответственно. На рисунке 3А показано сравнение поляризационной кривой между данными моделирования и экспериментальными данными ZAFB. Было замечено хорошее согласие между предсказанием модели и экспериментальными данными. Сравнение общего перенапряжения электродов между прогнозом модели и экспериментальными данными показано на рисунке 3B. Перенапряжение каждого электрода представляет собой комбинацию перенапряжения активации электрода и омических потерь. Предполагалось, что омические потери на катоде составляют половину общих омических потерь ячейки.Омические потери на аноде также составляют половину общих омических потерь ячейки. Сравнение было приемлемым для Zn перенапряжения. В случае воздушного электрода наблюдалось небольшое смещение. Это смещение могло возникнуть из-за омических потерь, которые произвольно увеличивают перенапряжение активации. Измеренное перенапряжение электродов в ходе эксперимента включало некоторую часть омического перенапряжения, которую нельзя отличить от перенапряжения активации. Модель смоделировала активационное перенапряжение и омическое перенапряжение отдельно.Таким образом, было обнаружено, что измеренные перенапряжения отличаются от смоделированных перенапряжений. Кроме того, сообщалось о дифференциации воздушного электрода (Schröder et al., 2016). Однако эта дифференциация не была включена в модель здесь. Что касается Zn-электролизера, то на рисунках 3C, D показано сравнение потенциала ячейки и абсолютного перенапряжения электродов между моделированием и экспериментом. Наблюдалась приемлемая достоверность результатов моделирования и экспериментальных данных.Небольшое смещение все еще проявлялось в перенапряжении воздушного электрода. При зарядке было отмечено, что рост пузырьков кислорода на воздушном электроде может влиять на поведение воздушного электрода (Wang et al., 2015b). Тем не менее в этой модели не учитывается влияние пузырьков кислорода.

Рисунок 3 . Валидация предложенных моделей: (A) поляризационная характеристика ZAFB (B) анодная и катодная перенапряжение ZAFB (C) поляризационная характеристика Zn-электролизера и (D) анодно-катодная перенапряжение Zn-электролизера.

Производительность батареи

ZAFB с 10 г исходного Zn (0,1538 моль Zn) был смоделирован для анализа производительности в зависимости от объемной скорости, концентрации КОН и начальной концентрации цинкат-иона. Плотность тока разряда составляла 100 мА / см ² . Моделирование проводилось до исчерпания Zn. Производительность ZAFB оценивалась по его эффективности по току и энергии разряда в конце моделирования. Выход по току ZAFB определяется как отношение полного тока разряда к электрохимическому эквивалентному току Zn-электрода.В этом случае КПД по току был рассчитан следующим образом:

КПД по току ZAFB = icellAelecZntf2F (NZn, 0 − NZn, f) (43)

, а энергия разряда определяется как:

Энергия разряда (Вт · ч) = ∑t = 0tf (Ecell) (icellAelecZntf) 3600 (44)

, где t _f — общее время работы в секундах, N _{Zn, 0} — начальный моль Zn и N _{Zn, f} — конечный моль Zn.

Как показано на рисунке 4, эффективность тока и энергия разряда ZAFB были исследованы как функции концентрации КОН и объемной скорости.Рисунок 4A показывает, что более высокая концентрация КОН обеспечивает более низкую эффективность, чем более низкая концентрация КОН. Это указывает на то, что коррозия цинкового электрода увеличивается при увеличении концентрации КОН. Коррозия была больше при более высокой концентрации КОН, поскольку обратимая разность потенциалов между реакцией на цинковом электроде и HER (Δ E _ZH ) была отрицательно больше при более высокой концентрации КОН, как показано на рисунке 5. Δ E _ZH способствует возникновению перенапряжения HER (η _H ) и управляет током HER, как показано в уравнениях (22, 23), соответственно.Влияние концентрации КОН на коррозию цинка также исследовалось другими исследователями с использованием различных методов (Muralidharan and Rajagopalan, 1978; Ravindran and Muralidharan, 1995; El-Sayed et al., 2012). Муралидхаран и Раджагопалан (1978) изучали коррозию цинка в растворе гидроксида натрия с помощью стационарной и временной экстраполяции тафеля. Равиндран и Муралидхаран (1995) определили скорость выделения водорода газометрическим методом и исследовали поведение цинка в щелочном электролите.Эль-Сайед и др. (2012) предложили исследование коррозии Zn в щелочном растворе с помощью тафелевой диаграммы и спектроскопии электрохимического импеданса (EIS). Исследования, упомянутые выше, полностью согласуются с результатами, касающимися влияния концентрации КОН на выделение водорода. Однако, когда концентрация КОН увеличилась, это оказало другое влияние на энергию разряда, как показано на рисунке 4B. Следовательно, когда концентрация КОН достигала около 6 М, это обеспечивало максимальную плотность обменного тока растворения Zn и максимальную ионную проводимость.Использование КОН в концентрации более или менее 6 М уменьшало расход энергии ZAFB. Таким образом, при концентрации 6 М КОН была достигнута максимальная эффективность ZAFB.

