ООО «Центр Грузовой Техники»

8(812)244-68-92

Содержание

Повышение плотности электролита в АКБ

В холодное время года или после длительного простоя могут появиться проблемы с запуском двигателя. Это происходит из-за севшей АКБ. Длительная зарядка батареи не помогает справиться с этой проблемой, если плотность электролита значительно снизилась.

Почему снижается плотность

Плотность электролита изменяется во время использования аккумулятора. Когда батарея теряет заряд, показатель понижается, и наоборот. Очень низкая плотность электролита связана со следующими причинами:

  • Влияние низких температур в течение длительного времени;
  • Перезаряд АКБ, вследствие чего происходит выкипание электролита;
  • Регулярное добавление воды.

Воду в электролит доливать можно, но перед этим нужно проверять его плотность и не проводить процедуру без необходимости. Делайте замеры в каждой банке. Нормальные значения – от 1,25 до 1, 29. Чем холоднее регион, тем выше должна быть плотность.

Как повысить плотность

Чтобы провести процедуру повышения плотности, следуйте плану.

  1. Зарядите батарею (если АКБ разряжена, то при добавлении раствора, поднимется концентрация серной кислоты – пластины разрушается).
  2. Температура электролита должна быть от 20 до 25 градусов.
  3. Осмотрите аккумулятор: на нем не должно быть дефектов и повреждений, особое внимание уделите токовыводам.
  4. Если уровень в норме (от 1,18) долейте электролит с нормальной плотностью до 1,25.
  5. Выполняйте долив в каждой банке, используя клизму-грушу.
  6. Потрясите аккумулятор, чтобы новый раствор перемешался со старым.

Что делать при минимальной плотности

Если уровень упал ниже 1,18 долив электролита не поможет. Используйте аккумуляторную кислоту − у нее очень высокая плотность (1,84). Заливайте кислоту по описанной выше схеме. Выполняйте процедуру в защитной одежде, перчатках и маске в хорошо проветриваемом помещении или на открытом воздухе. Следите, чтобы кислота не попала на кожу – может появиться ожог.

Повышение плотности зарядным устройством

Повысить плотность электролита можно при помощи слабого тока. Такой способ требует больше времени. 

  1. Полностью зарядите АКБ.
  2. Жидкость начнет выкипать, произойдет испарение дистиллированной воды.
  3. Общий уровень электролита понизится.
  4. Долейте новый электролит необходимой плотности.
  5. Сделайте замеры ареометром.
  6. Если показания недостаточны, повторите процедуру, пока плотность не достигнет 1,25 г/см3.

Не спешите выбрасывать аккумулятор, если машина стала плохо заводиться. Попробуйте восстановить АКБ методом повышения плотности электролита. Это займет немного времени, но продлит жизнь батареи на несколько сезонов и сэкономит деньги.

А чтобы продлить жизнь своему акб, соблюдайте простые правила ухода. Читайте.

Причины падения плотности электролита в аккумуляторе

Почему плотность электролита падает

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

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

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

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

Подготовка перед поднятием плотности электролита

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

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

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

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

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

В подготовительные работы по поднятию плотности электролита входит:

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

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

Поднимаем плотность электролита в АКБ

Для повышения концентрации активного раствора в банках аккумулятора необходимо приготовить:

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

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

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

Полная замена электролита

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

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

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

Добавление аккумуляторной кислоты

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

Добавление дистиллята и серной кислоты

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

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

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

Корректирующая подзарядка АКБ

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

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

Инструкция восстановления плотности корректирующей подзарядкой:

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

Единственный недостаток процедуры – большая длительность.

Корректирующий электролит

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

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

Порядок использования корректирующего электролита:

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

ВАЖНО: Откачивая электролит необходимо оставлять поверхность пластин покрытыми жидкостью.

Заключение

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

Как повысить плотность электролита в аккумуляторе в домашних условиях?

Электролит — это аккумуляторная жидкость, состоящая в идеальной концентрации из 35 процентов серной кислоты и 65% дистиллированной воды. На нашем портале vodi.su мы уже приводили таблицу, в которой указана оптимальная плотность электролита в АКБ. Если вы покупали стартерную батарею в магазине, продавец-консультант обязан был измерить плотность электролита, а также проверить АКБ под нагрузкой. Именно таким образом можно выявить заводской брак.

Плотность электролита может изменяться в небольших пределах. Однако если вы ее измеряете ареометром при температуре воздуха 20–25 градусов и при полной зарядке АКБ, она должна составлять 1,27–1,28 г/см. куб. Но по разным причинам плотность может понижаться.

Почему это происходит:

  • концентрация серной кислоты не соответствует установленным требованиям из-за регулярной доливки дистиллированной воды;
  • разряд батареи;
  • частые подзарядки, приводящие к закипанию электролита, испарению воды и части кислоты;
  • выплескивание электролита и его утечка из-за механических повреждений корпуса аккумуляторной батареи.

Отметим, что при закипании электролита испаряется в основном вода. Температура кипения серной кислоты превышает 300 градусов. Даже если АКБ полностью заряжена, плотность электролита в разных банках может немного отличаться из-за разной концентрации. По этой причине не рекомендуется доливать электролит, а лишь воду в равных дозах в каждую банку.

Как поднять плотность электролита?

Производители аккумуляторных батарей рекомендуют регулярно проводить замеры плотности хотя бы два раза в год во время сезонного обслуживания автомобилей. Если особых нареканий на работу АКБ нет, при падении плотности его достаточно подзарядить. О зарядке мы также ранее писали на нашем портале vodi.su. Если же уровень жидкости в банках понизился, нужно долить немного воды, чтобы она на 15–20 миллиметров покрывала пластины. При таком подходе кислота перемешается с водой в процессе работы двигателя.

Плотность электролита зависит от двух параметров:

  • температура окружающего воздуха;
  • концентрация серной кислоты.

Казалось бы, если плотность упала, нужно попросту добавить серной кислоты или готового электролита. Но это заблуждение, поскольку более высокая концентрация кислоты приводит к быстрой сульфатации пластин и их осыпанию. Соответственно, аккумулятор будет стремительно терять заряд, а все последующие подзарядки только приблизят его «кончину». Более того, если аккумулятор длительно эксплуатируется с пониженной плотностью, что говорит о снижении доли серной кислоты, это тоже дорога к его скорейшему выходу из строя.

Таким образом, если вы столкнулись с тем, что плотность электролита упала, предпринимать необходимо следующие шаги:

  1. Попытаться узнать причину изменения данного параметра — возможно, плотность (а с нею и уровень заряда) падали из-за того, что вы забыли на ночь выключить фары или имеются утечки тока;
  2. Зарядить полностью АКБ до указанных производителем значений и вновь измерить плотность;
  3. Внимательно проинспектировать корпус батареи на предмет наличия механических повреждений и отверстий.

У аккумуляторщиков есть свои секреты, как довести плотность до оптимальных показателей. Для этого они ставят АКБ на зарядку на срок от 12 часов до трех суток и заряжают слабыми токами не более 0,5 от емкости батареи. При этом замеряют плотность через равные временные промежутки. В идеале, если нет каких-то дефектов в виде отслоения пластин и осыпания активной массы свинца, заряженная батарея будет нормально работать длительное время. Естественно, нужно будет обязательно провести диагностику электрической цепи для выявления утечек тока.

Радикальный способ повысить плотность электролита в АКБ

Если плотность упала из-за того, что произошла утечка электролитического раствора, придется выравнивать его концентрацию во всех банках старым методом — путем слива старой жидкости и заливки новой. Отметим, что иногда к этому методу прибегают и в случае полной отработки ресурса и падения плотности до 1 грамма на см. куб.

Выполняется данная операция по следующему алгоритму:

  • производим демонтаж аккумулятора и относим его в хорошо проветриваемое помещение с температурой воздуха не ниже 15 градусов;
  • используя грушу, откачиваем электролитическую жидкость из каждой банки;
  • полностью выкачать электролит грушей не получится, поэтому АКБ кладут набок и сверлят отверстия в днище каждой из банок и сливают остатки жидкости;
  • промывают внутреннюю часть батареи дистиллированной водой.

Просверленные отверстия запаивают паяльником или заклеивают специальным клеящим составом на основе пластика. Далее приступают к приготовлению электролита. Можно купить готовый корректирующий состав, либо заливать по отдельности сначала дистиллят, а затем кислоту (концентрированный раствор).

Обратите внимание — порядок заливки должен быть именно такой: сначала льют воду, затем кислоту. Если его нарушить, начнется химическая реакция и электролит закипит.

Напоминаем, что данная процедура будет уместна лишь в том случае, если вы точно знаете, что произошла утечка электролита или он полностью выработал свой ресурс, а АКБ не держит заряд. Но она не поможет, если произошла сульфатация.

Дальнейшие действия:

  • встряхнуть немного батарею для размешивания;
  • когда состав немного осядет, замеряют ареометром плотность — если она в пределах до 1,25 и нет разницы по банкам (не более 0,1 г/см. куб), то можно поставить АКБ на недолгую зарядку на два-три часа, либо сразу ставить на машину и проехать какое-то расстояние;
  • если же разница между банками больше 0,1, проводят корректирующую зарядку.

Для проведения подобных манипуляций необходимо располагать зарядными устройствами и дополнительными инструментами. Кроме того, работа с кислотой опасна сама по себе: должна быть хорошая вентиляция, требуются защитные очки и перчатки. Поэтому, если у вас нет опыта, времени или желания вникать в эти технические подробности, лучше обратиться к профессионалам в автосервисный центр.

Загрузка...

Поделиться в социальных сетях

Как поднять плотность электролита в аккумуляторе?

Диагностика и ремонт10 октября 2020

В автомобильные свинцовые батареи залит водный раствор серной кислоты, удельный вес которого определяет степень заряда. В процессе эксплуатации параметр падает, что приводит к снижению емкости и проблемам с пуском двигателя при отрицательной температуре. Владелец автомобиля может поднять плотность электролита в аккумуляторе, но при деградации активной массы с образованием шлама восстановить исходную емкость батареи не получится.

Причины падения плотности электролита

Снижение удельного веса рабочей жидкости в кислотных АКБ происходит в случаях:

  1. Естественного разряда батареи (например при многократных попытках пуска силового агрегата с неисправными системами зажигания и подачи топлива). На части аккумуляторов предусмотрено смотровое окно с цветным поплавком, позволяющим определить степень зарядки по плотности. Следует учесть, что глазок обеспечивает замер только в 1 банке и не дает полноценной картины состояния источника постоянного тока.
  2. Доливки в ячейки батареи дистиллированной воды без проведения контрольных замеров удельного веса. В процессе эксплуатации часть электролита выкипает, владельцы восполняют недостаток добавлением воды в банки. В результате плотность раствора падает ниже допустимого порога, емкости аккумулятора не хватает для работы светотехнического оборудования или стартера под нагрузкой.
  3. Выкипания части электролита из-за перезаряда (например при поломке регулятора напряжения на генераторе) либо длительной эксплуатации батареи при повышенной температуре воздуха.

Чем опасна низкая плотность?

Падение концентрации серной кислоты приводит к уменьшению емкости с одновременным ростом внутреннего сопротивления пластин батареи. В результате аккумулятор не в состоянии подавать требуемый пусковой ток. Дополнительной проблемой является повышение температуры замерзания электролита.

Формирующиеся кристаллы льда разрушают элементы конструкции и пластиковый корпус. Высыпающаяся из решеток активная масса замыкает пластины, что приводит к ускоренному саморазряду и окончательному выходу батареи из строя.

Как повысить плотность электролита в АКБ?

Владелец автомобиля может восстановить плотность несколькими способами:

  • заливкой в банки электролита с повышенной концентрацией серной кислоты, позволяющей компенсировать падение удельного веса;
  • зарядить аккумулятор с помощью внешнего блока питания;
  • произвести замену электролита с промывкой банок дистиллированной водой.

Восстановление возможно при наличии винтовых пробок в крышке источника питания. Многие производители (например Varta или Bosch) выпускают изделия необслуживаемого типа с запаянными банками. Для доступа потребуется частично разобрать крышку и просверлить отверстия, которые затем заклеивают или запаивают пластиком. При разведении электролита следует учесть, что не допускается введение дистиллированной воды в кислоту. Работы по обслуживанию АКБ рекомендуется выполнять в перчатках и защитных очках в хорошо проветриваемом помещении.

Корректирующий электролит

Алгоритм действий:

  1. Отключить аккумулятор от бортовой сети автомобиля и занести в помещение, дождаться прогрева корпуса до температуры +20...+25°С. Протереть корпус от пыли и следов электролита тряпкой, смоченной в растворе нашатырного спирта.
  2. Отвернуть вентиляционные пробки (при наличии) и подсоединить клеммы зарядного устройства.
  3. Выставить ток зарядки на уровне 10% от емкости батареи или перевести регулятор в положение автоматической работы и произвести восстановление ресурса на протяжении 8-10 часов. Процесс проводят в проветриваемом помещении, поскольку электролит выделяет пары кислоты и взрывоопасный водород.
  4. После окончания зарядки и прекращения выделения газов («кипения» электролита) провести замер ареометром. Допустимая плотность находится в диапазоне от 1,24 до 1,27 г/см³, отклонение между ячейками не должно быть больше 0,01 г/см³. Если разница превышает допустимый порог или удельный вес ниже минимального уровня, то необходимо ввести свежий электролит. Следует учитывать, что корректирующее вещество нельзя использовать при повышенном удельном весе рабочей жидкости в батарее.
  5. Откачать часть жидкости медицинским шприцем или резиновой грушей с удлинительной трубкой.
  6. Залить корректирующий раствор плотностью 1,33 г/см³ до нормального уровня (жидкость должна перекрывать верхние кромки пластин на 15-20 мм).
  7. Провести зарядку батареи на протяжении 30-40 минут в автоматическом режиме.
  8. Выдержать аккумулятор 2 часа для смешивания фракций, стабилизации температуры и удаления пузырей газа из жидкости.
  9. Повторно проверить плотность, при недостаточном параметре провести процедуру повторно. Для снижения удельного веса следует слить часть электролита и ввести дистиллированную воду. Если выровнять плотность в ячейках не удается, то необходимо провести стабилизирующую зарядку (сила тока в цепи в 2-3 раза ниже номинального значения).
  10. Закрыть пробки и подключить аккумулятор к бортовой сети машины.

