ООО «Центр Грузовой Техники»

8(812)244-68-92

Содержание

Электролит кислотный для свинцовых аккумуляторов (плотность 1,27г/см3)

Электролит кислотный. Предусмотрена скидка в зависимости от объема заказа.

Осуществляем доставку по всем регионам РК.
 

Основная сфера использования вещества – обеспечение надежной и эффективной работы аккумуляторных батарей, как на легковом, так и на грузовом транспорте.

Для того, чтобы аккумуляторы служили долго и надежно в любых погодных и климатических, эксплуатационных условиях, важно заправлять батареи только качественным электролитом. Таким, который реализует ТОО «Изомер» по всей территории Казахстана.


 

Внешний вид и основные свойства

 

Электролит – это кислотная прозрачная жидкость, имеющая незначительный желтоватый цвет. В составе вещества нет посторонних включений других химических элементов и веществ – только смесь дистиллированной воды и серной кислоты, в определенных компонентах.

 


Выгодное предложение

Для обеспечения длительной работы, приведения сухозаряженных АКБ в рабочее состояние, долив до необходимого уровня и выполнения ряда других функций, связанных с обслуживанием кислотных свинцовых аккумуляторов, важно иметь достаточный запас электролита аккумуляторного.

Не менее важно, чтобы данное вещество соответствовало по всем основным параметрам предъявляемым требованиям к качеству продукта.

Именно такой товар, электролит свинцовый аккумуляторный можно купить в нашей компании «Изомер» в Алмате!



Каждому своему клиенту мы гарантируем лучшие условия для длительного взаимовыгодного сотрудничества.


Чтобы заказать и купить электролит, необходимо:

направить заявку на адрес электронной почты

оплатить заказ точно в назначенное время получить товар в офисе (на складе)

Проверка и обслуживание кислотных аккумуляторных батарей

Маркировка аккумуляторных батарей читается так. Например, 6СТ54 цифра 6 показывает, что в батарее 6 аккумуляторов (банок), включенных последовательно, буквы СТ означают, что аккумуляторная батарея стартерная, а цифра 54 показывает номинальную емкость в амперчасах. При полной маркировке аккумуляторов вводятся дополнительные буквы, например, ¦—3СТ70ПДС; 3СТ70ПМСЗ.

Они указывают на материал, из которого изготовлены баки и сепараторы. Так, П — асфальтопеновый с кислотоупорной вставкой, Э — эбонит, материал сепараторов, М — мипласт, Д —дерево, Р— мипор, С — стекловойлок, МС — мипласт, комбинированный со стекловойлоком, ДС — дерево, комбинированное со стекловойлоком. Буква 3 обозначает, что батарея сухозаряжена.

Нужно иметь в виду, что аккумуляторные батареи работают в тяжелых режимах, а своевременное проведение технического обслуживания, их правильная эксплуатация имеют большое значение. Так, запуск двигателя стартером следует производить коротким включе. нием на 4—5 с. Перед повторным включением стартера следует сделать перерыв на 30—35 с. Это необходимо для восстановления емкости батареи. Длительное пользование стартером требует расхода тока большой силы. Происходит резкое и неравномерное расширение активной массы пластин. Она разрыхляется и сползает, а пластины коробятся.

Разрушаются пластины также при зарядке аккумуляторов большим током. Перезарядка повышает температуру и плотность электролита. При движении от сильной тряски активная масса положительных пластин разрушается. Высыпавшаяся масса скапливается на дне бака и замыкает пластины. Признак короткого замыкания — быстрый саморазряд и закипание электролита при зарядке аккумуляторной батареи.

Чтобы продлить срок службы аккумуляторной батареи, при каждом ТО1 необходимо очищать от грязи, пыли и электролита, иначе может произойти короткое замыкание между выводными штырями аккумуляторной батареи. Очищать батареи следует ветошью, смоченной в 10процентном растворе аммиака (нашатырном спирте) или соды. Затем батареи насухо вытирают чистой ветошью.

Следует проверить крепление батареи в гнезде. Под ней должна находиться подкладка из войлока или резины. Гайки крепления следует затягивать равномерно. Затягивать их излишне не рекомендуется, поскольку могут появиться трещины в баке аккумуляторной батареи.

Необходимо систематически проверять пробки аккумуляторов и состояние вентиляционных отверстий, уровень электролита в банках, крепления наконечников на выводных штырях, наличие окислов на них.

При втором техническом обслуживании проверяют плотность электролита в каждом из аккумуляторов и степень заряда элементов батареи.

Высоту уровня электролита проверяют стеклянной трубкой диаметром 3—5 мм с двумя рисками на расстоянии 10—15 мм от конца. Когда выворачивают пробку заливного отверстия аккумулятора, трубку опускают до упора в пластины. Зажимают ее верхнее отверстие пальцем, вынимают. Высота столбика в трубке электролита должна соответствовать высоте уровня электролита над верхним краем пластин, которая равна 10—15 мм. Как исключение, высоту уровня электролита можно проверить чистой деревянной палочкой.

Если уровень электролита находится ниже указанных величин, необходимо долить дистиллированную воду. Доливать в аккумуляторы электролит можно только в том случае, когда понижение уровня произошло изза его вытекания или расплескивания. Уровень электролита рекомендуется проверять в аккумуляторах летом через 5—6 дней, зимой через 10—15 дней.

Проверка плотности электролита производится с помощью денсиметра. Состоит он из стеклянной трубки; внутри находится ареометр со шкалой. Для набора электролита служит резиновая груша. Выворачивают пробки отверстий для залива электролита в аккумуляторы, сжимают резиновую грушу и погружают эбонитовый наконечник в электролит. Затем отпускают грушу, выжидают, пока уровень перестанет повышаться и ареометр не всплывет. Деление, до которого погружается ареометр, показывает плотность электролита.

Отсчет следует делать по нижнему краю вогнутой поверхности электролита. Если доливали воду, то сразу проверять не следует плотность электролита. Плотность электролита для заряженных аккумуляторных батарей на всех аккумуляторах (банках) должна быть одинаковой (смотреть статью под номером32).

В зависимости от температуры электролита плотность его меняется. Если температура электролита выше или ниже 15°С, то в полученное значение плотности необходимо внести температурную поправку, которая приведена в таблице 33. При температуре электролита более 15еС поправку нужно прибавлять к показаниям ареометра, при температуре электролита менее 15°С — вычесть, т. е. на каждые 15°С наблюдаются изменения 0,01. К примеру, плотность электролита при проверке оказалась равной 1,26. Температура электролита равна —15°С. Поправка при температуре —15°С составляет —0,02. Следовательно, приведенная к 15°С плотность равна 1,26—0,02=1,24.

Проверка напряжения батареи производится по плотности электролита один раз в месяц. Более точный результат проверки получают при пользовании нагрузочной вилкой модели ЛЭ2. Время выдержки —5—6 с. Если окажется, что аккумуляторная батарея разряжена более чем на 50% летом и более чем на 25% зимой, то ее нужно снять с автомобиля и поставить на зарядку.

Если проверяют батарею емкостью 40—65 амперчасов, включают большее сопротивление (0,018—0,020 Ом), которое находится между ножками нагрузочной вилки.

Если производится проверка батареи емкостью 70—100 амперчасов, включается меньшее сопротивление (0,010—0,012 Ом). А при проверке батареи емкостью более 100 амперчасов следует включить одновременно оба сопротивления и по показаниям вольтметра судить о степени заряженности аккумуляторной батареи.

Приготавливать электролит следует только в кислотоупорной посуде (в эбонитовых, фаянсовых, керамических сосудах). Готовить электролит в стеклянной посуде нельзя, так как при разогреве раствора она может дать трещину.

Для приготовления электролита в посуду наливают дистиллированную воду, затем, непрерывно помешивая стеклянной палочкой воду, в нее вливают тонкой струей серную кислоту. Потребное коли чество серной кислоты для приготовления электролита приведено в таблице 34.

Приготавливая электролит, нужно помнить, что нельзя вливать воду в кислоту, так как вода, соприкасаясь с кислотой, быстро разлагается, вскипает и разбрызгивается. Это может привести к несчастному случаю. После приготовления электролит оставляют на 16— 20 часов, чтобы он остыл, а осадки выпали на дно.

После отстоя осветленную чистую посуду, проверяют плотность, а если

часть сливают в нужно — доводят до нормы.

Электролит кислотный — Энциклопедия по машиностроению XXL

Сопротивление электролита зависит от его состава, температуры и концентрации. Например, электролит кислотного аккумулятора имеет наименьшее сопротивление при удельном весе 1,225 й/сж при температуре -М5°. Если температура электролита будет ниже, то его сопротивление будет больше, так как вязкость электролита повышается.  [c.150]

Согласно Правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей , электролит кислотных аккумуляторов должен отвечать требованиям табл. 45.  

[c.242]


Низкая кислотность Малая концентрация палладия в электролите  [c.62]

Фосфатные электролиты. Ойи позволяют получить тонкие и блестящие покрытия коэффициент отражения покрытий, полученных из них, выше, чем у сульфатных. Приготавливают их растворением свежеосажденной гидроокиси родия в фосфорной кислоте и доводят кислотность раствора до 11. Растворение ведут при 80° С, что затрудняет регенерацию электролита, поэтому существует еще один метод приготовления электролита. К нагретому до 30 С раствору хлористого родия по каплям при перемешивании добавляют 30 %-ную щелочь переход розовато-желтой окраски в светло-желтую указывает на окончание реакции. Выпавший желтый гидрат отфильтровывают, промывают. Кислотность раствора во избежание гидролиза поддерживается на высоком уровне. Для получения покрытий с хорошей степенью отражения применяют следующий электролит (г/л) при режиме электролиза  

[c.65]

Электролиты твердого никелирования применяются различных составов. Приборостроительные заводы для получения высокотвердых блестящих покрытий используют электролит следующего состава 140 г/л сернокислого никеля и 300 г/л щавелевокислого аммония, кислотность электролита составляет pH = 7,5 -г- 8 при плотности тока 10 А/дм и температуре 75— 80° С. Скорость осаждения никеля в таком электролите 50— 60 мкм/ч, а получаемые осадки имеют микротвердость Н 550—650.  [c.333]

Сернокислый нагреваемый электролит имеет следующий состав, г/л сернокислого железа 150, сернокислого натрия 100, серной кислоты 1. Режим осаждения температура раствора 60—70 °С, плотность тока 5—10 А/дм , кислотность раствора pH 2,4—2,5.  [c.194]

Концентрация водородных ионов (pH) должна быть около 4. При недостаточно кислом электролите (рН> >4,5) покрытие получается темным и крупнокристаллическим при кислом (рНавтоматического регулирования кислотности в электролит вводят сернокислый аммоний или алюминиевые квасцы.  [c.217]

Влияние условий электролиза на свойства осадка. Получение осадков электролитического железа в хлористых электролитах допускает широкие изменения условий электролиза по содержанию в электролите хлорист/э-го железа от 200 до 680 г/л, по плотности тока — от 5 до 60 а/дм , по температуре электролита от 40 до 90°С и, наконец, по кислотности электролита — от 0,6 до 5,0 г/л НС1.[c.13]

Электролит ванны анодного травления. Электролит содержит поваренную соль в количестве 100—200 г/л, соляную кислоту в количестве до 5 г/л и воду. Электролит этих концентраций удобен тем, что может хорошо работать при комнатной температуре, работает долгое время, корректировки его заключаются в пополнении компонентов — воды и кислоты. Кислотность его определяют так же, как и кислотность электролита осталивания.  [c.28]


Кислотность приготовленного раствора доводят до pH = 12,8 натриевой щелочью. Температуру рабочего раствора поддерживают в интервале от 20 до 40° С. После обработки изделий их без промывки погружают под током в пирофосфатный электролит меднения с добавкой щавелевокислого аммония или в пирофосфатный электролит для нанесения желтой оловя-нистой бронзы.  [c.208]

