Как повысить плотность в аккумуляторе: Как повысить плотность электролита в аккумуляторе?

Все дело в плотности: чем она меньше (воды в растворе больше), тем быстрее замерзнет электролит при понижении температуры. Умеренный климат требует, чтобы этот параметр был в пределах 1,25-1,27 г/см³. Зимой и в северных регионах рекомендуемая плотность увеличивается на 0,01 г/см³.

Многих автолюбителей интересует: «При какой температуре замерзает электролит в аккумуляторе?». Получить ответ на этот вопрос поможет следующая таблица:

Таблица 1. Плотность электролита в аккумуляторе автомобиля зимой.

Как повысить плотность если она низкая?

Поднимать эту характеристику приходится после неоднократного корректирования уровня жидкости в АКБ дистиллированной водой или в случае нехватки параметра для эксплуатации батареи в зимой. Явным признаком недостаточной концентрации серной кислоты является оледенение ячеек. Что делать если замерз электролит в аккумуляторе? Потребуется отогреть АКБ при комнатной температуре, после чего поставить на зарядку.

Внимание! Замерять плотность нужно только в полностью заряженной аккумуляторной батарее.

Помимо правильно проведенной полной зарядки существует еще такие способы поднятия плотности, как добавление концентрированного (корректирующего) электролита или кислоты.

Для корректировки понадобится:

• ареометр;
• мерная емкость;
• посуда для приготовления смеси;
• спринцовка;
• серная кислота или корректирующий электролит;
• дистиллированная вода.

Процедура проводится следующим образом:

1. Из ячеек батареи отбирается немного кислотного раствора и измеряются показатели кислотности.
2. Если надо увеличить плотность — доливается столько же корректирующего электролита, если уменьшить —добавляется дистиллированная вода.
3. После проведения процедуры со всеми ячейками АКБ ставится на зарядку стационарным устройством для смешивания жидкости.
4. По окончании зарядки надо подождать не меньше часа, чтобы плотность во всех секциях батареи выровнялась.
5. Проводится проверка показателей и в случае необходимости процедура повторяется с уменьшением шага разбавления вдвое.

Плотность между ячейками не должна отличаться сильнее, чем на 0,01 г/см³. Если добиться этого не вышло — необходимо провести выравнивающую зарядку малым током.

Что делать, когда плотность ниже 1,18 г/см

Чтобы зимой не замерзла вода в аккумуляторе нужно не допускать снижения плотности электролита. Если это значение преодолело критический минимум в 1,18 г/см³, то требуется добавление кислоты. Сама процедура проводится в том же порядке, что был описан ранее, только количество отбираемой и добавляемой жидкости необходимо сократить, чтобы не превысить значение первым доливом.

Важно! При изготовлении электролита нужно вливать кислоту в воду, и ни в коем случае не наоборот.

Что делать если электролит в аккумуляторе замерз, а после отогрева приобрел багровый цвет? К сожалению, такая батарея уже не сможет нормально работать зимой при температуре ниже 5°C. Скорее всего у такого АКБ осыпалась активная масса, что уменьшило рабочую поверхность пластин. Восстановить нормальные показатели у такого АКБ невозможно.

Поддержание количества электролита и его плотности на должном уровне существенно продлевает срок службы батареи, а также ее способность сопротивляться морозу и безпроблемно запускать двигатель автомобиля.

Плотность электролита в аккумуляторе: какая должна быть, как проверить, как поднять

Бортовая сеть автотранспортного средства объединяет в себе источники и потребители электроэнергии. АКБ и генератор выступают энергоисточниками, тогда как вторая группа включает в себя целый комплекс устройств и агрегатов. Среди них первостепенное значение имеют система зажигания и запуска, контрольно-измерительные приборы, сигнализация, лампы в фарах и габаритных огнях.

В электросети автомобиля также присутствует множество дополнительных приспособлений, обеспечивающих комфорт и безопасность водителя и пассажиров. К ним относятся подогрев стёкол и сидений, акустическая система, прикуриватель, GPS-навигатор, видеорегистратор и т.д.

В случае аварийного выхода из строя генератора или реле контроля напряжения именно аккумулятор берёт на себя поддержание работоспособности всех электропотребителей, сохраняя возможность безопасного передвижения автотранспорта до ближайшей станции техобслуживания. Также он стабилизирует напряжение в системе, когда двигатель длительное время работает на низких оборотах или холостом ходу, как это часто бывает при передвижении в городской черте.

На современном рынке автотоваров наибольшим потребительским спросом пользуется свинцово-кислотный АКБ, который нашёл самое широкое применение в транспортных средствах из-за своей надёжности, функциональности и высокой удельной мощности. Главными конструктивными элементами такого устройства являются шесть секций или попросту «банок», внутри которых находится блок свинцовых пластин.

Активной массой положительного электрода является диоксид свинца, а отрицательного – чистый свинец. Между ними расположены сепараторы, основное назначение которых заключается в разделении полублоков разной полярности и препятствии возникновению самозамыканий. Все электрохимические реакции протекают в водном растворе серной кислоты – электролите. Когда батарея разряжается, его плотность снижается из-за активного расхода кислотного агента и выделения молекул воды. При заряде происходит обратный процесс.

Когда следует проверять плотность электролита в АКБ?

Эксплуатация стартерной батареи должна сопровождаться систематическим мониторингом её состояния даже при безотказном и уверенном функционировании. Это связано с тем, что снижение резервного уровня электролита из-за утечки раствора или испарения воды приводит к увеличению кислотной концентрации. Данный фактор негативно сказывается на работоспособности и продолжительности эксплуатации АКБ.

Опытные автомеханики рекомендуют проверять техническое состояние аккумулятора каждые 15-20 тыс. км пробега. Также диагностику целесообразно провести, если он постоянно недозаряжается, плохо держит заряд или туго крутит стартер. Для этого необходимо:

• визуально осмотреть корпус на наличие трещин и подтёков;
• оценить уровень электролитической жидкости в банках, который должен возвышаться над верхним краем пластин на 1.2-1.4 см;
• измерить её плотность с помощью контрольно-измерительного прибора.

Нередко сниженный заряд может быть следствием ослабления ремня привода генератора. Поэтому автомобилисту нужно периодически проверять его натяжение и при необходимости производить регулировку, следуя инструкции по эксплуатации ТС.

Оптимальные показатели электролитической среды

Физико-химическое состояние электролита находится в прямой зависимости от двух параметров – это температура окружающей среды и степень заряженности АКБ. При повышении температурного порога возрастает удельный вес кислоты, а при понижении — падает. Поэтому перед проведением контрольно-измерительных мероприятий аккумулятор рекомендуется выдержать в течение нескольких часов при температуре +20-25 ℃.

Типовые климатические условия региона также оказывают непосредственное влияние на плотность электролитического раствора. Так, в районах с умеренным климатом ρ= 1.27-1.28 г/см3 соответствует 100% заряда, величина 1.21 г/см3 говорит о его снижении до 60%, а 1.18 г/см3 сигнализирует о необходимости подзарядки. Измерения производятся при нормальном уровне реагента над пластинами.

В северных регионах оптимальной считается плотность электролита, равная 1.29-1.30 г/см3, а в субтропическом поясе – 1.23-1.25 г/см3. Измерение данного параметра с целью определения необходимости корректировки производится только у полностью заряженного устройства, иначе полученные результаты будут некорректными.

Алгоритм проверки плотностного состояния электролита

Определение плотности электролита осуществляется при помощи такого приспособления, как ареометр. Перед началом измерительных процедур автовладельцу следует проверить уровень спецжидкости в каждой секции АКБ и при необходимости произвести его корректировку деминерализованной водой. После этого аккумулятор необходимо полностью зарядить и по прошествии 2-3 часов приступать к тесту. Алгоритм его проведения состоит из следующих шагов:

1. установить устройство на ровную поверхность;
2. вывернуть пробку заливного отверстия на его крышке;
3. погрузить в раствор ареометр и втянуть жидкость резиновым наконечником на его противоположном конце;
4. набрать количество реагента, достаточное для свободного перемещения поплавка;
5. определить уровень плотности в соответствии с информацией на шкале;
6. записать результат и повторить манипуляции с оставшимися банками;
7. сопоставить полученные данные с нормированными значениями.

Значение плотности должно быть одинаковым во всех элементах, допускается отклонение на ±0.01. Если проведённый замер показал понижение плотности в одной из ячеек на 0.10-0.15, то это говорит о наличии дефекта или короткого замыкания между пластинами. Одинаково низкая плотность во всех блоках связана с глубоким разрядом аккумулятора, его сульфатацией или сильным износом, что влечёт за собой падение напряжения в сети и затруднённый пуск ДВС.

У необслуживаемых стартерных батарей есть особый встроенный индикатор. Если он показывает зелёный цвет, то это говорит о 100%-ном заряде АКБ, а чёрный – о необходимости его подзарядки. Бело-жёлтый или красный оттенок обычно соответствуют очень низкому уровню электролита.

Плотность электролита и зимние холода

Данная величина носит относительный характер, поэтому при смене времён года она не должна подвергаться каким-либо изменениям. Автомобилисту нужно лишь следить за тем, чтобы она не отклонялась от рекомендуемого значения, а также производить стабилизацию при обнаружении отклонений.

Производители стартерного оборудования считают недопустимым использование в зимний период устройств с 25%-ной потерей заряда, т.е. плотность электролитической среды которых составляет 1.24 г/см3. Данный факт обусловлен предотвращением возможности обледенения ячеек аккумулятора и снижением вредоносного воздействия глубокого разряда, вызванного саморазрушением активной массы пластин.

Продолжительная эксплуатация аккумулятора с пониженной плотностью в морозы приводит к снижению электродвижущей силы, затруднённому пуску двигателя, образованию льда и разрушению свинцовых пластин. Доливать деминерализованную воду с целью восстановления уровня реагента над блоками следует прямо перед выездом на улицу, либо при стационарной подзарядке батареи. Это исключает вероятность замерзания долитой воды до того, как она успеет перемешаться с холодным электролитом.

Как поднять плотность электролита?