Выравнивание с помощью зарядки

Методика снижения плотности зарядкой подразумевает подачу тока силой 1-2 А на клеммы заряженной батареи. В результате кипения из электролита постепенно уходит дистиллированная вода, плотность повышается до нормативного значения.

Процедура занимает до 24 часов, владельцу необходимо периодически проверять удельный вес ареометром. В случае чрезмерного роста показателя необходимо разбавить электролит дистиллированной водой.

Полная замена

Последовательность действий при обслуживании:

  1. Снять батарею и очистить корпус от грязи ветошью и нашатырным спиртом, а затем открыть пробки. Если аккумулятор оснащен монолитной крышкой, то потребуется просверлить отверстия диаметром 2-3 мм. При выполнении работы важно не повредить свинцовые пластины. Не допускается сверление боковых крышек или дна корпуса, поскольку герметично заделать каналы невозможно.
  2. Откачать электролит из банок подручными средствами (например медицинским шприцем или корпусом ареометра с вынутым поплавком). Слитую жидкость собрать в отдельную емкость и утилизировать. Не допускается переворачивание корпуса, поскольку скопившийся шлам попадает в зазоры между пластинами и вызывает короткие замыкания.
  3. После обнажения верхних кромок пластин наклонить корпус вбок на 45° и откачать остатки жидкости. Поскольку между электродами и в нижней части банок остается реагент, то следует заполнить ячейки дистиллированной водой для промывки. Для улучшения проникновения рекомендуется покачивать корпус в разных направлениях с наклоном до 45°. Промывку следует повторить 2-3 раза. Полностью удалить старый электролит невозможно (например, жидкость остается в решетках пластин).
  4. Вставить в отверстие воронку и залить свежий электролит с требуемой плотностью до нормативного уровня. В батареи с монолитной крышкой жидкость можно заправить резиновой грушей.
  5. Закрыть пробки или заклеить отверстия, а затем выдержать аккумулятор в течение 5-6 часов. Подавать ток силой 0,1 А на протяжении суток, избегая кипения электролита, а затем увеличить показатель до 10% от номинальной емкости АКБ и довести напряжение на клеммах до 14,5-14,7 В.

Профилактические меры и советы по эксплуатации АКБ

В процессе эксплуатации автомобильной батареи необходимо удалять загрязнения с поверхности корпуса. Оседающие пары электролита формируют дорожки между полюсами, что приводит к ускоренной разрядке. На машинах старого образца не предусмотрена система электронного контроля зарядки, поэтому необходимо периодически проверять напряжение в бортовой сети. В случае использования цифровой шины CAN или LIN блок управления автоматически поддерживает АКБ в заряженном состоянии.

Если автомобиль эксплуатируется в регионах с минимальными температурами ниже -50°С, то плотность электролита необходимо довести до 1,29 г/см³ (при полной зарядке). Дополнительная серная кислота позволяет снизить точку кристаллизации раствора. Если машина эксплуатируется зимой редко или водитель совершает частые поездки на короткие расстояния, то следует периодически заряжать батарею от внешнего устройства.

Вопрос-ответ

Сергей, 08.03.2017
Доброго времени.хотел узнать. Аккумулятор са/са если заряжать меньше чем 16,2 вольта,что случится? У меня зарядник выдаёт 14.8. СПС

Геннадий Кольчугин, менеджер по гарантийному обслуживанию
Добрый день!
Сергей, благодарим Вас за обращение.
Критерием окончания заряда является достижение плотности электролита 1.27 г/см3 во всех банках, при невозможности контроля плотности, окончанием заряда можно считать падение зарядного тока до 0,5-1А и (либо) его стабилизация в течении 2-х часов.
Рекомендуем производить заряд в соответствии с инструкцией по эксплуатации, с выставлением зарядного тока в ручную с величиной 5% от ёмкости АКБ (в Вашем случае 3А). При таком методе заряда ЗУ автоматически будет повышать зарядное напряжение при падении тока (приём заряда), достигая порога в 16В по окончанию заряда. В случае невозможности ЗУ повысить значение напряжения до 16В, плотность не достигнет значения в 1.27 г/см3, соответственно степень заряженности не будет полной


Александр, 27.01.2017
Доброго времени суток! Приобрел АКБ АКОМ «ULTIMATUM»  60 Ач. А/м Лада Приора, эксплуатируется редко, выезжаю на небольшие расстояния 1-2 раза в неделю. Интересует следующий вопрос: Нужно ли заряжать новый АКБ, если да то, каким током в амперах и как долго по времени. Заранее спасибо за ответ.

Геннадий Кольчугин, менеджер по гарантийному обслуживанию
Александр, благодарим Вас за обращение.
Необходимость в заряде батареи заключается в её текущем состоянии, а именно в степени заряженности, которую можно определить несколькими способами. Самый простой способ это показания индикатора степени заряженности, который встроен в крышку аккумуляторной батареи, если цвет индикатора зелёный, значит степень заряженности достаточная для полноценной работы, если чёрный - батарею необходимо дозарядить.
Следующий способ требует наличия оборудования, такого как вольтметр и ареометр. При помощи вольтметра необходимо замерить НРЦ (напряжение разомкнутой цепи) на полюсных выводах АКБ без подключенной нагрузки.
Напряжение в 12,8-12,9В означает, что батарея заряжена на 100%, для Вашего удобства таблица степени заряженности находится во вложении к данному письму. Также степень заряженности можно определить по плотности электролита при помощи ареометра.
Рекомендации по заряду аккумуляторной батареи Вы можете найти в инструкции по эксплуатации или на официальном сайте нашей компании по адресу: http://www.akom.su/support/articles/calcium_battery/
Обратите внимание на то, что зарядное устройство должно быть способно выдавать напряжение в 16,2В.


Михаил, 23.12.2016
АКБ Аком EFB 60ач, плотность 12,3. ранее было ЗУ, которое не давало больше 14,2. Приобрел Вымпел-55, использую 1 алгоритм, ток 6а,
напряжение выставил 15,9, не смотря на то, что на сайте у Вас рекомендуется 16+. Со старта Напряжение уже практически на выставленном уровне, а снижаются амперы. Но вот только всё это дело немного побулькивает, и спустя несколько часов в таком режиме, электролит стал мутнее, цвет не поменял, просто мутнее, пластины плохо видно. Это нормально? И нормально ли то, что уже со старта ЗУ выдает заданное напряжение, и уменьшаются только амперы, показателем завершения будут упавшие амперы?

Геннадий Кольчугин, менеджер по гарантийному обслуживанию
Мы не готовы комментировать работу зарядных устройств сторонних производителей без проведения предварительных испытаний. Рекомендуем к применению фирменное зарядное устройство "АКОМ"
Аккумуляторные батареи, изготовленные по технологии EFB (Enhanced Flooded Battery) - это улучшенные аккумуляторные батареи с жидким электролитом, специально разработанные для эксплуатации в условиях нагрузок, связанных с постоянно повторяющимися циклами заряда и разряда. За счёт применения целого ряда конструктивных изменений увеличивается срок службы АКБ и расширяется применяемость.
Исходя из того, что данная батарея конструктивно схожа с батареями изготовленными по технологии Ca/Ca (кальций-кальций), методики заряда данных батарей идентичны. Описание процесса заряда указано в п.2.2. инструкции по эксплуатации АКБ (для Вашего удобства инструкция во вложении).
Обращаем особое внимание на то, что для эффективной и полной зарядки АКБ, изготовленных по технологии Ca/Cа, зарядное устройство должно обеспечивать зарядное напряжение 16,2В.
"Кипение" электролита (выделение пузырьков газа) - естественный процесс, возникающий в момент приближения напряжения к значению в 16В на клеммах батареи при заряде. Является признаком того, что степень заряженности АКБ приближается к максимальному значению.  Критерием окончания заряда является достижение плотности электролита 1.27 г/см3 во всех банках, при невозможности контроля плотности, окончанием заряда можно считать падение зарядного тока до 0,5-1А и (либо) его стабилизация в течении 2-х часов.
Рекомендуем производить заряд в соответствии с инструкцией по эксплуатации, с выставлением зарядного тока в ручную. При таком методе заряда ЗУ автоматически будет повышать зарядное напряжение при падении тока (приём заряда), достигая порога в 16В по окончанию заряда.


Максим, 20.12.2016
Планирую приобретение аккумулятора для легкового а/м иностранного производства. На подсознательном уровне имею желание поддержать
отечественного производителя и соответственно приобрести ваш аккумулятор. Но непонятно одно, чем ваш аккумулятор лучше аккумуляторов иностранного производства, при том, что максимальная разница в цене на аналогичные модели всего 500 р., а на некоторые марки и вообще разницы в цене нет. Почему люди должны брать ваш аккумулятор по той же цене, что и импортный, если иностранные производители уже  давно зарекомендовали себя хорошим качеством.

Геннадий Кольчугин, менеджер по гарантийному обслуживанию
Интеграция в мировую автомобильную индустрию требует поддержания высокого уровня качества и конкурентоспособности продукции. На аккумуляторном производстве «АКОМ» эта задача решается путем постоянного развития производства, совершенствования конструкции и технологий, внедрения международных стандартов качества, системы LEAN Production.

Система менеджмента качества АО «АКОМ» сертифицирована на соответствие стандартам ISO 9001-2008, ISO TS 16949-2009. Отклонение по качеству невозможно, т.к. в технологический процесс изготовления аккумуляторных батарей включены посты контроля ключевых параметров, определяющих электрические характеристики батареи. Их уникальность — автоматическая отбраковка продукции, не соответствующей установленным техническим требованиям.

АКОМ - высокотехнологичное предприятие с уникальной многоступенчатой системой контроля качества выпускаемой продукции. Высокое качество продукции является фундаментальной основой нашего бизнеса. Каждый покупатель, приобретая аккумуляторную батарею нашего производства, получает гарантию от производителя и может рассчитывать на квалифицированное гарантийное и послегарантийное обслуживание, получая при этом уверенность в надёжной работе всех потребителей в автономном режиме, а также в гарантированном запуске двигателя автомобиля.

Исходя из того, что вся продукция АО "АКОМ" полностью соответствует заявленным характеристикам, обладает высоким качеством и уровнем сервиса,   она априори не может быть дешевой.

Рекомендуем ознакомиться с презентационным фильмом о Группе Компаний АКОМ.


Ильназ, 18.11.2016
Подскажите, пожалуйста, по какой технологии (Ca/Ca и т.д.) изготовлен аккумулятор, устанавливаемый на автомобили LADA Vesta 2016 года? На моей есть лишь обозначения "6CT-62VL Евро", изготовлен 4 апреля 2016 года сменой "С".

Геннадий Кольчугин, менеджер по гарантийному обслуживанию
Согласно нормативной документации, батарея 6СТ-62VL Евро по конструкторско-технологическому исполнению относится к классу батарей очень малым (VL) расходом воды, изготавливается по технологии Ca\Ca (Кальций-Кальций), одним из преимуществ которой является сокращение потери воды из электролита во время эксплуатации, что в свою очередь значительно снижает объём обслуживания и повышает уровень безопасности. Для удобства обслуживания (контроль уровня и плотности электролита), батарея оснащена заливными отверстиями с пробками.


Алексей, 16.11.2016
Здравствуйте замечательная компания АКОМ! Скажите пожалуйста какие модели аккумуляторов являются обслуживаемыми а какие не обслуживаемые? Для меня это важно знать т.к. я их продаю. Не могу данной корректной информации найти в источнике. Заранее спасибо.

Геннадий Кольчугин, менеджер по гарантийному обслуживанию
Согласно нормативной документации, батареи легковой группы с ёмкостью от 40Ач до 100Ач, произведённые на аккумуляторном производстве АО "АКОМ", по конструкторско-технологическому исполнению относятся к классу батарей очень малым (VL) расходом воды, изготавливаются по технологии Ca\Ca (Кальций-Кальций), оснащаются крышкой особой конструкции с лабиринтной системой газоотвода для сокращения потери воды из электролита во время эксплуатации, что в свою очередь значительно снижает объём обслуживания и повышает уровень безопасности. Для удобства обслуживания (контроль уровня и плотности электролита), все производственные линейки АКБ оснащены заливными отверстиями с пробками. Тяжелая группа батарей с ёмкостью от 140Ач до 225Ач по конструкторско-технологическому исполнению относятся к классу батарей малым (L) расходом воды и так же являются обслуживаемыми. Вышеперечисленные батареи относятся к свинцово-кислотным аккумуляторам с жидким электролитом, понятие обслуживания заключается в контроле расхода воды из электролита и при необходимости добавлении дистиллированной воды. Величина расхода воды зависит от применяемой технологии и особенностей конструкции. Любая батарея с жидким электролитом является обслуживаемой.
Так называемые необслуживаемые батареи - это батареи не имеющие свободного электролита. Электролит в таких батареях находится во связанном состоянии. Одной из технологий производства таких батарей является технология GEL (Gelled Electrolite) с гелеобразным электролитом. Так же на рынке представлены батареи AGM (Absorptive Glass Mat ), в которых такой элемент конструкции, как сепаратор изготовлен из стекловолокна. При использовании такого материала нет нужды превращать электролит в гель, весь электролит впитывается стекловолоконным сепаратором, и надежно в нем удерживается. Обе технологии подразумевают наличие герметизированной конструкции моноблока без доступа во внутрь. Необслуживаемые - означает, что в АКБ этого вида не требуется следить за уровнем электролита и доливать воду.


Евгений, 15.10.2016
Здравствуйте, у вас на сайте есть статья про зарядку кальциевого АКБ. там сказано что нужно 16В. У меня Лада Приора и стоит ваша батарея. Напряжение заряда в Приоре менее 16В. Получается она всегда недозаряжается?

Геннадий Кольчугин, менеджер по гарантийному обслуживанию
Добрый день!
Евгений, благодарим Вас за обращение.
Рекомендуем Вам заряжать аккумуляторную батарею на стационарном зарядном устройстве постоянным током 0,1 от её емкости до напряжения 14,4В, а когда значение тока упадет до 1-1,5 ампера продолжить зарядку таким током до достижения значений напряжения в 16,5В. Именно поэтому мы рекомендуем зарядное устройство, способное выдать напряжение 16,25-16,5В.

Маленький совет. Заряжать током 0,1С20 можно только при комнатной температуре и никогда не стремиться заряжать аккумулятор до 100%, т.к. такие заряды значительно изнашивают активные массы аккумуляторных пластин. После установки батареи на автомобиль степень заряженности фактически за один день упадет до 80%, это абсолютная норма.

Напряжение АКБ, установленной на автомобиль должно находиться в пределах 12,4-12,8В. Замерять не раньше 3-х часов после того, как двигатель будет заглушен.
Для того чтобы обеспечить нормальный заряд аккумуляторной батареи, изготовленной по технологии Са/Са, каковыми и являются наши АКБ, напряжение в бортовой цепи автомобиля зимой должно быть 14,5В, летом 14,2В. Если данное условие будет соблюдено, Вы не должны иметь проблем с исправной аккумуляторной батареей.
Очень важно в зимнее время ежедневно эксплуатировать автомобиль при времени одной поездки не менее 30 минут, этого достаточно для подогрева подкапотного пространства автомобиля и возвращения в АКБ израсходованного заряда на запуск двигателя и при стоянке. Разряд происходит за счет естественных токов утечки в бортовых системах автомобиля не отключаемых при вынутом ключе зажигания.
Надеемся на Ваше понимание вышеизложенного.
Желаем удачи на дорогах!


Алексей, 24.09.2016
Доброго времени суток! У меня стоит АКБ 90 А/ч машина работает на ДТ специалисты замеряли пусковой ток и говорят, что он низкий, пробывал заряжал АКБ, плотность во всех банках 1,25  в связи с этим вопрос есть ли возможность поднять пусковой ток? За ранее спасибо с Уважением Алексей

Геннадий Кольчугин, менеджер по гарантийному обслуживанию
Добрый день!
Алексей, благодарим Вас за обращение.
В соответствии с ГОСТ Р 53165-2008 "БАТАРЕИ АККУМУЛЯТОРНЫЕ СВИНЦОВЫЕ СТАРТЕРНЫЕ ДЛЯ АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ"' и ТУ АКОМ 3481-001-57586209-2010 ток холодной прокрутки (Ix.n.) это ток разряда, указанный изготовителем, который может обеспечить батарея для пуска двигателя в заданных условиях. В соответствии с данными нормативными документами аккумуляторные батареи подвергаются испытанию на ток холодной прокрутки по строго определенной методике, обязательными условиями которой являются:
1)    Проведение испытаний на батареях, с момента изготовления которых прошло не более 30 дней;
2)    Предварительное испытание на номинальную или резервную емкость перед испытанием на ток холодной прокрутки;
3)    Полный заряд аккумуляторной батареи после испытания на номинальную или резервную емкость в соответствии с методикой, определенной в этих же документах;
4)    Проведение испытания на ток холодной прокрутки при температуре минус (18±1) °С;
5)    Разряд аккумуляторной батареи при проведении данного испытания в две ступени: током Ix.n. на первой, и током 0.6 Iх.п. на второй ступени.
Также предусмотрено проведение трех циклов испытаний на номинальную или резервную емкость и ток холодной прокрутки. Результаты испытаний считаются положительными, если они достигнуты хотя бы на одном из трех циклов.
Любые иные методы испытаний и проверок на ток холодной прокрутки аккумуляторных батарей (в том числе на аккумуляторных батареях без предварительного заряда и с помощью портативных тестеров, использующих расчетный метод для определения величины тока холодной прокрутки) не соответствуют ГОСТ Р 53165-2008 и ТУ АКОМ 3481-001-57586209- 2010 и не могут являться основанием для предъявления претензий заводу-изготовителю.


Алексей, 27.08.2016
Добрый день. Может ли "высохнуть" аккумулятор в летний период (до +35) с учетом эксплуатации в выходные (будни авто стоит на стоянке)?

Геннадий Кольчугин, менеджер по гарантийному обслуживанию
Добрый день!
Алексей, благодарим Вас за обращение.
Выкипание воды из электролита и, как следствие, снижение его уровня происходит под влиянием нескольких факторов, главными из которых являются применяемая технология изготовления АКБ, условия эксплуатации и температура.
В любом случае, батарея, не находящаяся в эксплуатации, "выкипеть" не может.


Виктор, 23.07.2016
Добрый день, в марте 2016 купил Ниву Шевроле, стоит ваш штатный аккумулятор. При проверке: напряжение-12.50, плотность-1.21. Что делать?

Геннадий Кольчугин, менеджер по гарантийному обслуживанию
Добрый день!
Виктор, благодарим Вас за обращение.
В виду того, что аккумуляторная батарея была приобретена Вами в составе автомобиля, все гарантийные обязательства перед Вами несет производитель авто (ЗАО «Джи Эм-АВТОВАЗ») в лице своего дилера, у которого был приобретен автомобиль.
Рекомендуем Вам ознакомиться с условиями предоставления гарантии на АКБ в сервисной книге. Если Ваш автомобиль находится в гарантийном периоде - обратитесь к дилеру для проведения диагностики АКБ и автомобиля.
Претензии к АКБ не удовлетворяются в случае если плотность электролита ниже 1,2г/см3 во всех банках одновременно (не гарантийный случай).
Причина низкой плотности - низкая степень заряженности, батарею необходимо зарядить.


Евгений Павлович, 30.06.2016
Здравствуйте. Аккумулятор "кальций-кальций" означает, что свинцовые пластины покрыты слоем кальция, или состоят из сплава вышеназванных металлов? А аргентум-кальций - это что, положительные пластины посеребрённые или....?? Что-то не понятно; ответе, пожалуйста, если знаете.

Геннадий Кольчугин, менеджер по гарантийному обслуживанию
Добрый день!
Евгений Павлович, благодарим Вас за обращение.
Технология Ca/Ca предусматривает изготовление электродов (положительных и отрицательных) из свинцового сплава, легированного кальцием для достижения определённых задач, а именно: снижение расхода воды, снижение времени саморазряда, увеличения электрических характеристик и пр.
Основная цель легирования электродов серебром это снижение влияния коррозии.


Сергей, 13.03.2016
Здравствуйте! Допускается ли использование аккумулятора Аком Reactor Са-Са 62 Ач в дежурном режиме, т.е. аккумулятор постоянно находится под напряжением 13.6В. Я использую такой режим в случае длительного простоя автомобиля а гараже, скажем 3..4 недели или вообще всю зиму. Какие есть рекомендации по этому поводу? Возможно ли использование Са-Са аккумулятора в источниках бесперебойного питания?

Геннадий Кольчугин, менеджер по гарантийному обслуживанию
Добрый день!
Сергей, благодарим Вас за обращение.
Хранить батарею под постоянным напряжением в 13,6В не имеет никакого смысла. Достаточно зарядить её до 100% степени заряженности и оставить на хранение, периодически (раз в 2 месяца) проверяя степень заряженности и заряжать при необходимости.
Для работы в ИБП стартерные аккумуляторные батареи не подходят, т.к. их основная задача - кратковременная отдача высокой мощности, для ИБП необходимы тяговые батареи, работа которых заключается в длительном режиме разряда.


Михаил, 11.01.2016
Лада Калина Хэтчбек 1,6 8кл 2012г. штатный аккумулятор на 55а/ч. возможна ли замена на Akom Reactor 55а/ч 550а/ч. Какие еще возможны замены, без ущерба генератора.

Геннадий Кольчугин, менеджер по гарантийному обслуживанию
Добрый день!
Михаил, благодарим Вас за обращение.
Замена штатной АКБ 6СТ-55VL АКОМ Стандарт на батарею 6СТ-55VL REACTOR возможна без негативного влияния на штатное оборудование автомобиля. В случае, если Вы оснащали автомобиль дополнительным электрооборудованием, рекомендуем батарею 6СТ-65VL АКОМ, либо 6СТ-62VL REACTOR. Нагрузка на генератор не зависит от повышения ёмкости АКБ, следите за напряжением заряда, которое должно быть в диапазоне от 13,8В до 14,5В.


Антон, 28.12.2015
Добрый день у меня аккумулятор АКОМ REACTOR 750, морозы у нас бывают лютые. Сегодня аккумулятору исполнилось 2 года. За его состоянием следил диллер которому я доверя - и как оказалось зря. Так как они совсем не смотрели и не обслуживали его. Недавно при маленьком морозе у меня не завелся автомобиль. Замеры показали плотность 1.170-1.190 во всехбанках. После длительной зарядке (2 суток) напряжение дошло до 14.7 и сила тока опустилась до 0 ампер (изначально было 3 ампера) вобщем плотность поднялась до 1.220-1.240. Что мало для крайнего севера/ .
Вопроса два:
1) при каком напряжении заряжать аккумулятор (гдето читал что кальциевые нужно заряжать при 15-16)? или я заряжал правильно?
2) как поднять плотность аккумулятора правильно до 1.27 -1.28

Геннадий Кольчугин, менеджер по гарантийному обслуживанию
Добрый день!
Антон, благодарим Вас за обращение.
Вы совершенно правы, для полного заряда аккумуляторной батареи, изготовленной по технологии кальций-кальций, необходимо напряжение в 16,2В.
Заряд АКБ необходимо проводить при температуре электролита более 0ºС.
Перед началом зарядки необходимо выкрутить заливные пробки  и оставить их в посадочных гнездах крышки. По окончанию заряда, прежде чем завернуть пробки, необходимо извлечь их из заливных отверстий для выхода скопившихся газов и выдержать в таком состоянии батарею не менее 20 минут. Во время заряда периодически проверяйте температуру электролита и следите за тем, чтобы она не поднималась выше 45ºС. Начинать заряд рекомендуется током не более 5% от номинальной емкости в течении двух часов, с последующим повышением тока зарядки до 10% от номинальной емкости. Для эффективной и полной зарядки АКБ зарядное устройство должно обеспечивать зарядное напряжение 16,0 В. Критерием окончания заряда является достижение плотности 1.27 г/см3, при невозможности контроля плотности, окончанием заряда можно считать падение зарядного тока до 0,5-1А и его стабилизация в течении 2-х часов.
При заряде выделяется взрывоопасный газ! Помещение, где ведется зарядка должно быть оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией или проветриваться, в нем запрещается курить и пользоваться открытым пламенем!
Для проверки напряжения разомкнутой цепи АКБ после заряда необходимо выключить зарядное устройство, отсоединить наконечники проводов зарядного устройства от полюсных выводов АКБ, выдержать АКБ не менее 8 часов при комнатной температуре и затем провести замер.


Булат, 19.12.2015
Добрый день.
На Ладе Приоре стоит штатный акк. АКОМ 55 VL, однако он стал плохо держать заряд (4 года эксплуатации), поэтому планирую поменять на новый и хочу приобрести АКОМ Браво 60 VL.   Допускается ли подобная замена? Не будет ли новый аккумулятор ездить недозаряженным?

Геннадий Кольчугин, менеджер по гарантийному обслуживанию
Добрый день!
Булат, благодарим Вас за обращение.
В качестве замены штатной аккумуляторной батареи, рекомендуем Вам АКБ АКОМ 55Ач, либо 60Ач.
Но в случае, даже если Вы приобретёте АКБ BRAVO 60Ач, такого явления как недозаряд возникать не будет, при условии исправности системы заряда АКБ и отсутствии высоких токов утечки (свыше 30-50мА).


Константин, 25.11.2015
Добрый день,аккумулятор аком 65ач ca/ca.В первой и в посл. банке плотность электролита 1.25 и выше не поднимается!В остальных банках во 2,3,4,5 плотность 1.27!Заряжал током 1а и напряж 15в. 24часа. плотность в крайних банках не поднялась выше 1.25!Подскажите как выравнять плотность и поможет ли зарядка 16вольтовым оборудованием?

Геннадий Кольчугин, менеджер по гарантийному обслуживанию
Добрый день!
Константин, благодарим Вас за обращение.
Если батарея не подвергалась глубокому разряду, не перезаряжалась или долго не эксплуатировалась в недозаряженном состоянии (о чем можно судить по оплыванию активной массы и цвете электролита) и все банки кипят при заряде, то все должно быть нормально.  Если есть отличие в уровне электролита, то в показаниях плотности может быть разница. Если есть возможность, конечно необходимо применить ЗУ, которое способно выдавать 16В. Для батарей, изготовленных по кальциевой технологии это идеальный вариант. Продолжайте заряд с напряжением в 16В, плотность должна выровняться.


Рамиль, 14.10.2015
Разрешается ли путем смешивания электролита в разных банках, выравнивать плотность в банках?

Геннадий Кольчугин, менеджер по гарантийному обслуживанию
Добрый день!
Рамиль, необходимо уточнить какой именно электролит Вы используете и в каких целях, нельзя заливать электролит при потере уровня из-за выкипания воды, в этом случае доливается только дистиллированная вода.
Также не рекомендуем использовать электролит сторонних производителей, т.к. его компоненты (присадки) отличаются.


Игорь, 20.08.2015
Что за аккумулятор Аком ставят на конвейере на Ладу Ларгус?

Геннадий Кольчугин, менеджер по гарантийному обслуживанию
Добрый день!
Игорь, благодарим Вас за обращение.
Автомобили Ларгус оснащались АКБ 6СТ-70VL (70Ач, 720А, формат L3, обратная полярность) в период с мая 2014г по январь 2015г. С января 2015г по сегодняшний день данный автомобиль оснащается батареей 6СТ-64VL (64Ач, 620А, формат L2, обратная полярность). Продукция произведена на аккумуляторном производстве ЗАО "АКОМ" (г.Жигулёвск).


Сергей, 14.06.2015
Какой завод выпускает аккумуляторы марки Аком?

Евгений Смолькин, менеджер по интернет-маркетингу
Здравствуйте, Сергей. Производством АКБ "Аком" занимается ЗАО "АКОМ" г. Жигулевск


Петр, 12.05.2015
Добрый день!
Купил авто вместе с  Вашим АКБ  в 2008 г.
и.... вот спустя сколько времени он только начал плохо держать заряд.
Желаю Вам  процветания и так же держать МАРКУ.

Геннадий Кольчугин, менеджер по гарантийному обслуживанию
Добрый день!
Пётр, благодарим Вас за тёплые слова в наш адрес.
Залогом безотказной работы аккумуляторной батареи является грамотная эксплуатация.
Надеемся, что и в будущем Вы отдадите предпочтение продукции ЗАО "АКОМ".


Как поднять плотность в аккумуляторе автомобиля?

Машина в очередной раз не может завестись. Какая же причина? Нередко такое бывает при разрядке аккумулятора. Каким же образом выяснить степень его зарядки? Это определяется проверкой насыщенности электролита в батарее. Этот процесс проводится с помощью специального измерительного механизма – кислотомера. Он представляет собой стеклянную колбу с содержащимся в ней ареометром. На одном конце имеет резиновую грушу, которую используют для выкачивания электролита. 