Кислотность электролита является третьим главнейшим фактором, влияющим на качество катодного осадка степень кислотности обычно измеряется при помощи показателя концентрации водородных ионов в электролите, обозначаемым через pH .[c.21]

Кроме того, так же как и в хлористой ванне, при нерастворимых анодах кислотность электролита будет увеличиваться, а при растворимых анодах кислотность будет уменьшаться. Электролит непрерывно обедняется кислотой, если анодный выход тока будет больше катодного выхода тока. В качестве нерастворимых анодов в сернокислой ванне можно употреблять свинцовые пластины, но при этом нужно иметь в виду, что ионы хлора в электролите не должны присутствовать, чтобы не портить осадка. Реакция соединений на катоде  [c.82]

Увеличение концентрации активных солей в электролите повышает допустимую плотность тока, а следовательно, и скорость наращивания, что дает возможность работать с большей кислотностью.  [c.92]

Чтобы обеспечить более высокие значения прочности сцепления, необходимо производить тщательную подготовку, загружать детали в ванну всегда под током, начинать электролиз на пониженной плотности тока в течение 30—40 мин. , добавлять в ванны железнения небольшие количества солей никеля, кобальта, марганца или цинка (в целях образования сплава, у которого сцепление выше сцепления железа) и, наконец, вести электролиз в чистом электролите и несколько повышенной кислотности. Все эти требования относятся к начальному периоду электролиза, когда начинается и заканчивается электрокристаллизация первых, нижних  [c.99]

В процессе железнения приходится часто регулировать кислотность электролита. Если регулировку производят периодически, добавляя некоторую порцию кислоты в электролит, то в осадке будет образовываться слоистость, причем каждый слой будет соответствовать моменту резкого изменения кислотности среды. Лучше постепенно добавлять кислоту в электролит из расчета 1 грамм в час на 1 литр, через капельницу.  [c.105]

Чтобы получить гладкие покрытия (настолько гладкие, что последующая механическая обработка не потребуется), нужно работать на возможно низкой плотности тока, возможно высокой температуре электролита и несколько повышенной кислотности электролита. Чтобы избежать крупнокристаллической структуры, В хлористую ванну следует ввести вместо поваренной соли хлористый аммоний (нашатырь) в количестве 75—100 г/.л. В результате введения в электролит хлористого аммония, осадок становится более плотным, и главное, более гладким, чем при введении поваренной соли. Наши исследования такой замены прово-.дящей соли позволили выявить преимущества этой замены (см. ниже).  [c.109]

Электролит, находящийся в железной ванне, как по первому, так и по второму вариантам, будет растворять материал стенок с той интенсивностью, которая определяется кислотностью раствора в силу этого желательно толщину стенок железной ванны брать не менее 6 мм.  [c.112]

При ожоге кислотой пораженные места нужно быстро обмыть больщим количеством воды, водой с мылом или растворами соды, мела (зубного порощка). Электролит, попавший на кожу, надо быстро вытереть насухо и место ожога нейтрализовать 10-процентным раствором соды (если электролит кислотный) или 5-процентным раствором борной кислоты (если электролит щелочной), затем смыть сильной струей воды.[c.331]

Сравнительные данные кислотных и щелочных аккумуляторов. К и с-лотные аккумуляторы имеют более высокое, чем щелочные аккумуляторы, разрядное напряжение (напряжение их при зарядке составляет 2,4 в, щелочного—1,6 в). В связи с этим на тепловозе ТЭЗ кислотная батарея собирается из 32 последовательно соединенных аккумуляторов, а щелочная из 46. Электролит кислотных батарей прп правильном уходе своего химического состава не изменяет.  [c.109]

Следует отметить, что растворимость килорода и водорода в электролите кислотного аккумулятора (36,8% 1 2804), составляющая соответственно 6,5 Ю» и 3,76 10 моль/л, заметно превышает растворимость этих газов в щелочном электролите (30% КОН), равную соответственно 10 и 0,94-10 моль/л [3-11 ]. Коэффициент диффузии растворенного водорода составляет в кислотном электролите 2,5-10″ см7с, а в щелочном — 0,7-10 см с [3-11]. Значения коэффициента диффузии кислорода в кислотном электролите 10 см7с, а в щелочном 0,6-10 см с. Однако непосредственное участие электролита в разрядном процессе, составляющее характерную особенность свинцового аккумулятора, существенно затрудняет возможность рекомбинации газов в связи с необходимостью иметь достаточный запас электролита, т. е. достаточное расстояние между электродами разного знака.  [c.90]


Нейтральные цианистые электролиты имеют pH 6,5—7,5, содержание свободного цианида в них невелико (1—2 г/л). Для получения осадков золота большой чистоты нейтральная ванна используется мало, так как при таком содержании цианистого калия возможно включение в осадок неблагородных металлов, которые могут накапливаться в электролите при работе. Нейтральные электролиты обычно широко используются при покрытии сплавами золото — медь для получения блестящих осадков толщиной до 20 мкм и более. Кислотность этих электролитов поддерживается добавлением фосфорной кислоты. В этих электролитах золото находится в виде одновалентного дициаиаурата K[Au( N)2 . Работа в них проводится с нерастворимыми анодами. Эти электролиты более производительны, так как выход по току в них близок к 100 %, в то время как у щелочных всего 70—80 %. В нейтральных электролитах можно получать более толстые покрытия без промежуточного крацевания. Недостатком нейтральных электролитов является их нестабильность.  [c.32]

Кислые электролиты, имеющие распространение в настоящее время, обычно работают при pH 3—б. Из этих растворов получаются блестящие осадки, особенно при добавке таких металлов, как никель, кобальт, цннк, олово и др. Кислотность в них поддерживается с помощью органических кислот (лимонной, винной, щавелевой и др.). Свободного цианида в электролите нет. Золочение в таких ваннах возможно ввиду того, что цианистый комплекс трехвалентного золота очень прочный и не разрушается при названных значениях pH.  [c.32]

Наиболее надежными в работе являютея сернокислые электролиты они имеют высокую рассеивающую способность, допускают применение растворимых индиевых анодов, причем анодный выход по току превышает катодный, поэтому наряду с растворимыми анодами завешивают свинцовые нерастворимые, что способствует стабилизации кислотности электролита. Выход по току в этом электролите повышается с увеличением значения pH, при оптимальном pH (2—2,7) выход по току составляет 60—80 %, рекомендуется перемешивание электролита.  [c.80]

При использовании борогидридных ванн, чтобы избежать непроизводительного расхода восстановителя важно соблюдать порядок приготовления раствора Сначала в водный раствор соли никеля добавляют лиганд и сильно подщелачивают раствор Затем добавляют борогидрид, предварительно растворенный в небольшом количестве концентрированного раствора щелочи Полученный раствор перемешивают и нагревают до необходимой температуры, чтобы осуществить нанесение покрытия Иногда рекомендуют вводить борогидрид в нагретый электролит перед нанесением покрытий Показателем израс ходования борогидрида является прекращение выделения водорода Перед проведением процесса химического нанесения Ni—В-покрытий поверхность металлических деталей подвергается обычной обработке принятой для гальванических процессов (механическая очистка обезжиривание кислотное травление)  [c. 49]

В зависимости от кислотности среды сероводород может находиться в электролите в форме h3S, HS и В нейтральных и щелочных средах содержится больше всего ионов гидросульфидов, в кислых средах — молекулярный сероводород, в сильнощелочных электролитах появляются в небольших количествах ионы сульфидов.  [c.42]

Для упрочнения матрицы и увеличения ее сопротивления ползучести, исходя, в частности, из того, что металлургический сплав РЬ—РЬО [1,5—4% (масс.)] обладает улучшенными показателями, пытались соосадить частицы РЬО, РЬОг, РЬз04, но частицы эти растворялись в электролите и уменьшали его кислотность, в результате чего получались грубые покрытия.  [c.214]

Свинцовые (кислотные) аккумуляторы, анод—перекись свинца (РЬОг), катод — чистый свинец (РЬ) Электролит — раствор серной кислоты (h3SO4).  [c.357]

Простейший свинцово-кислотный аккумулятор представляет собой две свинцовые пластины — положительную и отрицательную,— опущенные в электролит (раствор серной кислоты в дистиллированной воде). Пластины в виде решеток отлиты из свинца. Ячейки peuieTOK заполнены активной массой. У положительных пластин это свинцовый сурик, у отрицательных — свинцовый глет. Между разноименными пластинами устанавливаются пористые перегородки — сепараторы. Электролит в заряженной батарее должен иметь плотность в пределах 1,26—1,28 г/см летом и 1,29—1,30 г/см зимой. При этом напряжение на каждом элементе не должно быть ниже 2 В.Если плотность электролита составляет 1,17—1,19 г/см — батарея разряжена наполовину. При плотности 1,10—1,12 г/см аккумулятор можно считать разряженным полностью и его следует зарядить. При заряде,т. е. при пропускании через аккумулятор постоянного тока, происходит электрохимическая реакция, приводя-  [c.45]

Основное свойство электролитического железа — его твердость — возрастает с повышением плотности тока и с понижением температуры электролита. Повышая плотность тока и понижая температуру электролита, повышают, как принято говорить, жесткость режима электролиза. Концентрация хлористого железа в электролите также заметно влияет па твердость осадка, причем при повышении концентрации твердость осадка снижается. Кислотность электролита б пределах 0,6—5,0 г/л НС1 существенного влияния на твердость осадка не оказывает. Наиболее наглядно влияние условий, электролиза выражено в графиках проф. М. П. Мелкова (см. рис. 1).  [c.14]

Электролит рекомендованной кислотности окрашивает бумагу Конго в ярко-синий с голубоватым оттенком цвет, а его водородный показатель pH меньше единицы. Поэтому при пользовании бумагой Рифан следует покупать бумагу со значениями pH от 2,2 до 0,3. Определять кислотность следует при помощи индикаторной бумаги при недостатке опыта 3—4 раза в смену, а когда появится опыт, окажется, что бумажка потребуется только раз в неделю после выходных дней или после других перерывов в работе продолжительностью не меньше двух дней.  [c.19]

Электролит следует прорабатывать током во всех случаях длительного простоя ванны, например, после выходных и праздничных дней. В этом случае достаточно проработать его в течение 1—2 часов. Такую еженедельную проработку электролита можно проводить при нор мальной кислотности и нормальном соотношении активных поверхностей катодов и анодов (1 2).  [c.25]


Операция 12. Осталивание. К моменту помещения деталей в ванну осталивания электролит ее должен быть доведен до рабочих температур и кислотности. Если кислота добавляется вручную в перазведепном виде, то добавлять ее следует заранее. Генератор включается перед первой гальванической операцией и не выключается до конца цикла, то есть до того времени, когда детали будут извлечены из ванны осталивания. При пользовании выпрямителями, не допускающими холостого хода, их выключают каждый раз, когда с них снимается нагрузка.  [c.48]

Заключение о порче электролита осталивания можно делать только после неоднократных попыток осталить детали из разнородных марок стали при полной уверенности в нормальных параметрах электролитов всех ванн. При порче электролита осадок иногда меняет цвет, например, при попадании в электролит олова и свинца появляются мыльно-радужные оттенки. Прочность сцепления в этом случае настолько мала, что весь осадок легко снимается рукой. При окислении электролита в результате продолжительного бездействия применяют проработку электролита током, для чего на катодную штангу завешивают стальные стержни и осталивают их на большом токе. Рекомендуемая плотность тока (объемная) для проработки — порядка 1 а/л. Кислотность рекомендуется также повышенная (порядка 5—6 г/л НС1). Делать попытку исправления электролита, испорченного каким-либо веществом, с помощью проработки током следует всякий раз, так как известны случаи, когда это удавалось. Если в течение двух смен проработки признаков исправления электролита не появляется (при пробном осталивании деталей), то электролит подлежит уничтожению.  [c.115]