Рисунок 4 . Влияние концентрации КОН на ZAFB при начальной концентрации цинкат-иона 0,2 M и плотности тока разряда 100 мА / см ² : (A) КПД по току как функция объемной скорости и (B) энергия разряда как функция космической скорости.

Рисунок 5 .Влияние начальной концентрации цинкат-иона на Δ E _ZH в зависимости от концентрации КОН.

Что касается влияния расхода, увеличение объемной скорости электролита обеспечивало более низкий выход по току, поскольку более высокий расход электролита поддерживал более высокую концентрацию КОН, что способствовало более высокой коррозии. Однако скорость потока оказывала меньшее влияние при более низкой концентрации КОН.

На рис. 6 показано влияние концентрации ионов цинка на производительность ZAFB.Результаты показали, что увеличение концентрации цинкат-иона приводит к увеличению выхода по току и энергии разряда батареи. Это произошло потому, что на выделение водорода влияла концентрация цинкат-иона. Ранее на рисунке 5 показана связь между Δ E _ZH и концентрацией иона цинката. Когда концентрация цинкат-иона увеличивается, Δ E _ZH уменьшается из-за уменьшения обратимого потенциала цинкового электрода ( E ^цинк ).Согласно предыдущей работе Shivkumar et al. (1995) сообщалось, что добавление ZnO снижает выделение водорода и растворение Zn. Предыдущая работа пришла к такому же выводу, что и приведенный здесь результат.

Рисунок 6 . Влияние начальной концентрации цинкат-иона на ZAFB с использованием 8 M KOH при плотности тока разряда 100 мА / см ² : (A) КПД по току как функция объемной скорости и (B) энергия разряда как функция от космическая скорость.

Производительность электролизера

В случае электролизера моделирование было выполнено для изучения эффектов объемной скорости, концентрации КОН и концентрации ионов цинка с использованием плотности тока заряда 100 мА / см. ² . Целевое количество регенерированного Zn составляло 10 г. Моделирование было прекращено, когда было достигнуто целевое количество Zn. Эффективность электролизера по току — это отношение эквивалентного тока для регенерации Zn к общему приложенному току.Эффективность тока и энергия заряда электролизера выражаются как:

КПД электролизера по току = 2F (NZn, f − NZn, 0) icellAelecZntf (45) Энергия заряда (Вт · ч) = ∑t = 0tf (Ecell) (- icellAelecZntf) 3600 (46)

Производительность Zn-электролизера оценивалась по выходному току и энергии заряда, как показано на рисунке 7. Было обнаружено, что поток электролита оказывает значительное влияние на производительность электролизера. Увеличение объемной скорости увеличивало КПД по току, но уменьшало энергию заряда.Высокая скорость потока была предпочтительной, потому что увеличение скорости потока уменьшало толщину диффузионной пленки иона цинката. Следовательно, восстановление Zn стимулировалось, а HER подавлялось. Что касается влияния концентрации цинкат-иона, то при увеличении концентрации цинкат-иона повышается выход по току и уменьшается энергия заряда. Более высокая концентрация цинкат-иона обеспечивает большую движущую силу диффузии и, таким образом, усиливает реакцию восстановления Zn. Увеличение концентрации цинкат-иона также уменьшало Δ E _ZH HER, что также подавляло коррозию цинкового электрода.Многие предыдущие работы пришли к такому же выводу о влиянии цинкат-иона на электроосаждение Zn, как и в результате, представленном здесь (Einerhand et al., 1988; Sharifi et al., 2009; Dundálek et al., 2017). Einerhand et al. (1988) сообщили, что высокая концентрация иона цинката способствует образованию слоя ZnO на поверхности Zn-электрода, который защищает Zn от коррозии. Dundálek et al. (2017) также подчеркнули связь между морфологией осаждения Zn, состоянием электролита и HER и пришли к выводу, что для электроосаждения Zn с низким HER предпочтительны высокие скорость потока и концентрация цинкат-иона.

Рисунок 7 . Влияние начальной концентрации цинкат-иона на цинковый электролизер с использованием 8 M KOH при плотности зарядного тока 100 мА / см ² : (A) Выход по току как функция объемной скорости и (B) энергия заряда как функция космической скорости.

Что касается влияния концентрации КОН, как показано на Рисунке 8, было замечено, что концентрация КОН оказывает сложное влияние на выход по току и энергию заряда.Концентрация КОН была связана с пределом насыщения цинкат-иона. Когда ион цинката не был насыщен, концентрация КОН мало влияла на выход по току в области низкого расхода. Однако другая тенденция наблюдалась в области высоких расходов (объемная скорость более 1 в секунду). В области высокого расхода увеличение концентрации КОН обеспечивало более низкий выход по току из-за увеличения Δ E _ZH . Что касается влияния на энергию заряда, более высокая концентрация КОН требовала более высокой энергии заряда из-за более высокого потенциала Нернста ( E _{0, ячейка} ).Sharifi et al. (2009) также изучали электролиз цинка с использованием различных концентраций КОН и пришли к такому же выводу. Когда ион цинката был насыщен, влияние на выход по току и энергию заряда отличалось от влияния ненасыщенного иона цинката. Концентрация КОН имела меньшее влияние в области высокого расхода, но имела прямое влияние в области низкого расхода. Когда концентрация КОН увеличивалась, эффективность имела тенденцию к увеличению из-за предела насыщения цинкат-иона. Предел насыщения увеличился из-за увеличения концентрации КОН.Влияние предела насыщения показало аналогичную тенденцию с эффектом концентрации ионов цинката, как на рисунке 7. Более высокий предел насыщения обеспечивал более высокую эффективность.