Кислотомер погружается в ячейку аккумулятора. Шкала ареометра показывает величину плотности электролита, которую сравнивают с табличными данными, разработанными специалистами. В норме насыщенность аккумулятора, в зависимости от южной или северной климатической зоны, варьирует от 1,25 до 1,29 кг на литр. 

При этом различие в показаниях двух банок не должно превышать 0,01. При выявлении плотности аккумулятора ниже нормы, ее необходимо поднять. Существуют разные методы повышения плотности в зависимости от полученных значений при измерении. Если насыщенность аккумулятора составляет от 1,18 до 1,20 кг на литр, необходимо долить электролит плотностью 1,27. Вначале поднимается плотность одной банки. Грушей кислотомера откачивается как можно большая часть имеющегося электролита, а новый доливается в количестве, составляющем половину объема откачанного. Таким образом, следует довести показатель плотности до нормы. Остаток дополняется дистиллированной водой. Когда насыщенность аккумулятора составляет меньше 1,18, применяется аккумуляторная кислота, так как ее плотность больше, чем у электролита. Процедура осуществляется таким же образом, как и ранее. Но она может повторяться, и столько раз, пока плотность не поднимется до нормы. 

Для повышения насыщенности аккумулятора применяют и третий способ - полностью заменяется старый электролит. Грушей откачивается по возможности наибольшее количество имеющегося электролита. Потом закручиваются заглушки исключительно от данного автоаккумулятора, иначе нарушается герметичность. На днище аккумулятора, который лежит на боковой стороне, сверлом (3-3,5) просверливаются дырочки по одной в банке. Электролит в данном случае сливается. Далее внутренняя часть аккумулятора основательно промывается дистиллированной водой. Проделанные дырочки закрываются заглушками побочного аккумулятора или кислостойкой пластмассой. 

Теперь необходимо приготовить электролит, который заменит старый. Для этого в дистиллированную воду добавляется аккумуляторная кислота (не в обратном порядке!). В целях безопасности при проведении этой процедуры надевают очки и обязательно применение резиновых перчаток. Вновь изготовленный электролит должен иметь плотность больше, чем положено для данного климатического пояса. И последний момент – заливание в аккумулятор свежеприготовленного электролита.

Как поднять плотность электролита в аккумуляторе?

Машинный аккумулятор в чем-то сродни химической фабрике, где кипит химическая реакция, в результате которой вырабатывается и накапливается электричество, столь необходимое для нормального запуска и работы автомобиля. Одним из реагентов участвующим в химической реакции внутри аккумулятора является электролит и по его состоянию (плотности), судят о состоянии самой АКБ.

Если она ниже номинальной, вам необходимо срочно задуматься о том, как поднять плотность электролита в аккумуляторе. И, действительно, как? Рассмотрим процесс поэтапно.

Как поднять плотность электролита в аккумуляторе, поэтапная инструкция.

Сперва производятся необходимые измерения плотности специальным прибором – ареометром. Нормируемая плотность электролита должна составлять 1,26 – 1,29 килограмм на литр.

Еще необходимо обратить внимание на распределение величины плотности в различных банках аккумуляторной батареи. Плотность не должна отличается более чем на 0,01. Если у вас другие значения, то это может говорить о том, что существуют уже необратимые процессы внутри аккумулятора, поэтому даже если вы добьетесь повышения плотности, то со в скором времени она, скорее всего, все равно вновь опуститься. Следовательно, АКБ в данном случае лучше просто заменить на новую.

В остальных же случаях будем предпринимать действия по повышению плотности электролита.

Итак, первым делом пробуем зарядить аккумулятор (как зарядить аккумулятор автомобиля). При зарядке происходит обратная химическая реакция, соответственно, плотность электролита должна увеличиться.

Если повысить плотность электролита его зарядкой не представилось возможным, то при показаниях ареометра, которые составляют не ниже 1,18 килограмм на литр, можно произвести частичную замену самого электролита (замена электролита в аккумуляторе). Для этого следует приобрести уже готовый электролит либо приготовить его самому из аккумуляторной кислоты и дистиллированной воды. Здесь стоит учесть, что плотность добавляемого раствора должна быть выше, чем плотность электролита в самом аккумуляторе. Это необходимо для того, чтобы смесь (низкоплотного и высокоплотного электролита) перемешавшись, дала необходимую величину. Кстати, для лучшего перемешивания аккумулятор можно слегка раскачивать.

Если плотность электролита меньше чем, 1,18 килограмм на литр, то единственным вариантом, который может спасти вашу АКБ является добавление непосредственно внутрь нее неразбавленной аккумуляторной кислоты. Производить данную манипуляцию стоит с особой осторожностью, в несколько этапов. При каждом этапе необходим контроль плотности электролита.

Наиболее радикальным способом по повышению плотности электролита в аккумуляторе является полная его замена.  Для этого необходимо предварительно удалить старый электролит. Крайне не рекомендуется полностью переворачивать аккумулятор для слива последнего, по причине того, что осадок на дне банок может попасть между пластинами и спровоцировать тем самым их замыкание. Наиболее вероятен такой исход у давно эксплуатируемых батарей, где изолирующие пластины конверты могли быть повреждены агрессивной средой и временем.

В качестве варианта для осуществления подобной процедуры может стать проделывание небольших отверстий внизу банок. В последующем, после слива старого электролита и промывки аккумулятора дистиллированной водой, эти отверстия необходимо будет заклеить стойким к агрессивной кислотной среде герметиком. Только после его схватывания в батарею заправляется свежий электролит необходимой плотности.

Надеюсь, способы, представленные выше по процессу, как поднять плотность электролита в аккумуляторе, дали ожидаемы результат и необходимость в замене АКБ у вас отпала.

Как измерить плотность электролита в аккумуляторе — видео

Рекомендую прочитать:

Как увеличить плотность электролита в АКБ? - 130.com.ua

Практически все автовладельцы не обращают внимания на аккумулятор до первых проблем. Именно наша безответственность быстро приводит к моментам поломки, когда машина уже просто отказывается заводиться. Самая частая причина - разрядка аккумулятора.

Кстати, даже новый аккумулятор может помешать вашей поездке. Есть доля вероятности купить не совсем качественный аппарат. Что под этим подразумевается? Чаще всего: не полностью заряженный аккумулятор или недостаток электролита.Такие нюансы не уточняйте во время покупок.

Основные способы

Как только аккумулятор отказывается работать, ставим на зарядку. Но что мы видим: цикл зарядки прошел, а батарея все еще разряжена. Возникла новая проблема-аккумулятор просто не держит заряд. Здесь нужно выяснить причины, по которым это происходит.

Чаще всего это происходит с батареями, которые были посажены на 0. Здесь появляется новая задача - проверить на сколько разряжена батарея.Сначала проверьте плотность электролита с помощью специального прибора - кислотометра.

Делаем так:

  • Установите измеритель кислоты в любой аккумуляторный блок.
  • Шкала ареометра покажет плотность электролита.
  • Сравните полученные значения с табличными параметрами плотности.

Если вы живете в регионе с суровым климатом, то значение будет примерно 1,25 кг / литр. Здесь имейте в виду, что разница в плотности между двумя банками не должна быть больше 0.01.

Как поднять плотность?

Способ решения этой проблемы зависит от того, какие значения вы получите.

Плотность 1,18-1,20 кг / литр

Грушей откачиваем старый электролит: максимально. Наполните новый наполовину откачанным вами объемом. Условно, например: закачивают 1 кг., Наливают 0,5 кг. Здесь нам нужно добиться нормы плотности электролита, а остальное долить дистиллированной водой.

Плотность менее 1.18 кг / литр

В этом случае нужно использовать аккумуляторную кислоту. Делаем все так же, как и в первом случае, но вполне вероятно, что процедуру придется повторить. Ваша основная задача остается прежней - получить значение нормы.

Плотность очень низкая

К сожалению, здесь придется полностью менять электролит для экономии аккумулятора. С помощью груши нужно будет максимально откачать старый электролит, а банки закрыть пробками.И дальше этого плана придерживаются:

  • После закручивания заглушек положить аккумулятор на бок. Берем сверло 3 мм. или 3,5 мм. и проделайте одно отверстие на дне банки. Итак, мы можем полностью слить электролит.
  • Промойте все банки дистиллированной водой. Отверстия закрыты кислотостойким пластиком. Итак, мы сделали все необходимое, чтобы подготовить емкость для нового электролита.
  • Приготовьте электролит самостоятельно. Возьмите дистиллированную воду и налейте в нее аккумуляторную кислоту.Обратите внимание, обратный порядок недопустим, то есть в кислоту нельзя заливать воду. Не забудьте надеть резиновые перчатки.

В результате вы должны получить значения электролита, необходимые для вашего региона. Если по каким-то причинам не удалось увеличить плотность электролита, придется выбрать новый аккумулятор. Купить аккумулятор с доставкой по Украине в Харьков, Киев, Одессу можно на 130.com.ua.

Материалы по теме

Влияние температуры электролита и плотности тока на микротвердость слоя, создаваемую анодным окислением алюминия

В работе исследуется влияние химического состава и температуры электролита, времени окисления, напряжения и плотности тока на микротвердость по Виккерсу. слои оксида алюминия одновременно.Слои создавались в электролитах с разной концентрацией серной и щавелевой кислот и плотностями поверхностного тока 1 А · дм -2 , 3 А · дм -2 и 5 А · дм -2 . Температура электролита изменялась от -1,78 ° С до 45,78 ° С. Результаты показали, что при повышении температуры электролита при плотности тока 1 А · дм -2 увеличение значений микротвердости слоев составляет примерно 66%. При одновременном увеличении молярной концентрации H 2 SO 4 в электролите скорость роста значения микротвердости снижается.При плотности тока 3 А · дм -2 за счет повышения температуры электролита происходит снижение микротвердости сформированного слоя при времени анодного окисления менее 25 мин. Температура электролита не имеет значения при изменении значений микротвердости слоя при напряжениях менее 10,5 В.

1. Введение

Свойства поверхностных слоев, образованных анодным оксидом алюминия (AAO), такие как высокая поверхностная твердость слой, коррозионная стойкость [1, 2] и износостойкость предопределяют обработанные таким образом изделия из алюминия для широкого применения не только в традиционных областях машиностроения, транспорта и строительства, но и для потенциального использования в магнитных носителях записи [3 ], фотоэлектрические солнечные элементы [4], фильтры [5], химические сенсоры [6], фотоника [7] и металлические нанопроволоки [8, 9].

Большинство экспериментальных работ в области (микротвердости) проводится в «сложных» условиях анодирования. Сюда можно отнести низкие температуры электролита, а часто и особый химический состав электролитов. Их основная цель - достижение высоких значений микротвердости слоев. Согласно Скотту [10], который для анодного окисления в серной кислоте при постоянной плотности тока 4 А · дм -2 , менял температуру от -5 ° C до 15 ° C, микротвердость в этих условиях влияет в незначительной степени, что также связано с износостойкостью.Другое исследование, опубликованное Коидзуми и соавт. [11] посвящено анодному окислению алюминия в гальваностатическом режиме. Использовались плотности тока от 1 до 8 А · дм -2 ; электролит состоял из серной кислоты и щавелевой кислоты. Температура электролита составляла от –5 ° C до 20 ° C. Коидзуми и др. [11] утверждают, что микротвердость и износостойкость практически постоянны в интервале температур от –5 ° C до 5 ° C независимо от приложенной плотности тока. Кроме того, в этом исследовании утверждается, что повышение температуры электролита приводит к постепенному снижению значения микротвердости.Более значительное снижение микротвердости происходит при использовании меньших значений плотности тока. К этому утверждению, однако, следует относиться с осторожностью, поскольку время анодного окисления в этом эксперименте всегда было постоянным, то есть 45 минут, независимо от используемых плотностей тока. В результате были созданы и впоследствии оценены слои большей толщины. Толщина формируемого слоя напрямую влияет на результирующие значения микротвердости и износостойкости [12–14].

Слои АОА толщиной 25 мкм мкм и более, образованные в электролите, состоящем из серной кислоты, при температурах в интервале от 15 ° С до 30 ° С и при различных значениях приложенных плотностей тока (от 1 до 4 A · дм −2 ), по мнению некоторых авторов [15], имеют более мягкий внешний слой, что снижает прозрачность слоя, а также его микротвердость и износостойкость. На основании публикации [16] было замечено, что на размер пор влияют напряжение, температура электролита и время анодного окисления.Вертикальный рост пор (10–250 нм · мин –1 ) экспоненциально зависит от напряжения и линейно зависит от изменения температуры электролита. С другой стороны, диаметр пор (50-130 нм) линейно изменяется вместе с приложенным напряжением. Размер и количество пор сильно влияют на микротвердость слоя. В работе [17], посвященной реанодированию с целью экспериментального получения кинетики на основе рассчитанных зависимостей, делается вывод, что имеющиеся значения констант, зависящие от напряженности электрического поля и температуры, неприменимы к анодному окисление при высоких плотностях тока.В качестве возможного объяснения дается повышение температуры внутри сформированного слоя.

Целью авторов является экспериментальный анализ зависимости микротвердости слоя от изменения температуры электролита и плотности тока. Процессы обработки поверхности представляют собой сложные многофакторные системы со значительным эффектом взаимодействия. Эти взаимодействия обычно оказываются более значительными, чем влияние отдельных факторов. Таким образом, микротвердость анализируется также с учетом влияния других рабочих факторов.Таким образом, можно делать более точные выводы и рекомендации.

2. Экспериментальная

В качестве экспериментального анодного материала использовался алюминиевый лист EN AW-1050 A-h34 толщиной 0,5 мм. Химический состав экспериментального материала представлен в таблице 1.


2


Si Fe Cu Mn Cr Zn Ti
0.25 0,40 0,05 0,01 0,01 0,07 0,05

Образцы размером 100 × 70 × 0,5 мм были химически обезжирены в растворе. бикарбонат натрия <20%, пентагидрат метасиликата натрия <5%, фосфаты <30%, бораты <40% и поверхностно-активные вещества <5% при температуре ° C в течение 15 минут. Затем образцы тщательно промывали в деионизованной воде и погружали в 45% раствор гидроксида натрия при температуре ° C на 1 мин.Анодирование было выполнено на основе методологии Плана экспериментов, соответствующей вращающейся центральной композитной конструкции с 44 испытательными запусками. Отдельные прогоны проводились в соответствии с планом эксперимента как комбинация уровней факторов, соответствующих таблице 2.


Код фактора Фактор Единица Уровень фактора
−2,37 −1 0 +1 +2.37

x 1 (H 2 SO 4 ) моль · л −1 0,09 0,87 1,43 1,99 2,76
x 2 (C 2 H 2 O 4 ) моль · л

55 −1 9010 0,06

0,13 0.18 0,23 0,30
x 3 ° C -1,78 12 22 32 45,78
x 4 мин 1,22 15 15
x 5 V 6.43 8,5 10 11,5 13,57

После анодирования образцы были немедленно промыты в охлажденной (примерно 10 ° C) деминотермической промывке в течение 1 минуты с последующим ополаскиванием. проточной водопроводной водой еще 2 минуты, чтобы вымыть электролит, застрявший в дефектах. После этого образцы сушили сжатым воздухом и сушили в печи (при температуре 50 ° C в течение 20 минут).

В области обработки поверхности ячейка Халла в основном используется для проверки функциональности электролита и химического состава электролита. Ячейка Халла в форме прямоугольной трапеции с размерами, соответствующими рисунку 1, использовалась для обоих проведенных экспериментов. На рисунке 1 также показано подключение экспериментальной установки, которая включает в себя регулируемый источник питания постоянного тока (непрерывный контроль напряжения от 0 до 20 В), амперметр для контроля измерения постоянного тока, протекающего через электрическую цепь (регулировка тока от 0 до 5 А) и вольтметр для измерения полного напряжения.


3. Результаты и обсуждение

Первоначальный эксперимент проводился для определения основных физических эффектов, таких как напряжение, температура электролита и общий ток. Графическое представление временной зависимости приведено на рисунке 2.

График (рисунок 2 (a)) показывает, что изменение полного тока во времени сильно зависит от температуры электролита. Кинетику роста анодного слоя можно увидеть на рисунке 2 (б), который представляет временную зависимость протекающего тока.Первые 30 секунд - важный временной интервал, когда образуется непористый барьерный слой. Первый этап характеризуется резким увеличением значения полного тока за очень короткое время и его последующим снижением. Здесь происходит рост анодного потенциала. На этом этапе образуются зародыши оксидных клеток и поверхностный барьерный оксидный слой. Первые ячейки образуются в местах узлов границ между кристаллами поверхности алюминия [18]. Вдоль этих границ образуются другие оксидные ячейки.Образование оксидных ячеек в этих местах связано с более высоким химическим потенциалом этих областей и высокой концентрацией кристаллографических дефектов. В конце этого этапа происходит повторный рост общего тока и уменьшение анодного потенциала. В этой фазе количество оксидных ячеек уменьшается. При этом происходит увеличение их размеров по механизму «конкуренции» (увеличение размеров ячеек за счет других, бесперспективно). В то же время происходит утолщение распределения клеток и, следовательно, уменьшение неклеточных площадей барьерного оксидного слоя.На этом этапе больше нет резкого падения потенциала анода. Размеры оксидных ячеек увеличиваются, но скорость этого процесса существенно снижается. На третьем этапе, который характеризуется постоянным значением тока, а также значением потенциала анода, анодно окисленный слой увеличивается с учетом его толщины, и этот слой имеет пористую структуру (рис. 3).

Анализ значений микротвердости слоев, создаваемых анодным окислением алюминия, в зависимости от температуры представлен на рисунках 4–12.В рамках экспериментального анализа оценивается влияние других эксплуатационных факторов на изменение значения микротвердости. На рисунке 4 при плотности тока 1 А · дм -2 можно наблюдать сильно нелинейную зависимость микротвердости слоя от температуры электролита.










В диапазоне температур электролита от -1,5 до 8.5 ° С происходит снижение микротвердости слоя. Это снижение можно объяснить низким напряжением, а также низким значением молярной концентрации H 2 SO 4 . Повышение температуры электролита более 8,5 ° С приводит к резкому увеличению значения микротвердости слоя. В интервале температуры электролита от 11,5 ° С до 45,5 ° С произойдет увеличение микротвердости слоя на 78%. При плотностях тока 3 А · дм -2 и 5 А · дм -2 температура электролита не оказывает существенного влияния на значение микротвердости слоя.При 3 А · дм -2 повышение температуры электролита вызывает даже снижение микротвердости слоя на 7%. При плотности тока 5 А · дм -2 наблюдается небольшое увеличение микротвердости слоя около 4%.

Зависимость микротвердости от температуры электролита при увеличении молярной концентрации серной кислоты до 1,43 моль · л −1 представлена ​​на рисунке 5. Здесь также можно наблюдать область минимальных значений микротвердости слоя при текущем токе. плотность 1 А · дм −2 .Абсолютное значение микротвердости слоя в области минимума (от 1,5 до 8,5 ° С) в среднем составляет около 30%. Увеличение молярной концентрации H 2 SO 4 от 0,09 моль · л −1 до 1,43 моль · л −1 в областях низких температур приводит к увеличению микротвердости слоя почти на 54% при плотность тока 1 А · дм −2 . При плотности тока 3 А · дм -2 наблюдается уменьшение микротвердости слоя с повышением температуры электролита.Это снижение значения микротвердости составляет 23%. Снижение микротвердости по сравнению с электролитом с c (H 2 SO 4 ) = 0,09 моль · л −1 составляет почти 16%. Развитие микротвердости слоя при плотности тока 5 А · дм -2 можно считать постоянным. Температура электролита не оказывает существенного влияния на микротвердость слоя при плотности тока 5 А · дм -2 .

Дальнейшее увеличение молярной концентрации серной кислоты до 2.76 моль · л −1 (рис. 6) при плотности тока 1 А · дм −2 приводит к расширению областей минимальных значений и увеличению среднего значения микротвердости. Область минимума увеличена с 1,5 до 11,5 ° C. Среднее значение микротвердости по сравнению с электролитом с c (H 2 SO 4 ) = 1,43 моль · л −1 увеличено на 36%. При плотности тока 3 А · дм -2 наблюдается значительное снижение микротвердости слоя в зависимости от температуры электролита.Это снижение составляет 35%. Увеличение абсолютного среднего значения микротвердости слоя по сравнению с электролитом с c (H 2 SO 4 ) = 1,43 моль · л −1 , при плотности тока 3 А · дм - 2 , составляет в среднем 12%. При температуре электролита -1,5 ° С разница значений микротвердости составляет 20%. С повышением температуры электролита разница уменьшается до значения 12% при температуре 45,5 ° C. При плотности тока 5 А · дм -2 наблюдается лишь незначительное увеличение микротвердости слоя в зависимости от температуры электролита.Величина прибавки составляет 2,5%.

На основании анализа температура электролита является значимым фактором при плотности тока 1 А · дм −2 . Это также важнейший фактор, влияющий на микротвердость слоя. Доля температуры в общей изменчивости значений микротвердости составляет 14%. Сильная зависимость микротвердости слоя от температуры электролита также отражается на взаимодействии с молярной концентрацией серной кислоты в электролите.При одновременном повышении температуры электролита и молярной концентрации серной кислоты среднее значение микротвердости увеличивается. Это связано с природой анодного окисления. При разработке пористых оксидных слоев в одной и той же системе существуют две параллельные реакции: одна для электрохимического анодного образования оксида металла (), а другая для химического растворения того же оксида в том же электролите [19]. : Уравнение (1) представляет электрохимическую анодную реакцию.Изменение его свободной энергии регулируется уравнением Нернста и является функцией потенциала электрода, который определяет способность металла преобразовываться в электролите в ионную форму: где - число перенесенных электронов, - постоянная Фаррадея, и - потенциал электрода, на который влияет приложенное напряжение. Уравнение (2) выражает химическую реакцию с изменением свободной энергии на постоянное значение независимо от приложенного напряжения. Из-за повышения температуры электролита происходит преобладание химического растворения.Увеличение плотности тока обычно приводит к увеличению толщины слоя и, как следствие, к увеличению тепла на границе оксид-электролит [14].

Эти эффекты могут создавать большие градиенты температуры электролита и состава вдоль более глубоких стенок пор с возможным благоприятным влиянием на растворение оксидов и адсорбцию сульфат-анионов на стенках пор [20]. Кроме того, более высокая движущая сила ускоряет реакции на границе раздела подложка-оксид и, как следствие, появление дефектов.Ожидается, что эти локальные эффекты уменьшат микротвердость анодных оксидных слоев [14].

Для плотностей тока 3 А · дм -2 и 5 А · дм -2 температура электролита имеет значение только во взаимодействии с молярной концентрацией серной кислоты, напряжением и временем анодирования. Можно предположить, что уменьшение микротвердости слоя вызвано, помимо повышения температуры, еще и продолжительным периодом анодирования. При длительных периодах анодного окисления создаются условия для растворения образовавшегося слоя.Это растворение травит слой и значительно ухудшает механические и эксплуатационные свойства созданного слоя.

Зависимость микротвердости слоя от изменения температуры электролита при времени анодирования 1,22 мин представлена ​​на рисунке 7. При плотности тока 1 А · дм −2 две области изменения микротвердости. развития наблюдаются. В интервале от -1,5 ° С до 11,5 ° С происходит снижение микротвердости. Этот эффект можно объяснить сочетанием низкой температуры электролита, низкого напряжения и короткого времени анодирования.Из-за повышения температуры электролита выше 11,5 ° С происходит резкое увеличение микротвердости слоя. Повышение температуры на 1 ° C соответствует увеличению микротвердости на 2,2%. При плотности тока 3 А · дм −2 наблюдается рост значений микротвердости слоя с ростом температуры электролита. Среднее увеличение значения микротвердости в диапазоне температур электролита от -1,5 ° С до 45,5 ° С составляет 62%. Увеличение плотности тока до 5 А · дм -2 не оказывает существенного влияния на изменение значения микротвердости слоя в зависимости от температуры электролита.

Влияние температуры электролита на микротвердость слоя при времени анодирования 25 мин показано на рисунке 8. При плотности тока 1 А · дм −2 наблюдается увеличение значения микротвердости во всем диапазоне. диапазон температуры электролита. Изменение температуры с -1,5 ° C до 45,5 ° C повысит микротвердость почти на 65%. При плотности тока 3 А · дм –2 наблюдается значительное снижение значения микротвердости при повышении температуры электролита.Можно предположить, что увеличение времени анодирования до 25 мин за счет повышения температуры электролита создает условия для растворения образовавшегося слоя. Снижение микротвердости слоя на 1,5% по результатам эксперимента соответствует повышению температуры электролита на 1 ° С. Дальнейшее увеличение плотности тока до 5 А · дм -2 не приводит к изменению значения микротвердости слоя из-за изменения температуры электролита.Микротвердость во всем диапазоне температур электролита (от -1,5 ° С до 45,5 ° С) изменится всего на 2,8%.

При времени анодирования 48,78 мин зависимость микротвердости слоя от изменения температуры электролита можно увидеть на рис. 9.

При плотности тока 1 А · дм −2 зависимость микротвердость слоя от температуры электролита можно разделить на две области: область увеличения микротвердости слоя и область уменьшения значения микротвердости.Эти области можно разделить по значению критической температуры. Экспериментально выявленная зависимость изменения микротвердости от температуры электролита при плотности тока 1 А · дм −2 , для конкретных условий анодного окисления ( c (H 2 SO 4 ) = 1,43 моль · л −1 , c (C 2 H 2 O 4 ) = 0,06 моль · л −1 , U = 10 В, т = 48,78 мин) , можно выразить в виде: Локальные экстремумы функции вычисляются, если первая производная (4) равна нулю: Решая (5), мы получим стационарные точки, а именно, и.Поскольку диапазон температур (Таблица 2) составляет от -1,78 ° C до 48,78 ° C, это значение будет считаться допустимым решением. Подставляя значение из интервала в (5), первая производная больше нуля; то есть функция (4) на интервале возрастает. Подставляя значение из интервала в (5), первая производная меньше нуля; то есть функция (4) на интервале убывает. Таким образом, значение является локальным максимумом функции (4), и при этой температуре микротвердость слоя достигает максимального значения; то есть, .В области ниже критической температуры скорость роста микротвердости слоя в зависимости от температуры составляет в среднем 55%. В области выше критической температуры скорость снижения микротвердости слоя составляет 12,8%. При плотности тока 3 А · дм -2 из-за повышения температуры электролита происходит снижение микротвердости слоя. Средняя скорость уменьшения значения микротвердости слоя в диапазоне экспериментальных температур электролита составляет 691%.При плотности тока 5 А · дм -2 наблюдается лишь минимальное влияние температуры электролита на значение микротвердости слоя. Скорость роста микротвердости слоя 1,8%.

Еще одним важным фактором, влияющим на формирование анодного слоя, является напряжение. Напряжение существенно влияет на механические свойства слоя, а также на микротвердость слоев. На рисунках 10–12 представлена ​​зависимость микротвердости слоя от температуры электролита при изменении напряжения для плотностей тока 1 А · дм −2 , 3 А · дм −2 и 5 А · дм . −2 .Зависимость микротвердости слоя от температуры электролита при напряжении 8,5 В представлена ​​на рисунке 10.

При плотности тока 1 А · дм −2 наблюдается незначительное уменьшение значения микротвердости слоя в диапазоне - Наблюдается от 1,78 ° C до 11,5 ° C. Это снижение микротвердости слоя составляет около 2,3%. В этих условиях анодирования проводимость электролита слишком низкая. Приложенное напряжение относится к ситуации, когда всегда ниже, чем. В этом случае оксид образуется на основе (1), но он нестабилен и сразу растворяется из-за реакции (2).Этот случай называется электрохимическим травлением. Повышение температуры электролита выше 11,5 ° С приводит к увеличению значения микротвердости слоя. Этот рост составляет в среднем 42,8%. Повышение температуры электролита приводит к значительному изменению проводимости электролита и даже при низком напряжении образуется стабильный слой. При плотности тока 3 А · дм -2 из-за повышения температуры электролита происходит снижение микротвердости слоя.Дальнейшее увеличение плотности тока до 5 А · дм -2 приводит к увеличению микротвердости слоя за счет повышения температуры. Этот рост во всем интервале экспериментально применяемых температур составляет около 17%. Напряжение 8,5 В на практике не используется. В статье он использовался только для сравнения возникающих изменений микротвердости слоев.

Увеличение напряжения до 10,5 В при анализе изменения микротвердости слоя из-за влияния температуры электролита показано на рисунке 11.При плотности тока 1 А · дм -2 во всем диапазоне применяемых температур электролита наблюдается увеличение значения микротвердости. Этот рост составляет около 73%. По сравнению с ходом зависимости микротвердости слоя от влияния температуры электролита при напряжении 8,5 В и температуре -1,78 ° С уменьшение значения микротвердости составляет 35%. При повышении температуры электролита до 48,78 ° С, при напряжении 10.5 В происходит увеличение значения микротвердости на 34% по сравнению с микротвердостью слоя при напряжении 8,5 В. При плотности тока 3 А · дм -2 наблюдается небольшое уменьшение значения микротвердость слоя за счет повышения температуры электролита на 8,4%. За счет увеличения напряжения на 2 В значение микротвердости слоя при температуре электролита -1,78 ° C увеличится на 10%, а при температуре электролита 48,78 ° C - почти на 94%.Увеличение плотности тока до 5 А · дм -2 приводит к увеличению значения микротвердости слоя в зависимости от температуры примерно на 15%.

Зависимость микротвердости слоя от температуры электролита при напряжении 13,5 В можно увидеть на рис. 12. При всех плотностях тока можно наблюдать увеличение микротвердости слоя вместе с повышением температуры электролита. Таким образом, величина напряжения достаточна для образования стабильного оксида независимо от плотности тока.На основании (1) и (2) курсы и пересекаются в некоторой точке. В этом случае, в зависимости от напряжения, прогрессию и можно разделить на три области с двумя критическими значениями. - приложенное напряжение, когда и - напряжение, при котором. При выполнении условия при анодном окислении в электролите присутствует стабильный оксидный слой, который анодным напряжением защищается от растворения в соответствии с химической реакцией (2). При плотности тока 1 А · дм -2 скорость роста значения микротвердости слоя по изменению температуры электролита во всем интервале составляет в среднем 83%.При увеличении плотности тока до 3 А · дм -2 скорость роста значения микротвердости слоя в зависимости от температуры падает примерно до 56%. В интервале температур более 36 ° С значение микротвердости слоя при 1 А · дм −2 выше, чем при плотности тока 3 А · дм −2 на 8%. При плотности тока 5 А · дм -2 микротвердость слоя достигает наивысших значений при повышении температуры электролита.Рост значений микротвердости 47%. Мы видим, что температура электролита оказывает существенное влияние на значения микротвердости при напряжении до 13,5 В.

4. Выводы

В работе показано влияние температуры электролита на изменение значений микротвердости слоя, образованного оценено анодное окисление алюминия. Электролит состоял из H 2 SO 4 и C 2 H 2 O 4 .Показано, что повышение температуры электролита приводит к росту значения микротвердости слоя при плотности тока 1 А · дм −2 . Однако при времени анодирования 48,78 мин можно определить критическую температуру, при которой изменение температуры электролита влияет на значения микротвердости слоя. Средний рост значений микротвердости слоя в зависимости от температуры при плотности тока 1 А · дм -2 составляет 66%.Однако с увеличением количества серной кислоты в электролите рост микротвердости слоя уменьшается примерно на 24%. Наряду с одновременным влиянием времени анодирования в интервале от 1,22 мин до 25 мин наблюдается рост значения микротвердости слоя в зависимости от температуры электролита на 5%. При увеличении времени анодного окисления до более чем 25 минут происходит снижение значения микротвердости слоя примерно на 4%. Повышение напряжения приводит к росту микротвердости слоя в зависимости от температуры электролита почти на 39%.При плотности тока 3 А · дм -2 микротвердость слоя снижается из-за температуры вместе с увеличением молярной концентрации серной кислоты. Рост значения микротвердости слоя наблюдался при времени анодирования 25 мин. Выше и ниже этого времени происходит снижение значения микротвердости слоя из-за температуры электролита. При плотности тока 5 А · дм -2 влияние температуры электролита на изменение значения микротвердости слоя незначительно.Рост значения микротвердости слоя происходит только при напряжении выше 10,5 В.

Процесс анодного окисления алюминия сложный. На изменение значения микротвердости слоя одновременно действует множество факторов. Поэтому необходимо учитывать влияние этих рабочих факторов при изучении изменений параметров пластов. Как показано, при различных условиях анодирования микротвердость слоя в зависимости от температуры и плотности тока изменялась по-разному.Исследуя эти зависимости, можно сгенерировать слои с необходимыми параметрами качества.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Благодарности

Исследование было поддержано Проектом структурных фондов ЕС «Исследование и разработка интеллектуальных нетрадиционных приводов на основе искусственных мышц», код ITMS: 26220220103, а также грантом VEGA. 1/0738/14 «Исследование коррозионной стойкости стальных листов с покрытием для использования в автомобильной промышленности» Агентства научных грантов Министерства образования Словацкой Республики и Словацкой академии наук.

(PDF) Измерение плотности электролита в свинцово-кислотных аккумуляторах

Sensors 2010, 10

2607

10. Dakin, J .; Калшоу Б. Оптоволоконный датчик; Artech House: Норвуд, Массачусетс, США, 1989;

Том 2.

11. Zubía, J .; Арру, Дж. Пластиковые оптические волокна: введение в их технологические процессы и приложения

. Опт. Fiber Technol. 2001, 7, 101–140.

12. Хармер А.Л. В волоконно-оптическом рефрактометре с использованием ослабления мод оболочки.В материалах

1-й Международной конференции по оптоволоконным датчикам, Лондон, Великобритания, 26–28 апреля 1983 г.

13. Lomer, M .; Quintela, A .; López-Amo, M .; Zubía, J .; Лопес-Хигуэра, Дж. М. Квазираспределенный датчик уровня

, основанный на изогнутом полированном сбоку пластиковом оптоволоконном кабеле. Измер. Sci. Technol. 2007,

18, 2261–2267.

14. El-Sherif, M .; Бансал, Л .; Юань Дж. Оптоволоконные датчики для обнаружения токсичных и биологических угроз.

Датчики 2007, 7, 3100–3118.

15. Montero, D .; Vázquez, C .; Möllers, I .; Arrúe, J .; Джеггер, Д. Полимерный оптоволоконный датчик

на основе саморегулирующейся интенсивности для обнаружения жидкостей. Датчики 2009, 9, 6446–6455.

16. Armenta, C .; Doria, J .; de Andrés, M.C .; Urrutia, J .; Fullea, J .; Graña, F. Новый метод

, устанавливающий степень заряда свинцово-кислотных аккумуляторов с циркуляцией электролита. J. Power

Источники 1989, 27, 189–200.

17. Snyder, A .; Любовь, Дж.Теория оптических волноводов, 2-е изд .; Чепмен и Холл: Лондон, Великобритания, 1983.

18. Маркузе, Д. Деформация поля и потери, вызванные кривизной оптических волокон. J. Opt. Soc. Являюсь.

1976, 66, 311–320.

19. Love, J .; Винклер, К. Затухание мощности в изогнутых многомодовых ступенчатых пластинах и волоконных волноводах.

Электрон. Lett. 1978, 14, 32–34.

20. Маркузе Д. Формула потери кривизны для оптических волокон. J. Opt. Soc. Являюсь. 1975, 66, 216–220.

21.Глоге Д. Потери на изгибе в многомодовых волокнах с градиентным и неклассифицированным индексом сердцевины. Прил. Опт.

1972, 11, 2506–2513.

22. Ghatak, A .; Sharma, E .; Компелла, Дж. Точные пути в изогнутых волноводах. Прил. Опт. 1988, 27,

3180–3184.

23. Snyder, A .; Лав, Дж. Отражение на изогнутой диэлектрической границе раздела - электромагнитное туннелирование. IEEE

Пер. Теория СВЧ. 1975, 23, 134–141.

24. Durana, G .; Zubía, J .; Arrue, J .; Алдабалдетреку, Г.; Матео, Дж. Зависимость потерь на изгибе от толщины оболочки

в пластиковых оптических волокнах. Прил. Опт. 2003, 42, 997–1002.

25. Club Des Fibers Optiques Plastiques. Пластиковые оптические волокна. Практическое применение; John Wiley

& Sons: Hoboken, NJ, USA, 1997.

26. Cao, A .; Marcos, J .; Doval, J .; Peñalver, C. Оптимизированный оптоволоконный датчик для измерения

плотности электролита в свинцово-кислотных аккумуляторах. In Proceedings of Eurosensors XIX, Barcelona, ​​

Spain, 11–14 сентября 2005 г.

27. Cao, A .; Marcos, J .; Doval, J .; дель Рио, А. Компенсация температурной зависимости компонентов оптоэлектроники

с помощью оборудования и обработки данных. В материалах

POF & MOC 2006, Совместная международная конференция по пластиковому оптическому волокну и микрооптике,

Сеул, Корея, 11–14 сентября 2006 г .; С. 126–131.

28. Marcos, J .; Álvarez, J .; Doval, J .; Цао, А .; Peñalver, C .; Nogueiras, A .; Лаго А. Менеджмент

Электронная система

для быстрой зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов.In Proceedings of Advanced Automotive

Batteries Conference, AABC-05, Honolulu, HI, USA, 13–17 июня 2005 г.

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 проконсультироваться с системным администратором.

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 файле cookie?

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

Как правило, в файлах 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.

Простое производство обработанных на растворе твердых электролитов для полностью твердотельных батарей с высокой плотностью энергии за счет улучшенного межфазного контакта

Хотя слоистый оксид переходного металла LiCoO 2 имеет высокую ионную проводимость Li + и теоретическую удельная емкость 272 мА · ч г −1 19 , катоды на его основе показали низкую практическую емкость ~ 140 мА · ч · г −1 , в основном из-за изменения его конструкции в процессе зарядки и разрядки.В качестве альтернативы LiCoO 2 мы использовали коммерческие катоды NCM622, состоящие из совместно легированной системы LiCoO 2 с Co и Mn, чтобы обеспечить более высокую емкость и стабильную работу во время циклирования. Коммерческий NCM622 (активные материалы) смешивали с растворителем NMP с полимерными связующими PVDF и углеродной сажей, чтобы одновременно получить хорошие проводники как для ионов, так и для электронов. Композитный катодный слой, то есть обычные LIB-электроды, показанные на рис. 1а, был сформирован путем заливки влажной суспензии на токосъемник (алюминиевая фольга) с последующим термическим отжигом при 100 ° C для удаления остаточного растворителя NMP.Для недорогого и крупномасштабного изготовления композитных катодов NCM622 с пропиткой SE используется раствор LPSCl SE сульфидного типа (42,8: 41,4: 15,8 мас.% Li 2 S / P 2 S 5 / LiCl ) был получен мокрым химическим синтезом с использованием прекурсоров SE, таких как Li 2 S, P 2 S 5 и LiCl, в растворителе EtOH (раствор LPSCl + EtOH на рис. 1a). На рисунке 1b показан процесс инфильтрации раствора LPSCl SE в стандартные электроды LIB. Электроды LIB погружали в свежеприготовленный раствор LPSCl, а затем образцы сушили в печи с последующей термообработкой при 180 ° C в вакууме для отверждения пленок SE, а также для полного удаления остаточного растворителя.Изготовление электродов NCM622 с пропиткой SE было завершено прессованием образцов под нагрузкой 700 МПа для создания тесного контакта между активными материалами и SE и лучшего соединения за счет увеличения плотности пленок (низкая пористость). LIB-электроды, пропитанные LPSCl, обычно имеют желтый цвет из-за наличия SE сульфидного типа, как это видно на вставке на рис. 1b. Примечательно, что этот основанный на растворе процесс SE-инфильтрации может быть дополнительно модифицирован путем использования различных методов печати с рулона на рулон и / или крупномасштабной полиграфической печати, таких как распыление, глубокая печать и трафаретная печать, для крупномасштабной экономичной изготовление АБС 20 .

Рисунок 1

( a ) Схема процесса инфильтрации твердого электролита (LPSCl в EtOH) на основе раствора в обычные электроды LIB (композитный катод на основе NCM622), ( b ) и этапы изготовления : погружение в раствор электролита, сушка на плитке, термический отжиг в условиях вакуума и холодное прессование для сборки электродных компонентов полностью твердотельных батарей.

Электрохимические характеристики композитных электродов на основе NCM622, пропитанных LPSCl SE (ниже см. SE-NCM), проводили с использованием полностью твердотельных полуэлементов SE-NCM / Li-In.На рисунке 2 показаны профили напряжения во время начальных циклов заряда и разряда при 0,05 C. Для исследования эффективности процесса пропитки раствора в SE-NCM были приготовлены два образца путем погружения в раствор SE при различных температурах раствора. Очевидно, что загрузочная концентрация раствора LPSCl SE увеличилась с 13,4 до 15,3 мг / см 2 , когда электроды SE-NCM были пропитаны при 25 ° C и 45 ° C, соответственно. При комнатной температуре элементы SE-NCM / Li-In показали очень низкую обратимую емкость 40 мА ч г -1 .С другой стороны, когда температура раствора была увеличена до 45 ° C, чтобы вызвать более эффективное проникновение SE в композитные электроды, мы получили более высокую обратимую емкость 72 мА ч г -1 по сравнению с электродами, пропитанными при 25 ° C. ° C. Хотя емкость полностью твердотельных элементов была значительно ниже, чем у элементов LE, значение нагрузки композитных электродов SE-NCM увеличивалось при более высокой температуре из-за лучшей инфильтрации раствора SE, так что ячейки показали более высокую емкость при повышенной температуре.

Рис. 2

Электрохимические характеристики твердотельных полуэлементов NCM622 / Li-In после инфильтрации LPSCl SE в катод при различных температурах приготовления. Профили напряжения заряда и разряда первого цикла электрода SE-NCM ( a ) при значении нагрузки 13,4 мг / см 2 пропитано при комнатной температуре (25 ° C) и ( b ) при значении нагрузки ~ 15,3 мг / см 2 инфильтрировали при повышенной температуре (45 ° C).

На рис. 3a, b показаны изображения FESEM в поперечном сечении и соответствующие им элементные карты, полученные с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDXS) для электродов SE-NCM, полученных при 25 ° C и 45 ° C, соответственно.После резки и полировки поперечных сечений электродов с помощью фрезерования FIB были получены карты пространственного распределения путем измерения элементов, присутствующих в активных материалах NCM622, таких как Co (красный цвет) и Ni (синий цвет), которые показали однородное распределение во всех образцы. Чтобы подтвердить инфильтрацию SE, репрезентативные элементы S (желтый цвет) и P (зеленый цвет) из LPSCl были проанализированы с использованием того же метода EDXS. Примечательно, что электроды SE-NCM, полученные пропиткой раствора SE при 45 ° C, показали очень равномерное распределение этих элементов даже глубоко внутри композитных электродов, в то время как электроды, изготовленные при комнатной температуре, имели высокую концентрацию элементов S и P наверху. поверхность электродов.Это показывает, что раствор LPSCl SE может эффективно проникать более глубоко в электроды LIB при более высокой температуре обработки. Эта более высокая эффективность проникновения была в основном достигнута за счет более высокого коэффициента диффузии ионов при более высокой температуре и свидетельствует о превосходной деформируемости ПЭ LPSCl. Более того, этот процесс раствор / влажный может обеспечить образование плотных ионных контактов между электродами и электролитами, а также уплотнить катоды для достижения твердотельных LIB с высокой удельной емкостью.

Рис. 3

Изображения поперечного сечения FE-SEM композитных электродов на основе NCM622, пропитанных LPSCl, и соответствующие им элементные карты EDXS. Катоды были приготовлены методом пропитки твердым электролитом (SE) при различных температурах: ( a ) при комнатной температуре и ( b ) при повышенной температуре (45 ° C). Величина нагрузки электродов составляла ~ 17,92 мг / см 2 . После разрезания поперечного сечения электрода с использованием ФИП было проанализировано пространственное распределение элементов SE (типично ионы S), и было подтверждено равномерное распределение SE внутри электродов при обработке при 45 ° C.

Для кристаллографического анализа материалов LPSCl SE были получены рентгенограммы для свежеприготовленного LPSCl (красная линия) и для образцов, сформированных после литья из раствора и термообработки при 180 ° C в вакууме (черная линия), как показано на Рис. 4. Как исходные, так и термически обработанные СЭ LPSCl имели сходные пики в одних и тех же положениях. Эти характерные дифракционные пики согласуются с положениями пиков, относящихся к кристаллизованному аргиродиту Li 6 PS 5 Cl фаза 21 , которые могут самопроизвольно образовываться на этапах подготовки (высокоэнергетическое измельчение в шаровой мельнице и термическая обработка) 22 .Также сообщается, что аргиродитовая фаза Li 7 PS 6 легко образуется при температуре от 80 до 150 ° C во время нагревания стеклокерамической фазы LPSCl SE, измельченной в шаровой мельнице. В условиях более высокой температуры термообработки Cl был включен в Li 7 PS 6 , так что он образовал кристаллическую фазу Li 7-x PS 6-x Cl x фазу 23 . Кроме того, на рентгенограммах отсутствовали примесные пики, что подтверждало образование чистой кристаллизованной фазы Li 6 PS 5 Cl.Это говорит о том, что во время затвердевания раствора LPSCl SE не было влияния на присутствие других компонентов композитных электродов, и активные материалы (NCM622) также остались нетронутыми в контакте с растворами EtOH, растворенных в SE.

Рис. 4

Кристаллографические характеристики твердого электролита LPSCl. Картины XRD для исходного LPSCl (красная линия) и LPSCl после испарения растворителя на горячей пластине с последующей термообработкой при 180 ° C в условиях вакуума (черная линия).

Электрохимические характеристики ASSB, подвергнутых влажной обработке, напрямую зависят от содержания SE, проникшего в электроды LIB. Хотя было подтверждено, что вышеупомянутый раствор LPSCl SE более эффективно проникает в композитные электроды на основе NCM622 при 45 ° C, емкость все еще была низкой по сравнению с обычными LIB на основе LE (~ 154 мА ч г -1 ). Чтобы добиться более высокого содержания SE за счет более эффективного проникновения элементов SE, мы дополнительно повысили температуру.На рис. 5a, b показаны схематические изображения процесса инфильтрации SE при различных температурах ванны от 45 до 90 ° C и соответствующие количества LPSCl SE в катодах и результирующая обратимая емкость полностью твердотельных LIB соответственно. После погружения электродов NCM622 в раствор SE температура горячей плиты медленно повышалась до 90 ° C. Поскольку EtOH в растворе SE имеет относительно низкую точку кипения при 78,3 ° C, температура ограничена около точки кипения растворителей.При повышении температуры процесса содержание SE также увеличивалось с 6,4 до 14%. Поскольку мы контролировали величину нагрузки обычных электродов LIB на уровне ~ 18 мг / см 2 , более высокая концентрация SE просто приводит к более высокой плотности электродов за счет заполнения пор. Начальная разрядная емкость полупроводниковых полуэлементов LIB заметно улучшилась с 72 до 136 мА ч г -1 при повышении температуры с 45 до 90 ° C соответственно. Удельная емкость сильно зависит от степени проникновения SE.В основном это было связано с тем, что ионные элементы SE могли становиться более активными при более высокой температуре из-за увеличения динамического молекулярного движения и обеспечивать дальнейшую инфильтрацию глубже в композитные электроды. Кроме того, когда температура раствора SE повышается выше точки кипения растворителя при 90 ° C, испарение растворителя может играть важную роль для эффективного проникновения SE за счет значительного увеличения молекулярного движения ионных элементов в конвективном потоке Решение SE.По мере испарения растворителя EtOH воздушные зазоры, присутствующие в электродах LIB, могут высвобождаться, так что SE может заполнять эти пространства. Таким образом, мы достигли высокой емкости полностью твердотельных LIB на основе полуэлементов SE-NCM и Li-In около 177 мА ч г −1 со значением нагрузки 5,5 мг / см 2 (см. Рис. 5в). Эта емкость выше, чем у коммерческих LIB с LE, приближается к теоретической емкости катодных ASSB NCM622 24 . Следовательно, наши катоды SE-NCM, обработанные влажной обработкой при температуре выше испарения растворителя (90 ° C), превзошли те же электроды, которые были изготовлены при более низкой температуре.Также стоит отметить, что они по-прежнему показали хорошую емкость 136 мА ч г −1 , даже со значениями нагрузки в три раза выше при ~ 17 мг / см 2 по сравнению с низкой нагрузкой 5,5 мг / см 2 (см. Рис. 5г). Кроме того, емкость и эффективность первых циклов заряда выше, чем у вторых циклов разряда из-за реакции литий-ионных оксидов металлов и сульфидных твердых электролитов во время начального процесса заряда. Следовательно, литий используется для формирования поверхностного слоя во время начального цикла зарядки, что приводит к необратимой реакции 25 .

Рис. 5

Влияние испарения растворителя на процесс инфильтрации LPSCl SE в катодах полностью твердотельных батарей. ( a ) Схема процесса инфильтрации раствора SE при различных температурах от 45 до 90 ° C на нагревательной плите с регулируемой температурой и ( b ) соответствующее содержание LPSCl и начальная пропускная способность SE-NCM / Li-In полуклетки. Учитывая, что температура кипения растворителя EtOH составляет 78,3 ° C (пунктирная линия), эффект испарения начинает вносить свой вклад около этой точки, так что конвективный поток вызывает равномерное распределение SE в электродах.Профили напряжения заряда и разряда первого цикла одних и тех же полуэлементов с использованием катодов, пропитанных SE, обработанных выше точки кипения EtOH (при 90 ° C) со значением нагрузки ( c ) ~ 5,5 мг / см 2 и ( d ) ~ 17 мг / см 2 .

Длительность циклического испытания требуется для проверки надежности композитных электродов, пропитанных SE, в ячейке ASSB. Мы получили электрохимические характеристики в течение 20 циклов зарядно-разрядных процессов, которые показали относительно надежные и воспроизводимые результаты.На рис. S1a в вспомогательной информации показаны профили напряжения заряда и разряда, а также их емкости ASSB с композитными катодами на основе NCM622, пропитанными SE, при рабочей температуре 55 ° C, скорости C 0,05 C и величине нагрузки 2,3 мг. / см 2 . Мы получили высокие емкости 238,09 и 172,58 мА ч г −1 во время начальных процессов зарядки и разрядки соответственно. Отмечено, что начальная емкость существенно не изменилась после 20 циклов. Когда мы измеряем кулоновскую эффективность тех же ячеек, она сохраняет эффективность 97% после завершения 20 циклов (см.рис.S3). Кроме того, на рис. S1b показано сопротивление переносу заряда композитных электродов на основе NCM622, пропитанных SE, до и после испытания на длительность. Можно сделать вывод, что катод, пропитанный СЭ, успешно переносил ионы даже после 20 циклов заряда-разряда, так как не происходит значительного изменения внутреннего сопротивления элемента. Кроме того, были также проведены изображения поперечного сечения FE-SEM и их анализ элементарного картирования EDXS, чтобы исследовать распределение SE и возможность образования вторичной фазы после циклических испытаний.На рис. S2 показано пространственное распределение элементов P, S, Co и Ni, причем SE LPSCl имеют равномерное покрытие, и не было никаких доказательств образования вторичных фаз на катодах после 20 циклических испытаний.

Для эффективного проникновения жидкофазных SE в композитные электроды размер частиц активных материалов также может быть важным параметром для определения электрохимических характеристик ASSB. Как показано на рис. 6, размерные эффекты активных материалов были исследованы с использованием малых (диаметр ~ 4 мкм) и крупных (диаметр ~ 10 мкм) частиц NCM622.Ожидается, что обычные LIB-электроды листового типа с крупными частицами имеют большие воздушные зазоры; следовательно, раствор SE сможет легче проникать в эти пористые композитные пленки. Однако электрохимические характеристики активных материалов большого размера были плохими, с небольшой разрядной емкостью ~ 70 мА ч г -1 при величине нагрузки 17,5 мг / см 2 , как показано на рис. 7. Хотя При температурах композитные электроды размером мкм содержали большое количество ПЭ, их низкая плотность отрицательно сказывалась на характеристиках электродов.Это объясняется большим межфазным сопротивлением и несовершенством ионных контактов и путей перколяции. Активные материалы большого размера в катодах SE-NCM могут вызвать серьезную потерю контакта в точках контакта между активными материалами и токосъемником, а также с LPSCl SE. Более того, более значительные изменения абсолютного объема в частицах NCM622 большого размера ухудшают характеристики во время циклов заряда (делитиации) и разряда (литиирования) блоков ASSB. Напротив, электроды SE-NCM, которые были изготовлены с использованием активных материалов небольшого размера (4 мкм), имеют более низкую пористость и более высокую плотность электродов, чем электроды, изготовленные из активных материалов размером всего 10 мкм.Однако малый размер частиц может замедлить проникновение SE из-за их высокого сопротивления воздуху в микропорах, что приводит к тому, что многие изолированные поры остаются пустыми, тем самым снижая скорость инфильтрации растворов SE. На рис. 7 профили напряжения заряда и разряда в начальном цикле только для активных материалов размером 4 мкм демонстрируют относительно высокую емкость около 105 мА ч г −1 в диапазоне 2,5–3,5 В по сравнению с Li / Li +. ; на их высокую электродную плотность отрицательно влияет неэффективная и медленная инфильтрация растворов SE в малогабаритные активные материалы в композитных электродах на основе NCM622.

Рисунок 6

Сравнение распределения LPSCl внутри электродов с использованием различных размеров активных материалов: либо маленькие (всего 4 мкм) и большие (всего 10 мкм) частицы, либо смесь двух частиц разного размера. ( a ) Схемы влияния различных размеров активных материалов на процесс инфильтрации LPSCl на основе раствора с одинаковым значением нагрузки ~ 17,5 мг / см 2 . ( b ) Изображения FE-SEM композитных электродов на основе NCM622 с разными размерами активного материала (слева) только частицы 4 мкм, (в центре) только частицы 10 мкм и (справа) смесь частиц 4 и 10 мкм.

Рисунок 7

Профили напряжения заряда и разряда в начальном цикле полностью твердотельных батарей с использованием композитных электродов на основе NCM622, где эти полуэлементы были изготовлены с использованием катодов, пропитанных LPSCl SE, при значении нагрузки ~ 17,50 мг / см 2 с использованием различных размеров активных материалов: только частицы 4 мкм (черная линия), смесь частиц 4 и 10 мкм (красная линия) и только частицы 10 мкм (желтая линия).

Одновременное улучшение электрохимических характеристик и эффективного процесса SE-инфильтрации было продемонстрировано путем включения смеси активных материалов большого размера (диаметр 10 мкм) и малого размера (диаметр 4 мкм) в композитные электроды LIB.На рис. 6а схематическая диаграмма и соответствующее ей изображение FE-SEM демонстрируют значительно улучшенную эффективность проникновения SE с различными размерами активных материалов. Было замечено, что смесь активных частиц 4 мкм и 10 мкм уменьшала количество нежелательных пространств внутри электродов по сравнению с электродами, изготовленными только с активными материалами размером 10 мкм. Эта стратегия также способствовала увеличению скорости инфильтрации раствора SE внутри пористых электродов за счет капиллярных явлений, а также помогла получить плотный контакт между электродами и электролитами во время циклов заряда и разряда за счет смешивания частиц активного материала большого и малого размера. .На рис. 7 начальный профиль напряжения цикла зарядки / разрядки блоков ASSB с использованием электродов SE-NCM, которые были приготовлены с активными материалами разного размера, показал наилучшие электрохимические характеристики с емкостью до 108,6 мА ч г -1 дюйм диапазон 2,5–3,7 В относительно Li / Li + , особенно при высоком значении нагрузки ~ 17,50 мг / см 2 .

На основании упомянутых выше исследований, смешанные размеры активных материалов и эффект испарения растворителя были использованы для изготовления полностью твердотельных LIB-ячеек с использованием электродов SE-NCM с помощью эффективных процессов инфильтрации на влажной основе.На рисунке 8 показаны электрохимические характеристики твердотельных элементов Li 0,5 In / LPSCl-пропитанный-NCM622 при значении нагрузки ~ 4,6 мг / см 2 , испытанных в нормальных рабочих условиях при 30 ° C. Примечательно, что до этого исследования характеристики ячейки ASSB не были доступны для соотношений Li-In менее 1: 4. Мы обнаружили, что сплав Li 0,5 In значительно улучшает характеристики заряда и разряда при использовании в качестве противоэлектрода. Li и In имеют молекулярную массу 6.94 г / моль и 114,81 г / моль соответственно. Таким образом, в качестве оптимальной концентрации использовалось весовое соотношение Li 0,5 In 1:33 вес.%. Когда были измерены первый и третий профили напряжения заряда и разряда полностью твердотельных LIB на основе Li 0,5 In / LPSCl SE-пропитанного NCM622 (значение нагрузки 4,6 мг / см 2 ), данные показали: высокая начальная разрядная емкость 140 мА · ч g −1 при 0,1 C при 30 ° C в диапазоне напряжений 2,0–3,6 В по сравнению с Li / Li + . Более того, этот полностью твердотельный LIB, использующий катод SE-NCM, показал стабильную производительность при циклировании, в которой мы измерили сохранение емкости до 84% при 0.1 С после 30 циклов (рис. 8б). На рисунке 8c показаны обратимые емкости при различных текущих скоростях тока C от 0,1 до 2 C. Обнадеживает, что эти значения приближаются к значениям практических LIB с LE. Поэтому ожидается, что наш процесс инфильтрации SE на основе решений будет широко использоваться для высокоэффективного и масштабируемого производства ASSB высокой плотности и большой емкости с использованием SE сульфидного типа. Что касается общего веса электродов и SE, мы получили плотность энергии 74,13 Втч / кг ячейки с использованием толстых электродов.Когда мы уменьшаем количество SE в качестве мембраны, это значение может еще больше увеличиться до 209,03 Втч / кг , ячейка . Кроме того, плотность энергии может быть заметно увеличена до 429,59 Втч / кг , ячейка за счет уменьшения толщины анодного слоя, что аналогично количеству анода промышленного LIB. Эта ячейка имеет высокую плотность энергии по сравнению с обычными ячейками LIB 200–300 Втч / кг ячейка . Примечательно, что высокая плотность энергии достижима, потому что она имеет высокое значение нагрузки и содержит более низкий процент SE по сравнению с прямым смешением SE в обычных ASSB.Мы считаем, что наш процесс инфильтрации SE с обработкой раствора будет влиять и обеспечивать более высокую плотность энергии за счет оптимизации SE и их процессов, чтобы они решали критические проблемы SE и межфазного сопротивления внутри катода.

Рис. 8

Электрохимические характеристики твердотельных полуэлементов SE-NCM / Li-In с использованием технологии инфильтрации LPSCl, обработанной раствором. ( a ) Первый и третий циклы профилей напряжения заряда-разряда при 0.1 C, ( b ) циклическая производительность заряда и разряда при 0,1 C и ( c ) производительность C-rate при различных скоростях 0,1 C, 0,2 C, 1 C и 2 C для полностью твердотельных батареи с пропитанными LPSCl электродами NCM622 и Li 0,5 In при величине нагрузки 4,6 мг / см 2 .

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

1. Введение

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

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

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

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

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

2. Свободная энергия аккумуляторных электролитов с добавками

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

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

(1)

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

μ = μo (po, T) + V¯ Δp + R T lna

(2)

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

В дальнейшем мольное соотношение:

xh3O = nh3Onh3O + nh3SO4 + ∑j = 1k nj

(3)

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

bh3SO4 = nh3SO4mh3O = nh3SO4n h3O Mh3O

(4)

и:

bj = njmh3O = njn h3O Mh3O

(5)

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

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

(6)

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

(7)

и:

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

(8)

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

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

(9)

При написании этого уравнения мы использовали следующее уравнение:

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

(10)

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

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

(12)

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

γh3SO4 = 4 (bh3SO4) 2 · (γh3SO4 ±) 3

(13)

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

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

(14)

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

nadd = ∑j = 1k nj

(15)

и:

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

(16)

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

∏i = 1kyi = y1⋅y2⋅ ... ⋅yk

(17)

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

Ψ = Ψ ′ + Ψ ″

(18)

где функции Ψ ′ и Ψ ″ задаются формулами:

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

(19)

и:

Ψ ″ = Ψ ″ (nh3O, nh3SO4, nadd, p, T) = R T [nh3Oln γh3O nh3O nh3O + nh3SO4 + nadd + nh3SO4ln γh3SO4 nh3SO4n h3O Mh3O + naddlnγ naddlnγ3O + naddlnγ

(20)

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

3. Предел свободной энергии раствора электролита

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

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

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

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

ψ ″ = ψ ″ (nh3O, nh3SO4, nadd, p, T) = R T Mh3O [ln γh3O nh3O nh3O + nh3SO4 + nadd + nh3SO4nh3Oln γh3SO4 nh3SO4n h3O Mh3O3 + naddnO3Mh3O3 + naddnO3Mh3O3 + naddnO3

(21)

где V¯ - объем электролита на моль растворителя:

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

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

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

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

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

(25)

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

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

(26)

и представляет собой поверхность в трехмерном пространстве, упомянутом выше.

4. Допустимый диапазон и предельная кривая батареи

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

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

(27)

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

n h3O + nh3SO4 = n ¯

(28)

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

n¯ = nh3Oo + nh3SO4o

(29)

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

R T Mh3O [ln γh3O (n¯ − nh3SO4) n¯ + nadd + nh3SO4n¯ − nh3SO4ln γh3SO4 nh3SO4 (n¯ − nh3SO4) Mh3O + naddn¯ − nh3SO4lnγadd nadd (n¯4) −nh3SO3

(30)

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

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

(31)

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

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

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

Pb + H 2 SO 4 ⇌ PbSO 4 + H 2

(32)

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

badd ∗ = nadd ∗ n¯ Mh3O

(33)

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

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

ηmax = Δnh3SO4 ∗ −Δnh3SO4oΔnh3SO4o

(34)

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

5. Экспериментальное определение предельной кривой

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

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

(35)

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

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

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

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

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

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

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

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

6. Выводы

Известно, что на энергоемкость свинцово-кислотного аккумулятора может влиять присутствие добавок в его электролите. Понятие эквивалентной добавки, определенное в этой статье, помогает проанализировать влияние химически инертных добавок и смесей таких добавок на энергоемкость батареи.Это может быть применено для определения всей области концентраций электролита, называемой допустимым диапазоном батареи, в пределах которой не происходит необратимых изменений в батарее во время заряда или разряда. Граница этой области - граничная кривая батареи. Он соответствует концентрации серной кислоты и, следовательно, диапазону напряжений холостого хода, которые нельзя превышать без необратимых изменений в батарее. Граничная кривая батареи может быть построена из нескольких экспериментов, в которых батарея заряжается (или разряжается) при различных концентрациях добавок.Это дает полезную информацию об эффективности добавки для увеличения энергоемкости батареи и о наилучшей концентрации добавки, которую можно использовать для этой цели. Практические последствия выбора лучшей добавки очевидны. Однако следует иметь в виду, что добавка может также вызывать нежелательные побочные эффекты, которые не рассматриваются в настоящей работе и требуют адекватного изучения, прежде чем любое улучшение энергоемкости батареи в результате добавки может рассматриваться как практическое.

Твердотельные батареи | Йоханнес Восс

Полностью твердотельные батареи потенциально могут стать высокоэнергетической и безопасной заменой обычно используемых литий-ионных батарей с жидким электролитом. Рассматриваемые твердые электролиты не горючи в отличие от жидкостей, что устраняет риски безопасности, например, из-за аккумуляторные пожары. Некоторые твердые электролиты электрохимически устойчивы по отношению к металлическому литию, что открывает возможность замены графитовых анодов с интеркаляцией анодами из металлического лития, что повысит удельную энергию.

В отличие от электролитов, используемых в твердооксидных топливных элементах, которым для хорошей проводимости требуются высокие температуры, существует несколько так называемых суперионных твердых литий-ионных электролитов, которые имеют, по крайней мере, такую ​​же высокую проводимость, как и обычно используемый жидкий электролит при умеренных температурах (с даже лучшие температурные диапазоны). Однако в настоящее время практическое применение имеют только твердотельные микробатареи; твердотельные батареи с высокой плотностью мощности и длительным сроком службы, которые можно было бы использовать в электромобилях, остались недостижимыми.Учитывая хорошую объемную проводимость электролитов, проблемы на границе раздела между электролитом и электродами явно играют роль в ограничениях плотности мощности полностью твердотельных батарей [Luntz, Voss, Reuter, J. Phys. Chem. Lett. 6, 4599 (2015)].

Идеальные электрохимические интерфейсы твердое тело-твердое тело

× Схема падения потенциала (вверху) и избыточного заряда (внизу) в идеальном стеке твердотельных батарей. Отрицательно заряженные вакансии Li + накапливаются на катоде. Прокладка с высокой диэлектрической проницаемостью (соответствующая LiNbO 3 ) была введена для задержки падения высокого напряжения от поверхности раздела катода.Такая прокладка могла бы защитить электролит электрохимически от высокого окислительного катодного потенциала. По материалам Luntz, Voss, Reuter, J. Phys. Chem. Lett. 6, 4599 (2015). Авторское право (2015) Американское химическое общество.

Мы рассматриваем острые, идеальные границы раздела между твердым электролитом и электродами. Мы пренебрегаем проблемами механического контакта (которые, вероятно, возникнут во время циклов зарядки / разрядки) или сложной морфологией интерфейса.

Для приведенного выше рисунка мы использовали подход континуального моделирования, в котором не учитывается дискретная структура плотности заряда с узлами решетки, а заряд и потенциал считаются однородными параллельно границе раздела.Таким образом, проблема сводится к одному измерению. Анод и катод просто моделируются как металлические электростатические граничные условия.

Расчеты по теории функционала плотности могут предоставить важные параметры для моделирования электролита: диэлектрическую проницаемость и энергии образования дефектов Li, несущих заряд. Эти энергии образования определяют, какую потенциальную энергию имеют носители в объеме электролита (то есть на достаточном расстоянии от электродов). Для электролитов, таких как цирконат лития-лантана или оксихлорид лития, типичная энергия образования вакансий Li + составляет примерно 1-1.5эВ относительно металлического Li. Таким образом, большая часть желаемого напряжения батареи разомкнутой цепи 4-5 эВ будет падать на границе раздела с катодом (см. Рисунок выше).

Моделирование методом DFT идеальных границ раздела твердый электролит

Приведенное выше моделирование континуума с параметрами, типичными для твердотельных батарей (диэлектрическая постоянная ~ 15, низкие концентрации носителей заряда), предполагает очень тонкие двойные слои заряда. Мы выполнили моделирование по теории функционала плотности (DFT), чтобы исследовать слои двойного заряда более подробно [Stegmaier, Voss, Reuter, Luntz, Chem.Матер. 29, 4330 (2017)]. Расчеты DFT действительно указывают на еще более тонкие двойные слои, состоящие почти только из плоскости Гельмгольца (слоя зарядов, ближайшего к границе раздела) и исчезающего диффузного слоя.

× Установка плиты DFT с эффективной средой с численно большой диэлектрической проницаемостью, имитирующей идеальный металл. Большие зеленые сферы представляют литий, красные сферы - кислород, а маленькие зеленые сферы - хлор в Li 3 OCl в качестве суперионного электролита. По материалам Stegmaier, Voss, Reuter, Luntz, Chem.Матер. 29, 4330 (2017) (SI). Авторское право (2017) Американское химическое общество.

Вместо того, чтобы явно моделировать поверхность раздела электрод-электролит, мы моделируем электролит только квантово-механически в рамках DFT (здесь мы выбрали Li 3 OCl в качестве типичного случая суперионного электролита). Электрод моделируется с использованием поляризуемой среды с очень высокой диэлектрической проницаемостью (см. Рисунок выше), так что электрические поля экранируются зарядами изображения, которые ведут себя аналогично идеальной металлической границе раздела.Мы обнаружили, что ионная релаксация настолько эффективно экранирует взаимодействие между носителями заряда, что практически вся плоскость Li может быть обеднена. Сильная стабилизация изображения носителей на границе раздела электродов перевешивает исчезающе малые взаимодействия носителей. Ограничением для накопления носителей в плоскости Гельмгольца является энтропия, которая становится важной здесь только при приближении покрытия носителей к единице (см. Рисунок ниже).

× Химический потенциал ($ \ mu _ {\ rm seg} $) сегрегации отрицательно заряженных вакансий Li + на границе идеального электрода как функция концентрации носителей заряда в плоскости Гельмгольца.Только приближение к единице покрытия (соответствует 9 вакансиям на площадь поверхности 3x3), расходящаяся энтропия перевесит выигрыш в энергии от накопления заряда в плоскости Гельмгольца. От Stegmaier, Voss, Reuter, Luntz, Chem. Матер. 29, 4330 (2017). Авторское право (2017) Американское химическое общество.

Моделирование с поляризуемой средой, кроме того, показывает, что обедненная плоскость Гельмгольца в Li 3 OCl может легко экранировать падение потенциала в несколько вольт (результат, который, как мы ожидаем, будет в целом верным для аналогичных твердых ионных электролитов).Поскольку взаимодействия носителей заряда ограничены одним диапазоном периодов решетки из-за эффективной ионной релаксации, накопление значительного количества заряда в плоскости Гельмгольца является энергетически возможным. Таким образом, мы ожидаем очень тонких двойных слоев заряда в твердотельных батареях с сильно ионными электролитами. Аналогичные аргументы справедливы для накопления положительного заряда (локально / внутренне генерируемого сильными отрицательными потенциалами даже в случае ионной проводимости, опосредованной вакансиями) на аноде [Stegmaier, Voss, Reuter, Luntz, Chem.Матер. 29, 4330 (2017)].

Реалистичные интерфейсы не будут резкими, что может существенно повлиять на двойные слои. Что еще более важно, механические проблемы растрескивания электролита из-за роста металлического лития и проблемы с контактами создают значительные препятствия для разработки полностью твердотельных батарей с длительным сроком службы и высокой плотностью мощности.

Ионная диффузия в стеклообразных твердых электролитах

Моделирование ионной диффузии в стеклообразных электролитах и ​​стеклообразных системах в целом требует достаточной статистической выборки с использованием достаточно больших суперэлементов, что, как правило, делает невозможным использование первых принципов.Li 3 OCl, состоящий только из элементов с низким атомным номером, поддается изучению с помощью силовых полей, обеспечивая доступ к достаточно длительные сроки.

× Среднеквадратичные смещения ионов в Li 3 OCl, полученные из МД моделирования. В то время как Li + показывает наибольшие смещения, также Cl - оказывается относительно подвижным. Li 3 OCl, таким образом, не будет действовать как чистый одноионный проводник, а скорее имеет коэффициент передачи около 0,8 $. От Heenen, Voss, Scheurer, Reuter, Luntz, J.Phys. Chem. Lett. 10, 2264 (2019). Авторское право (2019) Американское химическое общество.

Интересно, что используя такую ​​молекулярную динамику силового поля, мы обнаруживаем, что не только ионы Li + являются мобильными, но также в некоторой степени ионы Cl - .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *