Электролиты в современных аккумуляторах: состав и свойства — Информация

состав и свойства — Информация

Пластиковый корпус и два контакта для подключения проводов. Именно так представляется автомобильный аккумулятор большинству из современных владельцев авто. Однако чтобы эксплуатировать его максимально эффективно, безопасно и без неожиданных сюрпризов, о батарее стоит знать немного больше.

 

Сегодня речь пойдет о столь важной составляющей конструкции авто и мото аккумуляторов, как электролит. Он представляет собой раствор серной кислоты, которая считается, пожалуй, одним из ключевых химических соединений в мире. Это обусловлено широким спектром ее применения. Раствор серной кислоты продается под различными наименованиями, которые зависят от степени крепости, а также уровня чистоты. Приведем несколько распространенных примеров:

 

• Камерная кислота – раствор серной кислоты с водой в пропорции от 60:40 до 70:30.
• Башенная кислота – раствор с соотношением от 75:25 до 82:18.
• Купоросное масло с содержанием серной кислоты до 97%.
• 100% серная кислота – моногидрат.

 

Если говорить о максимальной крепости, получаемой способом выпаривания, то этот параметр может достигать 98,5%. Однако для заправки аккумуляторных батарей ключевое значение приобретает чистота растворов купоросного масла с химической точки зрения.

 

Отметим также, что концентрированной серной кислотой называется совершенно прозрачная жидкость, не имеющая ни цвета, ни запаха. Она обладает консистенцию легкого масла. Ее удельный вес составляет 1б84 при температуре 15°С. В ней содержится примерно 95% серной кислоты. Концентрат может смешиваться с водой в любой пропорции. Изготавливая электролит в бытовых условиях, следует помнить, что смешивание воды и кислоты вызывает выделение значительного количества тепла. Температура кипения концентрированной серной кислоты составляет 338 градусов Цельсия.

 

Интересным фактом из курса химии является сокращение объема раствора. Примечательно то, что при смешении двух объемов серной кислоты и воды, соответственно, их итоговый объем будет меньше, чем суммарный.

 

Также обратите внимание на то, что удельный вес или плотность электролита авто или мото аккумулятора имеет непосредственную зависимость от тех температур, при которых работают аккумуляторы. Так, при эксплуатации в условиях низких температур нужен более плотный электролит. А в жарких странах – напротив – плотность электролита сознательно снижается. Это объясняется тем, что при таких температурах существенно повышается химическая активность раствора.

 

В заключение отметим, что плотность электролита также зависит от того, в каких режимах эксплуатируется батарея. Так, данный параметр для тяговых аккумуляторов обычно составляет 1.26 кг\с м³ , пусковые и осветительные источники питания имеют плотность до 1.3 кг\с м³ и т.д. Для автомобильных аккумуляторных батарей эта характеристика читается нормой, когда составляет 1.28 кг\с м³ .

23.08.2013, 66876 просмотров.

MIT и Samsung предложили аккумулятор будущего на твёрдом электролите

Многие скептически относятся к новостям о разработке очередного «самого лучшего в мире» аккумулятора, ссылаясь на то, что уже много лет революционных изменений в отрасли нет. Но батареи всё же постепенно совершенствуются, пусть и не теми темпами, которыми хочет потребитель. И сегодня мы расскажем о ещё одном важном достижении исследователей.

В большинстве случаев изобретатели стремятся увеличить ёмкость аккумулятора, длительность срока эксплуатации и максимально при этом уменьшить габаритные размеры. Но не меньшего внимания, с точки зрения потребителя, заслуживает и безопасность батареи. Сколько уже было травматических случаев, виновником которых становился бракованный аккумулятор. Поэтому разработка группы исследователей Массачусетского технологического института и компании Samsung Electronics может оказаться весьма актуальной.

В ходе исследований было установлено, что использование твердотельного электролита вместо традиционного жидкого, применяемого в большинстве современных аккумуляторов, может существенно увеличить жизненный цикл устройства и безопасность батареи. Кроме того, увеличивается плотность хранения энергии, а себестоимость устройства уменьшается.

Изобретатели предложили новый подход к разработке твердотельных электролитов, которые могут использоваться в литий-ионных батареях. Как отметили разработчики, источником воспламенения в современных аккумуляторах является именно электролит. Литий сам по себе такой опасности не несёт. Поэтому замена традиционного электролита на твердотельный, который не воспламеняется, закрывает важную задачу безопасности. Ещё одно важное достоинство такого электролита — в нём уровень процессов деградации сводится к минимуму, благодаря чему батареи с твердотельным электролитом теоретически могут выдерживать сотни тысяч циклов зарядки-разрядки.

Одной из важнейших проблем при разработке твердотельных электролитов является подбор такого материала, который мог бы быть хорошим проводником для ионов. Исследователи сфокусировались на материалах, известных как литиево-ионные проводники со сверхвысокой проводимостью ионов. Они являются соединениями лития, германия, фосфора и серы. Кроме того, учёные надеются найти ещё более эффективные материалы.

Использование твердотельного электролита дало ещё одно неожиданное преимущество. Тогда как обычные литиево-ионные батареи боятся низких температур, устройства на твёрдом электролите способны хорошо работать даже при –29 градусах Цельсия. Плотность хранения энергии аккумулятора на твёрдом электролите вырастает на 20–30 %.

Тот факт, что над проектом работают столь авторитетные организации, заставляет верить, что через несколько лет такой аккумулятор на твёрдом электролите станет неотъемлемым компонентом для мобильных устройств.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Технология залитого аккумулятора от VARTA®

VARTA® предлагает обширную линейку залитых свинцово-кислотных аккумуляторов для широкого диапазона автомобилей. Каждый аккумулятор создан, чтобы отвечать специфическим требованиям наших потребителей во всем мире — как производителей оборудования, так и покупателей на рынке компонентов.

Залитые свинцово-кислотные аккумуляторы являются наиболее распространенным типом аккумуляторов.

Жидкий электролит, состоящий из серной кислоты и воды, покрывает все внутренние детали. Залитые аккумуляторы VARTA обладают герметичной конструкцией, поэтому они защищены от протеканий.

Залитые аккумуляторы для легковых автомобилей

Наши залитые 12-вольтовые аккумуляторы разработаны, чтобы удовлетворять потребности в электроэнергии современных автомобилей, и обеспечивают надежную пусковую мощность снова и снова в самых сложных климатических условиях. В них используется наша эксклюзивная технология решетки PowerFrame®.

Залитые аккумуляторы для водного транспорта

Мы предлагаем широкий диапазон пусковых аккумуляторов и аккумуляторов глубокого цикла для водного транспорта, которые позволяют нашим покупателям дольше быть на воде. Мы предлагаем аккумуляторы для водного транспорта на любой вкус: от высокомощных стартерных аккумуляторов до стандартных или улучшенных аккумуляторов глубокого разряда с жидким электролитом. В отличие от стандартных залитых аккумуляторов, аккумуляторы VARTA Professional Dual Purpose защищены от разлива и позволяют наклонять себя до 90° на короткое время.

Преимущества:

• Стартерные аккумуляторы обеспечивают короткий и мощный импульс для запуска двигателя.
• Аккумуляторы глубокого разряда запускают двигатели и питают приборы, если двигатели не запущены.
• Более прочная конструкция с улучшенными характеристиками работы в циклическом режиме продлевают время эксплуатации для применений с глубоким разрядом.

Залитые аккумуляторы для гольф-мобилей

Нужен ли вам аккумулятор для перемещения по полю для гольфа или надежный источник энергии для промышленного применения, типа ножничных подъемников или поломоечных машин, наши аккумуляторы для гольф-мобилей обеспечивают необходимую производительность в режиме глубокого разряда.

Преимущества:

• Активная масса высокой плотности и сплав решетки со специальной формулой позволяют аккумулятору выдерживать нагрузку множественных циклов разряда.
• Механически соединенные отверстия для удобного долива воды.
• Прочные пластины и плотная установка компонентов для виброустойчивости.

Залитые аккумуляторы для газонокосилок и садовой техники

Наши аккумуляторы для газонокосилок и садовой техники разработаны так, чтобы обеспечивать надежную пусковую мощность раз за разом. Характеристики продукта:

• Удобная конструкция, не требующая обслуживания.
• Конверты-сепараторы защищают пластины, обеспечивают необычайную пусковую мощность и предотвращают от внутреннего замыкания.

Залитые аккумуляторы для тяжелых грузовиков

Наши аккумуляторы высокой мощности для коммерческого применения обеспечивают высочайшую производительность и увеличенный срок службы в циклах для самых сложных условий. Технология решетки PowerFrame® обеспечивает более длительный срок службы, устойчивость к коррозии и до 70 % лучшее прохождение тока.

Кроме того:

• Усиленные полюсные мостики и горячий компаунд на ушках пластин увеличивают устойчивость к вибрации.
• Встроенные складные ручки обеспечивают простую переноску и установку.
• Устойчивый к ударам корпус с усиленными торцевыми стенками для большей прочности.
• Прочные сепараторы предотвращают короткие замыкания.

Устройство аккумуляторов | Эко Технологии

Устройство стартерных аккумуляторов

---

О стартерных аккумуляторах

Стартерные аккумуляторные батареи представляют собой вторичный источник электроэнергии. Поэтому купить стартерные аккумуляторы означает получить батареи, способные полностью восстанавливаться после нового электрического заряда. Как правило, заказать стартерные аккумуляторы автолюбители стремятся для использования главной функции данных аппаратов – обеспечение запуска двигателей. Однако подобрать стартерный аккумулятор можно и для  реализации его второй функции: это прекрасный аварийный источник питания при выходе из строя генератора. Современная промышленность позволяет купить стартерные аккумуляторы, которые работают по принципу превращения при заряде электрической энергии в химическую и при разряде обратного превращения – из химической энергии в электрическую.

В результате, можно заказать стартерные аккумуляторы, в которых активная масса как отрицательного, так и положительного электродов преобразуется в сульфат свинца. При этом сегодня потребитель имеет возможность подобрать стартерные аккумуляторы емкостью от 36 до 225 А/ч.

Конструкция аккумулятора

Аккумулятор — химический источник тока, который преобразует химическую энергию в электрическую и накапливает ее. Стандартная 12-вольтовая автомобильная аккумуляторная батарея выполнена из шести последовательно соединенных между собой блоков разноименно заряженных пластин, каждый из которых и представляет собой простейший аккумулятор с выходным напряжением около 2 вольт. Положительно заряженная пластина (электрод) представляет собой свинцовую решетку с активной массой из двуокиси свинца (PbO2), а электрод со знаком минус — решетку с активной массой из губчатого свинца (Pb). Полублоки разноименно заряженных пластин вставляются друг в друга. Во избежание возникновения короткого замыкания между пластинами, их разделяют пористыми сепараторами из изоляционного материала.

Собранные блоки помещаются в корпус и заливаются электролитом (раствором серной кислоты плотностью 1.27-1.29 г/см3). Полюса (баретки) крайних элементов соединяются с расположенными снаружи корпуса контактными выводами — борнами.