Рисунок 8 . Влияние концентрации КОН с использованием различной начальной концентрации цинкат-иона [0,2 M (пунктирная линия) и насыщенного цинкат-иона (сплошная линия)] при плотности тока разряда 100 мА / см. ² : (A) Эффективность тока в зависимости от объемная скорость и энергия заряда (B) как функция пространственной скорости.

Интегрированная система

Была смоделирована операция при одинаковой плотности тока заряда-разряда 100 мА / см. ² . Исходный Zn в ZAFB составлял 10 г (0,1538 моль Zn). Истощение Zn в ZAFB было критерием прекращения. Текущий КПД интегрированной системы определяется как отношение общего количества регенерированного Zn к общему количеству использованного Zn, как в уравнении (47). Другой оценкой производительности является энергоэффективность, которая выражается как отношение энергии разряда к энергии заряда, как описано в уравнении (48):

КПД интегрированной системы по току = NZn, электролизер − NZn, 0 электролизер-NZn, 0 аккумулятор − NZn, f аккумулятор (47) Энергоэффективность = Энергия разряда (Втч) Энергия заряда (Втч) (48)

Затем производительность интегрированной системы была исследована с учетом различных рабочих параметров i.е., объемная скорость, концентрация КОН и концентрация цинкат-иона.

Текущий КПД и энергоэффективность интегрированной системы показаны на рисунке 9. Было замечено, что тенденции эффективности интегрированной системы были сопоставимы с тенденциями эффективности заряда электролизера, как показано на рисунках 9A – C. Можно сделать вывод, что эффективность интегрированной системы во многом зависит от электролизера. Результаты показали, что увеличение расхода увеличивает выход по току, за исключением низкой концентрации ионов цинката.При низкой концентрации цинката точка перегиба наступала в диапазоне объемных скоростей 0,1–1 с ^–1 и особенно при концентрации цинката 0,2 М. Состояние внизу кривой — это такое состояние, при котором общее количество иона цинката, переносимого на поверхность электрода, является минимальным по сравнению с соседним состоянием. Увеличение расхода положительно сказалось на энергоэффективности системы. В случае сравнения влияния концентрации цинкат-иона более высокая концентрация цинкат-иона обеспечивает лучшие характеристики во всем диапазоне объемной скорости.Увеличение концентрации цинкат-иона позволило подавить HER и повысить эффективность тока как для разряда, так и для зарядки. При объемной скорости, примерно менее 0,1 с ^-1 , увеличение концентрации ионов цинката улучшало энергоэффективность. Напротив, при объемной скорости выше 1 с ^-1 увеличение концентрации ионов цинката оказало неблагоприятное влияние на энергоэффективность.

Рисунок 9 . Влияние начальной концентрации цинкат-иона с использованием 8 M KOH при плотности тока заряда и разряда 100 мА / см ² : (A) Выход по току как функция пространственной скорости (B) Эффективность разряда как функция пространства скорость (C) Эффективность заряда как функция пространственной скорости и эффективность (D) энергии как функция пространственной скорости.

На Рисунке 10 была исследована производительность интегрированной системы: а именно, от 2 до 10 M КОН. Было замечено, что кривая эффективности может быть разделена на 2 области: область до и после точки перегиба. Для области перед точкой перегиба эффективность возрастала с увеличением концентрации КОН. Ион цинката был здесь насыщенным. Впоследствии, когда концентрация КОН увеличивалась, предел насыщения иона цинката увеличивался. Следовательно, диффузия ионов цинката также улучшилась.С другой стороны, эффективность снижалась по мере увеличения концентрации КОН для области после точки перегиба. Ион цинката в этой области не был насыщен. Таким образом, концентрация цинкат-иона не сильно различалась между различными концентрациями КОН. Однако HER все еще усиливался по мере увеличения концентрации КОН. Видно, что концентрация 8 М КОН обеспечивала максимальную энергоэффективность. Затем следовало концентрирование 6 М КОН. Энергоэффективность определялась производительностью процесса разряда, на которую в основном влияла оптимальная концентрация КОН.Как упоминалось ранее в разделе о характеристиках батареи, концентрация примерно от 6 до 7 М КОН обеспечивала максимальную плотность тока обмена реакции Zn-электрода и максимальную ионную проводимость. Следовательно, в случае интегрированной системы концентрации КОН в 6 и 8 М показали оптимальные характеристики.

Рисунок 10 . Влияние концентрации КОН с использованием начальной концентрации цинкат-иона 0,2 М при плотности тока заряда и разряда 100 мА / см ² : (A) Выход по току как функция объемной скорости (B) Эффективность разряда как функция объемная скорость (C) эффективность заряда как функция объемной скорости и эффективность использования энергии (D) как функция объемной скорости.

Заключение

В этой работе математическая модель Zn-воздушной батареи, интегрированной с Zn-электролизером, включая модель HER, была разработана для оценки производительности системы. При этом были исследованы следующие параметры: расход электролита, концентрация гидроксида калия (КОН) и начальная концентрация цинкат-иона. Кроме того, было исследовано влияние реакции выделения водорода (HER) на работу системы накопления энергии Zn-воздух. При исследовании было обнаружено, что концентрация КОН оказывает значительное влияние на характеристики батареи.Кроме того, было отмечено, что увеличение концентрации КОН увеличивает HER и снижает выход по току. Однако оптимальная концентрация КОН, составляющая около 6–7 М, обеспечивала максимальную энергию разряда. Повышение начальной концентрации цинкат-иона позволило подавить HER и повысить эффективность батареи по току из-за уменьшения обратимой разности потенциалов между реакцией Zn-электрода и HER. Что касается электролизера, результаты показали, что производительность электролизера определяется начальной концентрацией цинкат-иона и расходом электролита.Когда начальная концентрация цинкат-иона увеличивалась вместе с расходом, выход по току значительно увеличивался. Кроме того, энергия заряда была уменьшена из-за увеличения диффузии ионов цинката к поверхности электрода. Тем не менее, увеличение концентрации КОН не улучшило напрямую рабочие характеристики электролизера, но способствовало увеличению предела насыщения цинкат-иона, что улучшило рабочие характеристики электролизера. Для всей интегрированной системы было замечено, что КПД интегрированной системы по току определялся электролизером.Следовательно, увеличение начальной концентрации цинкат-иона и расхода электролита положительно сказалось на эффективности тока интегрированной системы. С другой стороны, на энергоэффективность интегрированной системы существенно повлияла разрядная ячейка. Максимальная энергоэффективность была получена за счет оптимальной концентрации КОН, аналогичной энергии разряда проточной батареи. Результаты этой работы описали роль, которую HER внесла в работу интегрированной системы Zn-воздушной батареи и Zn-электролизера.В целом было обнаружено, что HER отрицательно влияет на производительность интегрированной системы. В заключение можно заметить, что контроль рабочих условий оказался эффективным способом уменьшить HER и добиться оптимальной производительности интегрированной системы.

Авторские взносы

SK задумал исследовательский проект. WL провела эксперименты и выполнила моделирование. КБ проводил эксперименты в процессе доработки. Анализ данных был проведен WL при консультации со SK.Статья была написана WL и SK, и все авторы внесли свой вклад в последующие черновики. Все авторы рецензировали рукопись.

Финансирование

Исследование поддержано Чулалонгкорнским проектом по продвижению академических кругов во втором веке, Университет Чулалонгкорн. WL благодарит стипендию Дусадепипат Чулалонгкорнского университета.

Заявление о конфликте интересов

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

Благодарности

Все авторы благодарны за поддержку со стороны Управления высшего образования Таиланда, Университета Чулалонгкорн и правительства Франции / Кампуса Франции в рамках Франко-тайской программы сотрудничества в области высшего образования и исследований / Франко-тайской программы мобильности / PHC SIAM. Кроме того, авторы хотели бы поблагодарить г-на Киджчай Канджанапапаркула за его самоотверженную помощь в изготовлении батарей.

Дополнительные материалы

Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https: // www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenrg.2019.00015/full#supplementary-material

Список литературы

Амунатеги, Б., Ибаньес, А., Сьерра, М., и Перес, М. (2018). Электрохимический накопитель энергии для интеграции возобновляемых источников энергии: воздушно-цинковые батареи. J. Appl. Электрохим. 48, 627–637. DOI: 10.1007 / s10800-017-1133-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бокельманн, М., Кунц, У., Турек, Т. (2016). Электрически перезаряжаемый цинк-кислородный проточный аккумулятор с высокой удельной мощностью. Electrochem. Comm. 69, 24–27. DOI: 10.1016 / j.elecom.2016.05.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дайсс, Э., Хольцер, Ф., и Хаас, О. (2002). Моделирование электрически перезаряжаемой Zn – воздушной щелочной батареи. Электрохим. Acta. 47, 3995–4010. DOI: 10.1016 / S0013-4686 (02) 00316-X

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Диркс, Т. П., и Хэмпсон, Н. А. (1972). Реакция обмена Zn (II) / Zn в растворе КОН — I. обменные измерения плотности тока гальваностатическим методом. Электрохим. Акт а. 17, 135–141. DOI: 10.1016 / 0013-4686 (72) 85014-X

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Dundálek, J., Šnajdr, I., Libánský, O., Vrána, J., Pocedič, J., Mazúr, P., et al. (2017). Электроосаждение цинка из проточных щелочных растворов цинката: роль реакции выделения водорода. J. Power Sour. 372, 221–226. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2017.10.077

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эйнерханд, Р. Э. Ф., Visscher, W.HM, и Barendrecht, E. (1988). Получение водорода при осаждении цинка из щелочных растворов цинката. J. Appl. Электрохим . 18, 799–806. DOI: 10.1007 / BF01016034

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эль-Сайед, А.-Р., Мохран, Х. С., и Абд Эль-Латиф, Х. М. Дж. М. (2012). Исследование коррозии цинка, никеля и цинк-никелевых сплавов в щелочных растворах тафелевыми и импедансными методами. Металлург. Матер. Пер. А 43, 619–632.DOI: 10.1007 / s11661-011-0908-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Escalante Soberanis, M.A., Mithrush, T., Bassam, A., and Mérida, W. (2018). Анализ чувствительности для определения технико-экономической целесообразности внедрения систем накопления энергии: пример проточной батареи. Обновить. Энергия 115, 547–557. DOI: 10.1016 / j.renene.2017.08.082

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фу, Дж., Чжан, Дж., Сун, X., Заррин, Х., Тиан, X., Qiao, J., et al. (2016). Гибкий твердотельный электролит для широкомасштабной интеграции перезаряжаемых воздушно-цинковых батарей. Энергетическая среда . Sci. 9, 663–670. DOI: 10.1039 / C5EE03404C

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гарсия, Г., Вентоса, Э., и Шуманн, В. (2017). Полное предотвращение образования дендритов в металлических анодах из цинка с помощью протоколов импульсной зарядки. Заявл. Матер. Интерфейсы 9, 18691–18698. DOI: 10.1021 / acsami.7b01705

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гаврилович-Вольмутер А., Ласкос А., Зельгер К., Голлас Б. и Уайтхед А. Х. (2015). Влияние концентрации электролита, температуры, скорости потока и плотности тока на морфологию отложений цинка. Дж. Энергия Силы Eng . 9, 1019–28. DOI: 10.17265 / 1934-8975 / 2015.11.010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хоссейни, С., Лао-атиман, В., Хан, С. Дж., Арпорнвичаноп, А., Ёнэдзава, Т., и Кхеахом, С. (2018). Разрядные характеристики воздушно-цинковых батарей под действием додецилсульфата натрия и плюроника F-127. Наука . Rep. 8: 14909. DOI: 10.1038 / s41598-018-32806-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ито, Ю., Вей, X., Десаи, Д., Стейнгарт, Д., и Банерджи, С. (2012). Индикатор изменения морфологии цинка в проточном щелочном электролите. J. Power Sour. 211, 119–128. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2012.03.056

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзин, Ф., Пол, К. З., Гю, П. М., Айпин, Ю., Майкл, Ф., и Чжунвэй, К. (2017). Электрически перезаряжаемые воздушно-цинковые батареи: прогресс, проблемы и перспективы. Adv. Матер. 29: 1604685. DOI: 10.1002 / adma.201604685

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лао-атиман, В., Джулафатачот, Т., Бунмонгколрас, П., и Кхеухом, С. (2017). Напечатанная прозрачная тонкопленочная батарея Zn-MnO2. J. Electrochem. Soc. 164: A859 – A863. DOI: 10.1149 / 2.1511704jes

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, К. В., Сатиянараянан, К., Эом, С. В., Ким, Х. С. и Юн, М. С. (2006). Влияние добавок на электрохимическое поведение цинковых анодов для топливных элементов цинк / воздух. J. Power Sour. 160, 161–164. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2006.01.070

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Ю., Гонг, М., Лян, Ю., Фэн, Дж., Ким, Дж.-E., Wang, H., et al. (2013). Усовершенствованные воздушно-цинковые батареи на основе высокоэффективных гибридных электрокатализаторов. Нат. Связь . 4: 1805. DOI: 10.1038 / ncomms2812

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Майнар, А. Р., Ируин, Э., Кольменарес, Л. К., Кваша, А., де Меатза, И., Бенгоэча, М., и др. (2018). Обзор достижений электролитов для вторичных воздушно-цинковых батарей и других систем хранения на основе цинка. J. Хранение энергии 15, 304–328.DOI: 10.1016 / j.est.2017.12.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мао, З., и Уайт, Р. Э. (1992). Математическое моделирование первичной цинково-воздушной батареи. J. Electrochem. Soc . 139, 1105–1113. DOI: 10.1149 / 1.2069348

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Муралидхаран В. С. и Раджагопалан К. С. (1978). Кинетика и механизм коррозии цинка в растворах гидроксида натрия стационарным и нестационарным методами. J. Electroanalyt.Chem. Электрохимия . 94, 21–36. DOI: 10.1016 / S0022-0728 (78) 80395-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Парк, Дж., Парк, М., Нам, Г., Ли, Дж .-С., и Чо, Дж. (2015). Цельнотвердотельная гибкая воздушно-цинковая батарея кабельного типа. Adv. Матер. 27, 1396–1401. DOI: 10.1002 / adma.201404639

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пей П., Ван К. и Ма З. (2014). Технологии продления срока службы воздушно-цинковых батарей: обзор. Заявл. Энергия 128, 315–324. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2014.04.095

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Равиндран В. и Муралидхаран В. С. (1995). Катодные процессы на цинке в щелочных растворах цинката. J. Power Sour. 55, 237–241. DOI: 10.1016 / 0378-7753 (95) 02184-I

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Салех М. М., Вайднер Дж. У., Эль-Анадули Б. Э. и Атейя Б. Г. (1997). Электровыделение неблагородных металлов с одновременным выделением водорода на проточных пористых электродах. III.временные эффекты. J. Electrochem. Soc. 144, 922–927. DOI: 10.1149 / 1.1837508

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Саваскан, Г., Ха, Т., и Эванс, Дж. У. (1992). Дальнейшие исследования цинково-воздушной ячейки с анодом с уплотненным слоем. Часть I: разряд. J. Appl. Электрохим . 22, 909–915. DOI: 10.1007 / BF01024138

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шредер Д. и Кревер У. (2014). Количественная оценка воздействия состава воздуха на вторичные воздушно-цинковые батареи на основе модели. Электрохим. Acta . 117, 541–553. DOI: 10.1016 / j.electacta.2013.11.116

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шредер Д., Лауэ В. и Кревер У. (2016). Численное моделирование газодиффузионных электродов с движущейся границей раздела газ-жидкость: исследование импульсного тока и заливки электродов. Comput. Chem . Анг . 84, 217–225. DOI: 10.1016 / j.compchemeng.2015.09.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шарифи, Б., Моджтахеди, М., Гударзи, М., и Вахдати Хаки, Дж. (2009). Влияние условий щелочного электролиза на выход по току и морфологию цинкового порошка. Гидрометаллургия 99, 72–76. DOI: 10.1016 / j.hydromet.2009.07.003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шивкумар Р., Парутимал Калайнан Г. и Васудеван Т. (1995). Влияние добавок на цинковые электроды в системах щелочных батарей. J. Power Sour. 55, 53–62. DOI: 10.1016 / 0378-7753 (94) 02170-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Симичич, М.В., Попов, К. И., Крстаич, Н. В. (2000). Экспериментальное исследование морфологии цинка в щелочном электролите при низких прямых и пульсирующих перенапряжениях. J. Electroanalyt. Chem . 484, 18–23. DOI: 10.1016 / S0022-0728 (00) 00035-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Смедли, С. И., и Чжан, Х. Г. (2007). Регенеративный цинк-воздушный топливный элемент. J. Power Sour. 165, 897–904. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2006.11.076

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Sunu, W.Г. и Беннион Д. Н. (1980). Анализ переходных процессов и отказов пористого цинкового электрода: i теоретический. J. Electrochem. Soc. 127, 2007–2016. DOI: 10.1149 / 1.2130054

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сурен, С., Кхеухом, С. (2016). Разработка гибкой воздушно-цинковой батареи с высокой плотностью энергии. J. Electrochem. Soc. 163, A846 – A850. DOI: 10.1149 / 2.0361606jes

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван К., Пей П., Ма, З., Чен, Х., Сюй, Х., Чен, Д. и др. (2015a). Рост дендритов в процессе перезарядки воздушно-цинковых аккумуляторов. J. Mater. Chem. А 3, 22648–22655. DOI: 10.1039 / C5TA06366C

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван К., Пей П., Ма З., Чен Х., Сюй Х., Чен Д. и др. (2015b). Рост пузырьков кислорода в процессе перезарядки в воздушно-цинковом аккумуляторе. J. Power Sour. 296, 40–45. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2015.07.039

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, К., Пей, П., Ван, Ю., Ляо, К., Ван, В., и Хуанг, С. (2018). Усовершенствованный перезаряжаемый воздушно-цинковый аккумулятор с оптимизацией параметров. Заявл. Ener gy 225, 848–856. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2018.05.071

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван З., Мэн Х., Ву З. и Митра С. (2017). Разработка гибкой воздушно-цинковой батареи с нанокомпозитными электродами и новым сепаратором. J. Energy Chem. 26, 129–138. DOI: 10.1016 / j.jechem.2016.08.007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вонгруджипайрой, К., Пулнапол, Л., Арпорнвичаноп, А., Сурен, С., и Кхеухом, С. (2017). Подавление коррозии цинкового анода печатной гибкой воздушно-цинковой батареи. Phys. Статус Solidi B 254: 1600442. DOI: 10.1002 / pssb.201600442

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сюй, М., Айви, Д. Г., Се, З., и Цюй, В. (2015). Перезаряжаемые Zn-воздушные батареи: прогресс в разработке электролитов и усовершенствовании конфигурации элементов. J. Power Sour. 283, 358–371. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2015.02.114

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан, С. (2013). Состояние, возможности и проблемы электрохимического хранения энергии. Фронт. Energy Res. 1: 8. DOI: 10.3389 / fenrg.2013.00008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжу, А. Л., Уилкинсон, Д. П., Чжан, X., Син, Ю., Рожин, А. Г., Кулинич, С. А. (2016). Регенерация цинка в перезаряжаемых воздушно-цинковых топливных элементах — обзор. J. Хранение энергии 8, 35–50.DOI: 10.1016 / j.est.2016.09.007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Номенклатура

a ₀ Исходная площадь поверхности раздела твердый раствор на единицу объема, дм ² / дм ³ .

a _c Удельная поверхность катализатора на единицу объема, дм ² / дм ³ .

а _с Площадь поверхности раздела твердый раствор на единицу объема, дм ² / дм ³ .

А _цинк Активная площадь поверхности цинкового электрода, дм ² .

А _воздух Площадь активной поверхности воздушного электрода, дм ² .

А _sep Площадь сепаратора, дм ² .

C ^ref Концентрация в исходном состоянии, моль / дм ³ .

CDLzinc Емкость двойного слоя цинкового электрода, Ф / дм ² .

CDLair Емкость двойного слоя воздушного электрода, Ф / дм ² .

Ckj Концентрация вещества k на электроде j , моль / см ³ .

D _k Коэффициент диффузии / коэффициент диффузии образца k , дм ² / с.

E _{0, ячейка} Потенциал NERNST / стандартный потенциал электрода, В.

Е _ячейка Напряжение ячейки, В.

E ^цинк Обратимый потенциал цинкового электрода, В.

E ^воздух Обратимый потенциал воздушного электрода, В.

E ^H Обратимый потенциал реакции выделения водорода, В.

F Постоянная Фарадея, Кл / моль.

Ф _усл Конвективный объемный расход, дм ³ / с.

F _{k , дюйм} Входной молярный расход породы k , моль / с.

F _{k , out} Выходной молярный расход породы k , моль / с.

I Электрический ток, А.

i ^ячейка Плотность тока, А / дм ² .

и ₀ Плотность обменного тока, А / дм ² .

i0ref Плотность эталонного обменного тока, А / дм ² .

Дж _k Молярная скорость переноса между электродами, моль / с.

jkconv Конвективный молярный расход, моль / с.

jkdiff Молярная скорость диффузионного потока, моль / с.

Джкмг Молярная скорость миграционного потока, моль / с.

к _с Константа скорости реакции осаждения ZnO, дм ³ / с.

n _e Количество обменных электронов, участвующих в реакции.

Nkj Моли марки k на электроде j , мол.

P ^исх. Расчетное давление, атм.

P _{O 2} Парциальное давление кислорода, атм.

r _i Скорость реакции i , моль / с.

R Газовая постоянная, Дж / моль · К.

R _comp Удельное сопротивление элемента ячейки, Ом · дм.

R _{омическое} Общее омическое сопротивление, Ом.

SV Объемная скорость, с ⁻¹ .

т Время, с.

t _k Число переноса иона k .

T Температура, К.

Velectrolytej Объем электролита на электроде Дж , дм ³ .

Vsolidzinc Объем твердого цинкового электрода, дм ³ .

V _{твердый, к} Объем твердого к , дм ³ .

V̄k Удельный молярный объем частицы k , дм ³ / моль.

X _цинк Активная доля цинка на поверхности в твердой фазе.

zk ± Ионное число частиц k

Греческий символ

α Коэффициент передачи заряда.

δ _воздух Толщина воздушного электрода, дм.

δ _{электролит} Толщина электролита, дм.

δ _цинк Толщина цинкового электрода, дм.

δ _актив Толщина активной зоны реакции, дм.

δ _сен Толщина сепаратора, дм.

δ _GDL Толщина газодиффузионного слоя, дм.

Δ E _ZH Разность потенциалов между Zn и водородным электродом, В.

ε Пористость цинкового электрода.

ε ₀ Начальная пористость цинкового электрода.

ε _сен Пористость сепаратора.

ηactzinc Активационные потери / перенапряжение активации цинкового электрода, В.

ηактар ​​Потери активации / перенапряжение активации воздушного электрода, В.

ηionicsep Потери в ионном сепараторе, В.

η _{омический} Омические потери / омическое перенапряжение, В.

σ _анод Суммарная проводимость анода, См / дм.

σ _катод Суммарная проводимость катода, См / дм.

σ _к Электропроводность сорта к , См / дм.

σ _{электролит} Электропроводность электролита, См / дм.

υ _{k, i} Стехиометрический коэффициент вида k в реакции i .

AM FM Портативный радиоприемник с питанием от батарей 4X D или транзисторный радиоприемник переменного тока с большим динамиком, стандартный разъем для наушников, режим высокого / низкого тона, большая ручка: Электроника

Длинная антенна и сильный AM-приемник

Вы можете потянуть длинную антенну, чтобы получить лучший прием, когда вы находитесь вдали от станции, хорошее качество AM-приемника внутри AM FM-транзисторного радиоприемника также может обеспечить сильный прием.Никогда не беспокойтесь о том, чтобы пропустить вашу любимую классическую музыку, ток-шоу, историю с этим портативным транзисторным радиоприемником.

Режимы высокого / низкого тона

Различные ощущения с разными режимами тона в этом портативном AM FM-радио. Высокие / низкие звуки максимально удовлетворяют ваши потребности.

Работает от батареи постоянного / переменного тока

Эту портативную радиостанцию ​​с батарейным питанием можно использовать не только от сети переменного тока, но и от 4 батарей постоянного тока. Это полезно для кемпинга, садоводства, работы во дворе, вождения.Наслаждайтесь временем в любом месте с этим аналоговым транзисторным радиоприемником.

Большой разъем для динамика и наушников

Непревзойденное качество звука и большая громкость в этом большом динамике, он может заполнить комнату, даже если вы слышите звуки транзисторного AM FM-радио в другой комнате. Возьмите наушники и подключите транзисторный радиоприемник с батарейным питанием, чтобы наслаждаться музыкой без каких-либо проблем.

Большая ручка настройки и ручка громкости

Портативная радиостанция с батарейным питанием имеет большую ручку настройки и ручку регулировки громкости, которая позволяет вам находить станцию ​​и регулировать громкость.

Предупреждающие советы:

1. Не забывайте вынимать батарейки при использовании переменного тока.

2. Портативный транзисторный радиоприемник не является водонепроницаемым.

3. Вытащите шнур питания из розетки и не используйте радио в течение длительного времени во время грозы.

Технические характеристики

Диапазон частот: FM 87 ~ 108 МГц; AM 520 ~ 1710 кГц

Источник питания: 110 В переменного тока Постоянный ток: 4x 1,5 В постоянного тока

Потребляемая мощность: 3 Вт

Размер элемента: 240 * 60 * 150 мм / 9.4 * 2,4 * 5,9 дюйма

Вес: 760 г / 1,67 фунта

Работает на холоде :: ChemViews Magazine :: ChemistryViews

Плохая работа литий-ионных батарей при низких температурах

Зимой в холодную погоду у автомобилей возникают проблемы с запуском. Это не намного лучше с электромобилями, которые неизбежно теряют емкость своих литий-ионных аккумуляторов при отрицательных температурах. Теперь китайские ученые предложили стратегию, позволяющую избежать падения кинетики батареи.Они разработали аккумуляторную систему с устойчивым к холоду анодом из твердого углерода и мощным катодом, богатым литием, с интегрированной важной начальной стадией лития.

«Неграфитизируемый» или «твердый» углерод является многообещающим недорогим анодным материалом в аккумуляторной технологии. Даже при низких температурах он демонстрирует быструю кинетику интеркаляции ионов лития. Во время зарядки / разрядки аккумуляторного элемента ионы лития мигрируют от катода через электролит к аноду и наоборот.Если анодный материал, которым часто является графит, содержит предварительно сохраненный литий, изменение объема поступающими ионами лития выравнивается, чтобы обеспечить более длительный срок службы элемента и более быструю кинетику заряда / разряда. Предварительно литиированный твердый углерод зарекомендовал себя как прочный материал в литий-ионных конденсаторах. Однако процесс предварительного литиирования с использованием электрода из чистого лития сложен и дорог. Таким образом, Юнган Ван и его команда из Университета Фудань, Шанхай, Китай, отдают предпочтение альтернативным стратегиям предварительной литиации.

Электрод из фосфата ванадия с высоким содержанием лития и анод из твердого углерода

Вместо дополнительного литиевого электрода команда представила богатый литием ванадийфосфатный электрод как для лития, так и для нормальной работы от батарей. Катод теряет часть своих ионов лития на анод в первом процессе зарядки, где они интеркалируются и хранятся. Затем ученые объединили катод из фосфата ванадия с пониженным содержанием лития и предварительно литиированный анод из твердого углерода (LixC), чтобы сформировать работающую литий-ионную аккумуляторную систему.Этот полный элемент «сохраняет характеристики высокой плотности энергии обычных литий-ионных батарей и демонстрирует высокую мощность, подобную суперконденсатору, и длительный срок службы», — пояснили ученые. Более того, он сохраняет около двух третей своей емкости при температурах до минус 40 ° C. Обычные литий-ионные батареи удерживают только 10%.

«Это достижение является результатом присущей низкотемпературной способности катода из фосфата ванадия и быстрой кинетики предварительно литиированного твердого углеродного анода», — заявили исследователи.Многие дальнейшие испытания показали, что эти батареи соответствуют другим параметрам электрохимических ячеек.

Но все же недостатком является электролит, который теряет проводимость в очень холодных условиях. Если этот вопрос будет решен, эта система может обеспечить привлекательный дизайн для обеспечения наилучших характеристик двигателей электромобилей, работающих в зимнее время.

---

.