Каждый водитель может своими силами повысить плотность электролита в АКБ автомобиля, не обращаясь к мастерам сервисного центра. Первым делом нужно подготовить необходимые расходные материалы, среди которых деминерализованная вода, аккумуляторная кислота или уже готовый электролитический раствор, а также средства индивидуальной защиты для глаз и кожного покрова. Кроме того, следует обзавестись следующим оборудованием для работы: ареометром, спринцовкой, стеклянной ёмкостью, мерным стаканом и воронкой.

Снятый с автомобиля аккумулятор помещается на устойчивую поверхность, а пробки его заливных отверстий аккуратно откручиваются. Далее максимальный объём реагента выкачивается из банок и сливается в заранее подготовленный резервуар. Набирать нужно как можно больше вещества, измеряя его объём мерным стаканом, чтобы затем долить идентичное количество нового.

Лучше использовать самостоятельно разведённый раствор с плотностью немного выше расчётной для текущего климатического режима. При его приготовлении кислота добавляется в воду, обратный порядок смешения может вызвать серьёзные термические повреждения.

Сперва свежий электролит заполняет только ½ объёма, что был откачан. Затем АКБ нужно слегка встряхнуть из стороны в сторону, чтобы оставшаяся жидкость и новая перемешались. Если после замера плотностное значение не отвечает норме, добавляем ещё половину от оставшегося в ячейке объёма. Действия повторяются до полной стабилизации плотности, остаток доливается деминерализованной водой по уровню.

Как можно заметить из приведённой выше информации, работать с электролитом не представляет особой сложности, если выполнять все манипуляции по инструкции и соблюдать установленные меры предосторожности.

Повысить плотность электролита в аккумуляторе

Автор: Максим Марков

Доброго времени суток! Все читатели блога знают, что обслуживаемый аккумулятор, требует периодических проверок. Ведь концентрация серной кислоты в нем со временем падает. Поэтому, каждый уважающий себя автомобилист, должен знать, как поднять плотность электролита в аккумуляторе. Об этом, мы с вами и поговорим.

Почему плотность электролита падает

Прежде чем разбираться, как повысить плотность электролита в аккумуляторе, давайте выясним причины ее падения.

Для любого АКБ, изменение плотности это нормальное явление. Т.е., аккумулятор разрядился – ее значение понизилось. Зарядился – повысилось. Но в некоторых ситуациях, батарея попросту не держит заряд. А это говорит о том, что концентрация упала слишком сильно и ее пора поднимать.

Почему у АКБ становится маленькая плотность:

• аккумулятор просто разряжен;
• батарея подвергалась перезарядке, в результате чего выкипал электролит;
• в банки доливается дистиллированная вода, а замеры концентрации не проводятся. В результате плотность электролита постепенно падает;

Кстати, если АКБ будет долго работать в таком состоянии, это приведет к сульфитации пластин. Поэтому, лучше его не запускать.

Подготовка

Итак, если в результате проверки ареометром, обнаружилась низкая плотность электролита в аккумуляторе ее нужно поднимать. Но, прежде чем это делать, нужно убедиться, что соблюдены некоторые условия:

• АКБ заряжен;
• температура электролита в банках находится в пределах 20-25 оС;
• во всех банках уровень жидкости в норме;
• аккумулятор целый. На АКБ, часто появляются трещины возле токовыводов, из-за расшатывания контактов. Поэтому не нужно стучать и прикладывать излишних усилий чтобы снять клемму на аккумуляторе. Лучше потратить немного больше времени и сделать это аккуратно.

Если же батарея автомобиля разряжена, то она заряжается, а после измеряется плотность. Почему так? Дело в том, что при низком заряде – концентрация кислоты в банках уменьшается.

Если залить корректирующий раствор в незаряженный аккумулятор – концентрацию серной кислоты можно повысить до такой степени, что в банках осыпятся пластины.

Нужно учесть, и тот факт, что автомобильный генератор, заряжает аккумулятор лишь на 85-90%. Поэтому перед замерами, зарядку батареи нужно проводить в обязательном порядке.

Корректирующая подзарядка АКБ

Иногда, может возникнуть ситуация, что после полной зарядки, плотность электролита в банках оказывается разная. Вообще, разница в плотности допускается не более 0,01 кг/см3. Иначе, требуется ее выравнивание.

Для этого, можно провести корректирующую подзарядку батареи. В 2-3 раза уменьшается сила тока (по сравнению с номинальной величиной) и АКБ заряжается 1-2 часа. Если это не помогло выровнять плотность электролита – потребуются более радикальные меры.

Корректирующий электролит

Корректирующим, называют электролит с плотностью 1,40 кг/см3. Запомните, ни в коем случае, нельзя просто так вливать его в АКБ. Т.е. вначале, нужно проверить аккумулятор и выяснить причину падения уровня жидкости, а потом его уже поднимать.

Часто встречается ситуация, когда начинающие автолюбители неправильно истолковывают название «корректирующий». Например, когда из банок выпарилась вода. Т.е. нужно поднять уровень жидкости, а тут как раз корректирующий раствор. Логика проста:

• в АКБ залит электролит, а его уровень упал;
• раствор корректирующий, значит он предназначен для корректировки уровня жидкости.

К сожалению, такая точка зрения в корне неправильна. В большинстве случаев, для выравнивания уровня, в АКБ льется дистиллированная вода.

А корректирующий электролит льется в таких случаях:

• если жидкость вытекла из банок;
• если вы налили в АКБ слишком много дистиллята и понизили плотность.

Поэтому не нужно его лить, если, например, батарея просто разряжена, а соответственно концентрация ниже требуемой.

Поднимаем плотность электролита в АКБ

Итак, давайте разбираться, как повысить плотность аккумулятора. Скажу сразу – дело это хоть и не хитрое, но достаточно кропотливое и к тому же, занимает много времени. Поэтому лучше заранее запастись терпением.

Нормальная плотность электролита должна быть в пределах 1,25-1,27 г/см3. Причем, это значение должно быть одинаково для всех банок. Для того чтобы поднять концентрацию электролита в банках аккумулятора, используется корректирующий раствор. Если же вы захотите самостоятельно приготовить смесь в домашних условиях, запомните последовательность:

• в емкость льется дистиллят , а уже в него добавляется серная кислота. Если сделать наоборот – раствор начнет бурно кипеть.

Кроме того, понадобится:

• аэрометр с грушей для откачки жидкости из банок;
• стеклянная емкость для слива старого электролита;
• мерный стакан ;
• защитные очки , перчатки.

Важно помнить и то, что у жидкости может быть разная плотность в банках. Поэтому имеет смысл сделать простую табличку, куда заносить результаты замеров по каждой банке – иначе можно запутаться.

Сразу сделаю одно важное уточнение. Некоторые товарищи, советуя как поднять плотность в аккумуляторе, предлагают полностью выливать электролит и заливать новый. А для этого, они рекомендуют просто перевернуть батарею, вылить жидкость и промыть все дистиллированной водой. А в результате таких манипуляций перестает работать одна или несколько банок.

Почему так происходит? Дело в том, что на дне собирается свинцовый осадок. И если АКБ перевернуть – кусочки свинца могут упасть между пластин и закоротить их. Т.е. банка перестает работать.

Итак, когда упала плотность электролита, есть несколько действенных метода, чтобы ее безболезненно поднять. Давайте их рассмотрим.

Доливка корректирующего электролита

Для этого понадобится концентрированный электролит.

Как увеличить плотность:

• из банки откачивается жидкость при помощи аэрометра или обычной спринцовки;
• вместо нее, заливается такой же объем корректирующего раствора;
• АКБ ставится на зарядку на полчаса – час, после чего, выдерживается в течение 2-3 часов;
• проводятся контрольные замеры;
• при необходимости, процедура повторяется.

При откачке, нужно следить, чтобы не оголялась поверхность пластин.

Выравнивание при помощи зарядного устройства

Здесь все просто. Единственное условие, понадобится зарядное для автомобиля с жесткой регулировкой выходного напряжения. Автоматические зарядные, уменьшающие силу тока при достижении полной зарядки не подойдут.

Как восстановить плотность:

• АКБ доводится до полной зарядки;
• когда он заряжен и начинает кипеть – уменьшается сила тока до 1-2 Ампер;
• логика простая – АКБ кипит, вода испаряется, концентрация электролита повышается;
• время выпаривания зависит от конкретного случая и может длиться больше суток;
• когда уровень упал – доливается электролит и замеряется плотность;
• если нужно – операция повторяется.

Из минусов, стоит отметить, что это долго.

Если плотность слишком низкая

Как выровнять плотность, если она слишком низкая? Например, если ее значение, ниже 1,18, описанные методы не сработают. Придется сливать кислоту полностью.

Давайте разберемся, что делать в этом случае:

• электролит откачивается из банок, насколько это возможно;
• АКБ аккуратно переворачивается, и в дне высверливаются отверстия в каждой банке.
• Желательно делать это в какой-нибудь емкости, например в тазу;
• после этого, батарея ставится в вертикальное положение, и с нее выливаются остатки жидкости;
• аккумулятор промывается дистиллированной водой;
• отверстия запаиваются, и заливается новый раствор.

Пластик для запаивания дырок, должен быть устойчивым к серной кислоте.

Иногда встречаются ситуации, когда в старых аккумуляторах совсем нет плотности. Это говорит о глубокой сульфатации. В этом случае потребуются более серьезные меры для восстановления.

На самом деле, если в вашем аккумуляторе упала плотность электролита – это не такая уж большая проблема. И поднять ее можно без особых трудов. Но, лишь в том случае, если определить падение концентрации вовремя. Если же за аккумулятором не следить – он просто выйдет из строя.

Автор: Alex 28 февраля 2017 Категория: Обслуживание и ремонт

Практически любой водитель сталкивается с такой проблемой, как быстрый разряд батареи при запуске двигателя или постоянная нехватка рабочего тока для работы стартера. Есть несколько причин, почему это происходит. Однако большинство из них связано с плотностью электролита.

В этой статье мы расскажем, как поднять плотность в аккумуляторе зарядным устройством, а также дадим пару других рекомендаций по эксплуатации аккумуляторных батареи.

Основной функцией аккумулятора автомобиля, по сути, является накапливание и хранение электрической энергии, которая протекает с помощью химической реакции, путем взаимодействия электролита и свинцовых пластин. Именно благодаря этим процессам вы и получаете полноценный автономный источник питания. От состояния вашего АКБ зависит не только успешность запуска двигателя, но и работа других автономных систем автомобиля.

Каждая батарея имеет свой определенный ток для холодного пуска двигателя. Он бывает разным, поэтому аккумулятор подбирается для каждого двигателя индивидуально, например, для дизеля с объемом 2500 минимальный пусковой ток должен быть не меньше 600-650 ампер, но лучше все же использовать 750 А. А количество времени, на протяжении которого батарея под нагрузкой может крутить стартер – называется емкостью аккумулятора. Измеряется этот показатель в А/ч.

Но все же принцип работы и неисправности у всех батарей одинаковые. Принцип действия прост: в пластиковом корпусе запаяны свинцовые пластины, а пространство между ними заполнено раствором серной кислоты строго определенной плотности. Концентрация кислоты напрямую связана с плотностью, чем ее больше, тем плотность выше. Второй составной частью является дистиллированная вода (полностью очищенная от посторонних примесей).

Итак, при появлении первых признаков неисправностей, первое, на что мы обращаем внимание – это плотность электролита. Рабочая плотность в стартерных батареях должна быть около 1,24 – 1,30 г/см³. Замерять ее нужно специальным прибором – ареометром. При разрядке аккумулятора плотность электролита снижается, а при зарядке – увеличивается, поэтому замерять плотность следует только на полностью заряженной батарее.

Помните, что при сильном повышении температуры плотность электролита может падать, поэтому замер лучше всего проводить после 10 часов стоянки.

Из-за разного рода неисправностей в автомобиле плотность аккумулятора может уменьшиться. Также причиной снижения плотности может быть глубокий разряд АКБ и его долгий срок хранения без подзарядки. Если не устранить неполадки электросистемы автомобиля и долгое время не заряжать аккумулятор, то постоянная нехватка заряда приведет к появлению такого процесса, который называют сульфатацией. Именно он и вызывает преждевременное старение батареи. Чтобы этого избежать следует придерживаться некоторых рекомендаций по эксплуатации АКБ, которые описаны ниже в нашей статье.

Если нет дефектов пластин или при малом выпадении кристаллов свинца можно попробовать простой, но действенный метод, подняв плотность в аккумуляторе зарядным устройством. Для этого следует полностью зарядить батарею малым током. После этого оставить на 10-12 часов отстояться и снова зарядить до полной зарядки аккумулятора. При этом напряжение следует выбрать около 14,6 – 14,8 В, а ток не более 1 – 2 Ампер. Однако этот метод подходит только в том случае, если нет явных признаков неполадки аккумулятора.

Еще одним важным условием является соблюдение определенного уровня жидкости. Дело в том, что в процессе эксплуатации в каждой секции АКБ должно быть определенное количество раствора. При повышенных температурах, которые возникают из-за нагрузок в процессе работы аккумулятора, вода может испаряться. Вследствие чего концентрация кислоты в электролите увеличивается. А это в свою очередь также ведет к сульфатации пластин, тем самым снижая емкость аккумулятора, сокращает его срок службы.

Постоянная нехватка нужного уровня электролита приводит к преждевременному старению и потере емкости аккумулятора, поэтому уровень жидкости нужно контролировать. Для глубокого смешивания раствора после доливки жидкости необходимо через некоторое время снова зарядить аккумулятор.

Для зарядки можно применять реле времени, которое автоматически отключает зарядное устройство через заданное время. Подключив реле, следует настроить его на автоматическое отключение через 15 минут. Вслед за тем делаем перерыв 15 минут и снова включаем зарядное устройство. И так до полного набора емкости АКБ.

Смотрим полезное видео, как восстановить свинцовый аккумулятор зарядным устройством:

Сейчас появились интеллектуальные зарядки, которые в зависимости от уровня разряда сами выбирают напряжение и ток. Такие зарядки способствуют реактивации и восстановлению аккумулятора.

Помните, что проверять плотность электролита следует только на полностью заряженной батарее. А долив дистиллированной воды следует производить лишь через некоторое время после поездки. Дело в том, что повышенная температура электролита может также влиять на объем жидкости в аккумуляторе. Такую реакцию еще называют температурным расширением. Что позволит вам не ошибиться с уровнем электролита. Так как при переизбытке жидкости в батареи электролит может вытекать через отверстия в пробках, что приводит к повышенной утечке тока аккумулятора.

Чтобы не потерять дорогостоящую АКБ раньше срока нужно придерживаться следующих рекомендаций:

• Систематически проверять напряжение на генераторе;
• Время от времени следует полностью заряжать АКБ, так как редкая короткая подзарядка не дает возможности глубокому перемешиванию электролита и приводит к появлению кристаллов свинца на пластинах;
• Не допускается длительное хранение незаряженной батареи;
• Доливайте только воду, чтобы не превысить плотность электролита;
• Чаще следите за уровнем жидкости.

Помните, что соблюдение простых правил по уходу поможет сохранить вам дорогостоящий источник питания. А периодическая полная зарядка аккумулятора зарядным устройством поможет сохранить его в полной работоспособности.

Это все что мы хотели сказать по данному вопросу, теперь вы знаете, как поднять плотность в аккумуляторе зарядным устройством. Надеемся, что данный материал оказался для вас полезным. Чаще следите за состоянием вашего аккумулятора, и он прослужит вам долгую службу!

Наверняка большинство автомобилистов сталкивались с ситуацией, когда оставленная на некоторое время машина перестает заводиться. При этом стартер может вообще не подавать каких-либо признаков жизни. Основной причиной этому, скорее всего, является аккумуляторная батарея, что за несколько дней полностью разрядился. Попытка зарядить ее в этом случае не приведет к положительному результату. Подобная проблема является результатом снижения плотности электролита, что залит в банки батареи …

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

Ведь эта жидкость, по сути является катализатором электрохимического процесса, без нее аккумулятор это набор свинца и пластика, который работать не будет. Как мы с вами знаем, состоит от из дистиллированной воды (примерно 65%) и серной кислоты (35%), у этой жидкости есть определенная плотность, которая может понижаться и повышаться, в зависимости от заряженности.

Почему снижается плотность электролита?

Чаще всего с целью поддерживать на требуемом уровне количество жидкости внутри автомобильной батареи владельцы машины доливают туда дистиллированную воду. При этом редко проверяется плотность получившегося раствора. Вместе с тем, когда количество дистиллированной воды будет достаточно большим, при подзарядке вместе с этой жидкостью будет выкипать и электролит, что и приводит к снижению его плотности.

Рано или поздно этот показатель упадет ниже критического уровня, и завести транспортное средство уже не получиться.

В таком случае возникает необходимость повысить этот параметр раствора в аккумуляторе, что вернет его работоспособность.

Подготовка к восстановлению батареи

Перед тем, как своими силами повышать уровень плотности аккумуляторной батареи, к этому процессу следует тщательно подготовиться. В первую очередь:

• Замеряется этот основной показатель автомобильной батареи при температуре около 22 градусов. Сделать этом можно при помощи специального прибора – ареометра. При этом работать можно только в перчатках и защитных очках, чтобы избежать возможных ожогов.

• При приготовлении нового электролита кислота добавляется в воду. Если же сделать наоборот, жидкость начнет кипеть, что может привести к кислотным ожогам.
• Переворачивать аккумулятор при работе с ним категорически запрещено, поскольку при этом могут посыпаться его пластины, что приведет к выходу прибора из строя.
• Наперед следует подготовить емкости, в которые будет сливаться старая жидкость и готовиться новая.
• Потребуются точные расчеты необходимого объема кислоты, поскольку в процессе зарядки плотность жидкости в АКБ возрастет.

Повышение плотности электролита

В АКБ есть несколько банок, электролитический раствор есть в каждой из них. Проверять и при необходимости повышать уровень плотности необходимо в каждой банке.

Нормальный уровень данного показателя зависит от нескольких факторов, в первую очередь – от температуры воздуха. Нормальным считается значение 1,25-1,29г/см3. Разница таких показателей между банками не должна превышать 0,1.

Если измерение этого показателя является ниже нормы, нужно повысить плотность электролита в аккумуляторе.

При помощи спринцовки из каждой банки выкачивается раствор. При этом набирать нужно как можно большее количество жидкости, измеряя ее объем, чтобы затем долить точно такое же количество свежего электролита.

Залив столько же свежего раствора, сколько было извлечено старого, АКБ хорошенько прокачивается с целью размешивания нового и старого электролита.

После этого снова проводиться измерение этого показателя: если он все еще находиться ниже нормы, все действия повторяются до достижения нужного значения плотности. По завершению при необходимости в банки автомобильной батареи добавляется дистиллированная вода.

Плотность ниже минимального значения

Бывают такие случаи, когда уровень этого показателя опускается ниже отметки 1,18. В таком случае вышеописанный способ ничем не поможет.

Чтобы восстановить работоспособность аккумуляторной батареи, вместо электролитического раствора нужно использовать кислоту, плотность которой выше, чему у электролита. При этом все действия проводятся точно так же, как и в предыдущем случае до того времени, пока показатель не придет в норму.

Можно ли повысить минимальную плотность?

Если уровень плотности раствора, что проводит ток в АКБ автомобиля упал намного ниже 1,18 г/см3, поднимать ее нет никакого смысла. В таком случае необходимо слить весь раствор, заменив его свежим.

Сначала с банок откачивается с помощью спринцовки как можно больше электролита. Далее батарея помещается в большую емкость, аккуратно переворачивается на бок, в дне каждой банки просверливается небольшое отверстие. Перевернув прибор, с него сливаются все излишки оставшейся жидкости.

Далее через крышки банок заливается дистиллированная вода с целью их промывания. После этого проделанные отверстия запаиваются пластмассой, стойкой к воздействию электролитической жидкости.

Сделав это, в АКБ заливается свежий раствор, после чего прибор будет готов к использованию. Недостатком подобного способа является то, что в конечном результате снижается срок службы устройства, но некоторое время оно все еще поработает до покупки нового.

Тут также все просто, нам нужно заряжать аккумулятор на слабом токе, длительный промежуток времени. Суть такова, при достижении полного заряда, электролит начнет кипеть, пойдут пузырьки, это распадается и испаряется вода. Для повышения плотности нам нужно чтобы лишняя вода испарилась, а кислота осталась. Конечно, будет понижаться уровень в батареи – но вместо ушедшего уровня, добавляем нужный плотности электролит. Процесс этот долгий и муторный (выкипание — добавление), но примерно через пару суток можно догнать уже до плотности в 1,27 – 1,29 г/см3, что уже нормально.

Как видите повысить плотность можно, причем делается этот процесс зачастую своими руками, но разным способами — выбирайте свой, нужный вам.

Сейчас небольшое, но полезное видео.

А на этом у меня все, читайте наш АВТОБЛОГ.

(27 голосов, средний: 4,07 из 5)

Похожие новости

Сколько свинца в аккумуляторе. Разбираем автомобильные варианты .

Что такое AGM аккумулятор? 8 принципиальных отличий этой техноло.

Как проверить утечку тока в автомобиле. Мультиметром или попрост.

Добавить комментарий

Доброго всем дня, решил я написать свой отзыв о Toyota Avensis 2010 года. Просто хочу…

ТОП статей за месяц

У меня есть много различных статей и видео по различным коробкам передач, например вот здесь…

У меня на сайте уже есть статья про выбор карт памяти (можете посмотреть здесь), очень…

В статье – можно ли открывать окна при работающем кондиционере (почитать можно здесь), мне задали…

Как мы доберемся до следующего большого прорыва в области аккумуляторных батарей — Quartz

Вы читаете эксклюзивную статью Quartz, доступную всем читателям в течение ограниченного времени. Чтобы разблокировать доступ ко всем Quartz, станьте участником.

Электрические самолеты могут быть будущим авиации. Теоретически они будут намного тише, дешевле и чище, чем те самолеты, которые есть у нас сегодня. Электрические самолеты с дальностью полета 1000 км (620 миль) на одной зарядке могут использоваться сегодня для половины всех рейсов коммерческих самолетов, сокращая глобальные выбросы углерода в авиации примерно на 15%.

То же самое и с электромобилями. Электромобиль — это не просто более чистая версия своего кузена, извергающего загрязнение. По сути, это лучший автомобиль: его электродвигатель мало шумит и молниеносно реагирует на решения водителя. Зарядка электромобиля обходится намного дешевле, чем оплата эквивалентного количества бензина. Электромобили могут быть построены с небольшим количеством движущихся частей, что удешевляет их обслуживание.

Так почему же электромобили уже не повсюду? Это связано с тем, что батареи дороги, поэтому первоначальная стоимость электромобиля намного выше, чем стоимость аналогичной модели с бензиновым двигателем.И если вы не водите много, экономия на бензине не всегда компенсирует более высокие первоначальные затраты. Короче говоря, электромобили по-прежнему не экономичны.

Точно так же современные батареи не обладают достаточной энергией по весу или объему для питания пассажирских самолетов. Нам все еще нужны фундаментальные прорывы в аккумуляторных технологиях, прежде чем это станет реальностью.

Портативные устройства с батарейным питанием изменили нашу жизнь. Но есть еще много вещей, которые могут вывести из строя батареи, если бы только более безопасные, более мощные и энергоемкие батареи могли быть сделаны дешево.Никакой закон физики не исключает их существования.

И все же, несмотря на более чем два столетия тщательного изучения с момента изобретения первой батареи в 1799 году, ученые до сих пор не до конца понимают многие основы того, что именно происходит внутри этих устройств. Что мы действительно знаем, так это то, что, по сути, есть три проблемы, которые необходимо решить, чтобы батареи снова действительно изменили нашу жизнь: мощность, энергия и безопасность.

Не существует универсальной литий-ионной батареи

Каждая батарея имеет два электрода: катод и анод.Большинство анодов литий-ионных батарей изготовлено из графита, но катоды изготавливаются из различных материалов, в зависимости от того, для чего будет использоваться батарея. Ниже вы можете увидеть, как различные материалы катода меняют работу типов батарей по шести параметрам.

Проблема питания

В просторечии люди используют термины «энергия» и «мощность» как синонимы, но при разговоре об аккумуляторах важно различать их. Мощность — это скорость, с которой может высвобождаться энергия.

Батарея, достаточно мощная для запуска и удержания в воздухе коммерческого реактивного самолета на расстояние 1000 км, требует большого количества энергии, чтобы высвободиться за очень короткое время, особенно во время взлета. Так что дело не только в накоплении большого количества энергии, но и в способности очень быстро извлекать эту энергию.

Решение проблемы энергоснабжения требует от нас заглянуть в черный ящик коммерческих аккумуляторов. Будет немного занудно, но терпи меня. Новые аккумуляторные технологии часто преувеличиваются, потому что большинство людей не уделяют должного внимания деталям.

Самая современная химия аккумуляторов, которая у нас есть, — это литий-ионные. Большинство экспертов сходятся во мнении, что никакая другая химия не сможет подорвать ионно-литиевый сплав еще по крайней мере еще десять или более лет. Литий-ионный аккумулятор имеет два электрода (катод и анод) с сепаратором (материал, который проводит ионы, но не электроны, предназначен для предотвращения короткого замыкания) в середине и электролит (обычно жидкий) для обеспечения обратного потока ионов лития и вперед между электродами. Когда батарея заряжается, ионы перемещаются от катода к аноду; когда батарея питает что-то, ионы движутся в противоположном направлении.

Представьте себе две буханки нарезанного хлеба. Каждая буханка — это электрод: левый — катод, а правый — анод. Предположим, что катод состоит из пластин никеля, марганца и кобальта (NMC) — одного из лучших в своем классе — и что анод состоит из графита, который по сути представляет собой слоистые листы или пластинки атомов углерода. .

В разряженном состоянии, то есть после того, как энергия была истощена, в буханке NMC между каждым ломтиком находятся ионы лития. Когда батарея заряжается, каждый ион лития извлекается из промежутков между пластинами и вынужден проходить через жидкий электролит.Сепаратор действует как контрольно-пропускной пункт, гарантирующий, что только ионы лития проходят через графитовый хлеб. При полной зарядке в катодной буханке батареи не останется ионов лития; все они будут аккуратно зажаты между ломтиками графитового хлеба. По мере того, как энергия батареи расходуется, ионы лития возвращаются к катоду, пока на аноде не останется ни одного. Вот тогда и нужно снова зарядить аккумулятор.

Емкость аккумулятора в основном определяется скоростью этого процесса.Но не так-то просто увеличить скорость. Слишком быстрое извлечение ионов лития из катодной буханки может привести к появлению дефектов на ломтиках и, в конечном итоге, к их разрушению. Это одна из причин, почему чем дольше мы пользуемся смартфоном, ноутбуком или электромобилем, тем хуже время автономной работы. Каждая зарядка и разрядка заставляют буханку немного ослабевать.

Над решением проблемы работают разные компании. Одна из идей — заменить слоистые электроды чем-то более прочным.Например, швейцарская компания по производству аккумуляторов Leclanché со 100-летней историей работает над технологией, в которой используется фосфат лития-железа (LFP), который имеет структуру «оливина» в качестве катода, и оксид титаната лития (LTO), который имеет Структура «шпинель», как анод. Эти структуры лучше справляются с потоком ионов лития в материал и из него.

Leclanché в настоящее время использует свои аккумуляторные элементы в автономных складских вилочных погрузчиках, которые можно полностью зарядить за девять минут. Для сравнения: лучший нагнетатель Tesla может зарядить автомобильный аккумулятор Tesla примерно до 50% за 10 минут.Leclanché также внедряет свои батареи в Великобритании для быстрой зарядки электромобилей. Эти батареи находятся на зарядной станции, медленно потребляя небольшое количество энергии в течение длительного периода времени из сети, пока они не будут полностью заряжены. Затем, когда автомобиль стыкуется, аккумуляторы док-станции быстро заряжают аккумулятор автомобиля. Когда машина уезжает, аккумулятор станции снова начинает заряжаться.

Такие попытки, как шоу Лекланше, можно изменить с химическим составом батарей, чтобы увеличить их мощность. Тем не менее, никто еще не построил батарею, достаточно мощную, чтобы быстро доставить энергию, необходимую коммерческому самолету для преодоления гравитации.Стартапы стремятся строить самолеты меньшего размера (вмещающие до 12 человек), которые могли бы летать на относительно менее энергоемких батареях, или электрические гибридные самолеты, где реактивное топливо выполняет тяжелую работу, а батареи — инерцию.

Но на самом деле в этой сфере нет ни одной компании, которая могла бы даже приблизиться к коммерциализации. Кроме того, технический скачок, необходимый для полностью электрического коммерческого самолета, вероятно, займет десятилетия, — говорит Венкат Вишванатан, эксперт по аккумуляторным батареям из Университета Карнеги-Меллона.

Reuters / Alister Doyle

Энергетическая проблема

Tesla Model 3, самая доступная модель компании, стоит от 35 000 долларов. Он работает от батареи на 50 кВтч, что стоит примерно 8750 долларов, или 25% от общей стоимости автомобиля.

Это все еще удивительно доступно по сравнению с тем, что было не так давно. По данным Bloomberg New Energy Finance, средняя мировая стоимость литий-ионных аккумуляторов в 2018 году составляла около 175 долларов за киловатт-час, что ниже почти 1200 долларов за киловатт-час в 2010 году.

Министерство энергетики США подсчитало, что как только стоимость батарей упадет ниже 125 долларов за кВтч, владение и эксплуатация электромобиля будет дешевле, чем газовый автомобиль в большинстве частей мира. Это не означает, что электромобили победят автомобили с бензиновым двигателем во всех нишах и сферах — например, для грузовиков дальнего следования еще нет электрического решения. Но это переломный момент, когда люди начнут отдавать предпочтение электромобилям просто потому, что в большинстве случаев они будут иметь более экономичный смысл.

Один из способов добиться этого — увеличить удельную энергию батарей — втиснуть больше кВтч в батарейный блок, не снижая его цены. Теоретически это может сделать специалист по производству аккумуляторов, увеличив удельную энергию катода или анода, либо того и другого.

Катод с наибольшей энергоемкостью на пути к коммерческой доступности — это NMC 811 (каждая цифра в номере представляет собой соотношение никеля, марганца и кобальта, соответственно, в смеси). Это еще не идеально. Самая большая проблема заключается в том, что он может выдержать только относительно небольшое количество жизненных циклов заряда-разряда, прежде чем он перестанет работать.Но эксперты прогнозируют, что отраслевые исследования и разработки должны решить проблемы NMC 811 в течение следующих пяти лет. Когда это произойдет, батареи, использующие NMC 811, будут иметь более высокую плотность энергии на 10% или более.

Однако увеличение на 10% — это не так уж и много в общей картине.
И хотя серия инноваций за последние несколько десятилетий подтолкнула энергетическую плотность катодов еще выше, аноды — это то, где открываются самые большие возможности в области плотности энергии.

Графит был и остается доминирующим анодным материалом.Он дешевый, надежный и относительно энергоемкий, особенно по сравнению с современными катодными материалами. Но он довольно слаб, если сравнивать его с другими потенциальными анодными материалами, такими как кремний и литий.

Кремний, например, теоретически намного лучше поглощает ионы лития в виде графита. Вот почему ряд производителей аккумуляторов пытаются добавить кремний вместе с графитом в свои конструкции анодов; Генеральный директор Tesla Илон Маск сказал, что его компания уже делает это в своих литий-ионных батареях.

Большим шагом была бы разработка коммерчески жизнеспособного анода, полностью сделанного из кремния. Но у этого элемента есть черты, которые затрудняют это. Когда графит поглощает ионы лития, его объем не сильно меняется. Однако кремниевый анод по тому же сценарию набухает в четыре раза по сравнению с исходным объемом.

К сожалению, вы не можете просто увеличить корпус, чтобы приспособиться к этому набуханию, потому что расширение разрушает так называемую «межфазную поверхность твердого электролита», или SEI, кремниевого анода.

SEI можно рассматривать как своего рода защитный слой, который анод создает для себя, подобно тому, как железо образует ржавчину, также известную как оксид железа, чтобы защитить себя от элементов: когда вы оставляете кусок недавно кованое железо снаружи, оно медленно вступает в реакцию с кислородом воздуха, образуя ржавчину. Под слоем ржавчины остальная часть железа не постигает та же участь и, таким образом, сохраняет структурную целостность.

В конце первого заряда батареи электрод образует собственный слой «ржавчины» — SEI, отделяющий неэродированную часть электрода от электролита.SEI предотвращает потребление электрода дополнительными химическими реакциями, гарантируя, что ионы лития могут течь как можно более плавно.

Но с кремниевым анодом SEI ломается каждый раз, когда батарея используется для питания чего-либо, и восстанавливается каждый раз, когда батарея заряжается. И во время каждого цикла зарядки расходуется немного кремния. В конце концов, кремний рассеивается до такой степени, что батарея перестает работать.

За последнее десятилетие несколько стартапов Кремниевой долины работали над решением этой проблемы.Например, подход Sila Nano состоит в том, чтобы заключить атомы кремния в наноразмерную оболочку с большим количеством пустого места внутри. Таким образом, SEI формируется снаружи оболочки, и расширение атомов кремния происходит внутри нее, не разрушая SEI после каждого цикла заряда-разряда. Компания, оцениваемая в 350 миллионов долларов, заявляет, что ее технология будет использоваться в устройствах уже в 2020 году.

Enovix, с другой стороны, применяет особую технологию производства, чтобы подвергнуть 100% кремний анод огромному физическому давлению, заставляя его поглощать меньше ион лития и, таким образом, ограничивает расширение анода и предотвращает разрушение SEI.У компании есть инвестиции от Intel и Qualcomm, и она также ожидает, что к 2020 году ее батареи будут в устройствах.

Эти компромиссы означают, что кремниевый анод не может достичь своей теоретической высокой плотности энергии. Однако обе компании заявляют, что их аноды работают лучше, чем графитовые. Третьи стороны в настоящее время тестируют аккумуляторы обеих фирм.

Tesla

Проблема безопасности

Все молекулярные переделки, направленные на накопление большего количества энергии в батареях, могут происходить за счет безопасности. С момента своего изобретения литий-ионный аккумулятор вызывает головные боли из-за того, как часто он воспламеняется. Например, в 1990-х годах канадская компания Moli Energy начала продавать литий-металлические батареи для использования в телефонах. Но в реальном мире его батареи начали воспламеняться, и Moli был вынужден отозвать свой заказ и, в конечном итоге, объявить о банкротстве. (Некоторые из его активов были куплены тайваньской компанией, и она до сих пор продает литий-ионные батареи под торговой маркой E-One Moli Energy.) Совсем недавно смартфоны Samsung Galaxy Note 7, которые были сделаны на современных литий-ионных батареях, начали взрываться в карманах людей. В результате отзыв продукции в 2016 году обошелся южнокорейскому гиганту в 5,3 миллиарда долларов.

Современные литий-ионные батареи по-прежнему сопряжены с рисками, поскольку в них почти всегда используются легковоспламеняющиеся жидкости в качестве электролита. Одна из прискорбных (для нас, людей) причуд природы заключается в том, что жидкости, способные легко переносить ионы, также имеют более низкий порог воспламенения.Одно из решений — использовать твердые электролиты. Но это означает другие компромиссы. Конструкция батареи может легко включать жидкий электролит, который контактирует с каждым битом электродов, что позволяет эффективно переносить ионы. С твердыми телами намного сложнее. Представьте, что вы бросаете пару кубиков в чашку с водой. А теперь представьте, что те же самые кости бросают в чашку с песком. Очевидно, что вода будет касаться гораздо большей площади поверхности игральных костей, чем песок.

До сих пор коммерческое использование литий-ионных батарей с твердыми электролитами ограничивалось приложениями с низким энергопотреблением, такими как датчики, подключенные к Интернету.Усилия по расширению масштабов твердотельных батарей, то есть не содержащих жидкий электролит, можно в общих чертах разделить на две категории: твердые полимеры при высоких температурах и керамика при комнатной температуре.

Твердые полимеры при высоких температурах

Полимеры представляют собой длинные цепочки молекул, связанных вместе. Они очень распространены в повседневном использовании — например, одноразовые полиэтиленовые пакеты делают из полимеров. Когда некоторые типы полимеров нагреваются, они ведут себя как жидкости, но без воспламеняемости жидких электролитов, используемых в большинстве батарей.Другими словами, они обладают высокой ионной проводимостью, как жидкий электролит, без каких-либо рисков.

Но у них есть ограничения. Они могут работать только при температуре выше 105 ° C (220 ° F), что означает, что они не подходят, например, для смартфонов. Но их можно использовать, например, для хранения энергии от сети в домашних батареях. По крайней мере, две компании — SEEO (США) и Bolloré (Франция) — разрабатывают твердотельные батареи, в которых в качестве электролита используются высокотемпературные полимеры.

Керамика при комнатной температуре

За последнее десятилетие два класса керамики — LLZO (оксид лития, лантана и циркония) и LGPS (литий, германий, сульфид фосфора) — показали почти такие же хорошие проводящие ионы при комнатной температуре. как жидкости.

Toyota, а также стартап из Кремниевой долины QuantumScape (который в прошлом году привлек 100 миллионов долларов от Volkswagen) работают над внедрением керамики в литий-ионные батареи. Включение крупных игроков в пространство свидетельствует о том, что прорыв может быть ближе, чем многие думают.

«Мы очень близки к тому, чтобы увидеть что-то реальное [с использованием керамики] через два или три года», — говорит Вишванатан из Карнеги-Меллона.

Закон о балансировке

Аккумуляторы — это уже большой бизнес, и их рынок продолжает расти.Все эти деньги привлекают множество предпринимателей с еще большим количеством идей. Но стартап с аккумуляторными батареями — сложная ставка — они терпят неудачу даже чаще, чем компании-разработчики программного обеспечения, которые известны своим высоким уровнем отказов. Это потому, что инновации в области материаловедения — это сложно.

На данный момент химики по производству аккумуляторов обнаружили, что, когда они пытаются улучшить одну характеристику (скажем, плотность энергии), им приходится идти на компромисс с другой характеристикой (например, безопасностью). Такой баланс означает, что прогресс на каждом фронте был медленным и чреват проблемами.

Но если внимательнее присмотреться к проблеме — по мнению Йет-Мин Чанга из Массачусетского технологического института, сегодня в США в три раза больше ученых, занимающихся аккумуляторными батареями, чем всего 10 лет назад, — шансы на успех возрастут. Потенциал аккумуляторов остается огромным, но, учитывая предстоящие задачи, лучше относиться к каждому заявлению о новых аккумуляторах с хорошей долей скептицизма.

Оптимизация максимальной удельной энергии литий-ионной батареи с использованием метода поверхности с прогрессивным квадратичным откликом и плана экспериментов

Благодаря высокой теоретической плотности энергии и длительному сроку службы литий-ионные батареи (LIB) широко используются в качестве аккумуляторных батарей .Спрос на LIB большой мощности и большой емкости резко вырос из-за растущего спроса на электромобили и накопители энергии ^1,2,3 . Чтобы удовлетворить эту тенденцию, необходимо повысить плотность энергии LIB. Для этого исследуются и разрабатываются новые электродные материалы. Однако разработка новых электродных материалов требует значительного времени и усилий; поэтому многие исследователи в настоящее время проводят исследования по этому же вопросу.

Таким образом, одним из способов снижения затрат на исследования и разработки является оптимизация конструктивных параметров существующих электродных материалов, таких как пористость и толщина, для увеличения мощности и емкости LIB ^{4,5,6,7,8,9 , 10,11,12,13,14,15} .Крайне важно оптимизировать переменные конструкции для достижения целевой производительности, потому что мощность и емкость имеют компромиссное соотношение. Однако взаимосвязь между конструктивными параметрами и характеристиками литий-ионных батарей очень нелинейна; поэтому их сложно сконструировать экспериментально. Чтобы преодолеть эти трудности, оптимизация с использованием численных моделей, учитывающих электрохимические реакции, является эффективным методом. Недавние исследования были проведены для оптимизации переменных конструкции элементов с использованием численных моделей для проектирования батарей большой мощности / большой емкости ⁴ .

Ранее Ньюман провел параметрическое исследование с использованием графика Рагона для максимизации удельной плотности энергии батареи ^{5,6,7,8,9,10,11} . График Рагона — это простой график, который показывает взаимосвязь между удельной энергией и удельной мощностью клетки. Дойл и др. разработал электрохимическую модель для прогнозирования характеристик заряда и разряда батареи с использованием теории пористого электрода и теории концентрированного раствора. Это послужило основой для последующих исследований по оптимизации LIB ⁵ .В ходе параметрического исследования Дойл и Ньюман сравнили удельную плотность энергии ячеек, состоящих из электродов разной толщины, пористости и электролитов, и предложили оптимизированный элемент, используя график Рагона ^6,7,8 . Шринивасан и Ньюман оптимизировали пористость и толщину положительного электрода для различных скоростей C, сохранив при этом соотношение емкостей двух электродов, толщину и пористость сепаратора, а также пористость отрицательного электрода ⁹ .Christensen et al. оптимизировали толщину и пористость отрицательных электродов из титаната лития (LTO) для электромобилей и использовали график Рагона для прогнозирования энергетических характеристик ¹⁰ . Стюарт и др. улучшен график Рагона с учетом импульсных характеристик гибридного электромобиля (HEV) и оптимизировано удельное отношение мощности к энергии аккумуляторного элемента HEV ¹¹ . Appiah et al. оптимизировали толщину и пористость LiNi _0,6 Co _0,2 Mn _0.2 O ₂ катод посредством параметрического исследования с использованием графика Рагона ¹² . Однако получение оптимальных переменных с использованием графика Рагона и параметрического исследования может быть дорогостоящим в вычислительном отношении; поэтому необходимы исследования с использованием методов численной оптимизации.

Например, Xue et al. отобрали 12 проектных переменных, включая пористость электрода, коэффициент диффузии и различные коэффициенты углерода, и рассчитали градиент с помощью метода комплексной ступенчатой ​​аппроксимации. Затем они оптимизировали удельную плотность энергии, используя методы последовательного квадратичного программирования ¹³ .Golmon et al. разработали многомасштабную модель батареи, которая дополнительно учитывала микромасштаб, использовала сопутствующий анализ чувствительности для расчета градиента и оптимизировала емкость батареи ¹⁴ . Чанхонг Лю и Линь Лю оптимизировали потерю емкости аккумулятора с помощью алгоритма на основе градиента, называемого поиском нескольких начальных точек, и улучшили потерю емкости аккумулятора на 22% ¹⁵ . Однако оптимизация на основе градиента — сложный процесс, требующий различных этапов вычислений и времени.Кроме того, он чувствителен к числовому шуму, и результаты оптимизации сходятся к локальному оптимуму ¹⁶ .

Чтобы избежать недостатков оптимизации на основе градиента, исследователи изучили множество алгоритмов, не требующих вычисления градиента ^17,18,19 . Среди них метод поверхности с прогрессивным квадратичным откликом (PQRSM) является одним из методов последовательной приближенной оптимизации (SAO), который может быть эффективно применен к нелинейным задачам без градиентных вычислений ²⁰ .Кроме того, PQRSM применяет алгоритм доверительной области, который гарантирует слабую глобальную сходимость и имеет низкую вероятность сходимости по локальному оптимуму ^21,22,23 . Кроме того, в отличие от параметрического исследования с использованием графика Рагона, которое требует сотен симуляций для анализа одной ячейки, PQRSM требует меньше вычислений для получения оптимальных результатов. Для этих преимуществ PQRSM использовался в различных областях техники; однако он никогда не применялся для оптимизации LIB ^24,25 .

В этом исследовании оптимизация максимальной удельной плотности энергии ячейки LIB выполняется с использованием плана экспериментов, PQRSM и электрохимической модели LIB, которая используется для расчета удельной плотности энергии и удельной плотности мощности. Во-первых, был проведен план экспериментов (DOE) для анализа чувствительности восьми факторов конструкции ячейки, включая толщину анода, толщину катода, толщину сепаратора, пористость анода, пористость катода, пористость сепаратора, размер частиц анода и размер частиц катода.Расчетные факторы, чувствительные к удельной плотности энергии и удельной плотности мощности, были выбраны в качестве проектных переменных посредством анализа чувствительности DOE. PQRSM, который гарантирует слабую глобальную сходимость и не требует вычисления градиента, использовался в качестве алгоритма оптимизации для максимизации удельной плотности энергии LIB. После оптимизации различия в удельной плотности энергии и удельной плотности мощности исходной и оптимизированной ячейки сравнивались с помощью разряда постоянного тока.Это подтвердило превосходство оптимизированного результата дизайна.

Достижение высокой плотности энергии за счет увеличения выходного напряжения: полностью обратимый аккумулятор на 5,3 В

Основные характеристики

•

Стабильные электролиты 5,5 В позволяют использовать литий-металлический аккумулятор 5,3 В и литий-ионный аккумулятор 5,2 В

•

Изучить механизм литирования-делитирования 5,3 В LiCoMnO ₄ катодов

•

Выявить корреляцию между электролитами и CEI или SEI на электродах

02 Большая картина сегодня

Резюме

Плотность энергии нынешних литий-ионных аккумуляторов ограничена низкой емкостью интеркаляционного катода, что оставляет относительно мало возможностей для дальнейшего улучшения, поскольку удельная емкость этих катодов приближается к теоретическим уровням.Увеличение выходного напряжения элемента — это возможное направление значительного увеличения плотности энергии батарей. Обширные исследования были посвящены изучению элементов питания> 5,0 В, но были достигнуты лишь ограниченные успехи из-за узкого окна электрохимической стабильности электролитов (<5,0 В). Здесь мы сообщаем о электролите 5,5 В (1 M LiPF ₆ в фторэтиленкарбонате, бис (2,2,2-трифторэтил) карбонате и гидрофторэфире [FEC / FDEC / HFE] с дифтор (оксалат) боратом Li [LiDFOB ] аддитив), что позволяет 5.3 В LiCoMnO _{4 катода} для обеспечения плотности энергии 720 Втч кг ^-1 на 1000 циклов и графит 5,2 В || LiCoMnO ₄ полных элементов для обеспечения плотности энергии 480 Втч кг ^-1 на 100 циклы. Электролиты на 5,5 В представляют собой большой шаг в развитии литиевых батарей высокой энергии.

Цели устойчивого развития ООН

ЦУР 7: Доступная и чистая энергия

Ключевые слова

высокое напряжение

Литий-металлический аккумулятор

Литий-ионный аккумулятор

высокая плотность энергии

Литий-металлический анод

стабильный электролит

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

© 2019 Elsevier Inc.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Литий-ионный аккумулятор на основе кобальта высокой мощности — Battery University

ПРИМЕЧАНИЕ : Эта статья находится в архиве . Пожалуйста, прочтите наши новые «Типы литий-ионных аккумуляторов» для получения обновленной версии.

Большинство литий-ионных аккумуляторов для портативных устройств изготовлены на основе кобальта. Система состоит из положительного электрода из оксида кобальта (катода) и угольного графита в отрицательном электроде (аноде).Одним из главных преимуществ кобальтовой батареи является высокая удельная энергия. Длительный срок службы делает этот химический состав привлекательным для мобильных телефонов, ноутбуков и фотоаппаратов.

Типы литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы еще не достигли полной зрелости, и технология постоянно совершенствуется.Анод в современных элементах состоит из смеси графита, а катод — из комбинации лития и других металлов. Следует отметить, что все материалы в батарее имеют теоретическую плотность энергии. Литий-ионный анод хорошо оптимизирован, и в плане конструктивных изменений можно добиться незначительных улучшений. Катод, однако, может быть усовершенствован. Поэтому исследования аккумуляторов сосредоточены на материале катода. Другая часть, у которой есть потенциал, — это электролит.Электролит служит реакционной средой между анодом и катодом.

Аккумуляторная промышленность наращивает прирост емкости на 8-10% в год. Ожидается, что эта тенденция сохранится. Это, однако, далеко от закона Мура, который определяет удвоение количества транзисторов на кристалле каждые 18–24 месяца. Перевод этого увеличения на батарею означал бы удвоение емкости каждые два года. Вместо двух лет литий-ионный удвоил свою энергоемкость за 10 лет.

Сегодняшние ионно-литиевые добавки имеют множество «вкусов», и различия в составе в основном связаны с материалом катода.В таблице 1 ниже приведены наиболее часто используемые литий-ионные аккумуляторы на рынке сегодня. Для простоты мы суммируем химический состав в четыре группы: кобальт, марганец, NCM и фосфат.

Таблица 1: Справочные названия литий-ионных аккумуляторов. При необходимости мы будем использовать краткую форму.

¹ Материал катода

² Материал анода

Литий-ионный аккумулятор на основе кобальта впервые появился в 1991 году и был представлен Sony. Этот химический состав аккумуляторов быстро получил признание из-за его высокой плотности энергии. Возможно, из-за более низкой плотности энергии литий-ионный шпинель на основе шпинели стартовал медленнее. Когда они были представлены в 1996 году, мир требовал более продолжительного времени работы превыше всего. В связи с тем, что многие портативные устройства нуждаются в высоком токе, шпинель теперь находится на переднем крае и пользуется большим спросом.Требования настолько высоки, что производители, производящие эти батареи, не могут удовлетворить их. Это одна из причин, почему так мало рекламы делается для продвижения этого продукта. E-One Moli Energy (Канада) — ведущий производитель литий-ионной шпинели цилиндрической формы. Они специализируются на форматах ячеек 18650 и 26700. Другими крупными игроками на литий-ионных шпинелях являются Sanyo, Panasonic и Sony.

Sony делает упор на никель-кобальтово-марганцевую версию (NCM).Катод включает кобальт, никель и марганец в кристаллическую структуру, которая образует многометаллический оксидный материал, к которому добавлен литий. Производитель предлагает ряд различных продуктов в этом семействе аккумуляторов для пользователей, которым нужна либо высокая плотность энергии, либо высокая нагрузочная способность. Следует отметить, что эти два атрибута не могут быть объединены в одном пакете; между ними есть компромисс. Обратите внимание, что NCM заряжается до 4,10 В на элемент, что на 100 мВ ниже, чем у кобальта и шпинели.Зарядка этой аккумуляторной батареи до 4,20 В на элемент обеспечит более высокую емкость, но срок службы будет сокращен. Вместо обычных 800 циклов, выполняемых в лабораторных условиях, количество циклов будет сокращено примерно до 300.

Новейшим дополнением к семейству литий-ионных аккумуляторов является система A123, в которой в катод добавлены нанофосфатные материалы. Он утверждает, что имеет самую высокую удельную мощность в Вт / кг среди имеющихся в продаже литий-ионных аккумуляторов. Элемент может непрерывно разряжаться до 100% глубины разряда при 35 ° C и выдерживать импульсы разряда до 100 ° C.Система на основе фосфата имеет номинальное напряжение около 3,3 В на элемент, а пиковое напряжение заряда составляет 3,60 В. Это меньше, чем у литий-ионной батареи на основе кобальта, и для батареи потребуется специальное зарядное устройство. Компания Valance Technology была первой, кто начал коммерциализацию литий-ионных аккумуляторов на основе фосфатов, и их элементы продаются под маркой Saphionâ.

На рисунке 4 мы сравниваем плотность энергии (Втч / кг) трех литий-ионных химических соединений и сравниваем их с традиционными свинцово-кислотными, никель-кадмиевыми, никель-металлогидридными.Можно увидеть постепенное улучшение марганца и фосфата по сравнению со старыми технологиями. Кобальт обладает самой высокой плотностью энергии, но термически менее стабилен и не может обеспечивать высокие токи нагрузки.

Определение плотности энергии и плотности мощности

Плотность энергии (Втч / кг) — это показатель того, сколько энергии может удерживать аккумулятор.Чем выше плотность энергии, тем дольше будет время работы. Литий-ионный с кобальтовыми катодами обеспечивает самую высокую плотность энергии. Типичные области применения — сотовые телефоны, ноутбуки и цифровые фотоаппараты.
Плотность мощности (Вт / кг) указывает, сколько энергии батарея может выдать по запросу. Основное внимание уделяется скачкам мощности, таким как просверливание тяжелой стали, а не времени работы. Литий-ионные продукты на основе марганца и фосфата, а также химические соединения на основе никеля являются одними из лучших. Батареи с высокой удельной мощностью используются для электроинструментов, медицинских устройств и транспортных систем.

Аналогию между энергией и плотностью мощности можно провести с помощью бутылки с водой. Размер бутылки — это плотность энергии, а отверстие обозначает плотность энергии. Большая бутылка может вместить много воды, в то время как большое отверстие может быстро ее испортить. Лучшая комбинация — большая емкость с широкой горловиной.

Путаница с напряжениями

В течение последних 10 лет номинальное напряжение литий-ионных аккумуляторов составляло 3,60 В / элемент. Это была довольно удобная цифра, потому что она составляла три батареи на основе никеля (1.2 В / элемент), подключенных последовательно. Использование более высоких напряжений в ячейке для литий-ионных аккумуляторов приводит к лучшим показаниям ватт / часов на бумаге и представляет собой маркетинговое преимущество, однако производитель оборудования будет продолжать предполагать, что элемент имеет 3,60 В.
Номинальное напряжение литий-ионной батареи рассчитывается, если взять полностью заряженную батарею примерно 4,20 В, полностью разрядить ее примерно до 3,00 В со скоростью 0,5 ° C при измерении среднего напряжения.

Из-за более низкого внутреннего сопротивления среднее напряжение шпинельной системы будет выше, чем у эквивалента на основе кобальта.Чистая шпинель имеет самое низкое внутреннее сопротивление, а номинальное напряжение ячейки составляет 3,80 В. Исключением снова является литий-ионный аккумулятор на основе фосфата. Эта система максимально отличается от обычной литий-ионной системы

Увеличенное время автономной работы за счет модерации

Батареи живут дольше при бережном обращении. Высокое напряжение заряда, чрезмерная скорость заряда и экстремальные условия нагрузки отрицательно сказываются на сроке службы батареи. Долговечность часто является прямым результатом воздействия окружающей среды.Следующие рекомендации предлагают способы продления срока службы батареи.

— Время, в течение которого батарея остается на уровне 4,20 / элемент, должно быть как можно короче. Длительное высокое напряжение способствует коррозии, особенно при повышенных температурах. Шпинель менее чувствительна к высокому напряжению.

-3,92 В / элемент — лучший верхний порог напряжения для литий-ионных аккумуляторов на основе кобальта. Доказано, что зарядка аккумуляторов до этого уровня напряжения увеличивает срок службы вдвое. Литий-ионные системы для оборонных приложений используют более низкий порог напряжения.Минус — гораздо меньшая емкость.

-Зарядный ток литий-ионных аккумуляторов должен быть умеренным (0,5 ° C для литий-ионных аккумуляторов на основе кобальта). Более низкий ток заряда сокращает время, в течение которого ячейка находится при 4,20 В. Заряд 0,5С лишь незначительно увеличивает время зарядки по сравнению с 1С, потому что дополнительный заряд будет короче. Сильноточный заряд имеет тенденцию преждевременно подтолкнуть напряжение к пределу напряжения.

— Не разряжайте литий-ионный аккумулятор слишком глубоко. Вместо этого заряжайте его чаще. У литий-ионных аккумуляторов нет проблем с памятью, как у никель-кадмиевых батарей.Для кондиционирования не требуются глубокие разряды.

-Не заряжайте литий-ионные батареи при температуре замерзания или ниже. Несмотря на прием заряда, произойдет необратимое покрытие металлическим литием, что поставит под угрозу безопасность батареи.

Мало того, что литий-ионный аккумулятор работает дольше с более медленной скоростью заряда; также помогает умеренная скорость разряда. На рис. 5 показан срок службы в зависимости от скорости заряда и разряда. Обратите внимание на улучшенные лабораторные характеристики при скорости заряда и разряда 1С по сравнению с 2 и 3С.

Эксперты по аккумуляторным батареям согласны с тем, что срок службы литий-ионных аккумуляторов сокращается за счет других факторов, кроме скорости заряда и разряда.Несмотря на то, что постепенные улучшения могут быть достигнуты при осторожном использовании, наша среда и необходимые услуги не всегда способствуют оптимальному сроку службы батареи. В этом отношении аккумулятор ведет себя так же, как и мы, люди — мы не всегда можем жить так, чтобы обеспечить максимальный срок службы.

*** Пожалуйста, прочтите комментарии ***

Комментарии предназначены для «комментирования», открытого обсуждения среди посетителей сайта. Battery University отслеживает комментарии и понимает важность выражения точек зрения и мнений на общем форуме.Однако при общении необходимо использовать соответствующий язык и избегать спама и дискриминации.

Если у вас есть предложение или вы хотите сообщить об ошибке, воспользуйтесь формой «свяжитесь с нами» или напишите нам по адресу: [email protected]. Нам нравится получать от вас известия, но мы не можем ответить на все запросы. Мы рекомендуем размещать свой вопрос в разделах комментариев, чтобы Battery University Group (BUG) могла поделиться им.

или перейти к другому архиву

Литий-ионный аккумулятор

Содержание

Введение в литий — Почему Flux Power использует LiFeP04 — Система управления батареями

Литий-ионные батареи были изобретены в 1980 году Джоном Гуденафом; они были коммерциализированы в 1991 году компанией Sony.В последнее десятилетие литий-ионные батареи стали доминирующим химическим составом аккумуляторных батарей почти во всех отраслях промышленности. Литий-ионный, по сравнению с предыдущими популярными химическими веществами (свинцово-кислотный, никель-кадмиевый и щелочной), во многих отношениях лучше. С развитием технологий безопасная и мощная батарея остро нуждается. Литий — наиболее энергоемкий химический состав, который используется, и с дополнительными функциями может быть самым безопасным. Энергия лития — активная область исследований, поэтому каждый год разрабатываются новые химические продукты.Некоторые из самых популярных химикатов:

1. Титанат лития (LTO)
2. Оксид лития-кобальта (LCO)
3. Литий-никель-марганец-кобальт (NMC)
4. Фосфат лития-железа (LFP)

Хотя это все литиевые батареи, между ними есть ключевые различия.

LTO имеет очень долгий срок службы и широкий диапазон температур. Они способны выдерживать большие токи заряда, превышающие 10 ° C.Они имеют одну из самых низких плотностей энергии (2,4 В / элемент) среди всех литиевых батарей и являются одними из самых дорогих.

LCO стал очень популярным из-за своей высокой плотности энергии (3,6 В / элемент). Кобальт — очень энергоемкий материал, но он чрезвычайно летуч и дорог. Это ресурс, который быстро истощается и, по оценкам, иссякнет через 50 лет или из-за недавнего увеличения его потребления. LCO имеет много недостатков, они не могут выдерживать большие токи заряда, очень чувствительны к температуре и имеют короткий срок службы.

NMC — это быстро развивающаяся химия, на момент написания этой статьи. Смешивание никеля, марганца и кобальта дает очень хорошо продуманную батарею. Благодаря высокой плотности энергии (3,6 В / элемент) и меньшему использованию кобальта, он стал одним из самых востребованных аккумуляторов в отрасли. Из-за более низкой концентрации кобальта он безопаснее, чем LCO. Его жизненный цикл длиннее, чем у LCO, но короче, чем у LTO. Он может выдерживать токи заряда до 2 ° C и более широкий диапазон температур.Также важно знать, что батареи, содержащие кобальт, требуют большего количества функций безопасности, которые делают батареи более дорогими.

LFP популярен в отраслях с интенсивным использованием и суровыми условиями эксплуатации. Хотя этот химический состав имеет немного более низкую плотность энергии (3,2 В / элемент), он может выдерживать множество злоупотреблений. Он имеет длительный срок службы, дешевле и намного безопаснее, поскольку не содержит кобальта и может выдерживать очень широкий диапазон температур. Он также может выдерживать токи разряда до 20С.В целом это самая безопасная и надежная химия.

Таблица 1: Сравнение LTO, LCO, NMC, LFP

Проще говоря, литий-ионная батарея относится к батарее с отрицательным электродом (анодом) и положительным электродом (катодом), которые переносят ионы лития между двумя материалами.Ионы лития перемещаются от анода к катоду во время разряда и оседают (интеркалируют) в положительный электрод (рис. 1), который состоит из лития и других металлов. Во время зарядки этот процесс обратный.

Рис. 1. Поток электронов и Li + Ion во время использования

Внутри ячеек имеется много слоев анода и катода с разделителем между ними. Между двумя пластинами также находится раствор электролита, обычно LiPF6, смешанный с жидким раствором.Эта комбинация материалов может быть уложена друг на друга (призматические ячейки) или намотана по спирали (цилиндрические ячейки). Клетки различаются по размеру и форме; некоторые из них заключены в пластиковый корпус, а другие — в алюминиевые. Корпус зависит от среды, в которой они находятся, а размер определяется объемом емкости, необходимой для приложения.

Рис. 2. Цилиндрические, призматические и карманные типы ячеек.

Каждый литий-ионный элемент имеет безопасный диапазон напряжения, в котором он может работать.Этот диапазон зависит от химического состава батареи. Например, батарея LFP при 0% состоянии заряда (SOC) составляет 2,8 В, а при 100% SOC — 3,6 В. Это считается безопасным рабочим диапазоном этой батареи. Понижение уровня SOC ниже указанного 0% может привести к ухудшению характеристик электродов. Это считается чрезмерной разрядкой. Если элемент постоянно чрезмерно разряжается, это может вызвать множество проблем, которые необратимо повредят аккумулятор. То же самое верно и для перезарядки, превышающей заявленное 100% SOC. Эти две ошибки побудили производителей аккумуляторов разработать защитные устройства и функции.

Батарея обычно состоит из множества ячеек, работающих вместе друг с другом. Рассмотрим элемент LFP с номинальным напряжением 3,2 В и емкостью 100 Ач. Для большинства приложений требуется более высокое напряжение и емкость, как это сделать? Для увеличения напряжения батареи несколько элементов должны быть соединены последовательно. Для увеличения емкости ячейки необходимо подключать параллельно. Например, предположим, что нам нужен аккумулятор на 12 В емкостью 300 Ач. С данной ячейкой LFP нам потребуется 4 ячейки последовательно и 3 модуля параллельно.В результате получится система с напряжением 12,8 В и емкостью 300 Ач.

Рис. 3. Схема системы ячеек

Четыре основных компонента электролизера: анод, катод, сепаратор и раствор электролита.

Анод — это отрицательный электрод в ячейке. В литий-ионных батареях очень часто он состоит из лития и углерода, обычно графитового порошка. Ток может собираться благодаря медной пленке, которая совмещена с электродом.Чистота, размер частиц и однородность анода — все это способствует старению и емкости.

Катод — положительный электрод. Здесь вступают в игру все химические составы. Катод — это то, что определяет общий химический состав лития. Как и анод, токоприемник объединен с материалом, поэтому может происходить поток электронов. Катод обычно объединяют с алюминиевой пленкой. Как показано выше, существует много разных химикатов.Ключевыми различиями между ними являются температура, при которой они реагируют с электролитом (тепловой разгон), и создаваемое ими напряжение.

Электролит позволяет переносить ионы лития между пластинами. Обычно он состоит из различных органических карбонатов, таких как этилен, карбонат и диэтилкарбонат. Различные смеси и соотношения различаются в зависимости от области применения ячейки. Например, для низкотемпературного применения раствор электролита будет иметь более низкую вязкость по сравнению с раствором, приготовленным для окружающей среды при комнатной температуре.Соли лития необходимы в смеси электролита, соль определяет проводимость раствора, а также способствует образованию поверхности раздела твердого электролита (SEI). В литиевых батареях гексафторфосфат лития (LiPF6) является наиболее распространенной литиевой солью. LiPF6 может производить плавиковую кислоту (HF) при смешивании с водой. SEI — это химическая реакция между металлическим литием и электролитом. В нормальных условиях производитель элемента обычно медленно заряжает элемент, чтобы сформировать ровный SEI на угольном аноде.

Сепараторы литий-ионных элементов представляют собой пористые пластиковые пленки, предотвращающие прямой контакт анода и катода. Пленки обычно имеют толщину 20 мкм и имеют небольшие насыпи, которые позволяют ионам лития проходить сквозь них в процессе заряда и разряда. Сепаратор «отключения» является наиболее распространенным. Этот сепаратор закроет наливы, чтобы предотвратить прохождение ионов лития, как только ячейка выйдет за пределы температурного диапазона или произойдет короткое замыкание. Сепараторы продолжают разрабатываться сегодня для повышения безопасности, а также увеличения емкости ячеек.Для дальнейшего ознакомления вы можете посмотреть эти две статьи. В верхней литиевой батарее используются модели и . Почему литий-ионная батарея лучше подходит для вилочных погрузчиков .

Мы в Flux Power гордимся тем, что являемся экспертами в области решений для хранения энергии. Вот почему мы выбрали превосходный химический состав аккумуляторов, который был подтвержден десятилетиями исследований и внедрения во многих приложениях. Кроме того, наши решения по хранению энергии имеют множество преимуществ перед современными свинцово-кислотными технологиями.Дополнительные сведения о различиях между литий-ионными и свинцово-кислотными аккумуляторами см. В статье «Литий-ионные батареи для вилочных погрузчиков лучше свинцово-кислотных».

Емкость и срок службы

Одним из наиболее важных преимуществ выбора литий-ионных аккумуляторов Flux Power является резкое увеличение плотности энергии по сравнению с нынешними решениями для свинцово-кислотных аккумуляторов. В Flux Power используется литий-железо-фосфат (LiFePO4), удельная энергия которого составляет ~ 110 ватт-часов на килограмм, по сравнению со свинцово-кислотными ~ 40 ватт-часами на килограмм.Что это значит? Наши батареи могут быть ~ 1/3 веса для аналогичных ампер-часов.

Литий-ионные аккумуляторы Flux Power не только накапливают больше энергии, но и значительно превышают срок службы свинцово-кислотных и многих других литиевых компонентов.

В нашей статье « 5 шагов для увеличения срока службы литий-ионной батареи, » вы найдете дополнительные советы, которые помогут вам максимально эффективно использовать батарею.

На химический состав каждого элемента батареи влияет глубина разряда, и чем глубже разряд, тем короче срок службы.Литий-ионный аккумулятор Flux Power может разряжаться на 80%, сохраняя при этом длительный срок службы (> 2000 циклов). Срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов резко сокращается. Фактически, при глубине разряда 80% свинцово-кислотные батареи служат всего 400-500 циклов, что означает, что наши батареи служат в 5 раз дольше.

Простой метод индустриализации для увеличения плотности отвода катодного материала LiNi0,5Co0,2Mn0,3O2 для литий-ионных аккумуляторов с высокой удельной объемной энергией

Материалы электродов с высокой плотностью отводов и высокой удельной объемной энергией являются ключом к крупномасштабным промышленным применениям в индустрии литий-ионных аккумуляторов, которая сталкивается с огромными проблемами.LiNi _0,5 Co _0,2 Mn _0,3 O ₂ катодные материалы с различными размерами частиц используются в качестве сырья для изучения влияния массового отношения смешанных материалов на отвод плотность и электрохимические характеристики смешанных материалов в данной работе. Физические и электрохимические характеристики показывают, что плотность утряски смешанных порошков с различными размерами частиц выше, чем у материалов с одним размером частиц.Плотность утряски свежеприготовленного материала имеет тенденцию к снижению с увеличением доли частиц размером 9 мкм в материалах. Наибольшая плотность утряски среди всех видов материалов достигает 2,66 г / см ⁻³ . Кроме того, смешанный материал с массовым соотношением 7: 2: 1 имеет большую удельную поверхность, а также лучшие характеристики цикла и производительность по сравнению с другими материалами. Удельная объемная емкость этого смешанного образца достигает 394,3 мА · ч · см ⁻³ при скорости заряда / разряда 1С, и имеет улучшения 8.5%, 22,2% и 40,6% по сравнению с любым размером частиц 9 мкм, 6 мкм и 3 мкм соответственно, что способствует промышленному производству катодных материалов Li – Ni – Co – Mn – O для литий-ионных аккумуляторов.

У вас есть доступ к этой статье

Выводит литий-ионные батареи на новый уровень

Хотя первая литий-ионная (Li-ion) батарея была разработана более 50 лет назад, технология продолжает совершенствоваться и улучшаться сегодня.Ученые и инженеры постоянно модифицируют и тестируют электролиты, аноды и катоды, стремясь сделать литий-ионные батареи более энергоэффективными, экономичными и безопасными.

Компания NanoGraf Technologies, расположенная в Чикаго, штат Иллинойс, — одна из компаний, работающих над улучшением этой технологии. Компания продемонстрировала новый анодный материал на основе кремния с высокой плотностью энергии, который в долгосрочной перспективе может заменить аноды на основе графита в литий-ионных батареях. По некоторым оценкам, состав NanoGraf может увеличить удельную энергию существующих литий-ионных аккумуляторов на 20-40%, а также увеличить срок их службы.

Чип Брейтенкамп, вице-президент по развитию бизнеса NanoGraf, был гостем на The POWER Podcast и рассказал о прогрессе, достигнутом компанией. Он сказал, что NanoGraf работает в сотрудничестве с исследователями из Северо-Западного университета и Аргоннской национальной лаборатории над разработкой, оптимизацией и патентованием своей запатентованной технологии.

Согласно NanoGraf, современные аноды на основе графита обладают мощностью около 372 миллиампер-часов на грамм (мАч / г).Архитектура кремниевого сплава и графенового материала NanoGraf может быть настроена для достижения емкости от 1000 мАч / г до более 2500 мАч / г, обеспечивая более высокую плотность энергии на уровне ячеек и лучшие в своем классе возможности по скорости для приложений с высоким разрядом.

«NanoGraf работает над [преодолением] проблем, связанных с кремнием, уже около восьми лет, — сказал Брайтенкамп. «Эти проблемы заключаются в следующем: поскольку литий превращается в частицы кремния во время циклов зарядки и разрядки аккумулятора, он набухает, трескается и как бы разваливается.И то, над чем работают соучредители NanoGraf [Кэри Хейнер и Джош Лау], — это способ использования графена и других покрытий, позволяющих этим частицам набухать и сжиматься, но удерживать их вместе. Графен играет огромную роль в этом ».

Брайтенкамп сказал, что некоторые конкуренты полагаются на системы осаждения из паровой фазы в своих производственных процессах, но NanoGraf использует процесс влажной химии, который хорошо масштабируется, дешевле и менее сложен. Компания уже опробовала этот процесс на пилотной производственной линии в Японии, где производится 10-тонная продукция.Брайтенкамп сказал, что в ближайшем будущем компания планирует увеличить объемы производства.

«Мы можем достичь паритета затрат с графитом только в масштабе 500 тонн, и это то, к чему мы приближаемся очень скоро.