Аккумулятор состоит из следующих основных частей:

• Моноблок  — это корпус аккумулятора, служащий резервуаром для электролита. Современные аккумуляторы и аккумуляторные батареи имеют полипропиленовые или эбонитовые корпуса.  Эбонитовый корпус характерен для аккумуляторов российского производства. Внутри моноблок любой аккумуляторной батареи разделен на ячейки (три или шесть, в зависимости от напряжения батареи- 6 В либо 12 В) для отдельных блоков пластин.
• Крышка — закрывает межэлементные соединения аккумулятора и приваривается к корпусу. В обслуживаемых и малообслуживаемых аккумуляторах в крышке могут располагаться индикатор уровня плотности электролита (косвенно свидетельствующий о степени заряженности того аккумулятора, в банке которого индикатор установлен) и отверстия для контроля уровня и доливки электролита, закрываемые пробками. Для того, чтобы избежать повышения давления внутри закрытого корпуса в крышке (или в пробках) выполнены специальные газоотводные каналы. В современных аккумуляторах газоотводные каналы имеют форму лабиринта, позволяющего задержать внутри корпуса капли электролита, уносимые газом, и возвратить их в электролит. Тем самым с одной стороны устраняется выход во внешнюю среду вредных кислотных испарений, а с другой — предотвращается потеря электролита. В аккумуляторах с эбонитовыми корпусами общая крышка отсутствует, ее роль выполняет мастика, которой заливаются межэлементные перемычки.
• Пластины —  представляют собой свинцовые решетки с нанесенной на них активной массой. Химическая реакция между активной массой и электролитом аккумулятора происходит на поверхности частиц активной массы, поэтому ее делают пористой, чтобы материал хорошо пропитывался электролитом, и в реакции участвовал его максимальный объем.
• Сепараторы – диэлектрическая прослойка в аккумуляторе, необходимая для предотвращения короткого замыкания между разноименно заряженными пластинами. Современные сепараторы изготавливают из микропористой пластмассы (мипласта) в виде конверта.

  Преимущества конверт-сепаратора

  • повышает надежность аккумуляторных батарей, так как стекающая активная масса  остается внутри конверта;
  • небольшие габаритные размеры, так как пластины установлены на дне моноблока.
• Соединительные выводы (борны) – выходящие наружу аккумулятора электрические контакты, сделанные из свинца и имеющие стандартные размеры.

По технологии изготовления аккумуляторы бывают:

• Малосурьмянистые (Pb) аккумуляторы – электролит жидкий.
• Кальцивые – в положительные и отрицательные пластины добавляется кальций, электролит жидкий.
• Кальцево-серебряные (Са/Аg9) – в пластины добавляют серебро и кальций, электролит жидкий.
• AGM (гелевые) – аккумуляторные пластины находятся не в жидком электролите, в загустевшем электролите — геле.

Стандарты производителей

• Европейский стандарт аккумуляторов  DIN(EN) —  обычные клеммы – А или плоские клеммы – D.
• Азиатский стандарт аккумуляторов JIS — обычные клеммы расположены на крышке – А или тонкие клеммы – В.
• Американский стандарт аккумуляторов ССА —  клеммы вкручивающиеся – G.

Основные типы конструкций аккумуляторных батарей

Обслуживаемые аккумуляторы –  из-за добавления в пластины таких аккумуляторов сурьмы, происходит разложение электролита при низком напряжении, вода испаряется и возникает необходимость ее доливать. Долив воды в аккумулятор осуществляется в отверстия на крышке, закрытые пробками. Малообслуживаемые аккумуляторы – в пластины аккумуляторов вместо сурьмы добавляется кальций, что снижает газовыделение в аккумуляторах, а следовательно и скорость выкипания воды. Необслуживаемые аккумуляторы – конструктивно сделаны так, чтобы срок выкипания воды превышал срок службы самой батареи. В результате, необслуживаемым аккумуляторам не требуется контроль уровня электролита, что делает ее самой легкой в эксплуатации.

В МИРЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ | Наука и жизнь

Самый распространенный среди химических источников электрического тока свинцовый или кислотный аккумулятор (в переводе с латинского — «накопитель», «собиратель») представляет собой усовершенствованный гальванический элемент, который изобрел в 1859 году французский физик Гастон Планте. Первые аккумуляторы практически сразу нашли применение на «потаенных» судах — подводных лодках. Позже лидерство захватили автомобильные аккумуляторные батареи. Они накапливают электрическую энергию и отдают ее стартеру в момент пуска двигателя, а затем заряжаются от работающего генератора. Уже 100 лет с помощью аккумулятора заводят практически все автотранспортные средства, и серьезной замены ему пока не придумали.

Элемент (банка) аккумуляторной батареи с пластинами без сепараторов.

Аккумуляторная батарея 6СТ-55.

Если аккумулятор «сел», его можно подзарядить от исправной аккумуляторной батареи другого автомобиля, использовав «прикуриватель» — два провода с зажимами-«крокодилами».

Неисправные элементы батареи «выключают», закорачивая их выводы медным или латунным шунтом.

‹

›

Механизмы зарядки и разрядки

Чтобы получить источник тока с выходным напряжением 6 или 12 В, нужно последовательно соединить в батарею три или шесть элементов напряжением 2 В. В каждом таком аккумуляторе, который автомобилисты называют «банкой», находятся собранные в пакеты положительные и отрицательные электроды. Роль положительных электродов — анодов выполняют решетчатые свинцовые пластины, в которые вмазана активная масса — паста из двуокиси свинца, а отрицательных — катодов такие же пластины, но покрытые слоем губчатого свинца. Электролитом служит разбавленная серная кислота. Когда ею заполняют банки аккумуляторной батареи, между пластинами возникает разность потенциалов.

Если к электродам приложить напряжение, несколько превышающее разность потенциалов, в батарее начинается химическая реакция, в результате которой на аноде осаждается оксид свинца, а в электролите увеличивается концентрация серной кислоты. Плотность электролита и его удельный вес возрастают, и аккумулятор заряжается. Когда же аккумулятор отдает ток стартеру, электрохимические процессы в батарее идут в обратном направлении. Количество воды в электролите увеличивается, концентрация серной кислоты и соответственно ее плотность снижаются, и аккумулятор разряжается.

Чтобы анодная и катодная пластины не соприкасались и не замыкались, между ними помещают водопроницаемые пластиковые сепараторы. В последние годы их стали делать в виде конвертов, запаянных снизу. Это связано с тем, что со временем активная масса с анода и катода осыпается, скапливается на дне аккумулятора, и, когда ее уровень достигает нижнего края пластин, тоже может произойти замыкание. С пакетированными сепараторами замыкание пластин исключено.

Важнейшая характеристика аккумуляторной батареи — ее емкость. Это то количество электричества, которое полностью заряженный аккумулятор может отдать при непрерывном электрическом разряде. Емкость измеряется в ампер-часах. Другая характеристика — плотность электролита, в зависимости от типа батареи и условий, в которых она работает, может находиться в пределах 1,18-1,29 г/см³. Эта величина выбрана не случайно: при температуре 20^оС раствор серной кислоты с такой плотностью обладает наибольшей удельной электропроводностью.

Режимы зарядки

Аккумулятор можно заряжать либо при постоянной величине тока, либо при постоянной величине напряжения практически от любого источника постоянного тока при условии, что его напряжение выше, чем у батареи. Большинство бытовых зарядных устройств предназначено для работы в режиме неизменного напряжения, который позволяет реанимировать почти «мертвый» аккумулятор.

Для быстрой зарядки аккумулятора можно воспользоваться так называемым законом ампер-часов. Батарею заряжают током, численно равным 95 % емкости, которой не хватает до полной зарядки. Чтобы это соотношение сохранялось, силу тока постепенно снижают. Таким способом можно восстановить до 90% емкости почти полностью «посаженного» аккумулятора за 2,5-3 часа. Но лучше не доводить батарею до полного разряда и заряжать ее обычным способом по инструкции к зарядному устройству и аккумулятору.

Аккумулятор рекомендуется подзаряжать раз в полгода. Если вы постоянно пользуетесь машиной зимой, то эту процедуру надо проводить ежемесячно, поскольку во время езды на малых скоростях, да еще с часто работающими фарами, печкой и другими электроприборами аккумулятор почти не заряжается.

И еще. При значительном понижении температуры вязкость электролита возрастает в несколько раз, а электропроводность падает, уменьшается и эффективная емкость батареи. Из-за этого завести машину на морозе бывает очень трудно. Выход один: нужно не оставлять в ней аккумулятор надолго, а держать его в теплом месте.

Если аккумулятор неожиданно разрядился или, как говорят автомобилисты, «сел», его можно зарядить от другого аккумулятора, используя «прикуриватель» — специальные провода с зажимами-«крокодилами» (см. схему на стр. 33). Внезапный отказ аккумулятора может быть связан с замыканием пластин внутри корпуса или с коротким замыканием во внешней цепи.

Хранить так, чтобы сохранить

Главное условие хранения аккумуляторной батареи — ее герметичность. В сухозаряженных аккумуляторах нарушение герметичности приводит к окислению и разрядке пластин. Батареи с мастичной заливкой хранят при температуре от — 40 до +60 ⁰С. При более низкой температуре мастика может растрескаться, при более высокой — расплавиться. Батареи в пластиковом корпусе боятся только сильного мороза (ниже -50 градусов). Если аккумулятор в «сухом» состоянии хранился больше года, то после заливки электролита он должен сутки постоять, а потом его следует подзарядить.

Батареи, залитые электролитом, хранить долго не следует, они могут саморазряжаться, причем этот процесс идет тем интенсивнее, чем выше температура электролита. Срок их хранения при комнатной температуре — не больше 9 месяцев. Зарядку батареи легко проверить с помощью тестера: напряжение на полюсных выводах не должно быть ниже 12,5 В.

За состоянием аккумулятора и всей бортовой электросети удобнее всего следить по показаниям вольтметра. Если штатного вольтметра в машине нет, его стоит установить. Сделать это совсем не сложно. При правильной эксплуатации и соблюдении рекомендаций по хранению аккумуляторы служат 3-5 лет.

Аккумуляторы хорошие и разные

Аккумуляторные батареи бывают сухозаряженные — без электролита, а также залитые заряженные. В последнее время получают все большее распространение так называемые необслуживаемые батареи. Они отличаются увеличенным объемом электролита, особой конструкцией электродов и сепараторов, и это позволяет реже доливать в них дистиллированную воду.

Не так давно в арсенале автомобилистов появились щелочные аккумуляторы. Электролитом в них служит раствор едкого калия в дистиллированной воде или в обычной кипяченой воде — в этом, кстати, одно из их преимуществ. Плотность электролита практически не зависит от степени заряженности батареи и должна поддерживаться равной 1,25 г/см³ при температуре 25^оС. Щелочные аккумуляторы неприхотливы в эксплуатации, долговечны (срок службы до 10 лет), малочувствительны к перезаряду и недозаряду. Временно снятую с автомобиля щелочную батарею рекомендуется хранить в разряженном состоянии.

Сейчас уже почти не выпускают батареи в эбонитовых корпусах с отдельными крышками для каждого аккумулятора. Они тяжелые и непрочные, но имеют одно важное преимущество: когда выходит из строя одна банка, нет необходимости выбрасывать всю батарею, достаточно заменить неисправный элемент.

Корпуса современных батарей делают, как правило, из полипропилена. Этот материал не только легок и прочен, но и почти прозрачен. Уровень электролита в полипропиленовом корпусе виден снаружи. Тоководы, соединяющие секции батареи, находятся внутри корпуса. Благодаря этому значительно снижается риск замыкания аккумулятора на массу автомобиля.

Крышки аккумуляторов в современных батареях закрывают сверху общей панелью, которая защищает их от грязи и не дает брызгам электролита попасть через вентиляционные отверстия наружу.

Не ошибиться в выборе

Всего несколько лет назад среди автомобилистов бытовало мнение, что, чем больше емкость аккумулятора, тем легче завести мотор на сильном морозе. Некоторые автолюбители даже ставили на свою легковую машину аккумулятор от грузовика. Делать этого не следует. Батареи большой емкости не только тяжелее «родных», они еще и перегружают генератор. И вот почему. При работающем двигателе аккумулятор начинает заряжаться от бортовой сети, а в ней источником тока служит генератор, рассчитанный на вполне определенную суммарную мощность потребителей. Зарядка аккумулятора вдвое большей емкости, чем штатный, ему часто не под силу. Отсюда первый совет: нужно покупать только такой аккумулятор, емкость которого соответствует указанной в техническом паспорте машины.

Совет второй. Нужно учитывать размеры аккумулятора и способ его крепления. Слишком большой аккумулятор на отведенном ему месте просто не поместится, а слишком маленький будет трудно закрепить. Аккумуляторы закрепляют в гнезде в основном двумя способами: либо верхней прижимной планкой или уголком («Нива», «Ока», «Москвич», «Волга» и многие другие модели), либо специальной фигурной пластиной, которая зацепляет батарею за отбортовку в нижней части корпуса (некоторые модели «Жигулей» и большинство иномарок).

В-третьих, очень важно знать расположение и тип полюсных выводов. «Плюсовой» вывод на крышке батареи может быть и справа, и слева. Надо, чтобы довольно короткие провода с клеммами в машине до него дотянулись. Если не обратить на это внимания при покупке, возможно, придется менять батарею или наращивать штатные кабели электропроводки. И то, и другое нежелательно. Наиболее часто у нас встречаются батареи с выводами конической формы, реже — с отверстиями под болты или с резьбой на выводах (их производят в Америке).

Батареи известных европейских фирм, таких, как «Varta», «Hоppenergy», «Prestolite» и другие, надежны и долговечны. В них используется только стандартный аккумуляторный свинец установленного образца, да и за качеством все производители следят строго. Импортные аккумуляторы продаются, как правило, уже залитые электролитом и заряженные. Отечественные батареи, например пользующаяся хорошей репутацией продукция Подольского и Тюменского аккумуляторных заводов, выпускаются в основном сухозаряженными. В них нужно заливать электролит перед тем, как поставить на машину.

Большинство европейских и азиатских фирм руководствуются немецким стандартом «DIN 43539», согласно которому батареи характеризуются номинальной емкостью C_Din и током стартерного разряда I_Din, и это указывается в их маркировке. Американские батареи подчиняются требованиям стандарта США «SAE». В их обозначении указываются два других параметра: резервная емкость C_sae и ток холодной прокрутки I_sae. Пересчет американского стандарта в европейский может производиться по формулам: I_SAE = 1,87 I_PIN или I_PIN = 0,5351 I_SAE.

Несмотря на огромный выбор батарей иностранного производства, специалисты советуют владельцам российских машин и подержанных иномарок покупать отечественные аккумуляторы в пластиковом корпусе и с пакетированными пластинами. Они существенно дешевле импортных, но по качеству им практически не уступают и лучше выдерживают российские условия эксплуатации.

В маркировке отечественных аккумуляторов первой цифрой обозначается количество элементов в батарее. Например, в аккумуляторе 3СТ-55ЭМ — три элемента по 2 В, значит, он выдает напряжение 6 В, а в аккумуляторе 6СТ-55ТМ — шесть элементов, и его напряжение 12 В. Далее за цифрой следуют две буквы: «С» означает, что аккумулятор свинцовый, «Т» — характеризует функциональное назначение батареи и говорит о том, что она стартерная. На четвертом месте в обозначении стоит номинальная емкость батареи в ампер-часах при 20-часовом режиме разряда. Далее идут цифры или буквы, дающие дополнительные сведения о батарее: «А» — пластмассовый корпус с общей крышкой, «З» — залитая электролитом и заряженная, «Л» — необслуживаемая, «Э» — корпус из эбонита, «Т» — корпус из наполненного полиэтилена, «М» — сепараторы из поливинилхлорида типа мипласта, «Р» — сепараторы из мипора, «Ф» — холодостойкая мастика.

Аккумуляторные батареи практически неремонтопригодны. Заменять в них пластины на новые хлопотно и экономически невыгодно. В том случае, если неисправны один или два соседних элемента, можно аккумулятор «укоротить» и использовать оставшиеся работоспособные банки как источник тока для других электроприборов.

Вышедшие из строя аккумуляторы отправляют на специализированные предприятия, где из них удаляют свинец, а сами батареи утилизируют. Так происходит далеко не везде. В нашей стране в переработку попадают аккумуляторные батареи только с автотранспортных предприятий. Автолюбители, как правило, выбрасывают аккумуляторы на помойку, не думая о том, что в конце концов токсичный свинец попадет в землю. В больших городах, где автомобильный парк насчитывает тысячи и даже миллионы машин, это стало одной из серьезных экологических проблем, и решать ее надо безотлагательно.

См. в номере на ту же тему

А. НИЗОВЦЕВ — Укороченный аккумулятор: зачем он нужен?

Электролит для свинцовых аккумуляторов | Аккумуляторные батареи

Страница 12 из 26

4. Электролит и его приготовление

4.1.Электролит для свинцовых аккумуляторов

Электролитом для свинцовых аккумуляторов служит раствор серной кислоты.
Серная кислота является одним из важнейших химических соединений в силу большого разнообразия ее применения. В продаже она встречается под различными названиями в зависимости от ее крепости и чистоты. Камерная кислота представляет собой водный раствор, содержащий от 62 до 70% серной кислоты, в башенной кислоте процент кислоты колеблется от 75 до 82, в купоросном масле от 93 до 97%. Моногидрат содержит 100% кислоты. Максимальная крепость, какая может быть получена путем выпаривания, 98,5%. Дымящаяся кислота содержит серный ангидрид, растворенный в концентрированной серной кислоте. Для аккумуляторов важнейшее значение имеет химическая чистота растворов купоросного масла. Однако, учитывая, что термином «купоросное масло» иногда обозначают более загрязненные или технические сорта кислоты, включая коричневое купоросное масло, более правильно пользоваться термином «серная кислота», понимая под этим химически чистую кислоту.
Концентрированная серная кислота – прозрачная жидкость без цвета и запаха, имеющая консистенцию легкого масла. Удельный вес равен 1б84 при 15°С. Содержание в ней чистой кислоты около 95%. Она поддается смешиванию с водой во всех пропорциях. При смешивании кислоты с водой развивается большое количество тепла. Концентрированная кислота кипит при 338°С.
Сокращение объема раствора.
Если один объем серной кислоты смешивается с одним объемом воды, то объем полученного раствора (после охлаждения его до первоначальной температуры) не будет равен сумме двух первоначальных объемов, а будет несколько меньше. Тоже наблюдается и для любой другой пропорции смеси воды с кислотой. Сумма первоначальных объмов воды и кислоты больше, чем объем раствора.
Удельное сопротивление. Сопротивление прохождению электрического тока через электролит изменяется с концентрацией и температурой. Удельным сопротивлением, являющимся свойством самого вещества, называется сопротивление образца длиной в 1 см с поперечным сечением в 1 см²:
,
где R— сопротивление; ρ—удельное сопротивление; l— длина; s — поперечное сечение.
Зависимость эту можно написать иначе:
.
Удельные сопротивления электролитов, применяемых в аккумуляторах, находятся в границах минимальных удельных сопротивлений растворов серной кислоты.
Известно, что растворы, содержащие примерно 30% серной кислоты (удельный вес 1,223 при 15°С), имеют наименьшее сопротивление. Но только недавно стало известно, что за счет изменения соотношений количества кислоты и воды в растворе можно получить минимальные сопротивления и при других температурах. Например, при 30°С раствор наименьшего сопротивления содержит 31,5% серной кислоты, а при —25°С26,5%. Удельное сопротивление растворов серной кислоты быстро возрастает при понижениях температуры, особенно когда температура ниже нуля.
Удельное сопротивление электролита — один из важнейших факторов, определяющих сопротивление аккумулятора. Если внутреннее сопротивление аккумулятора не очень мало, то значительная часть полезной энергии теряется внутри самого аккумулятора.
Температура замерзания электролита меняется с его концентрацией или, иначе говоря, она изменяется в зависимости от состояния заряда батареи.
Удельный вес раствора — отношение веса раствора к весу такого же объема чистой воды при некоторой температуре.
Удельный вес электролита переносных батарей выше, чем стационарных, но выбор его определяется не только объемом и весом. Большую роль в определении правильной концентрации кислоты играют химические реакции, температура и характер службы батареи.
Основное требование заключается в том, чтобы концентрация была достаточной для обеспечения необходимого количества кислоты в данном пространстве внутри элемента с тем, чтобы можно было получить требуемую емкость.
Требования, предъявляемые к переносным элементам в отношении объема их и веса, не допускают больших количеств электролита. В стационарных элементах объем и вес не имеют такого большого значения.
Химические реакции, происходящие в элементе в течение того периода времени, пока он стоит без работы, определяют предел повышения концентрации кислоты. Местные реакции быстро возрастают с усилением концентрации кислоты. Особенно это относится к отрицательной пластине. Другой химической реакцией, возникающей в элементе, является действие электролита на сепараторы, изготовляемые из дерева. Слишком крепкая кислота разрушает эти сепараторы. Действие на сепараторы кислоты удельного веса 1,300 гораздо больше, чем кислоты удельного веса 1,250 и ниже. Работа батарей, заряжаемых и разряжаемых через частые промежутки времени, как, например, пусковых и осветительных или тяговых, не страдает серьезно от легких химических влияний, ведущих к образованию сульфата свинца. Что же касается  батарей, заряжаемых менее часто, то они должны быть свободны от местных действий, насколько это возможно.
Химические реакции, происходящие внутри элемента, практически ограничивают высший предел концентрации удельным весом 1,300, и имеются тенденции использовать еще меньшие концентрации.
Температуры, при которых батареи работают в эксплуатации, имеют большое значение для выбора удельного веса. Батареи, работающие при низких температурах, как, например, автомобильные батареи в холодных климатах или батареи самолетов, требуют более высоких плотностей кислоты для того, чтобы они могли работать без замерзания электролита. С другой стороны, батареи, работающие в жарких климатах или на судах, проходящих через тропики, требует более низкого удельного веса в силу того, что при высоких температурах химическая активность увеличивается.
Концентрации кислоты для различных типов батарей при полном заряде должны быть приблизительно следующие:
Стационарные   батареи. …………………….. От                  1,200             до          1,225
Тяговые батареи ………………………………….. ″                     1,260                ″          1,280
Пусковые и осветительные батареи……. ″                     1,260                ″          1,300
То же в тропиках  ……………………….. ″                     1,200                ″          1,230
Авиационные батареи………………………….. ″                     1,265                ″          1,285
Осветительные батареи в поездах………. ″                    1,210                ″          1,230
Переносные   батареи  для
железнодорожной сигнализации………… …                    1,220
Контрэлементы…………………………………….. ″                     1,210                ″          1,250

BOSCH АКБ

Можно отметить растущий интерес потребителей к гибридной технике и электромобилям. Но на данный момент батареи для тяговых электроприводов пока еще не получили массовое распространение. Общее соотношение между электромобилями и автомобилями с ДВС остается ничтожно малым. Поэтому традиционные АКБ для автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями будут оставаться актуальными еще на протяжении многих лет.

Аккумулятор «устал»

Аккумулятор или стартерная батарея выполняет в конструкции автомобиля функцию накопителя электрической энергии. Вопреки названию «стартерная батарея» электроэнергия в современном автомобиле расходуется не только на запуск двигателя. С каждым годом количество электронных систем в конструкции автомобиля увеличивается, следовательно, растет число потребителей энергии. Нередко возникает ситуация, в которой общее потребление одновременно включенных электронных систем превышает мощность генератора, работающего в определенном режиме. Чаще всего такая ситуация возникает при работе двигателя на холостом ходу. Применение микропроцессорных систем породило еще одно применение аккумулятора – теперь за счет накопленной энергии гасятся скачки напряжения, которые могут быть вредны для сложных электронных компонентов, таких как шаговые электромоторы или полупроводники.

Все это стало причиной повышения требований к аккумуляторам, в том числе со стороны потребителей. Если раньше севший аккумулятор становился для автолюбителя лишь причиной проблем с запуском двигателя, то сейчас круг негативных последствий такого происшествия заметно расширился. Достаточно вспомнить о том, что некоторые современные автомобили не рекомендуется «прикуривать», в то время как на некоторых других распространенных моделях даже банальная замена АКБ требует изменения настроек в электронных модулях с помощью специального сервисного оборудования. Дополнительные неудобства доставляет «поведение» современных электронных охранных систем при разрядке батареи. В то же время при современном ритме городской жизни слишком короткие поездки не позволяют зарядить аккумулятор до полного восстановления емкости.

К сожалению, многие автолюбители, даже лично столкнувшись с проблемами в работе АКБ, не делают надлежащих выводов и при замене часто выбирают продукт, который не отвечает в полной мере условиям эксплуатации. Основных причин здесь две: естественная тяга к экономии и лень, мешающая разобраться в проблеме выбора действительно подходящего для их автомобиля аккумулятора. Поэтому при выборе автолюбители часто руководствуются иррациональным желанием не выходить за рамки определенной суммы, критериями, которые устарели еще в двадцатом веке, и неквалифицированными советами, основанными на заблуждениях.

Подобные подходы к выбору АКБ совершенно неприемлемы при современном уровне развития автомобилей, буквально начиненных электронными устройствами. Соответственно, крупнейшие производители рекомендуют выбирать батарею исходя из условий применений. Для старых моделей автомобилей с малым количеством дополнительного электрического оборудования предназначены одни АКБ, а для современных автомобилей премиум-класса с большим количеством электроники – другие.

Например, линейка аккумуляторных батарей Bosch представлена тремя цветами этикетки: серым, синим и черным. Серая этикетка, линейка S3, подскажет, что данные аккумуляторы можно устанавливать на подержанные автомобили с небольшим уровнем энергопотребления. Аккумуляторы серии S4 с синей этикеткой подходят для автомобилей среднего ценового сегмента с повышенным потреблением электроэнергии, в том числе и для азиатских моделей. Для автомобилей с высоким уровнем энергопотребления Bosch предлагает линейку S5 с черной этикеткой. Дополнительные пиктограммы на этикетках этих АКБ помогут автолюбителям сделать правильный выбор нужной батареи.

А они у вас «свежие»?

Еще одним из распространенных заблуждений потребителей является зависимость срока службы аккумулятора от даты производства.

Как известно, заблуждения никогда не возникают на пустом месте. Хотя аккумулятор – не скоропортящийся продукт, как йогурт, например, еще пятнадцать – двадцать лет назад вопрос «свежести» при его покупке был актуален. Современные АКБ являются необслуживаемыми – это значит, что они не требуют контроля состояния электролита, в том числе при подзарядке. В прежние же времена наиболее распространенными были обслуживаемые свинцовые аккумуляторы, имевшие тенденцию к значительному саморазряду. Он является следствием гальванических процессов внутри аккумулятора. Процессы возникают из-за наличия посторонних примесей в свинце, из которого сделаны электроды, и в электролите. Нормальный саморазряд таких АКБ обычно не превышает 0,7 – 1% емкости в сутки, однако и этого достаточно, чтобы после хранения на складе производителя, транспортировки и нахождения в магазине аккумулятор нуждался в подзарядке сразу после покупки. 2-3 месяца на полке – и батарея оказывалась практически полностью разряженной. Естественно, что основной «недуг» аккумуляторов – сульфатация пластин – прогрессировал при длительном хранении и отсутствии подзарядки, что и побуждало наших родителей искать «свежие» аккумуляторы.

Сейчас автомобили практически не комплектуются обслуживаемыми свинцовыми батареями. Дело в том, что помимо регулярной подзарядки в случае, если автомобиль не используется, они требуют периодического технического обслуживания. Уровень электролита в процессе саморазряда падает, поэтому в обслуживаемый аккумулятор необходимо время от времени подливать дистиллированную воду. Затем необходимо проверить плотность электролита, при необходимости добавить серной кислоты…

Современного автолюбителя трудно представить себе в гараже, в окружении банок с серной кислотой и в защитных очках. По этой причине производители, чутко реагирующие на изменение конъюнктуры, постоянно работают над улучшением характеристик аккумуляторов, особенно, в отношении склонности к саморазряду. Приобретая современный аккумулятор от известного производителя, вы получаете почти необслуживаемое устройство, не требующее в процессе эксплуатации практически никаких манипуляций. Обратите внимание, что термин «необслуживаемый аккумулятор» подразумевает, что в него не надо доливать воду на протяжении всего периода эксплуатации. Однако это не исключает контроль состояния заряженности и подзарядки АКБ в случае необходимости.

 «Бывалые» автолюбители порой жалуются, что теперь не могут заглянуть внутрь АКБ, использовать ареометр для измерения плотности, следить за состоянием электролита. Но современные технологии как раз и призваны избежать любых проблем, связанных с обслуживанием АКБ.

Какими бывают современные аккумуляторы?

Одно из основных достижений последних двух десятилетий – применение в производстве аккумуляторов сплава свинца с каким-либо другим элементом, позволяющим значительно снизить деградацию решеток-электродов при контакте с электролитом. Используемые добавки придают различные свойства решеткам. В настоящее время при промышленном производстве используется несколько сплавов свинца с другими элементами, каждый из которых обладает своими достоинствами и недостатками. Деление аккумуляторов на необслуживаемые и частично обслуживаемые – результат применения различных сплавов с их специфическими свойствами.

В принципе, ограниченное количество элементов, используемых в сплаве со свинцом, известно уже давно. Это сурьма и кальций, которые применяются в сплавах в различных пропорциях. Существуют также «гибридные» сплавы, в которых присутствуют оба элемента. Состав и процентное содержание добавки в сплаве существенно влияет на его свойства. Можно сказать, что их применение и стало тем толчком, за которым последовало бурное технологическое развитие, приведшее к появлению аккумуляторов, не нуждающихся в обслуживании на протяжении всего срока эксплуатации.

Производство положительных и отрицательных решеток-электродов, основного элемента конструкции аккумулятора, из сплавов позволило изменить их прочность, что привело к упрощению и удешевлению производства. Появление решеток из сплавов позволило избавиться от некоторых недостатков, свойственных аккумуляторам старого образца. В первую очередь, от возникновения коротких замыканий между электродами в результате их деформации и последующего соприкосновения. Результатом стало существенное увеличение срока службы при почти полном отсутствии обслуживания.

Решетки из свинцово-сурьмяного сплава изготавливаются методом литья под давлением. Это позволяет добиться достаточно высокой точности производства, поэтому большинство аккумуляторов начала 2000-х годов обладали свинцово-сурьмяными решетками. К сожалению, протекание гальванических процессов приводит к тому, что сурьма постепенно выделяется из положительных электродов в результате коррозии, что постепенно приводит к деградации аккумулятора, выраженной в потере емкости.

Недостатки свинцово-сурьмяного сплава побудили производителей искать новые элементы, позволяющие улучшить эксплуатационные характеристики. Выяснилось, что повысить жесткость аккумуляторных решеток можно, если добавить в сплав полтора процента кадмия, а для уменьшения коррозии в сплав добавляют кальций и олово. Однако выяснилась и одна неприятная деталь – использование кальция сопряжено с технологическими трудностями из-за свойства кальция выгорать при изготовлении решеток методом литья. Выход из ситуации был найден – вместо литья при производстве решеток начали использовать технологию просечки-растяжки, а затем и технологию штамповки, при которой из сплава формируется сплошная лента, которую позже подвергают перфорированию. Помимо прочего, штамповка позволяет сохранить внешнюю рамку пластин и делать более сложную оптимизированную форму решетки. Это особенно актуально для пластин положительных электродов, на которые приходятся основные нагрузки. В частности, подобная технология используется на АКБ Bosch с технологией PowerFrame.

Однако в связи со сложностью в производстве решеток с добавлением кальция, свинцово-сурьмяной сплав не стал «технологией прошлого». В настоящий момент необслуживаемые аккумуляторы производятся как на основе решеток с пониженным содержанием сурьмы, так и на основе решеток из свинцово-кальциевого сплава. Многие аккумуляторы изготавливаются с применением обоих типов решеток: у гибридов для производства положительных решеток используется сплав свинец-кальций, тогда как отрицательные решетки делаются из сплава свинца с сурьмой.

Кроме того, для защиты пластин АКБ применяются специальные сепараторы-конверты, которые препятствуют осыпанию активной массы, приводящей к короткому замыканию.

Аккумуляторы класса «премиум»

Дальнейшее развитие технологии производства аккумуляторов связано с совершенствованием как сплава для производства решеток, так и конструкции всего изделия. Безусловно, «венцом творения» на данный момент можно считать полностью необслуживаемые аккумуляторы, к примеру, топовые батареи S5A с технологией AGM производства компании Bosch (раньше назывались S6).

В аккумуляторах класса «премиум» применяется технология Absorbent Glass Mat (AGM). Ее использование дало возможность существенно увеличить число циклов разряд/заряд. В соответствии с технологией AGM в конструкции аккумулятора используются специальные сепараторы из стекловолокна, которые полностью впитывают в себя электролит. Таким образом, он находится в нетекучем состоянии. Микропоры материала заполнены электролитом не полностью. Свободный объем используется для рекомбинации газов, что позволило сделать корпус аккумулятора полностью герметичным. Применение технологии AGM обеспечивает хорошую устойчивость аккумулятора к вибрации и наклону. Глубокий разряд не приводит к необратимым последствиям для батарей Bosch S5A.

Аккумуляторы с технологией AGM часто путают с гелевыми, в которых электролит находится в состоянии геля. Основными достоинствами этих аккумуляторов также являются возможность использования батареи при любом ее положении в пространстве, устойчивость к вибрациям, а также то, что даже при повреждении корпуса батареи электролит не вытекает наружу. Однако технология AGM является более совершенной, так как электролит в свободной форме обладает преимуществами в эксплуатации. У гелевых аккумуляторов скорость химических реакций ниже, кроме того, они не переносят сильных морозов. Таким образом, АКБ с технологией AGM обладают всеми достоинствами гелевых, при этом недостатки последних в них отсутствуют.

Как долго можно хранить современный аккумулятор?

Из-за низкого саморазряда все полностью необслуживаемые аккумуляторы заполняются электролитом в условиях производства и герметизируются. Это позволяет избежать опасных утечек кислоты и необходимости в обслуживании. Конструкция герметизированных аккумуляторов подразумевает длительное хранение батареи в заряженном состоянии. Если батарея долго не используется, достаточно изредка проверять уровень ее напряжения. Для напоминания об этом на обновленных этикетках всех АКБ Bosch нанесены соответствующие пиктограммы – напряжение разомкнутой цепи должно составлять не менее 12,4 В, в противном случае необходимо произвести зарядку АКБ. Это не потребуется выполнять чаще, чем раз в полгода. А при хранении аккумулятора в соответствующих условиях – сухих прохладных местах с температурой от 0 до +15°С – интервал может увеличиваться вплоть до 12 месяцев для АКБ с гибридными решетками и до 18 месяцев для батарей на основе решеток из свинцово-кальциевого сплава. Таким образом, аккумулятор, произведенный год назад, хранившийся в надлежащих условиях и прошедший хотя бы один цикл обслуживания, в силу своей конструкции и герметичности может спокойно храниться второй год до новой подзарядки и так далее. В этой связи поиски «свежего» аккумулятора теряют свою актуальность и всякий смысл.

В качестве итога хотелось бы отметить следующие моменты:

1. Выбирать подходящий аккумулятор нужно исходя из модели и модификации автомобиля, а также условий его эксплуатации. При этом предпочтение стоит отдавать продукции крупных мировых производителей, таких как Bosch. Для облегчения поиска информации Bosch указывает на этикетках соответствующие обозначения и пиктограммы (например, АКБ для систем «Start-Stop», тип автомобиля, режим эксплуатации ТС, минимальное значение напряжения АКБ для зарядки и др.).
2. Современные аккумуляторы в процессе хранения и эксплуатации не требуют практически никаких манипуляций. Достаточно лишь осуществлять контроль над показателем напряжения батареи и подзаряжать ее в случае необходимости.
3. Дата производства для современных необслуживаемых аккумуляторов не является важным показателем.
4. При любых сомнениях в выборе подходящей АКБ нужно обратиться к специалистам. Они поделятся информацией по применяемым технологиям и помогут сделать правильный выбор нужного аккумулятора.

электролитов для литиевых и литий-ионных батарей | Ричард Т Джоу

Доктор Т. Ричард Джоу — научный сотрудник ARL и руководитель группы по материалам для хранения энергии в исследовательской лаборатории армии США в Адельфи, штат Мэриленд. Его работа сосредоточена на разработке материалов и устройств для накопления энергии, включая перезаряжаемые литиевые батареи с высокой энергией и высокой плотностью мощности, а также диэлектрические конденсаторы. Он был техническим руководителем совместной программы разработки электролитов DOE-ARL с 1999 года, а также руководил и совместно руководил программами Army ManTech по конденсаторам и литий-ионным батареям соответственно.До прихода в ARL в 1989 году д-р Джоу был старшим химиком в Allied-Signal в Морристауне, штат Нью-Джерси, и старшим научным сотрудником в Electrochem Industries, дочерней компании Wilson Greatbatch Limited, в Кларенсе, штат Нью-Йорк, где занимался разработкой различных электродных и электролитных материалов для высоких температур. литиевые батареи с плотностью энергии. Он получил степень бакалавра наук. и М.С. по физике от Национального университета Цин Хуа и его докторская степень. Кандидат наук в области материаловедения и инженерии Северо-Западного университета. Он является автором или соавтором более 130 журнальных статей и 25 патентов в области литиевых батарей, электрохимических конденсаторов и диэлектрических конденсаторов.Он является членом Электрохимического общества и Общества исследования материалов.

Кан Сю занимается исследованиями в области технологий хранения энергии более 20 лет. Он присоединился к научно-исследовательской лаборатории армии США в 1997 году и был главным исполнительным директором по проектам электролитов, финансируемым Министерством энергетики США Advanced Battery Research, руководил проектами различных исследовательских проектов Министерства обороны США, а также был официальным техническим представителем по контракту для разнообразных исследовательских инициатив. . Его исследовательские интересы охватывают разработку материалов и межфазные механизмы для электрохимических накопителей энергии, в том числе литиевые и современные аккумуляторы. Его недавняя деятельность также распространяется на новые направления био / наноструктурированных материалов, основанных на вирусных шаблонах, и их применения в продвинутой химии аккумуляторов и сборе энергии через фотосинтетические маршруты, для которых он выступает в качестве технических руководителей в программах, финансируемых Министерством обороны США. Он был четыре раза отмечен наградами за достижения в области НИОКР Министерства армии США (1999, 2001, 2002 и 2011 гг.), Премией публикаций (2005 г.), наградой конференции по армейской науке за лучший доклад (2008 г.) и премией науки (2011 г.). .Он опубликовал более 130 статей в рецензируемых журналах (индекс Хирша 43), написал 2 главы в книгах, был соредактором книги и в настоящее время имеет 18 патентов США. Он является активным членом Электрохимического общества и Общества исследования материалов.

Олег Бородин работает научным сотрудником в отделении электрохимии научно-исследовательской лаборатории армии, Адельфи, доктор медицинских наук с 2011 года. После получения степени кандидата химических наук в 2000 году он работал в области многомасштабного моделирования жидкости. ионная жидкость и полимерные электролиты для аккумуляторных батарей и двухслойных конденсаторов, моделирование энергетических композиционных материалов, полимеров в растворах и полимерных нанокомпозитов.Он является соавтором более ста публикаций и четырех глав в книгах. Его усилия по моделированию сосредоточены на масштабах от электронного до атомистического и мезомасштабного.

Доктор Макото Уэ — вице-президент и руководитель лаборатории Energy 2 в корпоративном центре исследований и разработок Samsung SDI, Ltd. в Сувоне, Корея. Он получил степень M.S. и к.т.н. из Токийского университета, Япония, в 1981 и 1995 годах, соответственно, а с 1988 по 1990 год учился в Питтсбургском университете и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, США.С 1981 по 2010 год работал в исследовательском центре Цукуба в Mitsubishi Chemical Corporation, Япония, первым исследователем растворов неводных электролитов (1984), первым топ-менеджером Лаборатории аккумуляторных материалов (2003-2010), топ-менеджером Исследовательского центра Цукуба ( 2006-2010), научный сотрудник (2007-2012), а затем научный сотрудник Национального института материаловедения (2011-2012). Он внес свой вклад в рост производства литиевых аккумуляторов и конденсаторов благодаря своим постоянным исследованиям электролитов, и его продукты были использованы в этих устройствах для потребительских и автомобильных приложений.Д-р Уэ имеет около 300 статей / обзоров / глав книг и около 300 патентов и является лауреатом семи академических наград, включая премию за выдающиеся научные работы от Электрохимического общества Японии (1994), награду за исследования от Международной ассоциации аккумуляторных материалов (1997). и технологическая награда Battery Division от Электрохимического общества (2004 г.) в области литиевых аккумуляторов.

«Электролиты для литиевых и литий-ионных батарей»

Johnson Matthey Technol.Ред. , 2015, 59 , (1), 30

«Электролиты для литиевых и литий-ионных аккумуляторов», опубликованные Springer в 2014 году, представляют собой 58-й том в серии «Современные аспекты электрохимии». Сборник редактируют Т. Ричард Джоу, Кан Сю, Олег Бородин и Макото Уэ. В предисловии редакторы изложили цель составления этого тома, которая заключалась в предоставлении всестороннего обзора электролитов для литий-ионных батарей. Он охватывает исследования и разработки электролитов за последние десять лет и может быть использован в качестве основы для будущих работ и направлений.В книге удается логично и очень полно охватить многогранную область электролитов.

Темы главы включают соли лития, достижения в области растворителей, добавок и ионных жидкостей, затем продвижение к пониманию межфазных границ катода и анода, обзор различных подходов к характеристике, обсуждение подходов к моделированию и, наконец, будущих технологий, таких как воздушно-литиевые батареи.

Соли, растворители и добавки

Глава 1, «Неводные электролиты: достижения в области литиевых солей» Уэсли А.Хендерсон (Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория, США) начинает с информации о желаемых свойствах солей, таких как ионная проводимость, растворимость, стабильность (к окислению и гидролизу) и способность образовывать оптимальную межфазную поверхность на электродах. Затем в главе дается чрезвычайно полный охват различных типов солей лития и их свойств, начиная от известных солей, таких как гексафторфосфат лития (LiPF ₆ ) и бис (бистрифторметансульфонил) имид лития (LiTFSI), до более сложных примеров, включая органобораты, фосфаты и алюминаты.Структурные диаграммы включены для всех примеров, которые очень помогают читателю, и в конце главы выделены критерии принятия новых солей; Также глава включает более 700 ссылок.

В главе 2 «Неводные электролиты с усовершенствованием растворителей» Макото Уэ, Юкио Сасаки (Токийский политехнический университет, Япония), Ясутака Танака (Университет Сидзуока, Япония) и Масаюки Морита (Университет Ямагути, Япония) рассматриваются важные свойства растворителей. включая высокую электролитическую проводимость, высокую химическую и электрохимическую стабильность, широкий диапазон рабочих температур и высокую безопасность.Показаны фазовые диаграммы для ряда смесей растворителей, а такие свойства, как вязкость, проводимость и стабильность, обсуждаются для ряда циклических и линейных карбонатов и их фторированных версий. Обсуждается типичное требование смешать по крайней мере два электролита вместе для достижения оптимальных свойств, например, сочетание циклического карбоната (высокая диэлектрическая постоянная для содействия диссоциации солей) и линейного карбоната (для снижения вязкости), а также преимущества фторированных растворителей. для повышения электрохимических характеристик и стабильности, использование органоборатов для снижения веса, стоимости и токсичности, а также добавление фосфатов в качестве антипиренов.Также рассматриваются полимерные гелевые электролиты и серосодержащие растворители.

Глава 3 «Неводные электролиты и достижения в добавках» Коджи Абэ (UBE Industries Ltd, Япония) частично рассказана с исторической точки зрения, но также классифицирует различные типы добавок в соответствии с их функциями и безопасностью. Обсуждаются намеренное добавление добавок для контроля межфазной границы твердого электролита (SEI) путем формирования контролируемого тонкого слоя с более низким сопротивлением подвижности лития и добавок для образования стабильной межфазной поверхности катода. Также рассмотрены аспекты безопасности, такие как добавление веществ, которые могут предотвратить термический выход за счет поверхностной полимеризации , а также добавки, такие как окислительно-восстановительные преобразователи (например, анизолы), а также другие подходы к защите от перезарядки и огнезащитные добавки, такие как фосфаты.

Глава 4 «Последние достижения в области ионных жидкостей для литиевых вторичных батарей» Хадзиме Мацумото (Национальный институт передовых промышленных наук и технологий (AIST), Япония) описывает полезные свойства ионных жидкостей (ИЖ), такие как пониженная воспламеняемость и летучесть. и охватывает примеры их исследовательского использования в полных ячейках.Важными недавними разработками являются рецептуры новых анионов (в частности, асимметричных версий), которые влияют на вязкость и улучшают подвижность / проводимость, для достижения характеристик, сопоставимых с обычными электролитами, использующими ИЖ. Показано, что высокая стабильность ИЖ при анализе отдельных компонентов (термическое разложение) также снижается в присутствии активных компонентов батареи, что свидетельствует о важности реалистичных сценариев тестирования.

Интерфейсы и химия поверхности

Глава 5, «Межфазные границы между электролитами и анодами в литий-ионной батарее», составленная Mengqing Xu, Lidan Xing и Weishan Li (Южно-Китайский педагогический университет), посвящена межфазной границе анодного электролита (называемой SEI) .Он начинается с исторического обзора первоначальной работы с литиевыми анодами и графитом, показывая, как нестабильная межфазная фаза, образованная электролитами из графита и пропиленкарбоната (ПК), препятствовала первоначальным исследованиям и была революционизирована переходом на этиленкарбонат (ЭК) и другие электролиты, которые образуют стабильный SEI с графитовыми анодами. Обсуждаются механизмы образования SEI (двумерного (2D) и трехмерного (3D)) и продуктов восстановления для различных линейных и циклических разновидностей карбонатных растворителей, которые создают SEI, и описываются энергетические барьеры для движения Li через межфазную поверхность ( Рисунок 1 ).Кроме того, обсуждаются различные методы определения характеристик (включая ядерный магнитный резонанс (ЯМР) и рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию (XPS)) для изучения состава SEI. Также рассматривается расширение до более совершенных анодов, таких как кремний, и добавки, способствующие формированию SEI для различных систем.

Рис. 1.

Схематическое описание энергетического барьера для «переноса Li» на границе раздела графит / электролит (перепечатано с разрешения (1). Авторское право (2010) Американского химического общества)

Глава 6, «О Поверхностная химия катодных материалов для литий-ионных батарей »Сусая Фрэнсиса Амальраджа, Ронита Шараби, Хадара Склара и Дорон Аурбаха (Университет Бар-Илан, Израиль) дает краткое и практическое введение в различные типы химии катода (включая слоистые оксиды, шпинели и оливины) и диагностические методы для оценки межфазного катод-электролит.Описаны такие проблемы, как растворение металла на катоде и последующее осаждение на аноде (приводящее к потере производительности), а также использование добавок или покрытий из активных материалов для контроля межфазной границы катода и ограничения нежелательных побочных реакций. Также даются ссылки на более подробную информацию в ряде их собственных публикаций.

Глава 7 «Инструменты и методологии для определения характеристик границ раздела электрод-электролит» Джорди Кабана (Национальная лаборатория Лоуренса Беркли, США и Университет штата Иллинойс, США) предоставляет подробное и авторитетное введение в различные методы анализа электродов. электролитные интерфейсы.Электрохимические методы, различные типы спектроскопии (рамановская, инфракрасная (ИК), XPS, ЯМР, рентгеновские и нейтронные методы), эллипсометрия и микроскопия обсуждаются с иллюстративными примерами. На сегодняшний день было проведено множество экспериментов ex situ , обязательно требующих стадии промывки и удаления электролита, которая может повлиять на поверхность, поэтому достижения в конструкции ячейки, позволяющие проводить измерения в присутствии электролита, являются ключом к будущему прогрессу. Кроме того, подчеркивается важность комбинирования дополнительных методов для полной оценки свойств поверхности раздела с возможным перекрытием с другими областями электрокатализа.

Методологии моделирования

Глава 8 «Молекулярное моделирование электролитов» Олега Бородина описывает различные методологии моделирования электролитов и подчеркивает важность рассмотрения кластеров и систем, а не только отдельных молекул и компонентов. Выделены проверка достоверности моделей на основе экспериментальных данных, а также опасности объединения экспериментальных результатов из разных источников (где детали, такие как экспериментальные процедуры и эталонные шкалы, могут отличаться).Описывается использование моделирования молекулярной динамики (МД) для изучения подвижности Li в SEI и различных подложках анода (графит, титанат лития и титанат лития-лантана) и, следовательно, разделения подвижности Li в SEI от эффектов десольватации Li.

Глава 9 «Прогнозирование электрохимической стабильности электролита и присадок» Йохана Ширса и Патрика Йоханссона (Технологический университет Чалмерса, Швеция) охватывает различные подходы к моделированию потенциалов окисления и восстановления растворителей, солей и присадок в электролите. .Обнаружены значительные вариации прогнозируемых тенденций в зависимости от продуктов реакции (линейных или циклических), пути, механизма и промежуточных продуктов. Снова отмечены проблемы с перекрестным сравнением с различными экспериментальными результатами в литературе, включая различные скорости развертки, рабочие электроды, токи отсечки, а также вариации эталонных энергий. В случае редокс-шаттла точные прогнозы потенциалов особенно важны, поскольку их поведение связано с безопасностью батареи.Также обсуждаются преимущества увеличения мощности компьютера, поскольку можно моделировать более сложные системы и, в частности, более точно исследовать реалистичные изображения электродных материалов, поверхностей и многокомпонентных систем.

Технологии будущего: воздушно-литиевые батареи

Книга завершается главой 10 «Апротические электролиты в воздушно-литиевых батареях» Ках Чун Лау, Раджив С. Ассари и Ларри А. Кертисс (Аргоннская национальная лаборатория, США). Теоретически воздушно-литиевые батареи обладают возможностью исключительно высокой емкости из-за их низкой массы. Однако считается, что отсутствие стабильности нынешних электролитов в присутствии супероксидного радикала, образующегося в реакции катодного восстановления кислорода, является самым большим препятствием на пути к успеху в этих системах. В течение многих лет в литиево-воздушных системах использовались обычные литий-ионные электролиты, такие как ПК. Однако атака супероксидом приводит к образованию необратимых разновидностей карбоната лития, а не желаемого пероксида лития (, рис. 2, ). В этой главе кратко излагаются методы определения характеристик, использованные для подтверждения непригодности ПК, и несколько улучшенных результатов с растворителем на основе эфира, а также подчеркивается важность понимания механизмов реакции и теории взаимосвязей и экспериментов для поиска улучшенной системы электролита.

Рис. 2.

Тороиды из пероксида лития, образующиеся при разряде в литиево-воздушном катоде. (Изображение любезно предоставлено аналитическим отделом Технологического центра Джонсона Матти, Соннинг Коммон, Великобритания)

Выводы

На протяжении всей книги всплывают определенные темы, включая важность тщательной корреляции экспериментальных результатов с данными моделирования и рассмотрения многокомпонентных систем в реальных условиях вместо того, чтобы рассматривать отдельные составляющие изолированно. Также очевидно, что ни один метод не может дать все ответы. Эта книга представляет собой отличное руководство по множеству вариантов соли, электролита и добавок, а также по их функциям и свойствам; Исторический обзор также особенно полезен для новичков в этой области.

Таким образом, эта книга будет полезна исследователям аккумуляторов в академических и промышленных кругах, поскольку она предоставляет исторический контекст, справочную информацию по широкому спектру компонентов электролита и их функциональности, а также выделяет направления дальнейшей работы и задачи, которые предстоит решить.Использование примеров для иллюстрации свойств материалов, взаимодействия между компонентами, различных аналитических методов и подходов к моделированию особенно полезно наряду с большим количеством цитируемых литературных ссылок по различным темам.

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или уточнить у системного администратора.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файлах cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Разработка электролитов для литий-ионных и постлитиевых батарей

Владислав Вечорек — профессор химии (химической технологии) Варшавского технологического университета.Он специализируется на проектировании и разработке новых электролитов и их компонентов для литий-ионных и постлитий-ионных батарей, в частности натрий-ионных, литий-серных, а также топливных элементов, суперконденсаторов и электрохромных устройств. Его основные научные достижения включают разработку концепции композитных полимерных электролитов, использование рецепторов органических анионов для увеличения проводимости лития в электролитах, разработку концепции неводных протонпроводящих гелевых полимерных электролитов для применения в электрохромных устройствах и суперконденсаторах, а также разработку нового семейства солей типа Huckel для применения в электролитах, используемых в литий- и натрий-ионных батареях, лицензированных в 2018 году французской химической компании Arkema. Профессор Вичорек является лидером в области проектирования и разработки новых электролитов и их компонентов для литий-ионных и постлитий-ионных аккумуляторов в рамках инициатив Alistore ERI и Battery 2030+. Он также является соучредителем Европейского исследовательского института Alistore, который занимается разработкой и составом электролитов. Он имеет более чем 15-летний опыт работы в качестве члена дидактического комитета программы Erasmu Mundus по материалам для преобразования и хранения энергии (MESC).

Януш Плохарский окончил химический факультет Варшавского технологического университета в 1974 году, а затем стал членом научно-педагогического коллектива факультета.Его исследовательская деятельность была сосредоточена на химии твердого тела, проводящих (сопряженных) полимерах, полимерных электролитах и ​​селективных интеллектуальных материалах. В настоящее время его интересуют исследования материалов для электрохимических источников электричества. Он внес большой вклад в научные публикации по этим темам. С 2009 г. — штатный профессор химического факультета.

Твердотельные и полимерные аккумуляторы 2019-2029 гг .: технологии, патенты, прогнозы: IDTechEx

1.	КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ И ВЫВОДЫ
1.1.	Игроки, о которых говорилось в этом отчете
1.2.	Промышленность по твердотельным батареям
1.3.	Состояние и будущее бизнеса твердотельных аккумуляторов
1.4.	Региональные усилия: Германия, Франция, Великобритания, Австралия, США, Япония, Корея и Китай
1.5.	Сравнение различных твердотельных литиевых батарей
1.6.	Технология твердотельных электролитов
1.7.	Сравнение твердотельных электролитов
1. 8.	Оценка технологии
1.9.	Оценка технологии: полимер, LLZO, LATP, LGPS
1.10.	Технология и готовность производства 1
1.11.	Технологии и готовность производства 2
1.12.	Сравнение оценок
1.13.	Сотрудничество / приобретение твердотельных батарей производителями оригинального оборудования
1.14.	Амбиции батареи
1.15.	Цепочка добавленной стоимости твердотельных батарей
1.16.	Возможные области применения твердотельных батарей
1.17.	Готовность рынка 1
1. 18.	Готовность рынка 2
1.19.	Готовность рынка 3
1.20.	Твердотельные аккумуляторы для электромобилей
1.21.	Твердотельные батареи для бытовой электроники
1.22.	Продажа твердотельных аккумуляторов в единицах
1.23.	Производство твердотельных аккумуляторов на GWh
1.24.	Прогнозы по химии на 2019-2029 гг.
1.25.	Прогнозы по приложениям на 2019-2029 годы
1.26.	Сравнение характеристик: электромобили
1.27.	Проникновение на рынок к 2029 году — электромобили
1. 28.	Выход на рынок к 2029 году — дроны
1.29.	Рынок твердотельных аккумуляторов для электромобилей (млрд долларов)
1.30.	Доля рынка твердотельных аккумуляторов для электромобилей в 2024 и 2029 годах
1.31.	Продажа твердотельных аккумуляторов в единицах (EV)
1.32.	Рынок твердотельных аккумуляторов для электромобилей (млрд долл.)
1.33.	Рынок твердотельных аккумуляторов для электромобилей (млрд долл.)
1.34.	Рынок твердотельных аккумуляторов для электробусов (млн долл. США)
1.35.	Рост рынка твердотельных батарей в носимых и бытовых приборах (млн долл. США)
1.36.	Сравнение производительности: CE и носимые устройства
1.37.	Рынок твердотельных аккумуляторов для носимых устройств и CE
1.38.	Выход на рынок к 2029 году — носимые устройства и CE
	ГЛАВА 1 ИСТОРИЯ ВОПРОСА
2,1	Введение в главу 1
3.	ПОЧЕМУ БАТАРЕЙНАЯ РАЗРАБОТКА?
3.1.	Что такое аккумулятор?
3.2.	Большое препятствие — плотность энергии
3.3.	Аккумуляторная технология основана на окислительно-восстановительных реакциях
3.4.	Электрохимическая реакция в основном основана на переносе электрона
3.5.	Электрохимические неактивные компоненты снижают удельную энергию
3.6.	Значение электролита в батарее
3.7.	Катод и анод должны иметь структурный порядок
3.8.	История неисправности металлического литиевого анода
4.	ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ С ЛИТИЙ-ИОННЫМИ БАТАРЕЯМИ
4.1.	Безопасность жидко-электролитных литий-ионных аккумуляторов
4.2.	Современные фильмы ужасов пугают разряженными батареями телефонов
4.3.	Firegate Самсунг
4.4.	Аспекты безопасности литий-ионных аккумуляторов
4.5.	Температура ячейки LIB и вероятный результат
5.	ЛИ-ИОННЫЕ БАТАРЕИ
5.1.	Еда — это электричество для человека
5.2.	Что такое литий-ионный аккумулятор (LIB)?
5.3.	Альтернативные варианты анодов: литий, титан и металлический литий
5.4.	Альтернативные варианты анодов: другие углеродные материалы
5.5.	Альтернативные варианты анодов: кремний, олово и легирующие материалы
5.6.	Катодные альтернативы: LNMO, NMC, NCA и пентоксид ванадия
5.7.	Альтернативные катоды: LFP
5.8.	Катодные альтернативы: сера
5.9.	Альтернативные катоды: кислород
5.10.	Катоды высокой энергии требуют фторированных электролитов
5.11.	Почему литий так важен?
5.12.	Где литий?
5.13.	Как производить литий 1
5.14.	Как производить литий 2
5.15.	Где используется литий 1
5.16.	Где используется литий 2
5.17.	Вопрос: сколько лития нам нужно? 1
5.18.	Вопрос: сколько лития нам нужно? 2
5.19.	Вопрос: сколько Li нам нужно? 3
5.20.	Как можно улучшить LIB? 1
5.21.	Как можно улучшить LIB? 2
6.	ТРЕБОВАНИЕ БАТАРЕИ
6.1.	Толкающие и вытягивающие факторы в исследованиях литий-ионных аккумуляторов
6.2.	Трилемма аккумулятора
6.3.	Предел производительности
6.4.	Форм-фактор
6.5.	Стоимость
7.	ВЫВОДЫ
7.1.	Выводы
	ГЛАВА 2 ДЛИННАЯ ДЛЯ ВСЕХ ТВЕРДЫХ БАТАРЕЙ
8.1.	Введение
9.	ПОЧЕМУ ТВЕРДЫЕ БАТАРЕИ
9.1.	Надежное будущее?
9.2.	Сравнение литий-ионных батарей с твердотельными батареями
9.3.	Что такое твердотельный аккумулятор (SSB)?
9.4.	Как твердотельные батареи могут повысить производительность?
9,5.	Закрыть стопку
9.6.	Повышение плотности энергии
9.7.	Ценностные предложения и ограничения твердотельной батареи
9.8.	Твердотельные батареи обеспечивают гибкость и индивидуальную настройку
10.	ИНТЕРЕСЫ НА ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ БАТАРЕИ
10.1.	Исследования твердотельных батарей
10.2.	Новый цикл интересов
10.3.	Доли в Китае
10.4.	CATL
10,5.	Qing Tao Energy Development
10.6.	История развития энергетики Цин Дао
10.7.	Ganfeng Литий
10.8.	Институт технологии материалов и инженерии Нинбо, CAS
10.9.	WeLion New Energy Technology 1
10.10.	WeLion New Energy Technology 2
10.11.	WeLion New Energy Technology 3
10.12.	JiaWei Renewable Energy
10.13.	Enovate Motors
10.14.	11 других действий китайских игроков с твердотельными батареями
10.15.	Региональные интересы: Япония
10.16.	Технологическая дорожная карта согласно NPE Германии
10.17.	Дорожная карта для технологии аккумуляторных элементов
10.18.	Проект SSB — Ionics
10.19.	SSB project — SBIR 2016
10.20.	Усилия автопроизводителей — BMW
10.21.	Усилия автопроизводителей — Volkswagen
10.22.	Усилия автопроизводителей — Hyundai
10.23.	Усилия автопроизводителей — Toyota 1
10.24.	Усилия автопроизводителей — Toyota 2
10.25.	Усилия автопроизводителей — Fisker Inc.
10.26.	Усилия автопроизводителей — Bolloré
10.27.	Усилия поставщиков аккумуляторов — Panasonic
10.28.	Усилия производителей аккумуляторов — Samsung SDI
10.29.	Академические взгляды — Мюнстерский университет 1
10.30.	Академические взгляды — Мюнстерский университет 2
10.31.	Академические взгляды — Университет Гиссена
10.32.	Academic views — Fraunhofer Batterien
	ГЛАВА 3 ТВЕРДЫЕ БАТАРЕИ
12.	ВВЕДЕНИЕ В ТВЕРДЫЕ БАТАРЕИ
12.1.	История твердотельных батарей
12.2.	Конфигурации твердотельных батарей 1
12.3.	Конфигурации твердотельных аккумуляторов 2
12.4.	Твердотельные электролиты
12.5.	Различия между жидкими и твердыми электролитами
12.6.	Как создать хороший твердотельный электролит
12.7.	Классификация твердотельных электролитов
12.8.	Тонкопленочные и массивные твердотельные батареи
12.9.	Масштабирование тонких керамических листов
12.10.	Насколько безопасны твердотельные батареи?
13.	ТВЕРДЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ
13.1.	Применение аккумуляторов на полимерной основе
13.2.	LiPo батареи, батареи на полимерной основе, полимерные батареи
13.3.	Типы полимерных электролитов
13.4.	Электролитические полимерные варианты
13.5.	Преимущества и недостатки полимерных электролитов
13.6.	ПЭО для твердого полимерного электролита
13.7.	Аккумулятор на полимерной основе: Solidenergy
13.8.	Coslight
13.9.	Аккумуляторы BrightVolt
13.10.	Матрица продуктов BrightVolt
13.11.	Электролит BrightVolt
13.12.	Hydro-Québec
13,13.	Solvay 1
13,14.	Solvay 2
13,15.	IMEC 1
13,16.	IMEC 2
13,17.	Polyplus
13,18.	SEEO
13,19.	Инновационный электрод для аккумуляторов с полутвердым электролитом
13.20.	Переосмысление производственного процесса на 24M
13.21.	Ионные материалы
13.22.	Технология и процесс производства ионных материалов
13.23.	Аккумулятор Prieto
13.24.	Компании, работающие с полимерными твердотельными аккумуляторами
13.25.	Твердые неорганические электролиты
13.26.	Типы твердых неорганических электролитов для Li-ion 1
13.27.	Типы твердых неорганических электролитов для Li-ion 2
13.28.	Оксидный неорганический электролит
13.29.	Оксидный электролит
13.30.	Гранат
13,31.	Технология QuantumScape 1
13.32.	Технология QuantumScape 2
13.33.	Технологический институт Карлсруэ
13.34.	Нагойский университет
13.35.	Toshiba
13,36.	Тип NASICON
13,37.	Литий-ионный проводящий стеклокерамический порошок-01
13.38.	LICGCTM PW-01 для катодных добавок
13.39.	Продукция Ohara для твердотельных батарей
13.40.	Охара / PolyPlus
13.41.	Применение LICGC для всех твердотельных батарей
13.42.	Свойства многослойной полностью твердотельной литий-ионной батареи с использованием LICGC в качестве электролита
13.43.	продуктов LICGC на выставке
13.44.	Технология производства стекла Охара
13.45.	Taiyo Yuden
13,46.	Шотт
13.47.	Перовскит
13,48.	LiPON
13,49.	LiPON: конструкция
13.50.	Плееры работали и работают LiPON аккумуляторы
13.51.	Варианты материалов катода для аккумуляторов на основе LiPON
13,52.	Аноды для аккумуляторов на основе LiPON
13,53.	Варианты подложек для аккумуляторов на основе LiPON
13.54.	Тенденция материалов и процессов производства тонкопленочных аккумуляторов в различных компаниях
13.55.	LiPON: увеличение емкости
13,56.	Technology of Infinite Power Solutions
13.57.	Сравнение стоимости стандартной призматической батареи и батареи IPS
13,58.	Тонкопленочные твердотельные батареи Excellatron
13.59.	Johnson Battery Technologies
13.60.	Производительность передовых технологий JBT
13,61.	Ультратонкая микро-батарея — NanoEnergy®
13.62.	Микро-батареи, подходящие для интеграции
13,63.	От ограниченного до массового производства — STMicroelectronics
13,64.	Краткое описание тонкопленочной аккумуляторной батареи EnFilm ™
13.65.	CEA Tech
13,66.	Илика 1
13,67.	Илика 2
13,68.	Илика 3
13,69.	TDK
13,70.	Производительность CeraCharge
13,71.	Основные приложения CeraCharge
13.72.	ProLogium: Твердотельная литиево-керамическая батарея
13.73.	ProLogium: аккумуляторный блок EV в сборе
13.74.	FDK
13,75.	Применение твердотельной батареи FDK
13.76.	Компании, работающие с оксидными твердотельными батареями
13.77.	Сульфидный неорганический электролит
13,78.	Solid Power
13,79.	LISICON типа 1
13.80.	LISICON-тип 2
13.81.	Твердотельный электролит Hitachi Zosen
13,82.	Аккумуляторы Hitachi Zosen
13,83.	Твердотельные электролиты — Университет Конана
13,84.	Токийский технологический институт
13,85.	Аргиродит
13,86.	Компании, работающие с сульфидными твердотельными аккумуляторами
13.87.	Прочие
13,88.	Литий-гидриды
13,89.	Литий-галогениды
13,90.	Резюме
13.91.	Преимущества и недостатки неорганических электролитов 1
13.92.	Преимущества и недостатки неорганических электролитов 2
13.93.	Преимущества и недостатки неорганических электролитов 3
13.94.	Преимущества и недостатки неорганических электролитов 4
13.95.	Дендриты — необходимы керамические наполнители и высокий модуль сдвига
13,96.	Сравнение неорганических и полимерных электролитов 1
13.97.	Сравнение неорганических и полимерных электролитов 2
14.	ПАТЕНТНЫЙ АНАЛИЗ ТВЕРДЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
14.1.	Обзор расследования
14.2.	Общее количество патентов по типу и материалу электролита
14.3.	Патентный портфель ключевых правопреемников SSE
15.	ПАТЕНТНЫЙ АНАЛИЗ НЕКОМПОЗИТНОГО НЕОРГАНИЧЕСКОГО ИЛИ ПОЛИМЕРИЧЕСКОГО ТВЕРДОГО ЭЛЕКТРОЛИТА
15.1.	Общее количество патентов по материалам SSE
15.2.	Колебания патентных заявок с 2014 по 2016 год
15.3.	Правовой статус патентов в 2018 году по материалам SSE
15.4.	Патентный портфель несоставных SSE ключевого правопреемника
15.5.	PEO: тенденции патентной деятельности
15.6.	LPS: тенденции патентной активности
15.7.	LLZO: тенденции патентной деятельности
15.8.	LLTO: тенденции патентной деятельности
15.9.	Йодид лития: тенденции патентной активности
15.10.	LGPS: тенденции патентной деятельности
15.11.	LIPON: тенденции патентной активности
15.12.	LATP: тенденции патентной деятельности
15.13.	LAGP: патентная активность
15.14.	Аргиродит: тенденции патентной активности
15.15.	LiBh5: тенденции патентной активности
15.16.	Выводы
16.	КОМПОЗИТНЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ
16.1.	Лучшее из обоих миров?
16.2.	Toshiba
17.	ТВЕРДЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ, НЕ ТОЛЬКО LI-ION
17.1.	Твердотельные электролиты в литий-серных батареях
17.2.	Фазы разработки литий-серного твердого электрода
17.3.	Твердотельные электролиты в литий-воздушных батареях
17.4.	Твердотельные электролиты в металло-воздушных батареях
17.5.	Твердотельные электролиты в натриево-ионных батареях 1
17.6.	Твердотельные электролиты в натриево-ионных батареях 2
17.7.	Твердотельные электролиты в натриево-серных батареях 1
17.8.	Твердотельные электролиты в натрий-серных батареях 2
	ГЛАВА 4 ПРОИЗВОДСТВО ТВЕРДЫХ БАТАРЕЙ
19.	ПРОИЗВОДСТВО ТВЕРДЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
19.1.	Настоящее узкое место
19.2.	Действующий процесс: ламинирование
19.3.	Процесс изготовления твердой батареи
19.4.	Оборудование для производства твердотельных аккумуляторов
19.5.	Типовой метод производства твердотельной батареи (тип SMD)
19.6.	Жизнеспособны тонкопленочные электролиты?
19,7.	Краткое изложение основной технологии изготовления тонкопленочных батарей
19.8.	PVD-процессы для тонкопленочных батарей 1
19.9.	PVD-процессы для тонкопленочных батарей 2
19.10.	PVD-процессы для тонкопленочных батарей 3
19.11.	PVD-подход Илики
19.12.	Проспекты производства
19.13.	Подход Toyota 1
19.14.	Подход Toyota 2
19.15.	Подход Hitachi Zosen
19.16.	PVD-подход Sakti3
19.17.	Подход Planar Energy
	ГЛАВА 5 ПРОФИЛИ КОМПАНИИ
21.	ПРОФИЛИ КОМПАНИИ
22.	ПРИЛОЖЕНИЕ
22.1.	Глоссарий терминов — спецификации
22.2.	Полезные диаграммы для сравнения производительности
22.3.	Категории батарей
22.4.	Коммерческие технологии упаковки аккумуляторных батарей
22.5.	Сравнение коммерческих технологий упаковки аккумуляторов
22.6.	Участники производственно-сбытовой цепочки по хранению энергии
22.7.	Химический состав первичных батарей и общие области применения
22.8.	Числовые характеристики популярных аккумуляторных батарей
22.9.	Тест аккумуляторных технологий
22.10.	Как выглядит 1 киловатт-час (кВтч)?
22.11.	Технология и готовность производства
22.12.	Список сокращений

Заряженные электромобили | Исследователи разрабатывают новый электролит для литий-металлических батарей

Новый электролит на литиевой основе, изобретенный учеными Стэнфордского университета, может проложить путь для электромобилей следующего поколения.

В исследовании, опубликованном в журнале « Nature Energy », исследователи из Стэнфорда продемонстрировали, как их новый дизайн электролита повышает производительность литий-металлических батарей.

«Большинство электромобилей работают на литий-ионных батареях, плотность энергии которых быстро приближается к теоретическому пределу», — сказал соавтор исследования профессор И Цуй. «Наше исследование было сосредоточено на литий-металлических батареях, которые легче литий-ионных батарей и потенциально могут обеспечивать больше энергии на единицу веса и объема.”

Литий-металлический аккумулятор может содержать в два раза больше электроэнергии на килограмм, чем современные литий-ионные аккумуляторы. Литий-металлические батареи делают это, заменяя графитовый анод металлическим литием, который может хранить значительно больше энергии.

«Литий-металлические батареи очень перспективны для электромобилей, где вес и объем имеют большое значение», — сказал соавтор Чжэнан Бао. «Но во время работы анод из металлического лития вступает в реакцию с жидким электролитом.Это вызывает рост микроструктур лития, называемых дендритами, на поверхности анода, что может привести к возгоранию батареи и ее выходу из строя ».

«Электролит был ахиллесовой пятой литий-металлических батарей», — сказал соавтор книги Чжао Юй, аспирант по химии. «В своем исследовании мы используем органическую химию для рационального проектирования и создания новых стабильных электролитов для этих батарей».

Yu и его коллеги выяснили, могут ли они решить проблемы стабильности с помощью обычного коммерчески доступного жидкого электролита.

«Мы предположили, что добавление атомов фтора к молекуле электролита сделает жидкость более стабильной», — сказал Ю. «Фтор — широко используемый элемент в электролитах для литиевых батарей. Мы использовали его способность притягивать электроны для создания новой молекулы, которая позволяет аноду из металлического лития хорошо работать в электролите ».

В результате получилось новое синтетическое соединение, сокращенно FDMB, которое можно легко производить в больших объемах.

«Конструкции электролитов становятся очень экзотичными, — сказал Бао.«Некоторые из них оказались многообещающими, но их производство очень дорогое. Молекула FDMB, которую придумал Чжиао, легко производить в больших количествах и довольно дешево ».

Экспериментальная батарея сохранила 90 процентов своего первоначального заряда после 420 циклов зарядки и разрядки. В лабораториях типичные литий-металлические батареи перестают работать примерно через 30 циклов.

«Безанодная батарея в нашей лаборатории показала около 325 ватт-часов на килограмм удельной энергии, приличное число», — сказал Цуй.«Нашим следующим шагом могла бы стать совместная работа с другими исследователями Battery500 над созданием ячеек, которые приблизятся к цели консорциума — 500 ватт-часов на килограмм».

Помимо более длительного срока службы и лучшей стабильности, электролит FDMB также намного менее воспламеняем, чем обычные электролиты, как исследователи продемонстрировали в этом видео:

Источник: Стэнфордский университет

Новый дизайн электролита, который может повысить производительность литий-ионных батарей

Изображение, показывающее частицу Si, покрытую SEI с высоким содержанием LiF.Предоставлено: Чен и др.

Большинство существующих литий-ионных аккумуляторов (LIB) содержат графитовые аноды, емкость которых составляет примерно 350 миллиампер-часов (мАч) на грамм. Емкость кремниевых анодов почти в 10 раз выше, чем у их графитовых аналогов (около 2800 мАч на грамм), что теоретически может позволить разработать более компактные и легкие батареи на основе лития.

Несмотря на свою более высокую емкость, кремниевые аноды до сих пор не могли конкурировать с графитовыми анодами, поскольку кремний расширяется и сжимается во время работы от батареи, поэтому внешний защитный слой анодов может легко треснуть во время работы батареи.В недавней статье, опубликованной в Nature Energy , группа исследователей из Университета Мэриленд Колледж-Парк и Армейской исследовательской лаборатории сообщила о новой конструкции электролита, которая может преодолеть ограничения существующих кремниевых анодов.

«Кремниевые аноды и образованные ими защитные слои на границе раздела фаз твердого электролита (SEI) легче измельчить во время работы от батареи, потому что SEI прочно связывается с Si, поэтому оба они претерпевают большие изменения», — сказал Джи Чен, один из ведущих исследователей провели исследование, рассказали Phys.орг.

SEI — это защитный слой, который образуется естественным образом, когда частицы анода находятся в прямом контакте с электролитом. Этот слой служит барьером, который предотвращает дальнейшие реакции внутри батареи, отделяющие анод от электролита.

«Если этот защитный слой повреждается во время расширения или сжатия частиц Si на аноде, вновь обнаженные частицы анода постоянно вступают в реакцию с электролитом, пока он не разрядится во время цикла батареи», — Олег Бородин, старший химик, участвовавший в исследовании в Армейской научно-исследовательской лаборатории, сказал Phys.орг.

На протяжении более десяти лет исследовательские группы по всему миру пытались решить проблемы, препятствующие использованию кремниевых анодов в LIB, в первую очередь путем разработки гибких и органических SEI, которые расширяются вместе с анодами. Однако большинство разработанных ими решений оказались либо полностью неэффективными, либо умеренно эффективными, таким образом, лишь частично предотвращая повреждение SEI.

Предоставлено: Чен и др.

«В течение долгого времени исследовательское сообщество LIB пыталось разработать методы, позволяющие заставить работать аноды высокой емкости, такие как Si, — сказал Чуншенг Ван, профессор кафедры химической и биомолекулярной инженерии и кафедры химии и биохимии университета. из Мэриленда (UMD), который также является директором UMD Центра исследований экстремальных батарей.«Эти исследователи в основном работали на уровне материалов Si, внедряя дорогостоящие процессы нанопроизводства. Мы попытались решить эту проблему по-другому, разработав электролит и соответствующий SEI для анодов большой емкости».

Чен, Бородин, Ван и их коллеги разработали электролит, который может улучшить характеристики кремниевых анодов малых размеров в LIB, предотвращая повреждение их внешнего защитного барьера.По сравнению с ранее предложенными решениями, их подход существенно сводит к минимуму деградацию электролита, тем самым позволяя батарее работать намного дольше, прежде чем она потеряет свою емкость.

Конечной целью исследования исследователей было найти универсальное решение, которое могло бы облегчить разработку анодов большой емкости для литиевых батарей. Для этого они разработали электролиты с использованием LiPF ₆ , современной соли и смеси эфирных растворителей, образующих очень прочный защитный слой SEI, богатый LiF.

«Особая сольватационная структура (взаимодействие между солью и растворителем) и большой разрыв между тенденцией к восстановлению соли и растворителя способствует образованию уникального LiF-богатого SEI на Si, который очень полезен для циклического переключения высоких концентраций. мощность Si анодов », — пояснил Олег. «Разработанный нами электролит представляет собой решение для современной технологии LIB, не требуя дорогостоящей обработки, сохраняя при этом высокую циклическую стабильность и беспрецедентную кулоновскую эффективность (CE).«

Недавнее исследование Чена, Бородина, Вана и их коллег доказывает, что достижение хорошей цикличности и высокого CE в LIB, содержащих кремниевые аноды, на самом деле возможно, и что это может быть достигнуто простой заменой электролита внутри батареи, что было ранее считалось непрактичным или совершенно неосуществимым. Принцип, лежащий в основе конструкции электролита, теоретически может быть применен ко всем анодам из сплавов большой емкости. В будущем эта конструкция может позволить создавать более эффективные батареи на основе лития, которые содержат аноды на основе материалов, отличных от графита.

«Наши результаты указывают на новое направление в разработке электролитов и могут вселить в исследовательские группы во всем мире уверенность в применении анодных материалов большой емкости в LIB», — сказал Ван. «Нашими следующими шагами будут улучшение окна напряжения электролита и попытка лицензирования технологии производителям батарей».

---

Высокоэффективный электролит решает загадку аккумулятора

---

Дополнительная информация: Джи Чен и др.Конструкция электролита для интерфейсов твердого электролита, богатого LiF, для создания высокопроизводительных анодов из микрочастиц из сплава для батарей, Nature Energy (2020). DOI: 10.1038 / s41560-020-0601-1

© 2020 Сеть Science X

Ссылка : Новый дизайн электролита, который может улучшить характеристики литий-ионных аккумуляторов (13 мая 2020 г.) получено 24 февраля 2021 г. с https: // физ.org / новости / 2020-05-electrolyte-li-ion-battery.