Рыхлый, непрочный осадок получается при остали-вании в долго бездействовавшем электролите, окисленном воздухом атмосферы. Такой же осадок наблюдается при недостаточной кислотности электролита. При этом может оказаться, что в начале электролиза осталивания кислоты было достаточно, а затем кислотность снизилась, создались условия для защелачивания прикатодного слоя электролита, в результате чего в осадок включается гидроокись железа и снижается его прочность.  [c.116]

Ванна травления. Характерной неполадкой этой ванны является неравномерная скорость травления, что имеет большое значение при работе в размер. Следует помнить, что скорость травления зависит от температуры электролита, от его кислотности, от его электрической пров0димости, которую в основном определяет количество соли в электролите, и от анодной плотиости тока. Следует знать также, что скорость травления окислов меньше, чем чистого металла.  [c.119]

Очищенный электролит нагревают до 70° и пропускают через, электролитические ванны с такой скоростью, чтобы кислотность уменьшилась до pH 1,8. Аноды изготоааяются в форме сетки из сплава свинца с сурьмой, плотность тока на них составляет 0. 021 а/см° катоды делаются из мягкой стали, плотность тока на катоде равна 0,016 щсм .  [c.287]

На рисунке 8 приведены потенциалы, которые мы сняли при различных значениях кислотности. Электролит На2304 100 г/л -(—(-Н2304 анод—свинцовый, катод из малоуглеродистой стали,, температура 60° С.  [c.24]

Хромировочные ванны изготовляются двойными (наружная и внутренняя ванны),. между которыми обычно находится водяная рубащка. Электролит размещается во внутренней ванне, стенки которого от кислотного разъедания защищаются свинцовой облицовкой. Эта облицовка изготовляется непроницаемой для электролита из листового свинца, толщиною 3—4. мм. В некото-  [c.70]


Кислотный электролит — обзор

2.15B Электролиты

Требования к кислотному электролиту для электрической или газовой системы ТЭ, использующей риформированный углеводород, показаны в Таблице 2.15-1. Как мы видели в разд. 2.5, высокая температура ячейки не только важна для хорошей кинетики в кислотных системах (обеспечивая CO и ограниченную устойчивость к S на аноде вместе с хорошей катодной кинетикой), но также необходима для того, чтобы доступное тепло в ячейке можно было использовать для подачи большой избыток пара, необходимого для риформинга топлива с получением H 2 ; H 2 — единственное легко производимое топливо с достаточно быстрой кинетикой окисления для практического использования в электролизере. Доступное тепло представляет собой разницу между фактическим потенциалом ячейки (в единицах эВ, преобразованных в кДж) и теплотой реакции для окисления H 2 и соответствует TΔS ирр. , где ΔS ирр. — необратимая энтропия реакции. Требование избыточного пара устанавливает верхний предел потенциала ячейки и тепловой мощности системы. Доступные в настоящее время элементы работают далеко от этого предела, который, вероятно, немного превышает 0,8 В. Таким образом, существует потенциал для дальнейшего повышения эффективности системы.

Таблица 2.15-1. Требования к коммунальному электролиту ТЭ на углеводородном топливе.

высокая температура (∼ 200 + ° C) для системы риформинга
хорошая кинетика на аноде и, в частности, на катоде
хорошая проводимость
от очень низкой до нулевой летучести ( высокая температура кипения)
очень высокая химическая стабильность
очень высокая катодная стабильность (сначала Pt, позже X)
низкое окисление углерода, о чем можно судить по потенциалам покоя
низкое содержание примесей или ядовитых веществ уровень для электрокаталитических процессов
для использования с настоящими электродами, которые варьируются от лиофобных до тефлоновых
Единственный известный материал (H 2 O) x P 2 O 5 , но система имеет медленную кинетику.

Требования к подходящему электролиту включают в себя стабильность, нелетучесть (если не разработан какой-либо очень сложный рецикл электролита), пригодность для использования с электродами с большой площадью поверхности, трехфазными электродами, хорошей ионной проводимостью и физическими характеристиками. и химическая стабильность по отношению к компонентам клетки. Материал также должен поддерживать максимально возможные скорости реакции как на аноде, так и на катоде. Он не должен содержать примесей, отравляющих электродные процессы.PA в высокой концентрации при температуре около 200 ° C — единственный распространенный материал с почти желаемыми свойствами. Однако в случае PA кинетика электродов не такая желательная. Этот факт проиллюстрирован на рис. 2.15-1 данными по восстановлению кислорода при 1 атм для катодов с малой нагрузкой FC. На рисунке 2.15-1 показаны данные для концентрированного PA при 165 ° C, а также для двух фторированных сульфоновых кислот [TFMSA или трифторметансульфоновая кислота, CF 3 SO 3 H и TFEDSA или тетрафторэтан 1,2 дисульфоновая кислота, (CF 2 SO 3 H) 2 ] при 70 ° и 110 ° C соответственно. Видно, что сульфоновые кислоты обладают большей активностью в отношении восстановления O 2 , чем PA, даже несмотря на то, что температуры испытаний были намного ниже. Известно, что PA становится более активным при разбавлении, но он всегда менее активен, чем сульфоновые кислоты, обычно примерно на 40-50 мВ при тех же условиях в пористых электродах. 84 Однако на гладких платиновых электродах при том же pH PA более чем на 100 мВ менее активен, чем TFMSA, 85 , что может указывать на то, что пористые электроды, используемые для PAFC, не оптимизированы для таких материалов, как TFMSA.Хотя вредное влияние даже небольших количеств PA на производительность 85, 86 можно отнести к адсорбции нейтральной молекулы, которая оказывает ингибирующее действие на восстановление O 2 , 86, 87 основной Разница между кинетикой O 2 в концентрированных растворах фторированных сульфоновых кислот и ПА возникает из-за различий в растворимости O 2 . 86, 88

Рис. 2.15-1. Сравнение низконагруженных катодов Pt FC в различных средах; Без ИК-излучения, кислород (1 атм), 0.25 мг / см 2 Pt.

Фторированные сульфоновые кислоты, особенно TFMSA, были исследованы как возможные электролиты FC в 1971 году в ERC, но первые результаты были опубликованы позже. 89 Поскольку ранние исследования показали, что TFMSA слишком летуч для использования в рабочих условиях FC, а также смачивает электроды с тефлоновой связью при высоких концентрациях, использование более высоких полимеров, таких как TFEDSA, было подчеркнуто 90 , поскольку было обнаружено, что смачивание связано с наличие группы CF 3 .Поскольку ТФЭДСА является несколько летучим при температурах выше 150 ° C, синтезируются 84 материалов с более высокой молекулярной массой, таких как 1,2,3,4 перфторбутантетрасульфоновая кислота (HFBTSA, см. Рис. 2.5-10). Без примесей все фторированные сульфоновые кислоты семейства обладают высокой электродной активностью O 2 , которая также наблюдается с твердыми полимерами соединений семейства Nafion R (см. Главу 4). Они также стабильны в условиях коммунального FC. Было синтезировано очень мало потенциальных членов семьи.Их возможное применение в качестве электролитов ТЭ недавно было рассмотрено. 91 Есть свидетельства того, что они имеют гораздо лучшую переносимость CO, чем PA; 92 их высокие катодные потенциалы холостого хода указывают на то, что они не особенно склонны вызывать углеродную коррозию.

К сожалению, сульфоновые кислоты обладают серьезным и изначально неожиданным недостатком, который не сразу проявился в ранних работах. 90 При T ≥ 110 ° C они теряют воду и существуют в виде гидратов.Хотя эти соединения полностью ионизированы, они содержат протоны исключительно в виде ионов H 3 O + , и эти ионы относительно неподвижны. Отсутствует механизм цепи Гроттуса для увеличения протонной проводимости через прыжковый механизм. Следовательно, при постоянном давлении водяного пара их проводимость падает с повышением температуры и в конечном итоге становится меньше 0,1 (Ом · см) −1 (см. Рис. 2.15-2, взятый из работ (13, 84)). Моногидраты ведут себя как легкоплавкие соли калия, поскольку K + и H 3 O + имеют примерно одинаковый ионный радиус.Напротив, PA имеет увеличивающуюся проводимость при постоянном давлении водяного пара по мере увеличения концентрации и температуры, достигая высокого значения 0,6 (Ом-см) -1 при 170 ° C (рис. 2.15-2). Эти изменения являются результатом присутствия протонов в виде ионов H 4 PO 4 + {фактически, конденсированные частицы [H 3 O (H 2 O) x (P 2 O ) 5 ) y ] + присутствует}, которые сопровождаются нейтральными молекулами.Таким образом, может быть создана цепь переноса протонов Grotthus, которая приводит к высокой проводимости. Поскольку ПА тем сильнее, чем больше конденсируется, его проводимость повышается с температурой. Однако конденсация отрицательно сказывается на снижении растворимости O 2 и, следовательно, при повышении температуры наблюдается небольшое улучшение кинетики.

Рис. 2.15-2. Электропроводности TFEDSA и PA показаны как функции концентрации.

Общий эффект состоит в том, что FC, работающие на полимерных сульфоновых кислотах, имеют примерно такие же характеристики в рабочих условиях, что и PAFC, поскольку их улучшенная катодная кинетика нейтрализуется плохой проводимостью кислотных гидратов.Предпринимаются попытки улучшить проводимость за счет использования добавок, которые вводят цепь протонной проводимости типа Гроттуса. Для проверки концепции следует добавить фосфаты, бораты и силикаты. К настоящему времени к сульфоновым кислотам в эквимолярных смесях добавлено 88 PA. Было замечено улучшение активности примерно на 50 мВ по сравнению с PA, в то время как внутреннее сопротивление увеличилось примерно вдвое. Такое поведение приводит к увеличению общей производительности практически на несколько мВ.

Альтернативные фторированные фосфоновые и фосфиновые кислоты могут быть более перспективными, поскольку они могут образовывать цепи Grotthus при высокой растворимости O 2 и, следовательно, демонстрируют отличную катодную кинетику. Требуются работы по синтезу C x F y PO 3 H 2 и (C x F y ) 2 PO 2 H, а также по их SO 3 эквивалента H. Эти соединения должны быть полимерными, чтобы обеспечить низкую летучесть, и они не должны содержать значительного количества терминальных групп CF 3 , чтобы избежать смачивания тефлоном настоящих электродов.Отсутствие группы CF 3 не может дать несмачиваемый материал, поскольку FPO 3 H смачивает тефлон. 88 Единственная опубликованная работа по фосфоновым кислотам — это синтез CF 2 (PO 3 H) 2 в 1980 году. 93 Соединение было испытано на токсичность с отрицательными результатами. Было проведено ограниченное испытание FC, 92 , и соединение показало плохую проводимость при T ≥ 150 ° C. Следовательно, его поведение похоже на поведение фторированных сульфоновых кислот, за исключением того, что начало образования гидратов происходит при гораздо более высоких температурах, что было бы выгодно.

Необходимо изучить другие соединения, такие как фторорганические фосфиновые кислоты. В настоящее время предпринимаются попытки синтезировать низшие члены ряда в рамках программы GRI. Возможны совершенно новые классы электролитов. Если присутствие фтора является ключом к повышенной растворимости O 2 и улучшенной кинетике, можно предусмотреть новые полимерные системы с не-C каркасом, возможно, на основе систем B-O-B или Si-O-Si. Следует напомнить, что PA основана на системе P-O-P при рабочих температурах в энергосистеме.Новые полимеры могут быть фторированы, если соответствующие связи F-X (X = B и т. Д.) Стабильны, или, альтернативно, они могут содержать связи -C-F, прикрепленные к основной цепи полимера. Фторуглеродная борная и кремниевая кислоты должны быть сильными и иметь свойства, соответствующие электролитам FC. Смеси этих материалов могут быть полезны, даже такие простые смеси, как фторированный полиэфир в полимере фторсульфоновой кислоты, где стабильный фторированный простой полиэфир не только повышает растворимость O 2 , но также обеспечивает механизм прыжковой перестройки протонов с H 3 O + ионов к -O- группам, тем самым увеличивая проводимость. Подобное растворимое фторсодержащее соединение, добавленное к РА, могло бы увеличить его растворимость O 2 и привести к улучшенной кинетике. Разработка новых семейств неорганических-органических фторированных полимеров также может иметь важные приложения за пределами области FC.

Другой подход — разделение каталитической и транспортной функций электролита. Из-за проблемы проводимости при высокой температуре полимеры перфторуглеродсульфоновой кислоты могут использоваться только в очень тонких пленках в практических ячейках.Существует ограничение на толщину пленки электролита, которую можно разместить в элементах с жидким электролитом. Этот предел, вероятно, составляет около 0,2 мм. При плотности тока 250 мА / см 2 падение ИК-излучения в таком слое может быть допустимым, если допустить наличие материала матрицы и факторов извилистости. Однако лучшим решением было бы разместить слой каталитического электролита, который нерастворим в ПА, внутри самой катодной структуры, чтобы он один находился в контакте с катализатором, в то время как мы полагаемся на ПА в матрице для проводимости между электроды. 94 Каталитический полимерный электролит внутри электрода будет присутствовать в виде пленок толщиной 1-10 мкм, которые будут иметь незначительные ИК-капли. Эта концепция устраняет разрыв между собственно кислотной ячейкой и модификациями ячейки SPE, в которых делаются попытки улучшить проводимость полимера при высокой температуре путем включения протонного проводника Grotthus в полимерную пленку электролита.

Свинцово-кислотные батареи — обзор

3 Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные батареи существуют в качестве коммерческих продуктов более 100 лет и нашли применение в большом количестве различных систем.Наиболее заметное применение было в автомобильной промышленности для запуска двигателей внутреннего сгорания и для обеспечения энергией электрического оборудования в транспортных средствах, такого как фонари, окна и дисплеи. Эти батареи обычно называются батареями SLI (пусковые, осветительные и зажигательные) и способны обеспечивать высокие токи, необходимые для первоначального запуска двигателя. Другие приложения включают фотоэлектрические накопители энергии, резервные накопители энергии (в частности, для обеспечения резервного аварийного питания и бесперебойного питания стратегического оборудования, такого как освещение, телефон и системы связи), а также транспортные устройства, такие как подземные шахтные конвейеры, подводные лодки (особенно для бесшумного оборудования). маневренность в погружении), тележки для гольфа, грузовики для доставки молока и почты, а также небольшие автомобили и грузовики с электрическим приводом.Свинцово-кислотные аккумуляторы составляют примерно 40% от общего объема продаж аккумуляторов в мире, что можно объяснить их хорошо разработанной и надежной технологией и значительным преимуществом в стоимости.

3.1 Общая химия, конструкция и эксплуатация

Свинцово-кислотные батареи состоят из отрицательного металлического свинцового (Pb) электрода, положительного электрода из диоксида свинца (PbO 2 ) и сернокислотного электролита. Общая реакция ячейки:

Pb + PbO2 + 2h3SO4 → 2PbSO4 + 2h3O.

Напряжение свинцово-кислотных элементов в разомкнутой цепи примерно 2 В; Таким образом, стандартная батарея на 12 В (SLI) состоит из шести отдельных ячеек, соединенных последовательно.Во время разряда сульфат свинца (PbSO 4 ) образуется в виде электродов Pb и PbO 2 с водой (H 2 O) в качестве побочного продукта реакции. Поскольку удельный вес (SG) или плотность H 2 SO 4 заметно отличается от H 2 O, удельный вес электролита можно удобно использовать для контроля состояния заряда элементов и батареи и для выявления «мертвых» клеток. Удельный вес свинцово-кислотных элементов зависит от типа конструкции батареи; полностью заряженные элементы обычно имеют удельную плотность около 1.3, тогда как удельный вес полностью разряженных элементов обычно составляет 1,2 или ниже.

Свинцово-кислотные батареи собираются в разряженном состоянии из электродов, которые производятся путем реакции PbO, Pb и серной кислоты с образованием «трехосновного» (3PbO · PbSO 4 ) и «четырехосновного» (4PbO · PbSO 4 ). ) соли, которые либо наклеиваются на плоские свинцовые сетки, либо уплотняются в пористые трубчатые электроды с центральным токосъемным стержнем, а затем отверждаются в контролируемых условиях влажности и температуры.Процесс образования (начального заряда) необходим для преобразования солей в Pb и PbO 2 на отрицательном и положительном электродах соответственно. Красный свинец (Pb 3 O 4 ), который является более проводящим, чем PbO, иногда добавляют к положительному электроду, чтобы способствовать образованию PbO 2 .

Поскольку Pb — мягкий металл (точка плавления 327 ° C), небольшие количества добавок, таких как сурьма, кальций и селен, были использованы для повышения устойчивости свинцовых решеток к нагрузкам.Сурьма, в частности, значительно увеличивает механическую прочность решеток, но также увеличивает их электрическое сопротивление. Дополнительным недостатком сурьмы является то, что во время зарядки может образовываться токсичный стибен (SbH 3 ), что исключает использование свинцово-кислотных аккумуляторов со свинцово-сурьмянистыми электродами в плохо вентилируемых зонах, например, при подземных горных работах и ​​на подводных лодках.

Зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов также может быть опасной. Напряжение свинцово-кислотных аккумуляторов (2 В) выше, чем требуется для электролиза воды, в результате чего во время зарядки аккумуляторов выделяются водород и кислород.Усовершенствования были сделаны с введением свинцово-кислотных батарей с регулируемым клапаном («необслуживаемые»), в которых выделяющийся кислород рекомбинируется со свинцом на отрицательном электроде и в которых выделяется водород, который можно минимизировать добавлением олова к свинцовые сетки, вентилируемые. Тем не менее, выделение водорода может представлять опасность для некоторых конструкций свинцово-кислотных аккумуляторов. Другой неизбежной и неотъемлемой опасностью свинцово-кислотных аккумуляторов является потенциальный риск утечки сернокислотного электролита, который является коррозионным и может вызвать серьезные химические ожоги.

3.2 Транспортные приложения

Несмотря на относительно низкую удельную энергию, свинцово-кислотные аккумуляторные батареи нашли широкое применение во многих транспортных средствах, как уже отмечалось ранее, где радиус действия транспортного средства не является первостепенным. Недостатки, которые в конечном итоге будут иметь значение для свинцово-кислотных аккумуляторов для транспортных средств перед лицом новых альтернативных технологий, — это их относительно низкая удельная энергия и разрушение при длительном хранении, если они хранятся в разряженном состоянии.Тем не менее за последние несколько лет General Motors добилась больших успехов в разработке компактного электромобиля ограниченного производства, известного как EV1, который сейчас находится во втором поколении. Расчетный запас хода составляет 55–95 миль, в зависимости от условий движения, что достигается за счет аэродинамической, легкой конструкции и рекуперативного торможения аккумуляторной батареи. Самое большое преимущество свинцово-кислотных аккумуляторов перед конкурентными технологиями — это стоимость; они в 10 раз дешевле современных никель-металлогидридных, литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов, которые разрабатываются для высокопроизводительных транспортных средств.

BU-307: Как работает электролит?

Узнайте больше о катализаторе, который охватывает электроды батареи и заставляет электрический ток течь.

Электролит служит катализатором, делающим аккумулятор проводящим, способствуя перемещению ионов от катода к аноду при зарядке и в обратном направлении при разрядке. Ионы — это электрически заряженные атомы, которые потеряли или приобрели электроны. Электролит батареи состоит из растворимых солей, кислот или других оснований в жидком, гелеобразном и сухом форматах.Электролит также бывает в виде полимера, который используется в твердотельной батарее, твердой керамики и расплавленных солей, как в натрий-серной батарее.

Свинцово-кислотный

В свинцовой кислоте используется серная кислота . При зарядке кислота становится более плотной, так как оксид свинца (PbO 2 ) образуется на положительной пластине, а затем превращается почти в воду при полном разряде. Удельный вес серной кислоты измеряется ареометром. (См. Также BU-903: Как измерить заряд).Свинцово-кислотные батареи бывают залитых и герметичных форматов, также известных как свинцово-кислотные с регулируемым клапаном (VRLA) или необслуживаемые.

Серная кислота бесцветна с легким желто-зеленым оттенком, растворима в воде и обладает высокой коррозионной активностью. Обесцвечивание до коричневатого оттенка может быть вызвано ржавчиной в результате анодной коррозии или попаданием воды в аккумуляторный блок.

Свинцово-кислотные батареи бывают разной плотности (SG). В аккумуляторах глубокого разряда используется плотный электролит с удельной массой до 1.330 для достижения высокой удельной энергии, стартерные батареи имеют средний удельный вес около 1,265, а стационарные батареи имеют низкий удельный вес около 1,225 до умеренной коррозии и способствуют долговечности. (См. BU-903: Как измерить заряд).

Серная кислота находит широкое применение, а также содержится в очистителях канализации и различных чистящих средствах. Кроме того, он обслуживает переработку полезных ископаемых, переработку полезных ископаемых, производство удобрений, нефтепереработку, очистку сточных вод и химический синтез.

ВНИМАНИЕ Серная кислота может вызвать серьезные повреждения при контакте с кожей и привести к необратимой слепоте при попадании в глаза. Проглатывание серной кислоты вызывает необратимые повреждения.

Никель-кадмиевый (NiCd)

Электролитом в NiCd является щелочной электролит (гидроксид калия) . Большинство никель-кадмиевых батарей имеют цилиндрическую форму, в которой несколько слоев положительных и отрицательных материалов намотаны в рулон желе.Версия NiCd для заливки используется в качестве судовой батареи в коммерческих самолетах и ​​в системах ИБП, работающих в жарком и холодном климате, требующих частой езды на велосипеде. NiCd дороже свинцово-кислотной, но служит дольше.

Металлогидрид никеля (NiMH)

NiMH использует тот же или аналогичный электролит, что и NiCd, который обычно представляет собой гидроксид калия. Электроды NiMH уникальны и состоят из никеля, кобальта, марганца, алюминия и редкоземельных металлов, которые также используются в Li-ion.NiMH доступен только в герметичных версиях.

Гидроксид калия — это неорганическое соединение с формулой КОН, обычно называемое едким калием. Электролит бесцветен и имеет множество промышленных применений, например, как ингредиент в большинстве мягких и жидких мыл. КОН вреден, если он не переварен.

Литий-ионный (Li-ion) В Li-ion

используется жидкий, гелевый или сухой полимерный электролит. Жидкая версия представляет собой горючий органический, а не водный тип, раствор солей лития с органическими растворителями, подобными этиленкарбонату.Смешивание растворов с различными карбонатами обеспечивает более высокую проводимость и расширяет температурный диапазон. Другие соли могут быть добавлены для уменьшения выделения газов и улучшения высокотемпературного цикла.

Литий-ионный аккумулятор

с гелеобразными электролитами получает множество добавок для увеличения проводимости, также как и литий-полимерный аккумулятор. Настоящий сухой полимер становится проводящим только при повышенных температурах, и эта батарея больше не используется в коммерческих целях. Добавки также вводятся для достижения долговечности и уникальных характеристик. Рецепт засекречен и у каждого производителя есть свой секретный соус. (См. Также BU-808b: Почему умирает литий-ионный аккумулятор?)

Электролит должен быть стабильным, но это не относится к Li-ion. На аноде образуется пассивирующая пленка, которая называется поверхностью раздела твердого электролита (SEI) . Этот слой отделяет анод от катода, но позволяет ионам проходить сквозь него подобно сепаратору. По сути, слой SEI должен формироваться, чтобы батарея могла работать. Пленка стабилизирует систему и продлевает срок службы литий-ионного аккумулятора, но это приводит к снижению емкости.На катоде также происходит окисление электролита, что постоянно снижает емкость. (См. Также BU-701: Как заправить батареи)

Чтобы пленки не становились слишком ограничивающими, добавки смешиваются с электролитом, который расходуется во время формирования слоя SEI. Их присутствие сложно, а то и невозможно отследить при проведении судебно-медицинской экспертизы. При этом патентованные добавки являются коммерческой тайной, как их состав, так и используемое количество.

Хорошо известная добавка — виниленкарбонат (ВК).Это химическое вещество увеличивает срок службы литий-ионных аккумуляторов, особенно при более высоких температурах, и сохраняет внутреннее сопротивление на низком уровне с возрастом и использованием. ВК также поддерживает стабильную пленку SEI на аноде без побочных эффектов окисления электролита на катоде (Аурбах и др.). Говорят, что академические и исследовательские сообщества отстают от производителей ячеек в знаниях и выборе добавок, отсюда и большой секрет. (См. Также «Добавки и влияние на эффективность кулоновского цинкования» как часть BU-808b: Что вызывает умиротворение литий-ионных аккумуляторов?

Для большинства коммерческих литий-ионных аккумуляторов слой SEI разрушается при температуре ячейки 75–90 ° C (167–194 ° F).Тип элемента и состояние заряда (SoC) влияют на пробой при повышенной температуре. Может возникнуть самонагревание, которое при неправильном охлаждении может привести к тепловому выходу из строя. Лабораторные испытания ячеек 18650 показали, что такое тепловое явление может развиться в течение двух дней.

Воспламеняемость литий-ионного электролита является еще одной проблемой, и проводятся эксперименты по получению негорючих или восстановленных легковоспламеняющихся электролитов с помощью добавок или разработки неорганических ионных жидкостей. Также проводятся исследования по работе литий-ионных аккумуляторов при низких температурах.На момент написания ни один из этих электролитов не имел широкого коммерческого использования.

Высыхание или медленное превращение жидкого электролита в твердую форму — еще одно событие старения, которое снижает характеристики литий-ионного электролита. «Когда жидкость уходит, батареи разряжены», — говорит Джефф Дан, специалист по литий-ионным батареям и профессор физики. Жидкость электролита — еще один показатель состояния, который относится ко всем химическим свойствам аккумуляторов.

Батареи в портативном мире

Материал по Battery University основан на незаменимом новом 4-м издании « Batteries in a Portable World — A Handbook on Battery for Non-Engineers », которое доступно для заказа через Amazon.com.

BU-803c: Потеря электролита — Battery University

Узнайте, что вы можете сделать, чтобы сохранить целостность своей батареи

Потеря электролита в залитой свинцово-кислотной батарее происходит из-за выделения газа, когда водород улетучивается во время зарядки и разрядки. Удаление воздуха приводит к тому, что электролит становится более концентрированным, и баланс необходимо восстанавливать, добавляя чистую воду. Не добавляйте электролит, так как это снижает удельный вес и сокращает срок службы батареи, вызывая коррозию.

Потеря электролита в герметичных свинцово-кислотных аккумуляторах — повторяющаяся проблема, которая часто вызывается перезарядкой. Тщательная регулировка зарядного и поддерживающего напряжений, а также работа при умеренных температурах сокращают этот сбой. В затопленных батареях потерю воды можно восполнить путем повторного заполнения, но в герметичных батареях потеря воды может привести к высыханию и снижению производительности. Пополнение потерянной жидкости в батареях VRLA путем добавления воды было попыткой с ограниченным успехом. Хотя потерянную емкость часто можно восстановить с помощью катализатора, вмешательство в работу ячеек превращает стек в проект, требующий значительного обслуживания, который требует постоянного контроля.

Батареи

на основе никеля могут терять электролит из-за многократной вентиляции из-за чрезмерного давления во время экстремальной зарядки или разрядки, а также из-за перезаряда. Неточное обнаружение полного заряда и повышенный постоянный заряд могут привести к перезарядке. Это особенно актуально для стареющих и выцветших пакетов. После повторной вентиляции подпружиненное уплотнение ячеек может снова не герметизироваться должным образом, а отложение белого порошка вокруг отверстия уплотнения свидетельствует об утечке. Небрежное производство также может привести к потере электролита.Условия высыхания приводят к образованию «мягкой» ячейки, дефект, который не может быть исправлен. При зарядке напряжение «сухого» элемента становится высоким, потому что аккумулятор не имеет зажимной способности. Он больше не является химически активным и не потребляет ток.

Правильно спроектированный и правильно заряженный литий-ионный элемент не должен выделять газы и не должен терять электролит из-за вентиляции. Несмотря на то, что говорят защитники, элементы на основе лития могут создавать внутреннее давление при определенных условиях, и раздутый элемент мешка является доказательством этого (см. BU-301a: Типы аккумуляторных элементов). Некоторые элементы включают электрический выключатель, который размыкается, если давление в ячейке достигает критического уровня.Другие оснащены мембраной, которая выделяет газы. Многие из этих функций безопасности являются односторонними, что означает, что после активации ячейка становится неработоспособной. Это сделано из соображений безопасности (см. BU-304a: Безопасность литий-ионных аккумуляторов)

Почему в аккумуляторной батарее газ?

При перезарядке аккумулятор выделяет газ, расщепляя воду в электролите на водород и кислород. Аккумуляторная батарея становится «устройством для разделения воды» в результате электролиза. Параллельно с топливным элементом, но он действует наоборот, превращая кислород и водород в электричество, производя воду.Энергия необходима для производства кислорода и водорода, а аккумулятор получает энергию за счет перезарядки.

Батареи в портативном мире

Материал по Battery University основан на незаменимом новом 4-м издании « Batteries in a Portable World — A Handbook on Battery for Non-Engineers », которое доступно для заказа через Amazon.com.

Startup предлагает новый электролит для свинцово-кислотных аккумуляторов

Стартап из Мичигана хочет вдохнуть жизнь в известную свинцово-кислотную батарею, предлагая менее токсичную замену сернокислотному электролиту, который был основным продуктом более века.

Tydrolyte видит свой новый электролит в самых разных областях, от автомобильных аккумуляторов с остановкой и запуском до вилочных погрузчиков и гольф-каров. «Основное различие заключается в том, что батареи с серной кислотой имеют тенденцию к довольно быстрому разложению», — сказал Пол Бундшу, генеральный директор Tydrolyte, Design News на недавней выставке Battery Show . «В то же время батареи из нашего материала имеют тенденцию разлагаться намного медленнее».

Сообщается также, что новый химический состав электролита имеет более низкое сопротивление заряда, что позволяет ему заряжаться быстрее.И он менее реагирует с растениями и животными. На стенде компании на выставке Бундшу продемонстрировал низкую токсичность жидкости, разбрызгав немного на лицо и приложив к языку. По словам Бундшу, такая низкая токсичность послужит преимуществом для безопасности на производственных предприятиях, где производятся свинцово-кислотные батареи.

На выставке Battery Show представители Tydrolyte продемонстрировали новый электролит с pH, аналогичным pH серной кислоты (примерно 1.0). Исполнительный директор компании также плеснул жидкостью на лицо, чтобы показать ее низкую токсичность. (Источник изображения: Design News)

Тидролит отказался подробно описывать химический состав нового материала на данном этапе, сказав только, что он является новым и что патент находится на рассмотрении. Компания сообщила только, что этот материал имеет pH, аналогичный pH серной кислоты (от 0 до 1), и в нем используются сульфаты для реакции со свинцом и пластинами из диоксида свинца так же, как и в обычных свинцово-кислотных аккумуляторах.

Если поставщики примут новую технологию стартапа, это станет серьезным отклонением для индустрии аккумуляторов. Свинцово-кислотные батареи, изобретенные в 1859 году, большую часть своей истории использовали серную кислоту в качестве электролита.

Конечно, реакция промышленности на новую химию неизвестна. Но руководители Tydrolyte настроены оптимистично. Независимые инженеры-испытатели из Electric Applications, Inc. показали, что батареи, в которых используется новый электролит, имеют такую ​​же емкость и значения силы тока холодного пуска, что и батареи, в которых используется серная кислота с аналогичным удельным весом.Испытания также показали меньшую потерю воды, лучшее принятие импульсного заряда, более высокую эффективность зарядки и более длительный срок службы при высоких рабочих температурах. По словам Бундшу, фактор срока службы может привести к увеличению продолжительности жизненного цикла, календарного срока или срока годности.

В случае успеха новая технология может предложить толчок инновациям для очень большого рынка. Хотя использование свинцовой кислоты в значительной степени считается само собой разумеющимся, это все еще рынок с оборотом в 36 миллиардов долларов, на который приходится около 80% отрасли в пересчете на мощность.

«В свинцово-кислотной батарее осталось много жизни», — сказал Бундшу. «Об этом мало говорят в СМИ, потому что он зрелый. Но он по-прежнему остается доминирующим игроком, и еще есть много возможностей для инноваций ».

Старший технический редактор Чак Мюррей пишет о технологиях уже 34 года. Он присоединился к Design News в 1987 году и занимался электроникой, автоматизацией, гидроэнергетикой и автомобилем.

Today’s Insights.Технологии завтрашнего дня.
ESC возвращается в Миннеаполис, 31 октября — ноябрь. 1, 2018, с новой, углубленной двухдневной образовательной программой , разработанной специально для нужд современных специалистов по встраиваемым системам. Благодаря четырем комплексным трекам, новым техническим руководствам и множеству ведущих инженеров на сцене вы получите специализированное обучение, необходимое для создания конкурентоспособных встраиваемых продуктов. Получите практические навыки в классе и поговорите напрямую с инженерами и разработчиками, которые помогут вам работать быстрее, дешевле и эффективнее.
Ссылка, которую вы предоставили, не работает, потому что вы связались с конкретным документом по номеру версии, и я обновляю документ и перевыпускаю новую версию с новым номером, когда могу. Я публикую обновления по новому URL-адресу статьи, но для постоянной ссылки последнюю версию можно найти, перейдя по этому URL-адресу:
http://rainingspiritdojo.com.au/downloads/alternativeleadacidsulphates-overview-dominichawkins-v1.1.pdf

Не беспокойтесь, что в ссылке написано v1.1, это PDF-файл со ссылкой на последнюю версию.

Re: моя работа.
В свинцово-кислотной химии так много направлений, и использование альтернативных электролитов — лишь одна из областей.
Десульфатирование и омоложение старых клеток FLA — еще одна огромная и интересная область.

10 лет назад я тоже не мог присоединиться к науке, стоящей за «как и почему», но теперь у меня есть твердое представление о задействованных процессах и годы испытаний, чтобы продемонстрировать это.

Я заканчиваю свою последнюю версию другого документа, озаглавленного «Десульфатирование свинцово-кислотных аккумуляторов», и на моем веб-сайте будет ссылка на него также из того же файла PDF.
Но не ждите до конца 2018 года 🙂

Последняя версия моей статьи «Альтернативные электролиты для свинцово-кислотных аккумуляторов» до версии 1.5, и я вернулся и в основном переписал 20 страниц предыдущей статьи, так что следите за обновлениями. 🙂

На данном этапе, с точки зрения хорошего универсального электролита для простой замены жидкости, победителем должен быть один из «двойных сульфатов металлов» или «квасцов».
Он не только относится к сульфату калия-алюминия (который обычно также называют «квасцами»), но может работать с различными соединениями сульфата с двойной связью металла.
У меня были хорошие успехи с использованием сульфата натрия-алюминия, поскольку он имеет более высокую растворимость, чем аналог калия, и я могу получить более высокие молярные концентрации на литр, что больше влияет на площадь поверхности пластины, обеспечивая большую общую Ач / емкость.

Обратите внимание, рабочие характеристики свинцово-кислотного элемента существенно изменились !. Я обнаружил, что большая разница возникает даже в зависимости от того, «как» приготовить соединение двойного сульфата металла. Например, если взять рабочий предварительно заряженный свинцово-кислотный элемент (это означает, что позитрод представляет собой смесь PbO и PbO2, а негатрод представляет собой губчатую свинцовую массу) и заполнить его сульфатом алюминия, заряжая его со скоростью 1C при 4 В, (он полностью наносит алюминий на отрицательный электрод), затем добавление сульфата натрия и разряд дает очень разные результаты и кривые разряда, чем предварительное приготовление сначала натрий-алюминиево-сульфатного (NaAl (SO4) 2), а затем заполнение ячейки.См. Приведенный ниже график разряда свинцово-кислотных аккумуляторов с алюминиевым покрытием. Производительность дает примерно 1/5 номинальной емкости свинцово-кислотного аккумулятора при использовании серной кислоты в соотношении 5M, но я не обнаружил образования сульфата свинца при 100% разряде. См. Прилагаемые различные диаграммы разряда для различных соединений электролита по сравнению с тем же свинцово-кислотным элементом на 100 Ач.

Я пришел к выводу, что в отношении современного стандарта свинцово-кислотной химии определенно требуется низкий уровень pH для обеспечения образования слоев оксида PbO / PbO2 на пластинах позитрода, и что ряд альтернативных электролитов будут работать, если они также имеют низкие значения pH.

— Сильф Хокинс

Pb-Al-cell-Discharge-Curves-JAN-2017.png

График разряда элемента Pb / Al (покрытый алюминием на свинцовом негатроде) с использованием электролита NaAl (SO4) 2.

Диаграмма разряда-теста-NaAL (SO4) 2.png

График разряда Pb / Pb-элемента с электролитом NaAl (SO4) 2.

h4BO3-Discharge-Test Curve-Jan-2017.png

График разряда Pb / Pb элемента с использованием электролита борной кислоты (h4BO3).

аккумуляторов | Бесплатный полнотекстовый | Концентрация присадки к электролиту для максимального накопления энергии в свинцово-кислотных аккумуляторах

1.Введение

Добавление химической добавки к электролиту свинцово-кислотной батареи может изменить удельную энергию, которую батарея может хранить. Этот факт известен с момента изобретения батареи и в настоящее время является предметом исследований, представляющим большой интерес для индустрии аккумуляторов. В этой статье представлен общий метод оценки влияния добавок электролита на энергоемкость свинцово-кислотной батареи и определения наилучшей концентрации добавки для использования. Рассматриваемая добавка к электролиту является довольно общей.Это может быть химическое соединение или смесь химикатов; суспензия или гель, используемый для иммобилизации электролита. Единственное ограничение заключается в том, что добавка — какой бы она ни была — должна находиться в химическом равновесии и иметь низкую реакционную способность по отношению к другим компонентам батареи.

Добавки также добавляются в электролит батареи по множеству других причин, таких как продление срока службы батареи, уменьшение коррозии электродов, улучшение проводимости, уменьшение выделения газа на электродах, защита от перезарядки или глубокой разрядки и т. Д.Добавки, полезные в некоторых отношениях, могут быть вредными в других. Таким образом, выбор и концентрация добавки всегда должны оцениваться с учетом побочных эффектов, которые она вызывает. Это означает, в частности, что добавка, повышающая энергоемкость батареи, может оказаться нежизнеспособной, по крайней мере, при определенных концентрациях из-за других нежелательных эффектов, которые она вызывает.

Существуют сотни статей, книг и патентов, посвященных добавкам электролита и их влиянию на свинцово-кислотные батареи.Полный обзор литературы выходит за рамки настоящей статьи. Глава 3 книги Павлова [1] содержит сравнительно краткий обзор основной литературы по этой теме примерно до 2011 года. Это касается классических неорганических добавок (фосфорная кислота, борная кислота, лимонная кислота, сульфат стронция, сульфат натрия), углеродных суспензий, и эмульсии органических полимеров. В настоящее время большой потенциал ионных жидкостей как добавок к электролитам активно изучается [2] из-за способности этих солей расширять электрохимическое окно воды [3,4,5].Кроме того, большой практический интерес представляет изучение добавок, которые производят гелеобразные электролиты, в связи с их применением в области электрического передвижения [6,7,8]. Интересное исследование добавления добавки к загущенному электролиту было недавно представлено в [9].

Разнообразие доступных добавок делает невозможным выработку общих правил о наилучшей добавке и наилучшей концентрации для использования для данной цели. Следовательно, настоящая статья по необходимости должна быть достаточно ограниченной по объему.По этой причине, игнорируя другие эффекты, в данной статье основное внимание уделяется влиянию добавок на емкость аккумуляторов энергии. Представленный анализ дает общий способ оценить влияние любой добавки электролита на эту емкость. Он также показывает, как можно определить концентрацию добавки, которая максимизирует эту емкость, на основе небольшого количества основных экспериментальных данных. Конечно, положительная оценка добавки в отношении энергоемкости батареи не исключает необходимости выяснять, вызывает ли добавка нежелательные побочные эффекты и в какой степени.Однако в поисках лучших добавок для увеличения емкости аккумуляторов энергии результаты настоящей статьи могут помочь быстро отказаться от неэффективных добавок, что значительно упростит процесс выбора.

Центральным элементом анализа этой статьи является наблюдение, что при любой конечной температуре внутренняя энергия любой системы конечного объема должна быть конечной. Это следствие принципа сохранения энергии или первого закона термодинамики. При довольно общих предположениях, которым соответствует большинство природных систем и, в частности, растворы электролитов, это наблюдение вместе со вторым законом термодинамики подразумевает ограничение удельной свободной энергии, которую электролит может накапливать и изотермически подавать.Этот момент обсуждается в разделе 3. Подобный анализ ранее применялся в [10] для определения максимальной энергетической емкости живой клетки — проблема, которая концептуально аналогична рассмотренной здесь. Настоящий подход приводит к определению предельная кривая батареи (Раздел 4). Эта кривая определяет предельную концентрацию компонентов электролита, при превышении которой батарея претерпевает необратимые изменения или повреждения, которые могут сократить срок службы батареи. В случае свинцово-кислотной батареи это повреждение проявляется в выделении O 2 на положительном электроде при избыточном заряде или в необратимом сульфировании отрицательного электрода при избыточном разряде.Указанная предельная кривая помогает не только определить значение максимального увеличения энергоемкости аккумулятора, которое может быть достигнуто за счет использования данной добавки к электролиту, но также и для определения значения концентрации добавки, которая обеспечивает это максимальное увеличение. . Это также приводит к установлению теоретических пределов заряда, в которых батарея может работать без необратимых изменений. Практический пример применения полученных результатов приведен в разделе 5.

2. Свободная энергия аккумуляторных электролитов с добавками

Свободная энергия раствора или смеси — это сумма свободных энергий его компонентов. Таким образом, если nh3O, nh3SO4 и n j (j = 1, 2,…, k) обозначают моль воды, моль серной кислоты и моль добавок, соответственно, свободная энергия Гиббса Pb -кислый электролит аккумуляторной батареи при давлении p и абсолютной температуре T определяется как:

G = G (nh3O, nh3SO4, n1, n2, …, nk, p, T) = nh3O μh3O + nh3SO4 μh3SO4 + ∑j = 1k nj μj + C

(1)

Здесь μh3O, μh3SO4 и μ j — парциальные молярные энергии Гиббса или химические потенциалы воды, серной кислоты и добавок соответственно, а C — произвольная константа.Химический потенциал любого компонента раствора или смеси всегда можно выразить в виде:

μ = μo (po, T) + V¯ Δp + R T lna

(2)

В этом уравнении μ o — химический потенциал рассматриваемого компонента в стандартном состоянии при давлении p o и температуре T, а V¯ — парциальный молярный объем того же компонента, R — универсальная газовая постоянная. , Δp — p — p o и, наконец, a — активность или эффективная концентрация рассматриваемого компонента.

Ниже приведено мольное соотношение:

xh3O = nh3Onh3O + nh3SO4 + ∑j = 1k nj

(3)

принимается как мера концентрации растворителя, в то время как концентрации серной кислоты и добавок измеряются в молях (моль на кг H 2 O) и обозначаются bh3SO4 и b j соответственно. То есть:

bh3SO4 = nh3SO4mh3O = nh3SO4n h3O Mh3O

(4)

и:

bj = njmh3O = njn h3O Mh3O

(5)

где M H 2 O = 18.015 × 10 −3 кг · моль −1 — молярная масса воды. В этих обозначениях активности компонентов электролита можно выразить как:

ah3O = γh3O xh3O = γh3O nh3Onh3O + nh3SO4 + ∑j = 1k nj

(6)

ah3SO4 = γh3SO4 bh3SO4 = γh3SO4 nh3SO4mh3O = γh3SO4 nh3SO4n h3O Mh3O

(7)

и:

aj = γj bj = γj njmh3O = γj njn h3O Mh3O

(8)

где γh3O, γh3SO4 и γ j — соответствующие коэффициенты активности, которые, как правило, зависят от nh3O, nh3SO4 и n j , кроме T и p.Выражая μh3O, μh3SO4 и μ j в уравнении (2) и используя уравнения (6) — (8), мы можем записать уравнение (1) как:

G = nh3O μh3Oo (po, T) + nh3SO4 μh3SO4o (po, T) + ∑j = 1s nj μjo (po, T) + VΔp + R T [nh3Oln γh3O nh3Onh3O + nh3SO4 + j γ = 1k nj3SO4 + nh3SO4 Mh3O + ∑j = 1k njlnγj nj n h3O Mh3O] + C

(9)

При написании этого уравнения мы использовали следующее уравнение:

V = nh3O V¯h3O + nh3SO4 V¯h3SO4 + ∑j = 1k nj V¯j

(10)

которая связывает парциальные молярные объемы V¯h3O, V¯h3SO4 и V¯j компонентов электролита с объемом электролита, V.Свободная энергия Гельмгольца Ψ и свободная энергия Гиббса связаны друг с другом известным уравнением: Отсюда и из уравнения (9) получается свободная энергия Гельмгольца электролита:

Ψ = nh3O μh3Oo (po, T) + nh3SO4 μh3SO4o (po, T) + ∑j = 1s nj μjo (po, T) — poV + R T [nh3Oln γh3O nh3Onh3O + nh3SO4 + j γ = 1k nj3On + nh3SO4 Mh3O + ∑j = 1k njlnγj nj n h3O Mh3O] + C

(12)

Приведенные выше формулы являются стандартными. Однако, как видно из уравнения (7), введенный выше коэффициент активности γh3SO4 относится к общей концентрации серной кислоты.Этот коэффициент следует отличать от среднего коэффициента активности ионов серной кислоты, который может быть обозначен как γh3SO4 ± и обычно рассматривается в электрохимии (хотя и реже при работе с свинцово-кислотными батареями). Использование γh3SO4 вместо γh3SO4 ± упрощает следующие формулы, поскольку детали диссоциации серной кислоты на ионы не играют какой-либо явной роли в данном подходе. Связь между двумя коэффициентами активности:

γh3SO4 = 4 (bh3SO4) 2 · (γh3SO4 ±) 3

(13)

Это можно получить из уравнения (7), если выразить ah3SO4 как функцию от γh3SO4 ± в соответствии со стандартными формулами для ионных растворенных веществ (см.g., раздел 7.4 в [11],). И γh3SO4, и γh3SO4 ± зависят от bh3SO4, и их лучше всего определить из эксперимента. Важное упрощение уравнения (12) достигается введением следующего уравнения:

∑j = 1k nj lnγj njn h3O M h3O = nadd lnγadd naddn h3O M h3O

(14)

доказательство которого в несколько измененном виде дано в [10]. В этом уравнении мы устанавливаем:

nadd = ∑j = 1k nj

(15)

и:

γadd = M h3Onadd [∏j = 1k (γj njMh3O) nj] 1neq

(16)

где символ Π обозначает произведение последовательности, т.е.е.,:

∏i = 1kyi = y1⋅y2⋅ … ⋅yk

(17)

Переписав правую часть уравнения (12) в виде суммы двух частей и используя уравнение (14), свободную энергию Гельмгольца электролита можно в общем виде выразить как:

Ψ = Ψ ′ + Ψ ″

(18)

где функции Ψ ′ и Ψ ″ задаются формулами:

Ψ ′ = Ψ ′ (nh3O, nh3SO4, n1, n2, …, nk, po, T) = nh3O μh3Oo (po, T) + nh3SO4 μh3SO4o (po, T) + ∑j = 1s nj μjo (po, Т) + С

(19)

и:

Ψ ″ = Ψ ″ (nh3O, nh3SO4, nadd, p, T) = R T [nh3Oln γh3O nh3O nh3O + nh3SO4 + nadd + nh3SO4ln γh3SO4 nh3SO4n h3O Mh3O + naddlnγ 900] naddlnγ

(20)

соответственно.Как обсуждается в следующем разделе, ″ — это часть, которая определяет допустимый диапазон электролита. Таким образом, что касается определения этого диапазона, уравнение (20) позволяет нам заменить все добавки электролита только одной фиктивной добавкой в ​​количестве n добавить и коэффициент активности γ добавить . Такую добавку мы будем называть эквивалентной добавкой. Уравнение (20) является достаточно общим. Это применимо к любой комбинации добавок, будь то жидкости, твердые суспензии, коллоиды или любые их смеси.Независимо от количества и типа добавок, значения n add и γ add могут быть определены экспериментально, используя тот факт, что, как обсуждается в следующем разделе, существует предел максимального количества свободной энергии, которое любая конечная система может храниться в изотермических условиях. Подробности соответствующей экспериментальной процедуры приведены в Разделе 5.

3. Предел свободной энергии раствора электролита

При любой заданной конечной температуре количество нетепловой энергии, которую конечная система может хранить или поставлять, конечно.Это непосредственное следствие первого закона термодинамики. Это подразумевает ограничение максимальной энергии, которую может хранить система. Если рассматривать в свете второго закона термодинамики, предел максимальной энергии влечет за собой ограничение на состояния, которых система может достичь, не подвергаясь необратимым изменениям в ее основных свойствах. При довольно общих предположениях такое ограничение определяет область всех состояний, которых может достичь система, не претерпевая необратимых изменений своих свойств.Эта область является (термодинамически) допустимым диапазоном системы. Его границы — это предельная поверхность системы. Частный случай решений, который нас интересует в данной статье, подробно обсуждается в [10]. Систематическое введение по этому вопросу, включая общие системы, дается в [12].

Из классической термодинамики мы знаем, что при постоянной температуре количество нетепловой энергии, которую система может хранить или отдавать, равно изменению свободной энергии Гельмгольца системы.Однако не вся свободная энергия системы подвержена термодинамическим ограничениям. Например, любая чисто механическая часть свободной энергии системы, например, потенциальная энергия, обусловленная весом системы, не ограничивается термодинамикой. Следовательно, при поиске допустимого диапазона системы следует пренебречь той частью свободной энергии системы, которая не ограничена термодинамикой.

В данном случае часть свободной энергии электролита, не ограниченная термодинамикой, равна Ψ ′.Это очевидно из уравнения (19), поскольку Ψ ‘равно сумме свободных энергий компонентов электролита в их стандартном состоянии. Таким образом, Ψ ‘зависит от количества этих компонентов (nh3O, nh3SO4, n1, n2, …, nk) независимо от того, находятся ли они в растворе или отделены друг от друга. Поскольку нет термодинамического предела количеству материала, которое может быть объединено в систему, нет термодинамического предела для значений, которые может принимать ′. Совершенно иная ситуация для ″.Как следует из уравнений (6) — (8) и (20), ″ зависит от концентрации вышеуказанных компонентов. Таким образом, это относится к энергии, которую эти компоненты имеют в результате их взаимного взаимодействия, когда они смешиваются вместе. Поэтому любое термодинамическое ограничение энергии раствора электролита должно быть ограничением на ″, хотя полная свободная энергия раствора представляет собой сумму Ψ ″ плюс часть энергии Ψ ′, которую несет каждый компонент, независимо от присутствия. других компонентов.

На самом деле, можно проверить, что ″ — это лишь небольшая часть Ψ. Наибольшая часть общей свободной энергии, которую батарея может хранить или поставлять, связана с Ψ ′ и происходит за счет изменений в nh3O и nh3SO4, которые производятся химическими реакциями, происходящими в электролите. Как бы то ни было, ″ определяет допустимый диапазон электролита. Как следствие, ″ устанавливает предел полной свободной энергии батареи Ψ, потому что он ограничивает диапазон изменения nh3O и nh3SO4.Подобная ситуация может также относиться к растворам, содержащим химически реагирующие компоненты. Например, в случае живой клетки часть свободной энергии цитозоля, которая определяет допустимый диапазон клетки, составляет лишь часть полной свободной энергии цитозоля [10]. В этом случае также небольшая часть общей свободной энергии цитозоля устанавливает предел для количества компонентов раствора, тем самым ограничивая энергию, которую живая клетка может хранить или выделять, и, следовательно, ее способность действовать.Чтобы сделать следующий анализ независимым от количества электролита, удобно ссылаться на молярную концентрацию ″ на кг растворителя. Эта концентрация энергии обозначается ψ ″ и получается делением обеих частей уравнения (20) на nh3OMh3O (т.е. на вес в килограммах воды, содержащейся в электролите):

ψ ″ = ψ ″ (nh3O, nh3SO4, nadd, p, T) = R T Mh3O [ln γh3O nh3O nh3O + nh3SO4 + nadd + nh3SO4nh3Oln γh3SO4 nh3SO4n h3O Mh3O ¯ naddnO ¯ Mh3O ¯ naddnO 900] naddnO3

(21)

где V¯ — объем электролита на моль растворителя:

В обоих приведенных выше уравнениях nh3O является переменной, поскольку количество молей воды в электролите изменяется по мере зарядки или разрядки аккумулятора.

В дальнейшем температура считается постоянной. Более того, зависимость свободной энергии от p будет игнорироваться, как это обычно делается в отсутствие газовых фаз, а также при работе при постоянном давлении или почти таком. Таким образом, если ψmax ″ — значение, которое ψ ″ достигает в термодинамическом пределе, упомянутом выше, следующее соотношение: применяется ко всем состояниям, которых может достичь электролит при рассматриваемой температуре. Вместе с уравнением (21) уравнение (23) определяет допустимый диапазон электролита в пространстве переменных nh3O, nh3SO4, nadd.Предельная поверхность электролита является границей этого диапазона:

Следовательно, он является эквипотенциальным для ψ ″ или Ψ ″ (одна и та же поверхность, однако, не является эквипотенциальным для полной свободной энергии системы или для ее части Ψ ′, как уравнения (18) и (19) показывать).

Несмотря на то, что V¯ изменяется, при нормальной работе от батареи он претерпевает незначительные изменения (менее примерно 0,3%). Что касается настоящего анализа, то член p ° V¯ / Mh3O, который появляется в уравнении (21), можно рассматривать как константу.Как следствие, его вкладом в ψ ″ и ψmax ″ можно в хорошем приближении пренебречь при применении уравнений (23) и (24), потому что добавление или вычитание постоянного члена к обеим сторонам этих соотношений несущественно. Соответственно, при определении допустимого диапазона и предельной поверхности электролита или предельной кривой батареи мы впредь будем игнорировать член -p ° V¯ / Mh3O в крайней правой части уравнения (21). С этим условием допустимый диапазон электролита можно выразить как:

R T Mh3O [lnγh3O nh3O nh3O + nh3SO4 + nadd + nh3SO4nh3Oln γh3SO4 nh3SO4n h3O Mh3O + naddnh3Olnγadd nadd n h3O Mh3O] ≤ψmax ″

(25)

В трехмерном пространстве (nh3O, nh3SO4, n добавить ) это соотношение определяет область всех состояний, которых может достичь электролит без необратимых изменений.Границей этой области является предельная поверхность электролита:

R T Mh3O [lnγh3O nh3O nh3O + nh3SO4 + nadd + nh3SO4nh3Oln γh3SO4 nh3SO4n h3O Mh3O + naddnh3Olnγadd nadd n h3O Mh3O] = ψmax ″

(26)

и он представляет собой поверхность в трехмерном пространстве, упомянутом выше.

4. Допустимый диапазон и предельная кривая батареи

Не все состояния допустимого диапазона из уравнения (25) могут быть доступны электролиту внутри батареи. При нормальных условиях эксплуатации аккумулятор не обменивается материалами с окружающей средой.В этих условиях общее количество молекул воды и серной кислоты внутри батареи остается постоянным. Это непосредственное следствие хорошо известной общей реакции, контролирующей работу батареи:

Pb (s) + PbO 2 (s) + 2H 2 SO 4 (водный) ⇌ 2PbSO 4 (s) + 2H 2 O (л)

(27)

При разряде аккумулятора реакция идет слева направо. Это дает две молекулы воды на каждые две молекулы серной кислоты, которые потребляются.Зарядка аккумулятора вызывает реакцию в противоположном направлении, в результате чего на каждые две молекулы потребленной воды выделяются две молекулы серной кислоты. В обоих случаях сумма nh3O и nh3SO4 остается постоянной. Таким образом, в любой момент процесса зарядки или разрядки аккумулятора мы имеем:

n h3O + nh3SO4 = n ¯

(28)

где n¯ — постоянная. Значение этой константы зависит от подготовки батареи и может быть определено по значениям nh3O и nh3SO4 в любое время срока службы батареи.В частности, пусть nh3Oo и nh3SO4o будут значениями nh3O и nh3SO4 электролита, который должен быть введен в батарею. Они совпадают со значениями nh3O и nh3SO4 в электролите внутри батареи, когда батарея начинает работать после заполнения. Следовательно, должно выполняться следующее уравнение:

n¯ = nh3Oo + nh3SO4o

(29)

который фиксирует n¯. Уравнение (28) может использоваться для исключения переменной nh3O из уравнений (25) и (26). Это уменьшает количество независимых переменных, фигурирующих в этих уравнениях, тем самым дополнительно ограничивая диапазон состояний, которые может достигать электролит.Более точно, вводя уравнение (28) в уравнение (25), мы получаем допустимый диапазон заряда батареи:

R T Mh3O [ln γh3O (n¯ − nh3SO4) n¯ + nadd + nh3SO4n¯ − nh3SO4ln γh3SO4 nh3SO4 (n¯ − nh3SO4) Mh3O + naddn¯ − nh3SO4lnγadd nadd (n¯4) −nh3SO 900

(30)

Это область плоскости (nh3SO4, n добавить ), которая содержит все состояния, которых может достичь электролит при нормальной работе батареи без необратимых изменений. Его граница — это предельная кривая батареи.Его можно получить, взяв знак равенства в уравнении (30):

R T Mh3O [ln γh3O (n¯ − nh3SO4) n¯ + nadd + nh3SO4n¯ − nh3SO4ln γh3SO4 nh3SO4 (n¯ − nh3SO4) Mh3O + naddn¯ − nh3SO4lnγadd nadd (n¯4) nh3SO 900

(31)

Эта кривая на плоскости (nh3SO4, n прибавить ) ограничивает область всех состояний, которые электролит может обратимо достичь, когда он работает внутри батареи.

Уравнения (27) — (31) применимы к свинцово-кислотным батареям, содержащим нереагирующие добавки электролита, т.е.е. присадки, которые не вступают в химическую реакцию между собой или с другими компонентами батареи. В промышленных батареях обычно используются нереагирующие добавки. Как указывалось ранее, это единственные добавки, о которых мы говорим в этой статье. Те же уравнения также применимы, в частности, в отсутствие добавок электролита, и в этом случае n добавляет = 0.

Типичная предельная кривая ψ ″ = ψmax ″ и, таким образом, перемещает состояние батареи вверх, т. Е. по линии AB на рисунке 1.Допустимый диапазон заряда батареи — это затененная область на кривой. Количество добавки в электролите остается постоянным во время заряда и разряда, поскольку добавка химически неактивна. Таким образом, зарядка или разрядка батареи в этом диапазоне смещает состояние батареи вверх и вниз по вертикальной линии, n добавить = константа в плоскости рисунка 1. Необратимые изменения происходят в электролите, если предельная кривая батареи превышено. Более конкретно, зарядка батареи увеличивает nh3SO4 и, таким образом, перемещает состояние батареи вверх, т.е.е., по линии AB на фиг.1, процесс обратим, пока состояние батареи остается в пределах сегмента AB. Однако при превышении точки A на положительном электроде происходит выделение кислорода, что делает процесс необратимым. Аналогичная ситуация возникает при разряде. В этом случае процесс разряда потребляет серную кислоту, и состояние батареи перемещается вниз по линии AB. Точка B на предельной кривой батареи — это предел обратимой разрядки. За пределами этой точки напряжение батареи становится ниже, чем напряжение, необходимое для поддержания реакции отрицательного электрода:

Pb + H 2 SO 4 ⇌ PbSO 4 + H 2

(32)

в химическом равновесии.Это заставляет реакцию необратимо идти вправо. Это явление происходит сравнительно быстро и известно как сульфатирование. Это приводит к образованию нерастворимых кристаллов PbSO 2 на отрицательном электроде с сопутствующим выделением водорода. Выделение кислорода и водорода в пределах допустимого диапазона связано с электрохимическими окнами воды. Читателю предлагается обратиться к соответствующей литературе для получения подробной информации о химических реакциях, регулирующих электрохимическую стабильность воды в водных электролитах (см. E.g., ([13,14,15,16,17]). Ширина допустимого диапазона по вертикальной линии через n добавить обозначена как Δnh3SO4 на рисунке 1. Эта ширина представляет максимальное количество серной кислоты, которое на килограмм воды с растворителем, может обратимо реагировать согласно уравнению (27). Таким образом, чем больше эта ширина, тем большее количество энергии аккумулятор может хранить и производить без ухудшения электролита. Максимальное значение Δnh3SO4 достигается при n add = nadd ∗ и обозначено как Δnh3SO4 ∗ на приведенном выше рисунке.Поскольку количество водного растворителя зависит от состояния заряда батареи, может быть удобно определять концентрацию добавки со ссылкой на фиксированное состояние заряда батареи. Это будет приниматься как гипотетическое состояние полного разряда, которого аккумулятор достигнет после того, как вся серная кислота в электролите будет израсходована в соответствии с уравнением (27). В этом состоянии количество воды в электролите будет n h3O = n¯, согласно уравнению (28). Поэтому, когда речь идет об этом гипотетическом состоянии, молярная концентрация добавки к электролиту, соответствующая nadd ∗, определяется как:

badd ∗ = nadd ∗ n¯ Mh3O

(33)

Это можно рассматривать как номинальную молярность добавки, которая требуется для получения максимальной емкости накопления энергии в батарее.

Пусть Δnh3SO4o будет значением Δnh3SO4, когда электролит аккумулятора не содержит присадок (см. Рисунок 1). Поскольку энергия, которую батарея может хранить или поставлять, пропорциональна молям серной кислоты, которые подчиняются уравнению (27), соотношение:

ηmax = Δnh3SO4 ∗ −Δnh3SO4oΔnh3SO4o

(34)

представляет собой наибольшее относительное увеличение максимальной емкости накопителя энергии, которое может быть получено от данной добавки к электролиту. Конечно, η max зависит от используемой добавки из-за зависимости от добавки кривой предельных значений батареи.

5. Экспериментальное определение предельной кривой

Чтобы определить предельную кривую для батареи, нам нужно знать значения ψmax ″ и γ , прибавить , которые необходимо ввести в уравнение (31). Эти значения могут быть определены экспериментально следующим образом. Начнем с наблюдения, что уравнение (31) выполняется, в частности, когда электролит не содержит добавок. В этом случае n добавить = 0 и уравнение (31) сводится к:

R T Mh3O [ln γh3O (n¯ − nh3SO4) n¯ + nh3SO4n¯ − nh3SO4ln γh3SO4 nh3SO4 (n¯ − nh3SO4) Mh3O] = ψmax ″

(35)

Это уравнение применяется на границе допустимого диапазона заряда батареи.Величина n¯, фигурирующая здесь, задается уравнением (29). Это зависит от подготовки батареи, но не от наличия добавок электролита. Таким образом, работая с батареей, лишенной электролитической добавки, мы увеличиваем состояние заряда батареи до тех пор, пока не достигнем предельной точки, за которой кислород начинает выделяться на положительном электроде в условиях разомкнутой цепи (точка A ° на рисунке 1). Появление этого необратимого явления свидетельствует о том, что состояние аккумулятора достигло предельной кривой.Мы определяем значение nh3SO4 на этом пределе и подставляем его в уравнение (35). Таким образом, мы можем вычислить ψmax ″. Как известно, концентрация серной кислоты и напряжение аккумулятора связаны друг с другом (см., Например, [18,19,20,21]). Следовательно, вместо определения предельного значения nh3SO4 мы можем определить максимальное напряжение холостого хода, при котором батарея сохраняет свой заряд, не производя кислорода на положительном электроде. Это напряжение значительно выше стандартного (1.229 В) электролиза воды [22] из-за перенапряжения, возникающего на электродах батареи. Степень перенапряжения зависит от свойств поверхности электрода и наличия в электродах небольших количеств различных добавок, вводимых при их изготовлении. Как видно из уравнений (20) и (21), функции ″ и ψ ″ не зависят от свободной энергии электродов. Однако перенапряжение, создаваемое электродами, влияет на допустимый диапазон и предельную кривую батареи, так как оно влияет на предельное значение nh3SO4 и, следовательно, на значение ψmax ″.Это приводит к тому, что допустимый диапазон и предельная кривая для батареи зависят от свойств батареи в целом, а не просто от свойств ее электролита.

Процедура определения γ add аналогична процедуре определения ψmax ″. Однако в этом случае электролит аккумулятора должен содержать известное количество присадки. Мы снова заряжаем аккумулятор до предела, при котором кислород образуется на положительном электроде в условиях разомкнутой цепи. Мы определяем соответствующее значение nh3SO4 и вставляем его вместе с рассматриваемым значением n , прибавляем в уравнение (31).Поскольку ψmax ″ уже определено, единственное неизвестное в этом уравнении — это γ add , который, таким образом, может быть определен. Из-за наличия трансцендентных членов значение γ add лучше всего рассчитывать графически или численно.

В качестве примера рассмотрим типичный автомобильный аккумулятор при комнатной температуре (T = 25 ° C = 298,15 K). Мы предполагаем, что на момент изготовления электролит в батарее содержит 1 кг воды с молярной концентрацией серной кислоты для bh3SO4o = 6 моль / кг.Это означает, что nh3Oo = 55,51 моль и nh3SO4o = 6 моль. Таким образом, n¯ = 55,51 + 6 = 61,51 моль, как следует из уравнения (29). Оставляя электролит свободным от добавок, мы заряжаем аккумулятор и обнаруживаем, что bh3SO4 = 7,25 моль / кг — это самая высокая концентрация серной кислоты, которую аккумулятор может поддерживать в условиях разомкнутой цепи без образования кислорода на своем положительном электроде (эта концентрация соответствует напряжению 2,16 В — или 12,96 В для шестиэлементной батареи — по литературным данным [19]).Как видно, заряд и разряд аккумулятора происходят при постоянном n¯. Следовательно, с учетом уравнения (28), мы находим, что указанное выше значение bh3SO4 = 7,25 моль / кг означает nh3SO4 = 7,10 моль и nh3O = 54,41 моль в электролите батареи. Вводя в уравнение (35) значения γh3O и γh3SO4, соответствующие этому значению bh3SO4, которые доступны из литературы и указаны в Приложении, и вспоминая, что R = 8,3143 Дж · К −1 · моль −1 и Mh3O = 18,015 × 10 −3 кг · моль −1 , рассчитываем, что для рассматриваемой батареи ψmax ″ = −20.25 Дж · кг −1 .

Для определения γ добавляем , добавляем произвольное количество рассматриваемой добавки в электролит аккумулятора. Пусть, например, n прибавит = 5 моль. При эксплуатации модифицированной таким образом батареи мы обнаруживаем, что предел разомкнутой цепи для выделения кислорода на положительном электроде возникает, когда заряд батареи соответствует количеству серной кислоты, например, nh3SO4 = 6,74 моль. Подставляя это значение nh3SO4 в уравнение (35), мы вычисляем, что γ добавляет = 0.64, что можно проверить из того же уравнения, если мы установим n , добавим = 5 моль, n¯ = 61,51 моль и ψmax ″ = -20,25 Дж · кг −1 .

Наконец, вставив эти значения n¯, ψmax ″ и γ , добавьте в уравнение (35) и, используя выражения для γh3O и γh3SO4, приведенные в Приложении, мы получим аналитическое выражение предельной кривой рассматриваемая батарея. Эта кривая представлена ​​на рисунке 2. Из того же рисунка мы находим, что Δnh3SO4o = 5,48 моль и Δnh3SO4 * = 6.14 мол. Это означает, что η max = 0,12 согласно уравнению (34). Таким образом, добавка к электролиту, рассматриваемая в этом примере, может обеспечить увеличение емкости аккумуляторов энергии до 12%. Количество добавки, необходимое для получения максимальной емкости накопления энергии, составляет nadd ∗ = 1,48 моль, как показано на рисунке. Соответствующая номинальная моляльность добавки равна badd ∗ = 1,34 моль / кг согласно уравнению (33).

Различные добавки могут по-разному влиять на аккумулятор. Например, для той же батареи, рассмотренной в приведенном выше примере, добавка с γ добавляет = 0.3 может увеличить емкость аккумулятора на 25%. Это можно легко проверить из уравнения (35), построив предельную кривую для γ , добавьте = 0,3 и те же значения n¯ и ψmax ″, указанные выше. В этом случае количество добавки, обеспечивающей максимальную емкость накопления энергии, будет nadd ∗ = 3,23 моль, что означает badd ∗ = 2,91 моль / кг.

В приведенном выше анализе мы рассматривали γ add как константу, таким образом пренебрегая любой возможной зависимостью γ add от концентрации добавки.Это может быть приемлемо, если концентрация добавки умеренно низкая (как в случае многих приложений) или если мы ограничиваем наше внимание достаточно малой частью предельной кривой. Если требуется более высокая точность, описанная выше процедура для определения γ , сложить может быть повторена несколько раз для стольких различных значений n , прибавить , сколько необходимо. Значения γ добавить , полученные таким образом, затем могут быть использованы для определения функции γ добавить (n добавить ), которая может быть заменена на γ добавить в уравнение (35), если приближение γ добавить = const.оказывается неадекватным.

Вместо того, чтобы заряжать аккумулятор до предела выделения кислорода, представленного точкой A ° на рисунке 1, мы могли бы в принципе определить ψmax ″, разрядив аккумулятор без добавок до точки B ° на том же рисунке. Это точка предельной поверхности батареи, на которой начинает происходить сульфатирование отрицательного электрода. Как только концентрация серной кислоты, соответствующая этому нижнему пределу, определена, кривая предела может быть определена, как описано выше.Обе процедуры должны обеспечивать одинаковое значение ψmax ″, потому что и A °, и B ° принадлежат одной и той же кривой ψ ″ = ψmax ″. Однако ссылка на предел выделения кислорода кажется более практичной, поскольку сульфатирование — довольно медленное явление.

6. Выводы

Известно, что на энергоемкость свинцово-кислотного аккумулятора может влиять присутствие добавок в его электролите. Понятие эквивалентной добавки, определенное в этой статье, помогает проанализировать влияние химически инертных добавок и смесей таких добавок на энергоемкость батареи.Это может быть применено для определения всей области концентраций электролита, называемой допустимым диапазоном батареи, в пределах которой не происходит необратимых изменений в батарее во время заряда или разряда. Граница этой области — граничная кривая батареи. Он соответствует концентрации серной кислоты и, таким образом, диапазону напряжений холостого хода, превышение которого не приведет к необратимым изменениям в батарее.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *