ООО «Центр Грузовой Техники»

8(812)244-68-92

Содержание

Как поднять плотность электролита в аккумуляторе

Плотность электролита в аккумуляторе является одной из важнейших характеристик работоспособности портативного источника электроэнергии. Если по тем или иным причинам этот показатель не будет соответствовать норме, то работоспособность автомобильной батареи будет под большим вопросом.

На что влияет плотность электролита

Плотность электролита напрямую влияет на способность АКБ накапливать энергию во время заряда. Если этот показатель значительно ниже нормы, то батарея не будет выдавать максимального стартерного тока. Кроме этого, продолжительность работы аккумулятора резко снизится.

Высокая плотность электролита также негативно влияет на работоспособность источника питания, существенно снижая его срок службы. Связано это, прежде всего, с увеличенным образованием сульфатов на поверхности свинцовых пластин.

Такой «налёт» плохо проводит электроэнергию, что способствует значительному снижению ёмкости АКБ.

Со временем сильно сульфатированные батареи полностью перестают «держать» заряд и их приходится утилизировать.

Опасность физического разрушения батареи может наступить в случае, когда батарея, в которой находится электролит с низким содержанием серной кислоты, оставляется зимой в неотапливаемом помещении. В таких случаях, даже при медленном оттаивании, источники электроэнергии могут быть полностью непригодны для дальнейшего использования.

Сульфатация пластин

Какая должна быть плотность в зависимости от сезона

Плотность электролита в зимнее время и летом может быть неодинаковой. В холодное время года рекомендуется увеличить этот показатель, чтобы даже в сильный мороз предохранить батарею от разрушения. В среднем, плотность аккумуляторной жидкости в зависимости от сезона выглядит следующим образом:

  • Зима: 1,30 г/см3.
  • Лето: 1,26 г/см3.

Перечисленные значения являются самыми крайними для очень суровой зимы и жаркого лета. В субтропическом климате вполне возможна эксплуатация батареи круглый год при значении плотности электролита 1,27 г/см3.

Как проверить плотность

Определить плотность в аккумуляторах, не оборудованных специальным «глазком», практически невозможно, но даже при наличии в АКБ подобного элемента о концентрации серной кислоты можно судить лишь условно. Точно определить этот параметр можно с помощью специального прибора.

Ареометр

Ареометр представляет собой устройство, в котором имеется «поплавок» со шкалой. По степени погружения этой детали в электролит можно точно узнать плотность электропроводящей жидкости. Замер осуществляется очень просто:

  • Открыть пробки.
  • Установить прибор в отверстие.
  • Сжать «грушу».
  • Отпустить резиновый элемент.
  • Определить на шкале плотность жидкости.

Таким образом производится замер во всех банках аккумулятора.

При отсутствии ареометра, плотность можно измерить с помощью электронных весов и мерной ёмкости, объёмом 100 мл. Для выполнения процедуры достаточно набрать электролита из одной банки, после чего, установить резервуар на измерительный прибор.

Значения веса Нетто в граммах будет равно плотности электролит со смещением запятой влево на 2 знака. Например: 127 грамм будут равны плотности 1,27 г/см3. Измеряется только вес Нетто, то есть, перед выполнением процедуры следует не забыть взвесить пустую ёмкость, и вычесть это значение из общей массы.

Из-за чего падает плотность

Основная причина существенного падения плотности электролита – это постоянное разбавление жидкости внутри банок дистиллированной водой, при частых утечках. Истечение может происходить при наличии трещин в корпусе либо недостаточно плотно закрытых пробках.

Если причиной изменения состава токопроводящей жидкости является негерметичность корпуса, то место протечки необходимо выявить как можно скорее. Плохо закрытые пробки необходимо как следует завинтить либо установить на силиконовый герметик.

Незначительное отклонение концентрации серной кислоты всегда обнаруживается при сильном разряде батареи. Такое состояние очень вредно для свинцовой АКБ. Если батарея «на нуле», то следует незамедлительно подключить источник питания к зарядному устройству.

Как повысить плотность в аккумуляторе

Повысить плотность в аккумуляторе совсем несложно. Для выполнения этой операции можно использовать корректирующий или обычный электролит либо зарядное устройство.

Корректирующий электролит

С помощью корректирующего электролита

Воспользоваться этим методом восстановления плотности электролита можно только в том случае, если батарея является обслуживаемой, а концентрация серной кислоты в  электропроводящей жидкости не снизилась ниже критического уровня.

Корректирующий электролит представляет собой раствор серной кислоты (формула h3SO4) в дистиллированной воде со значительно большей концентрацией основного вещества. Корректировка заключается в удалении из банок сильно разбавленного электролита.

Сделать это можно с помощью груши или ареометра. Затем вместо отобранной жидкости заливается корректирующий состав. При выполнении этой операции следует постоянно контролировать плотность электролита в банках с помощью ареометра.

Повышаем с помощью зарядного устройства

С помощью зарядного устройства можно поднять плотность электропроводящей жидкости как в батареях с наличием пробок, так и в необслуживаемых моделях.

Для того чтобы выровнять значение плотности достаточно подключить прибор к аккумулятору соблюдая полярность, а затем подключить устройство к сети 220 В. При возможности выбора силы тока, для более плавного повышения плотности, рекомендуется установить значение этого параметра в 10% от ёмкости АКБ.

Полная замена электролита

Полная замена электролита понадобится, если плотность электролита невозможно восстановить зарядкой или с помощью корректирующего раствора. Для замены токопроводящей жидкости потребуется приготовить новый электролит, пластмассовую воронку, резиновую грушу, ареометр, а также ёмкость для слива старой жидкости.

Производится такая операция по следующей инструкции:

  • Удалить пробки из банок.
  • Выкачать электролит из аккумулятора используя грушу (для того чтобы достать жидкость со дна рекомендуется надеть на резиновое приспособление тонкую силиконовую трубочку).
  • Залить новый электролит, используя воронку (эту процедуру следует выполнять очень медленно, чтобы не расплескать едкую жидкость).

После того, как во всех банках уровень токопроводящей жидкости будет доведён до оптимального значения, пробки устанавливаются на место, а аккумуляторная батарея подключается к сетевому зарядному устройству.

Следует отметить, что таким образом можно откорректировать плотность только в обслуживаемых моделях АКБ.

Меры предосторожности при работе

Доливать электролит в банки либо полностью заменять жидкость аккумулятора следует только с соблюдением мер предосторожности. Раствор серной кислоты является очень активной жидкостью, которая вступает в реакцию с органическими и неорганическими веществами.

Попадание электролита в глаза во время работы может привести к необратимым изменением функционирования органов зрения, поэтому использование специальных защитных очков является обязательным.

При разливе токопроводящей жидкости на кожные покровы поверхность тела покроется сильнейшими химическими ожогами. По этой причине также следует использовать резиновые перчатки и фартук, который поможет защитить одежду от сквозных отверстий.

Негативное воздействие кислоты на металлические поверхности проявляется в разъедании изделий из этого материала. Химической реакции подвержены даже очень прочные сплавы, поэтому если необходимо добавить электролит, следует снять батарею с машины.

При восстановлении плотности АКБ от сетевого зарядного устройства, необходимо следить за наличием достаточного движения воздуха в помещении. При отсутствии проветривания возможно возгорание газа, который образуется при зарядке. Кроме этого, вдыхание подобных смесей может вызвать сильное отравление.

Если все меры предосторожности будут предприняты до начала работ по восстановлению плотности аккумуляторного электролита, то эта процедура будет выполнена без каких-либо осложнений.

Остались вопросы или есть что добавить? Тогда напишите нам об этом в комментариях, это позволит сделает материал более полным и точным.

Как поднять плотность электролита в аккумуляторе: советы, фото

Часто автовладельцы сталкиваются с проблемой запуска двигателя, что актуально после длительной стоянки автомобиля, в зимнее время. Причиной этого, является подсевший аккумулятор. В качестве альтернативы покупке нового, многие автовладельцы с помощью подзарядного устройства пытаются исправить ситуацию, но, не всегда это приводит к положительному результату. Даже зарядка АКБ длительное время не всегда помогает, так как не поднималась плотность аккумулятора при зарядке.

Когда возникает такая проблема, то, очевидно, что в электролите батареи снизилась плотность. Давайте подробнее разберемся, как поднять плотность электролита в аккумуляторе и что предпринять.

Почему снижается плотность электролита

Прежде чем, заняться восстановлением, выясним как правильно поднять плотность аккумулятора и найти причины, которые привели к падению этого показателя. В любой автомобильной батарее, данная величина не статична. Она постоянно изменяется и это является нормальным. Когда АКБ разряжается, то, понижается и плотность электролита. Когда заряжен, то вверх идет и этот параметр. Если происходит быстрая разрядка, то это, свидетельствует о том, что концентрация упала до критичного уровня.

Можно перечислить несколько основных причин, из-за которых образуется низкая плотность электролита в аккумуляторе:

  • длительное воздействие низких температур;
  • выкипание электролита в следствии перезарядки батареи;
  • постоянное доливание воды.

Что касается третьего пункта, то, очень часто, чтобы поддержать уровень жидкости, доливают дистиллированную воду аккумуляторную. Обязательным условием является регулярная проверка плотности. Одновременно с водой выкипает электролит, что, в итоге ведет уменьшению. Кроме подзарядного устройства, важно иметь еще и ареометр для проверки значения плотности.

Подготовка к восстановлению батареи

Перед тем, как поднять плотность в аккумуляторе, проведем ее измерение ареометром. Делать замеры следует отдельно для каждой из банок. Что касается нормального уровня, то здесь диапазон должен составлять от 1,25 до 1,29. Такой разброс объясняется тем, что в регионах, где холодные зимы, лучше держать норму электролита повышенной, а в регионах с умеренным климатом чуть ниже. Если показатель ниже значения 1,25, восстановить нормальный уровень можно с помощью долива.

Повышение плотности электролита

Чтобы поднять плотность АКБ, следует начать со следующего:

  1. Следует убедиться, что аккумулятор заряжен. Если батарея разряжена, то, надо подзарядить и провести замер плотности. Нельзя приступать к работе, если АКБ имеет низкий заряд, так как, при заливе корректирующего раствора, в АКБ может резко подняться концентрация h3SO4. Как итог – полное разрушение в банках пластин, после чего, аккумуляторную батарею можно только утилизировать.
  2. Электролит в АКБ должен иметь температуру не менее 20, но не более 25 градусов цельсия.
  3. В каждой банке уровень должен быть в норме.
  4. Аккумулятор не должен иметь трещин и повреждений, особенно возле токовыводов. Часто возникает проблема снять клемму из-за того, что она прикипела или плотно закручена. Некоторые владельцы начинают расшатывать и стучать по токовыводу и клемме, что может целостность батареи.

При уровне не ниже 1,18, следует выполнять долив электролита с нормальной плотностью, чтобы увеличить, как минимум до 1,25. Долив выполняется для каждой банки отдельно. Через клизму-грушу берется забор старого, замеряется уровень и доливается свежий объемом не более половины от выкачанного. После этого, следует немного потрясти АКБ, чтобы дать жидкости возможность максимально перемешаться.

Можно ли повысить минимальную плотность

Что делать, если уровень упал ниже 1,18? Нужно предпринять более серьезные шаги, поскольку, доливом здесь не обойтись. В таких случаях используют кислоту аккумуляторную. Ее главное отличие в большей плотности (примерно 1,84). Сама работа производится по такой же схеме, как и добавление электролита. Обычно, после одной замены удается достичь нормальной концентрации, но если замеры показывают, что плотность ниже необходимой, то, следует повторить работу еще раз. Продается эта кислота в любом автомагазине, поэтому приобрести ее проблем не составит. Выполнять работы с кислотой следует в открытом помещении или на воздухе и обязательно в перчатках. Попадание кислоты на незащищенные участки тела грозит появлением термических ожогов.

Как повысить при помощи зарядного устройства

Еще одним способом восстановления работоспособности АКБ, подзарядка ее на слабом токе. Этот способ требует много времени, но, довольно эффективен, если не поднимается плотность электролита до нормального уровня. Суть способа такова, что аккумуляторную батарею можно самостоятельно, через подзарядное устройство, зарядить до полного. Когда заряд будет максимальным, жидкость начнет кипеть. Признаком полной подзарядки будет появление мелких пузырьков (происходит испарение дистиллированной воды в батарее). Избыток воды испарится, а кислота останется. Одновременно понизится и общий уровень электролита. Теперь можно долить новый необходимой плотности. После этого, следует замерить показания ареометром и если они недостаточны, то повторить всю процедуру, пока не будет достигнута норма не ниже 1,25 г/см3.

Если станет вопрос о покупке нового или восстановления имеющегося аккумулятора, то конечно дешевле выбрать второе, тем более, что работа не является сложной и прочитав внимательно статью, даже человек, который плохо разбирается в технике, без труда сможет выполнить работу по повышению плотности электролита и восстановления работоспособности АКБ, как минимум на пару сезонов. Это серьезная экономия бюджета, тем более, что качественный аккумулятор стоит немалых средств.

Видео про поднятие плотности в аккумуляторе

Вы спрашивали: Как правильно поднять плотность в аккумуляторе?

Производство Tahara Plant
Вес двигателя, кг 230
Расход топлива, л/100 км (для Supra 4) — город — трасса — смешан. 18.0 10.0 12.5
Расход масла, гр./1000 км до 1000
Масло в двигатель 0W-30 5W-20 5W-30 10W-30

Что делать при низкой плотности электролита?

Чтобы повысить плотность электролита в АКБ можно воспользоваться одним из представленных способов:

  1. Полностью заменить электролит на новую жидкость с нормальной концентрацией 1 г/куб. см;
  2. Залейте кислоту аккумулятора в электролит;
  3. Доведите имеющийся раствор до нужной концентрации.

Как правильно повысить плотность электролита в аккумуляторе?

Как повысить плотность
Осмотрите аккумулятор: на нем не должно быть дефектов и повреждений, особое внимание уделите токовыводам. Если уровень в норме (от 1,18) долейте электролит с нормальной плотностью до 1,25. Выполняйте долив в каждой банке, используя клизму-грушу.

Как изменяется плотность электролита при разряде аккумулятора?

По мере разряда аккумулятора плотность электролита снижается от 1,28 г/см3 до 1,09 г/см3, что приводит к снижению его электропроводности почти в 2,5 раза.

Как правильно измерить плотность аккумулятора в домашних условиях?

Измерение ареометром производят при температуре электролита +20 … +30°C. Если температура иная, то необходимо применять корректировочные поправки к показанию ареометра. Пользование ареометром настолько простое, что даже можно проверить плотность электролита в домашних условиях.

Как правильно измерить плотность аккумулятора?

Проверка плотности электролита
Проверка плотности проводится ареометром. Для этого трубку помещают в заливное отверстие и откачивают часть жидкости. Электролит нужно проверять в каждой банке. Рекомендуем проводить проверку при температуре 20-30 °C., тогда стандартными показателями будут 1.27 – 1.29.

Как правильно вывести плотность в аккумуляторе?

В последнем случае необходимо сделать следующее:

  1. отобрать немного жидкости из банки, и в таком же объеме залить корректирующий электролит;
  2. поставить АКБ на 30 минут заряжаться;
  3. снять с зарядки и дать батарее остыть в течение 2 часов;
  4. повторно замерить плотность.

Какая должна быть плотность аккумулятора 60?

В свинцовых аккумуляторах плотность измеряется в г/см3.

Как проверить плотность аккумулятора

Процент заряженности Плотность электролита г/см³ (**) Напряжение аккумулятора В (***)
100% 1,28 12,7
80% 1,245 12,5
60% 1,21 12,3

Как правильно залить электролит в аккумулятор?

Рекомендуется высверлить в крышке АКБ небольшие отверстия 2-4 мм. и в них шприцом аккуратно долить дистиллированную воду. Если в батарею требуется долить дистиллированную воду, а вы дольете электролит, то после зарядки батареи его плотность превысит 1,30 и содержание серной кислоты станет запредельным.

Как узнать что аккумулятор полностью заряжен?

Базовый принцип: установите вольтметр на клеммы аккумулятора с зарядкой. Если в течении часа напряжение не увеличивается при токе заряда, который не изменяется, значит АКБ заряжен на 100%.

Какая должна быть плотность аккумулятора летом?

Для того, чтобы плотность выровнялась по банкам АКБ и вышла у Вас к номинальной 1,27- 1,28 г/см3. С такой плотностью электролита можно ездить и летом и зимой, так скажем всесезонный аккумулятор.

как проверить и повысить плотность электролита


Владельцам автомобилей знакома ситуация, когда нужно срочно спешить на работу. После того, как отключили сигнализацию и удобно расположились в кресле, начинаете поворачивать ключ зажигания. Вместо победного рева, сигнализирующего, что колесница готова отвезти в пункт назначения, слышите неуверенные хрипы. В чем причина?

Возможна это проблема глубже накопителя, а именно в химической среде, в которой при прохождении тока элементы распадаются на составные вещества, как следствие получается энергия! Как проверить уровень электролита в аккумуляторе и зачем это делать, рассказываем.

Какая густота должна быть в энергосберегателе

Чтобы выяснить необходимое, нужно знать два фактора:

  1. Климатическая зона.
  2. Эксплуатационные требования.

Где зимы долгие и суровые, чтобы не дать замёрзнуть батарейке, плотность в аккумуляторе должна соответствовать таким цифрам 1,29 г/см3, при температуре на улице ниже -50 градусов.

В широтах с умеренным климатом норма для раствора в 1,25г/см3. Где зимы холодные, но все же щадящие — температура до -30 градусов, необходимо повысить плотность в аккумуляторе на 0,01г/см3, а в жарких тропических зонах понизить на то же значение. Но следует учитывать факт, чем меньше густота в зарядке 100%, тем дольше жизнь батарейки.

Помните, что сера, при недостаточной плотности, может замерзнуть зимой, а летом закипеть.

Дополнительные рекомендации

Важно знать не только, как проверить плотность аккумулятора с помощью ареометра, но и правила внесения поправок к показанию прибора в конкретных температурных условиях. Оптимальная температура электролита для измерения его плотности составляет +15 — +25˚С, но если приходится выполнять эту процедуру при более высокой или низкой температуре, то показания необходимо корректировать.

Температура электролита (˚С) Поправка к показаниям ареометра
— 45 — 0,04
— 30 — 0,03
— 15 — 0,02
0 0
+ 15 0
+ 30 + 0,01
+ 45 + 0,02
+ 60 + 0,03

Не следует выяснять, какая плотность в аккумуляторе, после того как туда недавно была долита вода, или после неоднократных попыток запуска стартера. После выполнения всех процедур тщательно промойте ареометр водой.

Принцип действия накопителя

Прежде чем понять, как плотность электролита в акб взаимодействует и дает энергию, разберемся с самой гальванической системой. Советские ученые утверждают, что за период от полного цикла заряда и разряда проистекает около 60 реакций. Но главная из них, когда сульфат-ионы в католите превращаются в сульфат свинца, из-за того, что оксид свинца и свинец на аноде отнимают часть ионов из серной кислоты.

Как итог образуется вода, а сульфат ионы уходят в щелочные растворы. Во время понижения заряда — концентрация щелочи падает, при показателях энергии в 0% между свинцовых пластинок остается дистиллированная вода, а при показателях в 100% Н2О становится больше.

Из-за чего густота падает? Сульфат свинца не всегда истощается от разрядки. Если посмотреть на внешнюю составляющую батареи при минусовой температуре можно заметить белые пятна сульфата свинца. Со временем они превращаются в крошки и осыпаются, не принимая дальнейшего участия в работе!

Из-за чего густота повышается? Щелочной раствор содержит в себе не только серу, но и воду. Во момент зарядки протекает еще один малозаметный процесс — электролиз влаги. Поэтому необходимо дождаться кипения АКБ, католита станет меньше, а его концентрация станет больше.

Для чего необходимо проверять плотность электролитической жидкости

Любой электролит представляет собой не что иное, как химическую смесь, состоящую из дистиллированной воды и серной кислоты в определенной пропорции: вода 65%, 35% — кислота. Именно такое процентное соотношение и позволяет электролиту осуществлять накопление электрического заряда без нанесения урона чувствительным свинцовым пластинам АКБ.

В процессе постоянной эксплуатации батареи происходят постоянные изменения плотности электролита, что определенным образом может сказаться на ее рабочих функциях. Само понятие плотности, кстати, означает не что иное, как процентное соотношение серной кислоты к дистилляту.

Это интересно: Как правильно заряжать аккумулятор автомобиля зарядным устройством

Если уровень серной кислоты внутри аккумулятора становится слишком высоким, это может печально закончиться для его пластин. Бывают ситуации, когда кислота попросту разъедает свинец, и пластины разрушаются.

Если же кислоты слишком мало, это означает, что АКБ разряжена или близка к тому, чтобы разрядиться полностью. Аккумулятор не может работать в режиме той емкости, которая указана в его технических характеристиках. Например, энергии может просто не хватить в условиях холодного запуска двигателя внутреннего сгорания.

Также, если водитель долго пытается ездить на разряженном аккумуляторе, процесс оседания сульфатов на пластинах неизбежен. На них образуется плотный белый налет, убрать который порой бывает весьма проблематично. При критичном уровне сульфатов произойдет либо разрушение пластин, либо короткое замыкание. Потребуется десульфатация аккумулятора.

Нормальный уровень щелочного раствора

Первой причинной неисправности АКМ может быть густота серы, в зависимости от уровня заряда батареи, климатических условий, она будет соответствовать разным данным. Обычные рабочие параметры равны от 1,24 до 1,30/см3. Как определить густоту католита?

В этом поможет измерительный датчик — ареометр. При высоких градусных показателях климата концентрация падает, измерять лучше спустя 10 часов после работы автомобиля. Если не ухаживать за батарейкой может появиться сульфатация она является причиной преждевременного старения АКБ.

Техника безопасности во время работы с электролитом

При взаимодействии с этой опасной кислотой не следует пренебрегать правилами безопасности!

  1. Спецодежда обезопасит тело от ожогов. Важно использовать те вещи, которые не жалко. При контакте с тканью — сера разрушает материю. Но лучше пусть это будет ткань, чем кожа. Не следует пренебрегать специальными очками и маской для лица. Вещество выделяет ядовитые пары, они могут быть источниками таких заболеваний, как язвы и вызывать желудочно-кишечные кровотечения. Проводите операции с щелочным раствором на улице или в хорошо проветриваемых помещениях!
  2. Помните, что это взрывоопасное вещество! Недопустимо работать рядом огнем!
  3. При заряде батареи правильно подключите к источнику питания. Не путайте полярность!
  4. Отверстия для залива оставляйте открытыми, так вы исключаете возможность само воспаления аппарата!

Как узнать плотность электролита?

Для контроля плотности электролита используется простой прибор – ареометр. Это-прозрачная трубка с грушей для отбора электролита, в которой плавает грузик-указатель заранее заданной плотности. Напротив этого грузика проградуирована шкала – соответственно, в зависимости от соотношения плотностей грузика и проверяемого электролита он будет указывать на разные деления шкалы, что нам и нужно. Примерно так же, но гораздо более грубо работают встроенные «глазки» — всплывающий в плотном электролите зеленый шарик становится виден в световоде индикатора, если же он тонет (плотность упала) – в глазке чернота.


Устройство ареометра

Поскольку плотность электролита ощутимо зависит от его температуры, лучше всего измерять ее на теплом аккумуляторе. Если же такой возможности нет, принимаются следующие поправки:

ТемператураПоправка к плотности
-55…-41-0,05
-40…-26-0,04
-25…-11-0,03
-10…4-0,02
5…19-0,01
20…300
31…45+0,01

К измерению плотности приступают, когда батарея полностью заряжена. Носик ареометра опускается в банку, затем грушей в него забирается электролит. По указателю определяется текущая плотность. Если уровень в пределах нормы, то и плотность должна соответствовать нормальной.

Утилизация

После завершения эксплуатационного срока количество вредных паров, источаемых из уже не герметичного корпуса увеличивается. Чтобы не загрязнять окружающую среду и не нарушать федеральные законы, не стоит выбрасывать отработанный АКМ в мусорный бак.

На общей свалке такая вещь будет постепенно наносить вред окружающей среде. В состав автомобильной батарейки входят такие токсичные элементы как: пластик, тяжелые металлы, сера. Пластик разлагается больше 100 лет, а кислота просачивается в почву и делает ее безвозвратно непригодной для жизни растений!

Комбинация тяжелых металлов и химических элементов создают фильтрат — жидкость, обладающая едким, неприятным ароматом, которая просачивается в грунтовые воды, это отправляет питьевую воду не только людей, но и животных и растений. Как следствие — овощи содержат огромное количество нитратов и вредных микроэлементов.

Чтобы избежать загрязнения планеты и предотвратить умирание местной флоры и фауны, необходимо сдать АКБ в пункт приема переработки отработанных энергосберегателей! Отработанные католиты ни в коем случае не стоит сливать в канализацию. Его можно тоже сдать в пункт вторичной переработки и самостоятельно с помощью тазика и соды нейтрализуйте вредные для природы элементы!

Меры предосторожности

• Соблюдайте максимальную осторожность при работе с электролитом: все действия выполняйте в защитных очках и резиновых перчатках. • При самостоятельном разведении электролита обязательно следует добавлять кислоту в воду, но не наоборот! Эти жидкости имеют разную плотность, и результатом ошибки могут стать серьезные ожоги. • Запрещено переворачивать АКБ вверх дном, т.к. вследствие этого активная поверхность пластин может осыпаться и вызвать короткое замыкание. • Заранее подготовьте емкости для слива старого электролита и приготовления новой смеси. • Предварительно проверьте пластмассу, которую будете использовать для запайки отверстий, на стойкость к электролиту. • Помните, что заряженный аккумулятор будет иметь большую плотность.

Чем и как проверяют густоту католита

Как проверить плотность аккумулятора? Установите его на горизонтальную плоскость, чтобы избежать шатания. Проведите чистку прибора, для этого нужно аккуратно избавить крышку от производственной пыли и грязи. Используя ненужную ткань и мокнув ее в раствор соды, предотвратите возможный отход вещества от пробки!

Теперь можно узнать плотность. Легче сделать это на приборах с прозрачными сторонами. По их состоянию будет понятно, находится ли вещество в нужном состоянии. Если стенки прибора матовые, возьмите прозрачную трубку, окуните в отверстие пока не достигнете упора, верхнюю пустую часть трубки прикройте пальцем. Когда ее извлечете, обратите внимание на сколько проводник тока выше свинцовых пластинок.

Нормальная высота не меньше 10мм, но не больше 15мм. Если в одном из отсеков химического вещества меньше нормального из-за электролиза, долейте немного дистиллированной жидкости.Перед замерами зарядите коробку на максимум до состояния кипения, на современных зарядках подача прекращается автоматически. Так вы избежите неверных искаженных результатов.

С помощью ареометра — измерительного устройства, которое выглядит как колба с грушевидной емкостью для забора жидкости, зачерпните электролит. В зависимости от данных, грузик с делениями либо поднимается, либо опустится, это коррелируется от полученных результатов.

Как пользоваться ареометром

  1. Соберите конструкцию, если только что купили измерительное устройство. Сделать это довольно просто — поплавок погрузите в пипетку, на один конец наденьте грушу, на другой пробку с измерительной иглой.
  2. Грушу нужно сжать и окунуть пипетку в щелочную среду. Постепенно ослабляйте сжимание груши и достигнув наполнения сосуда до такого состояния, когда маячок будет спокойно плавать по вертикали.
  3. Правильные результаты можно получить только при соприкосновении с жидкостью.
  4. После завершения процесса тщательно промойте весь прибор. Так он прослужит дольше и не будет искажать результаты замеров.

Другой способ

Еще один способ, более быстрый, как проверить плотность аккумулятора, при помощи оптического рефрактометра. Он не только удобнее, но и способен измерить предел замерзания жидкостей. Чтобы получить замер, капните на нужное место и прижмите каплю прозрачным стеклом. Затем с помощью рефрактометра посмотрите на свет и получите данные о плотности. Некоторые считают, что такой способ точнее, чем замеры с помощью ареометра.

Как проверить батарею автомобиля мультиметром

Как проверить плотность аккумулятора альтернативным аппаратом? Узнать данные поможет мультиметр — универсальное устройство для измерительных операций. С его помощью можно избежать удара тока, забивая гвоздь в стене, он укажет наличие вольтажа в заданном участке поможет узнать значение сопротивление температуры, и еще одна особенность при отсутствии других приборов поможет измерить плотность электролита в накопителе, но не даст такие точные данные как профильные датчики. Как пользоваться?

  1. Соберите измеритель. К корпусу подсоедините провода. Тестирующий прибор переведите в режим вольтметра.
  2. Переключатель поверните на 20В. Как результат тестер будет демонстрировать значения ниже этих цифр.
  3. Соедините кабеля с выходами батареи. Черный к отрицательной клемме, красный к положительной.
  4. При полностью заряженном накопителе рабочие значения будут 12,7В, если цифры меньше значит источник заряжен не полностью и состояние концентрата не соответствует норме.

Измерение уровня католита самодельным прибором

Как проверить плотность электролита в аккумуляторе в домашних условиях — соорудите самодельный прибор для замеров. Для создания такого тестера повторите конструкцию ареометра.

  • Нужен поплавок, он послужит основой поделки.
  • Резервуаром может служить пробирка или любая альтернатива.
  • В емкость насыпьте сыпучий материал, подойдет даже пшено!
  • Затем отметьте числовые границы. Опустите емкость в жидкость, в месте, где вода будет соответствовать уровню поставьте отметку 1 это будет означать что жидкость имеет концентрацию в 1г/см3.


ПРОВЕРИТЬ АККУМУЛЯТОР АВТОМОБИЛЯ?

Комплексная проверка аккумулятора

Далее будет рассмотрено:

  • Как проверить состояние аккумулятора автомобиля
  • Как проверить заряд аккумулятора автомобиля мультиметром
  • Как проверить емкость автомобильного аккумулятора ареометром
  • Если у вас нет ареометра, то как проверить емкость аккумулятора мультиметром, смотрите по таблице уровня заряда SoC
  • Почему замерзает аккумулятор зимой?

Проверка аккумулятора

Похожиестатьи

Как получить 42500 тенге, все способы

ЕСП в Казахстане: ответы на часто задаваемые вопросы?

Загрузить еще

Проверка АКБ начинается с осмотра очевидных проблем, таких как уровень электролита; коррозия или обрыв кабеля; коррозия клемм и зажимов-контактов; обрыв ремня генератора; заледенение электролита; ослабление зажимов-контактов; грязная и мокрая крышка АКБ; протечки и трещины в корпусе АКБ, вздутие АКБ; повреждение проводов, клемм, зажимов

Если уровень ниже верхней части пластин нужно долить дистиллированной воды перезарядить аккумулятор, дать остыть до комнатной температуры и снова долить воды. Пластины должны быть покрыты электролитом для предотвращения сульфатации и внутреннего взрыва пластин. Какой должен быть уровень электролита смотрите обслуживание АКБ

Если электролит вытек из аккумулятора смотрите как долить электролит и отрегулировать плотность в ячейке.

Индикатор заряда аккумулятора

В современных стартерных аккумуляторах вмонтирован индикатор заряда аккумулятора. Он показывает уровень электролита, уровень заряда. Индикатор находится в одной ячейки и показания в других ячейках могут отличаться, показывает заряд в норме аккумулятора даже при падении уровня SoC ниже 25%. Индикатор показывает уровень электролита и полный разряд.

Индикатор аккумулятора

Работа индикатора аккумулятора основана на том же принципе, что и работа ареометра. Внутри индикатора есть погружная камера в электролит, внутри нее плавают два шарика красного и зеленного цветов. Красный шарик не тонет в жидкости, а зелёный шарик имеет массу 1 г.

  • При наличии заряда и достаточного уровня красный шарик плавает на поверхности электролита в камере и упирается в конусную линзу, а зелёный шарик при плотности электролита большей 1,1 г/куб.см не тонет и находится в фокусе увеличивающей линзы.
  • При плотности электролита ниже 1,1 г/куб.см (означает что аккумулятор полностью разряжен) зелёный шарик опускается на дно.
  • При испарении электролита ниже уровня камеры заполнения где находятся шарики, красный шарик попадает в фокус увеличивающей линзы.
Как проверить напряжение аккумулятора

Как проверить заряд аккумулятора мультиметром?

Проверка АКБ мултиметром поможет вам определить напряжение, уровень заряда и даже плотность. Аккумулятор не должен заряжаться или разряжаться в течении 4 часов, в противном случае удалите поверхностный заряд. Включите мульти метр в режим измерения постоянного напряжения (DVC), диапазон установите (в поле DVC на значение 20) выше максимального значения напряжения на заряженном аккумуляторе – 20 вольт. Далее подключите черный (COM) щуп мульти метра на минус аккумулятора, а красный (плюсовой) на плюс АКБ и посмотрите показания на дисплее мульти метра. Показания на дисплее со знаком минус говорят, что вы подключили полярность проводов мульти метра наоборот.

Для определения уровня заряда сравните показания на дисплее с Таблицей уровня заряда SoC. Не допускайте падение уровня заряда ниже 50%, это значительно сокращает срок службы аккумулятора.

В необслуживаемом сульфатированном аккумуляторе напряжение показывает выше чем на самом деле, поэтому следует провести тестирование нагрузочной вилкой для определения фактической производительности и емкости.

Поверхностный заряд

Поверхностный заряд появляется в следствие неравномерного распределения серной кислоты и воды вдоль поверхности свинцовых пластин. В результате заряда и разряда АКБ электролит проникает глубоко внутрь активного вещества, в следствии чего невозможно определить точную работоспособность аккумулятора. Напряжение будет больше реального.

  • Рекомендуемый метод: Для предотвращения стратификации (расслоения) электролита можно слегка встряхнуть АКБ для промешивания электролита и оставить АКБ на 5 часов для стабилизации при комнатной температуре, только после этого замерить напряжение
  • Включить дальний свет на 5 минут и после 10 минут проверить напряжение
Уровень заряда (SoC). Как проверить емкость аккумулятора автомобиля?

Уровень заряда (SoC) определяет количество заряда (оставшуюся емкость) в процентном соотношении от полного заряда, проверить заряжен ли аккумулятор автомобиля. Примерно проверить емкость аккумулятора мультиметром (смотрите показания в таблице). Глубина разряда (DoD) является инверсией уровня заряда (SoC) как показано ниже.

Чтобы узнать Уровень заряда (SoC):

  • Измерьте температуру электролита
  • Если аккумулятор в течении последних 4 часов не заряжался или разряжался, то можно использовать температуру воздуха
  • Нужно измерить с помощью ареометра плотность электролита в каждой ячейке аккумулятора, или напряжение АКБ с помощью вольтметра или мульти метра. Для определения берется самый низкий показатель
  • Если производитель не указал Уровень заряда (SoC), тогда смотрите ниже в таблице для типа своего АКБ. Если вы не знаете тип аккумулятора смотрите
Таблица уровня заряда SoC (разомкнутой цепи)
Мало обслуживаемый Гибридный (Sb/Ca) или Стандартный (Sb/Sb) аккумуляторы
Плотность электролита, г/куб.смНапряжение, вольт
Темпер-атура
градусов
100% SoC75% SoC50% SoC25% SoC0% SoC100% SoC75% SoC50% SoC25% SoC0% SoC
48,91,2491,2091,1741,1391,10412,66312,46312,25312,07311,903
43,31,2531,2131,1781,1431,10812,66112,46112,25112,07111,901
37,81,2571,2171,1821,1471,11212,65812,45812,24812,06811,898
32,21,2611,2211,1861,1511,11612,65512,45512,24512,06511,895
26,71,2651,2251,1901,1551,12012,65012,45012,24012,06011,890
21,11,2691,2291,1941,1591,12412,64312,44312,23312,05311,883
15,61,2731,2331,1981,1631,12812,63412,43412,22412,04411,874
10,01,2771,2371,2021,1671,13212,62212,42212,21212,03211,862
4,41,2811,2411,2061,1711,13612,60612,40612,19612,01611,846
-1,11,2851,2451,2101,1751,14012,58812,38812,17811,99811,828
-6,71,2891,2491,2141,1791,14412,56612,36612,15611,97611,806
-12,21,2931,2531,2181,1831,14812,54212,34212,13211,95211,782
-17,81,2971,2571,2221,1871,15212,51612,31612,10611,92611,756
Мало обслуживаемый
Кальциевый (Ca/Ca) аккумулятор
Необслуживаемый Кальциевый (Ca/Ca) илиAGM/Гелевый VRLA (Ca/Ca) аккумуляторы
Плотность электролита, г/куб.смНапряжение, вольт
Темпер-атура
градусов
100% SoC75% SoC50% SoC25% SoC0% SoC100% SoC75% SoC50% SoC25% SoC0% SoC
48,91,2641,2241,1891,1541,11912,81312,61312,31312,01311,813
43,31,2681,2281,1931,1581,12312,81112,61112,31112,01111,811
37,81,2721,2321,1971,1621,12712,80812,60812,30812,00811,808
32,21,2761,2361,2011,1661,13112,80512,60512,30512,00511,805
26,71,2801,2401,2051,1701,13512,80012,60012,30012,00011,800
21,11,2841,2441,2091,1741,13912,79312,59312,29311,99311,793
15,61,2881,2481,2131,1781,14312,78412,58412,28411,98411,784
10,01,2921,2521,2171,1821,14712,77212,57212,27211,97211,772
4,41,2961,2561,2211,1861,15112,75612,55612,25611,95611,756
-1,11,3001,2601,2251,1901,15512,73812,53812,23811,93811,738
-6,71,3041,2641,2291,1941,15912,71612,51612,21611,91611,716
-12,21,3081,2681,2331,1981,16312,69212,49212,19211,89211,692
-17,81,3121,2721,2371,2021,16712,66612,46612,16611,86611,666

Измерение плотности АКБ ареометром дает более точный результат уровня заряда SoC, чем измерение напряжения. Комбинируя оба метода можно:

  • проверить реальную емкость аккумулятора
  • определить сульфатацию аккумулятора, из-за которой аккумулятор будет быстро разряжаться, плохо заряжаться, не сможет держать заряд.
Как проверить плотность аккумулятора?

Ареометр

Ареометр не дорогой прибор и прост в использовании. Далее мы разберем, как правильно проверить плотность электролита в аккумуляторе

Смотрите выше Таблицу уровня заряда SoC

Схема использования ареометра

Использование ареометра:

  • Температура электролита не должна превышать предельную 48,9 (Смотрите выше Таблицу уровня заряда SoC), если больше остудите
  • Аккумулятор не должен заряжаться или разряжаться в течении 4 часов, в противном случае смотрите 3 Удаление поверхностного заряда, проводите измерения отсоединённого аккумулятора.
  • Удерживая пустой ареометр вертикально, сожмите резиновую грушу, вставьте наконечник в электролит в ячейке, и отпустите грушу. Начните со стороны положительной (+) клеммы.
  • Убедитесь в том, что на поплавках нет пузырьков, в противном случае впускайте и выпускайте электролит сжимая грушу, до полного их вытеснения
  • Запишите значение, ареометр должен стоять вертикально, а взгляд должен быть перпендикулярен ареометру. Плотность электролита должна быть между 1.100 и 1.300
  • При записи показаний указывайте номер ячейки
  • Выдавите электролит обратно в ячейку
  • Протестируйте все 6 ячеек несколько раз для точного определения плотности
  • Замерьте температуру электролита с помощью стеклянного термометра и запишите
  • Плотность ячеек не должна разнится на 0,03 г/куб.см, между самой низкой плотностью ячейки и самой высокой плотностью ячейки. При полном заряде не должна отличаться плотность ячеек на 0,01 г/куб.см указанного производителем (см. плотность и температуру на аккумуляторе). В противном случае читайте параграф 9.14, как долить электролит и отрегулировать плотность в ячейке
  • Чтобы определить SoC найдите значение температуры и плотности (Смотрите выше Таблицу уровня заряда SoC). За значение плотности используйте наименьшую плотность ячейки
  • После тестирования сполосните ареометр водой

Почему в аккумуляторе замерз электролит? При понижении заряда уровень сопротивления замерзанию снижается. Ниже приведена таблица

Температура замерзания электролита

при разнице SoC (уровня заряда) и DoD (уровня разряда)

SoC
процентов
DoD
процентов
Температура
Заледенения

градус

100%0-67
75%25-37
50%50%-23
25%75%-15
0100%-6,7

Тестирование под нагрузкой

Тестирование под нагрузкой имитирует резкое потребление тока в амперах, похожее на запуск двигателя при старте. Для проведения тестирования вам понадобится нагрузочная вилка. Ее цена довольно высока и поэтому рекомендуется проведение этого теста поручить автоэлектрику. Тестирование стоит не дорого, а в некоторых сервис центрах его проводят бесплатно.

Таблица теста нагрузочной вилкой

Температура
Электролита

градус

Минимальное
напряжение

под нагрузкой

вольт

37.8°9.9
32.2°9.8
26.7°9.7
21.1°9.6
15.6°9.5
10.0°9.4
4.4°9.3
-1.1°9.1
-6.7°8.9
-12.2°8.7
-17.8°8.5

Виды энергосберегателей

Малосурьмянистые

Это обычный свинцовый представитель автомобильных энергосберегателей. Состоит из свинца, а в пластины добавлен химический элемент — сурьма. Их легко заряжать и у них есть склонность к саморазряду и стремительному выкипанию воды.

Кальциевые

Электропроводящие элементы легированы кальцием, благодаря такому усовершенствованию не требуют постоянного контроля за уровнем электролита. Тряска в машине не повредит энергосберегатель из-за повышенной виброоустойчивости. Его сложно повредить перезарядкой могут выдерживать напряжение до 14,8В.

Из недостатков — слабы в отношении длительных разрядок, если энергия упадет до значения ниже 10,8В необратимо потеряет 50% от своей изначальной емкости. Такой энергосберегатель подойдет для людей, которые часто ездят на дальние расстояния.

Гибридные

Сочетает преимущества малосурьмянистых и кальцевых источников энергии. Выносливые к сильным разрядам и не фатально портятся от вскипания.

Проверка плотности тосола при покупке

При покупке плотность тосола определяют для того, дабы выявить подделку, самой примитивный из которых является вода, покрашенная в синий цвет. Продавец может предложить проверить охлаждающую жидкость при помощи особого ареометра: добротный тосол имеет плотность 1,073-1,079 г/см3. Впрочем такая проверка может ничего не дать. В подделке могут содержаться триэтиленгликоль, диэтиленгликоль либо пропиленгликоль, которые гораздо дешевле этиленгликоля, впрочем при этих составляющих плотность будет соответствовать норме. Вестимы случаи, когда для достижения нужных показателей в воду добавляли поваренную соль.Дабы не нарваться на подделку, необходимо приобретать тосол только в огромных магазинах.Качество тосола при покупке отменнее проверять при помощи лакмусовой бумажки, сходственный способ является самым подлинным. Опустите бумажку в тосол и сравните итог со шкалой, дабы определить рН раствора. Если бумажка стала розовой (рН=1-5), раствор содержит много кислоты и является подделкой, если бумажка купила синий цвет (рН=10-13), в растворе много щелочи, что говорит о подделке либо о некачественном тосоле. Зеленый цвет бумажки (рН=7-9) свидетельствует о том, что тосол может быть добротным.

Говоря о необходимости повысить плотность аккумулятора , мы, безусловно же, имеем в виду плотность электролита в аккумуляторных батареях. Повернул ключ два-три раза, и все – стартер не вертит. Исключительно если зажигание не отрегулировано.


Вам понадобится

  • – ареометр,
  • – электролит,
  • – зарядное устройство

Инструкция

1. В сходственных случаях, раньше каждого, проверьте, довольно ли заряжен ваш аккумулятор.Если он длинно стоял на хранении, снятый с автомобиля, абсолютно допустимо АКБ утратила свой заряд. Это явление именуется саморазрядом. Потеря заряда АКБ может быть и на эксплуатируемом автомобиле при определенном режиме движения.С понижением заряда батареи падает и плотность электролита. Эти два показателя узко взаимосвязаны. Поставьте аккумулятор на зарядку, и вы повысите плотность . Не позабудьте открыть пробки.Учтите, чем меньшим током вы будете заряжать вашу батарею, тем полнее и глубже вы зарядите аккумулятор. Для «55-го», скажем, оптимальным будет ток 2.75 А. 2. Проверьте плотность заряженной батареи. Если по истечении 10-12 часов ее плотность не достигла показаний 1.27 – 1.28 г/куб. см, вы не отслеживали кипения и выделения газов из банок АКБ – переходите к возрастанию плотности доливом свежего электролита.Для этого с соблюдением всех мер предосторожности резиновой грушей либо тем же ареометром поочередно из всякой банки забирайте электролит и сливайте в какую-либо стеклянную посудину. Дабы не переводить впустую свежий электролит, заберите и вылейте, в зависимости от потери плотности, из банки сразу несколько всасываний. 3. Восполняйте объем приготовленным свежим электролитом плотность ю 1.4 г/куб. см и периодично замеряйте изменяющуюся плотность . Тяготитесь к равным показателям во всех аккумуляторных банках.По окончании операции и окончательных замеров электролит в банках нужно перемешать. Для этого поставьте аккумулятор опять на зарядку малым током, не давая кипеть. Перемешиваться электролит будет и в аккумуляторе, установленном на автомобиле с работающим мотором. Видео по теме Обратите внимание! Никогда не пытайтесь повысить плотность аккумуляторных батарей доливкой в электролит концентрированной кислоты, какой бы низкой она ни была! Полезный совет Все работы, связанные с переливанием электролита, делайте в резиновых перчатках.

Уменьшение плотности электролита происходит в основном при полной разрядке аккумулятора. При этом возрастает внутреннее сопротивление аккумулятора и уменьшается его емкость, что приводит к трудностям при попытке запустить мотор из-за снижения мощности стартера. Разглядим, как дозволено повысить плотность электролита.


Вам понадобится

Инструкция

1. Откройте пробки в верхней части аккумулятора и с поддержкой особого прибора, ареометра, измерьте плотность электролита. Для этого в стеклянную трубку, внутри которой находится поплавок, наберите электролит и по делению на поплавке определите его плотность. Если плотность поменьше, чем 1.12, то восстановить ее теснее вряд ли получится. 2. Всецело зарядите аккумулятор до того, пока не закипит электролит в банках. При этом значение плотности должно подняться до 1.26-1.28. Желанно осуществить несколько полных циклов зарядки-разрядки, для этого зарядите аккумулятор при помощи мелких токов, позже чего разрядите до 10.8 вольт, подключив на несколько часов сопротивление в 50 Ом либо лампу на 20-30 Ватт. 3. Позже этого перемножьте ток на время, в течение которого разряжался аккумулятор – таким образом, вы рассчитаете значение реальной емкости. Повторите каждый цикл еще раз. Позже этих манипуляций емкость и плотность обязаны увеличиться. Вновь измерьте плотность ареометром. 4. Если позже всех причисленных действий плотность электролита составляет менее 1.26, то скорректируйте ее с подмогой добавления электролита плотностью 1.40. Для этого грушей удалите часть электролита из аккумулятора, а взамен нее добавьте новейший электролит с высокой плотностью, пока плотность результирующего состава не достигнет требуемого значения. 5. Позже этого вновь зарядите аккумулятор малым током, не больше 2-х Ампер в течение получаса для того, дабы дать перемешаться электролиту. Вновь проверьте плотность и если она поменьше нормы, вновь добавьте электролит. Обратите внимание! Весьма не рекомендуется всецело сливать электролит из аккумулятора, от того что в этом случае дозволено замкнуть пластины мусором, тот, что отрывается от них и оседает на дне банки.

Если автомобильный аккумулятор стал слишком стремительно разряжаться, то рекомендуется проверить плотность электролита . Замерить и “подогнать” плотность электролита желанно также при резкой смене температуры.


Вам понадобится

  • спиртовой термометр и особый измерительный прибор (рис 1), состоящий из резиновой груши (поз. 1), одетой на стеклянную трубку (поз. 2). В противоположную сторону трубки вставлена резиновая пробка (поз. 4) с заборником (поз. 5). Внутри стеклянной трубки находится ареометр (поз. 3).

Инструкция

1. Для измерения плотности наполните с поддержкой резиновой груши стеклянную трубку электролитом через заборник приблизительно до половины высоты трубки. Ареометр должен вольно плавать в жидкости, не касаясь пробки, груши и боковых стенок колбы. Только в таком случае измерение плотности будет положительным. 2. Считайте значение плотности по цифровому значению на шкале, которая находится внутри верхней части ареометра, в месте контакта мениска электролита с трубкой ареометра. Позже измерения плотности и температуры откорректируйте полученные значения. 3. При температуре электролита , отличающейся от температуры 25 °С огромнее чем на 5 °С, получившуюся при замере величину плотности электролита измените с учетом температурной коррекции: на весь 1 градус по Цельсию делается коррекция в 0,0007 грамм на кубический сантиметр. Если поменьше, то поправку вычитаете, если огромнее — прибавляете. Либо, ориентируясь по дальнейшей таблице, определите, соответствует ли плотность электролита требуемым параметрам. 4. Но если нужных параметров в этой таблице нет (скажем, если нужно зимой замерить плотность электролита в аккумуляторе автомобиля), воспользуйтесь легкой, но приблизительной зависимостью: на всякие 15 градусов по Цельсию плотность электролита изменяется на 0.01 грамм на кубический сантиметр. Видео по теме Полезный совет Плотность электролита гораздо изменяется при увеличении либо уменьшении температуры, следственно перед замером плотности измерьте температуру электролита. Существуют ареометры со встроенными термометрами, что мощно упрощает процедуру измерения плотности и температуры электролита.

Плотность электролита снижается при разрядке аккумулятора, куда он заливается. Дабы поднять его плотность, попытайтесь зарядить аккумулятор до кипения в банках. Если позже этого плотность электролита не поднялась до надобного показателя, освободите в нем место и долейте серную кислоту.


Вам понадобится

  • ареометр, серная кислота либо концентрированный электролит, зарядное устройство.

Инструкция

1. Поднятие плотности электролита без доливания кислотыПервым знаком падения плотности электролита является разрядка аккумулятора. Для того дабы определить плотность, используйте ареометр. Для этого с его подмогой оттяните некоторое число электролита и по всплывающим поплавкам определите его плотность. Она должна составлять 1,27 г/см3, зимой она может быть чуть выше. Если плотность электролита поменьше нормы, подсоедините аккумулятор к зарядному устройству и заряжайте его до тех пор, пока электролит в банках не закипит. После этого разрядите его с поддержкой лампы, за это время измерьте ток разрядки и ее время. Перемножив эти значения, узнайте емкость аккумулятора и сравните ее с паспортной. Если она больше чем на 30% поменьше, то перезарядка не поможет. В обратном случае вновь зарядите аккумулятор и замерьте плотность электролита . Она должна прийти в норму. 2. Поднятие плотности электролита доливанием кислотыВ том случае, если 1-й способ не помог, и плотность электролита остается менее 1,27 г/см3, долейте кислоту. Для этого ареометром оттяните некоторое число электролита и залейте серную кислоту. Учтите, что ее плотность составляет 1,83 г/см3, и это дюже резкое вещество. В автомагазинах продается концентрат электролита плотностью 1,4 г/см3 – он больше неопасен, следственно отменнее используйте его. Доливайте концентрат, пока плотность не увеличится до надобного значения. Позже этого поставьте аккумулятор на зарядку с небольшим током (не больше 2 А) на 30 мин. За это время электролит всецело перемешается. Вновь проверьте плотность во всех банках. Она должна быть идентичной и соответствовать нормам. Если плотность все еще мала, повторите операцию вновь. 3. Специальную осторожность соблюдайте при работе с серной кислотой. Не допускайте ее попадания на кожу либо одежду. Если это случилось, смойте электролит огромным числом воды и обработайте это место раствором соды, которая нейтрализует кислоту. При оттягивании раствора ни в коем случае не переворачивайте аккумулятор, так как шлам от пластин может закоротить батарею, и она испортится.

Если стартер автомобиля еле вертится, то стоит проверить плотность электролита в аккумуляторе. Для этого довольно особого ареометра. Если плотность электролита окажется неудовлетворительной, то нужно предпринять ряд мероприятий по реанимации аккумулятора – подзарядить его и увеличить плотность электролита .


Вам понадобится

  • автотестер либо мультиметр, зарядное устройство, свежий электролит

Инструкция

1. Подзарядите и установите на автомобиль аккумулятор. Параллельно клеммам аккумулятора подключите автотестер, включенный в режиме вольтметра. Стрелка автотестера должна стоять в желтой зоне. Мультиметр должен показать напряжение 11,9 – 12,5 вольта. 2. Заведите мотор, выведите его циклы на 2,5 тыс.об. в мин. Замеряйте напряжение на клеммах аккумулятора. При проверке автотестером в режиме вольтметра, стрелка должна быть в зеленом секторе. Мультиметр должен показать напряжение 13,9 – 14,4 Вольта. Если напряжение не изменилось, значит, отсутствует ток зарядки и автомобиль требует ремонта, а аккумулятор зарядки. Заряжайте аккумулятор током, значение которого (в Амперах) в 10 раз поменьше емкости батареи (в Ампер*час) в течение 10 часов. Дальнейшие 2 часа зарядку изготавливаете током (в Амперах), меньшим от емкости батареи (в Ампер*час) в 20 раз. Скажем, при емкости батареи 60 ампер*часов 1-й ток зарядки равен 6 амперам, 2-й равен 3 амперам. (2-й режим является уравнительным, применяется для выравнивания плотности электролита во всех банках аккумулятора).Заряжайте аккумулятор, пока не начнется насыщенное газовыделение во всех банках. 3. Если при проверке на автомобиле с заведенным мотором напряжение на клеммах аккумулятора поднялось выше 14,4 вольта, значит, реле-регулятор автомобиля неисправен и требует ремонта, а электролит в аккумуляторе непрерывно мощно выкипал. Потому что в таких случаях электролит дословно выплескивается, а добавляют в аккумуляторы для выравнивания яруса электролита только дистиллированную воду, ничего ошеломительного в низком ярусе плотности электролита нет. В таком случае всецело зарядите аккумулятор и выровняйте плотность электролита в банках, отливая ветхий и слабый электролит и добавляя свежий. Делайте эту операцию только на всецело заряженном аккумуляторе, ориентируйтесь по напряжению на клеммах, которое при отключенном и отсоединенном зарядном устройстве должно составить 12,7 Вольта.

Многие автолюбители, исключительно с небольшим навыком, сталкиваются с загвоздкой заводки автомобиля позже продолжительной стоянки, а также с наступлением первых холодов. В большинстве случаев позже нескольких неудачных попыток завести мотор машины начинается поиск поводы, которая кроется почаще каждого в отсутствии надлежащего контроля за состоянием аккумуляторной батареи. Если автомобилем не пользовались долгое время, либо эксплуатировали его в зимний период, да еще в городских условиях, когда доводится длинно стоять в пробках с включенными приборами, вероятность севшего аккумулятора высока.

Инструкция

1. Отключите аккумулятор от бортовой сети автомобиля и измерьте напряжение на батарее вольтметром. Желанно делать это не сразу, а через несколько часов позже остановки мотора и в теплом помещении, напротив придется при делать поправку на температуру электролита. Степень заряженности батареи дозволено определить по таблицам в справочниках. Если этих данных нет под рукой, то ориентируйтесь на приблизительные цифры – 12,2 вольт обозначает 50% разряда; 11,6 вольт – 100% разряд. 2. Измерьте плотность электролита с поддержкой ареометра (денсиметра), если у вас обслуживаемый аккумулятор. У всецело заряженного прибора параметры обязаны быть 1.28 -1.29 гсм?, в летнее время 1.26-1.27 гсм?, при разряде на 50% -1.20 гсм?, у всецело разряженного – 1.10. Обладатели современных необслуживаемых батарей освобождены от этой процедуры. 3. Подзарядите аккумулятор с подмогой зарядного устройства. Если напряжение поменьше 12.6 В и плотность электролита ниже 1.24 гсм. куб, заранее доведя до нормы ярус и плотность электролита. 4. Проверьте напряжение на батарее при работающем моторе на циклах 1500-2000 обмин и включенном далеком свете фар. Напряжение от 13,9 вольт до 14,3 вольт говорит о том, что система подзарядки работает оптимально, а отклонения в меньшую либо крупную сторону разрешают делать итог о неудовлетворительном заряде либо перезаряде. И то, и другое пагубно для аккумулятора и снижает срок его эксплуатации. Недозаряд может быть следствием слабой натяжки ремня генератора. 5. Примите себе за правило подзаряжать аккумулятор позже долгой паузе в пользовании автомобилем (летом больше 3 недель, зимой больше 10 дней). Помните, что включенная автосигнализация также приводит к постепенному разряду батареи. Полезный совет Пред измерением плотности аккумулятора желанно замерить ярус электролита.

Эксплуатация зимой

Перед началам зимнего периода, нужно провести определенную подготовку. Для этого следует постоянно проверять заряд накопителя и концентрацию католита. Чтобы избежать переохлаждения батареи, используйте специальные термокейсы или утепленные одеяла для подкапотных составляющих деталей вашего автомобиля.

Чтобы машина запускалась в холодном январе — утеплите капот! Не забывайте про смену моторного масла, оно должно сохранять свою текучесть и не замерзнуть при минусовой температуре.

Цифровые показатели, на которые нужно ориентироваться

Поскольку химическая составляющее АКБ напрямую зависит от температурных факторов, существуют общепринятые цифровые показатели, обозначающие уровень оптимальной концентрации электролита. На юге РФ это 1,25, в районах средней полосы — 1,27, а в северных регионах — 1,29 гр/см3.

Итак, как проверить уровень электролита в аккумуляторе и его плотность? Отнесите батарею в помещение с комнатной температурой, удалите с нее загрязнения, откройте банки и воспользуйтесь стеклянной трубочкой и ареометром. Не забудьте надеть перчатки. Проверку аккумулятора нужно осуществлять регулярно для обеспечения наилучшего уровня его работы.

Эксплуатация летом

Жара вредит вашему накопителю не меньше, чем экстремальные морозы! В период знойного июля, когда асфальт начинает плавиться, следите за уровнем электролита, если он падает, доливайте дистиллированную жидкость.

При высоких температурах образования водорода внутри устройства батареи становится больше. Следите за вентиляционными каналами, они должны быть чистыми, ничто не должно препятствовать выходу избыточного газа.

Это спасет АКБ от преждевременного завершения эксплуатационного периода! Также летом стоит уделять повышенное внимание избеганию контакта с огнем. Риск взрыва в это время года значительно выше из-за высокой температуры.

Инструкция проверки

Проверить уровень плотности – задача не трудная. Для ее выполнения нужно лишь обзавестись специальным прибором. Некоторые автоэксперты советуют денсиметр, другие – ареометр.


В данном материале будет подана инструкция того, как проверить плотность при помощи ареометра.

Прежде чем приступить непосредственно к проверке плотности, нужно запомнить, что делать это желательно при температуре +25°С. А также, помимо ареометра, понадобятся мерный стакан и клизма-груша, собственно сам электролит, но обязательно свежий, также дистиллированная вода и, при отдельной необходимости, о чем будет рассказано немного позже, аккумуляторная кислота, паяльник и дрель.

Итак, пошаговая инструкция правильной проверки параметра плотности в АкБ:

  1. Отдельно для каждой банки измерить параметры электролита.
  2. При помощи клизмы-груши откачать из каждой банки поочередно максимальное количество старого раствор. При этом также нужно замерить его объем.

  3. Долить свежий электролит в количестве половины объема от ранее выкачанного.
  4. Активно потрясти/покачать аккумулятор, чтобы обеспечить смешивание жидкостей.
  5. Проверить анализируемый параметр путем погружения ареометра в электролит благодаря заливному отверстию в корпусе АкБ. При этом электролит перетечет в стеклянную трубку, а поплавок прибора всплывет в корпусе, не прикасаясь к стенкам трубки. После того, как колебания ареометра прекратятся, уровень плотности будет показан не шкале. В случае, если значение не достигло оптимального, ранее перечисленные операции следует производить повторно до тех пор, пока показатели будет нормальные.
  6. Остаток долить дистиллированной водой.

Особенности повышения плотности

Приняв во внимание все нюансы, стоит рассказать о том, как поднять плотность при изменении концентрации электролита в аккумуляторе.

Сделать это можно самостоятельно. Ведь чтобы поднять сниженную плотность у электролита, никаких отверстий в аккумуляторе обслуживаемого типа делать не придётся.

Нормой измерения при комнатной температуре считается 1,25-1,29 г/см3. Если показатели ниже, нужно поднимать плотность. Снижение параметров только в одной банке указывает на короткое замыкание.

Есть несколько рекомендаций для того, чтобы повысить плотность упавшего электролита в самом аккумуляторе. Для начала нужно сделать следующее:

  • Полностью зарядить АКБ, поскольку проверять плотность при разряде проводить нельзя. Добавив электролит, концентрация резко увеличится и начнётся разрушение пластин.
  • Привести температуру жидкости в норму. Работать следует в диапазоне 20-25 градусов Цельсия.
  • Убедиться, что уровень в каждой банке соответствует норме.
  • Осмотреть АКБ на предмет повреждений и дефектов.

Далее проводится непосредственно сама корректировка параметров плотности с помощью электролита, чтобы в аккумуляторе восстановить рабочие характеристики.

Если уровень слишком низкий и упал ниже 1,18 г/см3, восстановлению такая АКБ уже не подлежит.

Если плотность выше этого порога, её требуется увеличить. Для этого нужно:

  • разрядить АКБ, подключив её к какому-нибудь потребителю вроде лампочки;
  • подготовить корректирующий электролит, продаваемый в магазинах;
  • с помощью груши откачать небольшое количество смеси из каждой банки;
  • добавить не более 50% от откаченного объёма новый электролит;
  • поставить батарею на зарядку минут на 30, чтобы выровнять концентрацию во всех банках;
  • дать постоять АКБ на ЗУ при минимальном зарядном токе;
  • отключить батарею.

Примерно через 2-3 часа делается повторная проверка. Если концентрация ещё недостаточная, процедура повторяется.

Видео: как поднять плотность электролита в банках АКБ

Канал «Denis МЕХАНИК» в своем видеоролике подробно рассказал о том, как проверить и увеличить плотность электролита в аккумуляторе.

Плотность электролита в аккумуляторе очень важный параметр у всех кислотных АКБ, и каждый автовладелец должен знать: какая плотность должна быть, как её проверить, а самое главное, как правильно поднять плотность аккумулятора (удельный вес кислоты) в каждой из банок со свинцовыми пластинами заполненных раствором h3SO4.

Проверка плотности – это один из пунктов процесса обслуживания аккумуляторной батареи, включающий так же проверку уровня электролита и замер напряжения АКБ. В свинцовых аккумуляторах плотность измеряется в г/см3. Она пропорциональна концентрации раствора, а обратно зависима, относительно температуры жидкости (чем выше температура, тем ниже плотность).

По плотности электролита можно определить состояние батареи. Так что если батарея не держит заряд, то следует проверить состояние её жидкости в каждой его банке.

Плотность электролита влияет на емкость аккумулятора, и срок его службы.

Проверяется денсиметром (ареометр) при температуре +25°С. В случае, если температура отличается от требуемой, в показания вносятся поправки, как показано в таблице.

Итак, немного разобрались, что это такое, и что нужно регулярно делать проверку. А на какие цифры ориентироваться, сколько хорошо, а сколько плохо, какой должна быть плотность электролита аккумулятора?

Плотность электролита в аккумуляторе — какая должна быть, проверка, как повысить

Свинцово-кислотным аккумуляторам уже более полутора столетий, но позиции в автомобилестроении они не сдают и по сей день. Главных причин тому две: низкая себестоимость и морозоустойчивость. Литий-ионный аккумулятор, пускай он и  гораздо компактнее и легче при сопоставимой с свинцово-кислотным емкости, но стоит в разы дороже и уже при 0° С его емкость упадет вдвое (в то время как у свинцовой батареи это произойдет только при -30° С). И это не говоря уже о гораздо большей требовательности к условиям заряда и разряда.

Необслуживаемые кальциевые и AGM-аккумуляторы завоевывают все большую популярность, но  АКБ традиционной конструкции с возможностью обслуживания все так же можно увидеть под капотом автомобиля. Контроль уровня и состояния электролита  увеличивает ресурс аккумулятора, а самое главное – страхует от проблем зимой, что «рукастому» владельцу только в плюс.

Принцип действия аккумулятора

Говоря о плотности аккумуляторного электролита, нужно начать с самого принципа работы автомобильных аккумуляторов. Во время заряда-разряда в аккумуляторе протекают около 60 реакций, как утверждают исследования еще советских времен,но основной из них является только одна: в процессе разряда оксид свинца на катоде (отрицательном электроде) и свинец на аноде (положительном электроде) «забирают» сульфат-ионы из раствора серной кислоты, превращаясь в сульфат свинца, причем на катоде дополнительно образуется вода, а при заряде сульфат свинца, напротив, «отдает» сульфат-ионы в электролит.

Таким образом, во время разряда плотность электролита падает, при полном разряде между пластинами фактически остается дистиллированная вода, а во время заряда она возрастает. Тогда почему падает плотность раствора в аккумуляторе со временем, если эти процессы зеркальны?

Причина в том, что сульфат свинца, образующийся при разряде аккумуляторной батареи, не всегда полностью расходуется в ходе заряда. Особенно это заметно на морозе и после длительного пребывания батареи в разряженном состоянии: пластины покрываются сначала белыми разводами крупнокристаллического сульфата свинца, а затем эти кристаллы постепенно осыпаются вниз и в дальнейшей реакции, проходящей при зарядке, практически не участвуют.


Поэтому сульфатация пластин аккумулятора является однозначно вредным явлением. Снижается емкость аккумулятора, прочность пластин, а из-за падения плотности электролита батарея хуже набирает заряд: чем ниже плотность раствора, тем хуже проводимость. Полностью разряженный аккумулятор практически не принимает заряд – сопротивление электролита между его пластинами слишком велико.

Однако плотность может со временем и вырастать. Так как электролит – это не чистая серная кислота, а ее водный раствор, то при зарядке АКБ протекает еще одна реакция: банальный электролиз воды, малозаметный в начале цикла, но к концу идущий по нарастающей. Поэтому старые рекомендации по заряду обслуживаемых АКБ советовали дождаться «кипения» аккумулятора – резкого роста выделения кислорода и водорода в банках. Теряя воду, со временем электролит снизит свой уровень, а плотность его неизбежно возрастет – даже с учетом постепенного связывания серной кислоты на пластинах и в осыпи вода при «кипении» теряется быстрее.

Нормальная плотность электролита

Чистая серная кислота в аккумуляторах не используется – это чрезмерно опасно, значительно возрастает скорость сульфатации пластин даже при нормальной эксплуатации. Из эксплуатационных соображений плотность электролита аккумулятора выбрана такой, чтобы обеспечить возможность уверенной работы при отрицательных температурах, достаточную удельную емкость и скорость заряда.


При нормальных условиях (под которыми в физике принято понимать, среди прочего, температуру +20° С) плотность электролита в полностью заряженном аккумуляторе составляет 1,28-1,3 г/см3. Как можно видеть на приведенной иллюстрации, именно такая плотность обеспечивает наибольшую морозоустойчивость. Заодно заметно, что у полностью разряженного аккумулятора риск замерзания зимой очень велик – достаточно температуре опуститься ниже -5, как в электролите образовываются кристаллики льда.

Зимняя и летняя плотность электролита

Однако на практике измерение плотности электролита в аккумуляторе при строго заданной температуре невозможно: зимой в гараже плотность у исправного и заряженного аккумулятора увеличится, а летом, да еще и сразу после поездки, напротив, будет ниже. Поэтому принята система поправок при измерениях в зависимости от температуры аккумулятора, которая отображена в таблице ниже.:

Температура электролита, °С Поправка, г/см3
От –40 до –26 –0,04
От –25 до –11 –0,03
От –10 до +4 –0,02
От +5 до +19 –0,01
От +20 до +30 0,00
От +31 до +45 0,01

Таким образом, если Вы измеряете плотность зимой во время легкого заморозка (до -10), то у заряженного аккумулятора она должна составлять 1,3-1,32 г/см3, так как с поправкой -0,02 мы и получим «стандартные» 1,28-1,3. На жаре же уже нормой плотности  будут 1,27-1,29 г/см3.

Ещё кое-что полезное для Вас:

Порядок измерения плотности аккумулятора

Для начала аккумулятор необходимо установить на ровную горизонтальную плоскость и очистить  крышку от пыли и грязи. Лучше для этого использовать ткань, смоченную слабым раствором соды, как самой доступной щелочи: она нейтрализует возможное отпотевание электролита вокруг пробок.

Теперь проверяем уровень электролита. Проще это сделать на аккумуляторах с полупрозрачными стенками – на стенках есть риски, с помощью которых можно сразу понять, находится ли уровень в пределах допустимого. Важна не только сама высота уровня, но и равномерность по банкам: там, где уровень электролита заметно меньше, возможна неисправность (негерметичность стенок или днища, быстрое «выкипание» электролита из-за его чрезмерной изначальной плотности и так далее). Если стенки у аккумулятора непрозрачные, воспользуйтесь прозрачной трубкой, опуская ее в отверстия пробок до упора в набор пластин и затыкая после этого верхний конец пальцем: вытащив трубку, Вы увидите, насколько электролит выше пластин. Нормой считается высота уровня в 10-15 мм над пластинами.

Если в какой-то банке уровень электролита ниже нормы, доведите его до нужного,  аккуратно доливая дистиллированную воду. Как мы уже писали выше, чаще всего уровень снижается из-за потери воды за счет электролиза, поэтому восполнять уровень готовым электролитом нельзя.

Перед проверкой плотности обеспечьте батарее состояние стопроцентной заряженности – подсоедините зарядное устройство до момента «кипения» или до его отключения, если используете автоматическую модель. Это нужно и для того, чтобы плотность в банке выровнялась после доливания дистиллированной воды, иначе измерение даст ошибочный результат.

Распространенный прибор для контроля плотности – это ареометр, представляющий собой прозрачную колбу с грушей для набора жидкости. Внутри этой колбы находится грузик с делениями – в набранный электролит он погрузится на высоту, зависящую от плотности аккумулятора, и риска, по которую он погрузится, и укажет на результат измерения.

Однако есть и более удобный и универсальный прибор – речь идет об оптическом рефрактометре, который способен также измерять температуру замерзания охлаждающей жидкости и «омывайки». Для измерения достаточно капнуть на нужное место из пипетки и прижать каплю прозрачным стеклом-крышкой. Посмотрев на свет через рефрактометр, вы увидите по риске плотность электролита. Это быстрее, да и точнее, чем привычный способ с ареометром.


Как повысить или понизить плотность в аккумуляторе

Как поднять плотность электролита в аккумуляторе или, наоборот, понизить ее, если измерения показали, что она выходит за пределы нормы? Сразу предупредим: придется повозиться.

Для начала нужно запастись электролитом повышенной (и заранее известной!) плотности. Для удобства возьмем электролит с плотностью 1,4 г/см3 – он достаточно безопасен при работе. Далее необходимо узнать, каков объем одной банки аккумулятора, полностью слив ее в стеклянную градуированную емкость. Отнимая некоторое количество электролита и доливая заранее запасенный «крепкий» (или, наоборот, дистиллированную воду), можно соответствующим образом довести плотность до необходимой. Ориентируйтесь на следующую таблицу для объема в 1 литр:

Измеренная плотность Отбор электролита, мл Доливка электролита, мл Доливка воды, мл
1,24 252 256  
1,25 215 220  
1,26 177 180  
1,27 122 126  
1,28 63 65  
1,29      
1,30 36   38

В результате вы получите 1 литр электролита с плотностью 1,29 г/см3 – эта величина находится ровно посреди допуска.

Приведем пример: из банки слилось 0,8 литра раствора с плотностью 1,24 г/см3. Из простейшей пропорции можно вычислить, что нам нужно отлить 201 мл из этого объема и добавить 204 мл «крепкого» электролита. Почему различаются объем доливки и удаляемый объем? Любой бывалый самогонщик подскажет: раствор серной кислоты в воде, как и в случае со спиртом, меняет свой объем в зависимости от процентного соотношения компонентов, и 100 мл кислоты в смеси со 100 мл воды дадут отнюдь не 200 мл раствора.

Можно ли избежать этой возни? Естественно. Раз уж вам приходится сливать электролит из банки, то гораздо быстрее сразу залить туда свежий электролит нормальной плотности. Не помешает и промыть перед этим его дистиллированной водой: это лишний плюс для ресурса батареи.

Видео: Как правильно поднять плотность электролита в аккумуляторе

какая должна быть, как проверить, как поднять плотность

Какая плотность электролита должна быть в аккумуляторе

Добраться до электролита, измерить плотность и отрегулировать показатель можно только в обслуживаемых аккумуляторах. Они изготавливаются по технологии WET или иначе мокрых банок. Представляют собой пластиковый корпус, поделенный на 6 отсеков (банок). В отсеках находятся пакеты пластин, залитые электролитом. Каждая банка это отдельный маленький аккумулятор напряжением 2,1 вольт, соединённые последовательно. Поэтому на крайних контактах в сумме получается 12,5 – 12,6 В. Сверху отсеки закрыты крышкой с пробками. Через эти пробки можно контролировать состояние электролита. Внешне всё выглядит как пластиковая коробка с ручкой, пробками и двумя контактами плюс и минус.

Залитые свинцово – кислотные батареи до сих пор остаются самыми распространёнными АКБ (аккумуляторными батареями). Их используют в легковых и гольф автомобилях, газонокосилках и другой садовой технике, грузовиках и на водном транспорте. Имеют две отличительные особенности – низкую цену и необходимость обслуживания. В составе электролита никаких секретов нет, это водный раствор обыкновенной серной кислоты h3SO4.

Показатель плотности измеряют в весе одного кубического сантиметра раствора. В продаже имеется электролит для заливки плотностью — 1,28 г/см3 и так называемый, корректирующий — 1,33. Для изготовления электролита плотностью 1,28 при температуре 25 °С смешивают 0,285 мл кислоты с 0,781 лм дистиллированной воды.

Оптимальная плотность очень важна для стабильной и долговечной работы аккумулятора. Она зависит от уровня заряда и температуры окружающей среды при измерении. Достоверные данные можно получить только на полностью заряженной батарее с температурой электролита 25 °С.

Немаловажным фактором являются условия эксплуатации. Для жаркого и холодного климата используют батареи с различной плотностью. В условия Крайнего Севера при сильных морозах она должна быть 1,3 и снижаться до 1,23 в жарком климате при высокой температуре. Это связано с поведением электролита при различных температурах. На морозе он должен не замерзнуть и не закипеть в жару. Для эксплуатации в средних климатических условиях допускается плотность 1,27 полностью заряженной АКБ. На разряженной показатель снижается до 1,11 и ниже.

Как проверить плотность электролита аккумулятора

Обслуживаемые АКБ требуют повышенного внимания. Они склонны к выкипанию и разбрызгиванию электролита. Плотность в банках может разнонаправленно меняться. Поэтому замеры необходимо проводить через каждые 15 – 20 тыс. км пробега или весной и осенью.

Для измерения необходим ареометр, очки, резиновые или силиконовые перчатки и старая одежда. Электролит очень агрессивен. В зависимости от чувствительности, при попадании на кожу его можно не почувствовать. А вот глаза и слизистые оболочки нужно беречь. Попадание на одежду на первый взгляд незаметно. Но даже небольшие капли проявят себя. После стирки обнаружатся большие и маленькие дырки на любимых джинсах, рубашке или куртке.

Ареометр – единственный прибор для измерения плотности электролита. Состоит из стеклянной колбы с помещенным внутрь денсиметром. Сверху находится резиновая груша. Денсиметр, это запаянная стеклянная трубка с металлическими шариками в нижней части и утончённым верхом. В утонченной части расположена шкала.

Для измерения нужно открутить пробки. Нажать на грушу и поместить в заливное отверстие кончик ареометра. Отпустить грушу и набрать электролит до всплывания денсиметра. Он не должен касаться донышка и стенок колбы. Ареометр нужно держать в вертикальном положении. Денсиметр будет плавать, на плотность укажет шкала на уровне электролита. Предварительный замер укажет на состояние аккумулятора. Обычно крайние банки разряжены сильнее и плотность в них меньше средних. После замера надо проверить уровень электролита, если необходимо долить дистиллированную воду.

Состояние батареи можно оценить только полностью зарядив её. Заряжаем АКБ и даём отдохнуть пару часов. Зарядка сопровождается кипением и повышением температуры электролита. Для достоверного замера газы должны выйти, температура упасть. После остывания можно проводить измерение. В зависимости от этих результатов можно сделать выводы о состоянии АКБ.

Таблица плотности электролита в аккумуляторе

Состояние можно оценить сопоставив плотность и напряжение аккумулятора, это делают руководствуясь данными таблицы:

Плотность электролита, г/см3

Напряжение без нагрузки, В

Напряжение под нагрузкой 100 А, В

Уровень заряда, %

1,11

11,7

8,4

0

1,12

11,75

8,5

6

1,13

11,8

8,6

12

1,14

11,85

8,8

19

1,15

11,9

9

25

1,16

12

9,2

31

1,17

12

9,3

37

1,18

12,1

9,4

44

1,19

12,2

9,6

50

1,2

12,25

9,7

56

1,21

12,3

9,9

62

1,22

12,35

10

69

1,23

12,4

10,2

75

1,24

12,47

10,3

81

1,25

12,5

10,5

87

1,26

12,6

10,6

94

1,27

Не менее 12,66

10,8

100

Не всегда возможно создать идеальные условия для зарядки и измерения плотности электролита. В большинстве случаев применяют поправки. Для этого пользуются таблицей приведения полученных измерений.

Температура электролита от и до, °С

Температурная поправка, г/см3

+ 47 + 50

+ 0,02

+ 33 + 46

+ 0,01

+ 18 + 32

0

+ 4 + 17

— 0,01

+ 3 – 10

— 0,02

– 11 – 25

— 0,03

– 26 – 39

-0,04

– 40 – 50

-0,05

На что влияет плотность электролита в аккумуляторе

Отрицательно влияют на аккумулятор колебания плотности в обе стороны.

При повышенной бурный химический процесс ведет к выкипанию воды и разрушению пластин. Необходимо постоянно доливать дистиллированную воду. Срок эксплуатации АКБ резко снижается.

Низкая затрудняет пуск двигателя, а при отрицательной температуре электролит может попросту замерзнуть. В теплый период года затруднения можно не заметить, но зимой стартер не сможет прокрутить двигатель. Электролит плотностью 1,11 замерзает при температуре всег лишь — 10 °С. Аккумулятор с пониженной плотностью полностью не заряжается, что провоцирует сульфатацию пластин.

Соблюсти баланс помогает утвердившаяся практика использования электролита различной плотности в зависимости от климата:

  • Очень холодный и в условиях Крайнего Севера 1,3
  • Умеренный климат — большая часть РФ от 1,26 до 1,27
  • Южные районы страны от 1,23 до 1,25
  • Минимально возможное значение 1,23 г/см3

Как следствие, ненормированная плотность приводит к преждевременной сдаче аккумулятора в утиль.

Как поднять плотность электролита

Первое, что необходимо сделать — попробовать поднять плотность полностью зарядив аккумулятор. Открыть пробки, при необходимости долить дистиллированной воды и подключить зарядное устройство. Полная зарядка может привести к следующим результатам:

  1. Плотность во всех банках одинакова.
  2. Во всех ниже нормы.
  3. Различается более на 0,1 г/см3 и более.

В первом случае каких либо действий не требуется.

Во втором случае потребуется специфическая зарядка. На поверхности свинцовых пластин уже хорошо потрудившихся аккумуляторов откладывается сульфат свинца. В таком состоянии батарею невозможно зарядить полностью. Её необходимо разрядить и провести зарядку импульсным устройством автоматически переключив его на Десульфатацию.

Обычным устройством это сделать труднее и процесс длится дольше. Для этого на 2 часа установить ток зарядки в 1/10 от ёмкости АКБ. Например для аккумулятора 65 Ач, ток зарядки выставить 6,5 А. После этого снизить ток до 2 А и заряжать 8 – 12 часов. Дать отстояться батарее до комнатной температуры измерить плотность. Если не пришла в норму, опять разрядить и провести ступенчатую зарядку.

Десульфатация обычно проводится в два – три цикла. Отрицательный результат говорит о том, что с АКБ придётся расстаться. Можно ещё попробовать полностью слить электролит, промыть дистиллированной водой и залить новый. Но этого обычно хватает ненадолго.

В третьем случае, когда плотность в банках разница более чем на 0,1 надо попробовать провести десульфатацию. Не помогло – откорректировать. Для этого приобрести корректирующий электролит плотностью 1,33 – 1,4 и дистиллированную воду. В банках с ненормальной плотностью откачать по 20 мл электролита. Для повышения добавить корректирующий, для снижения дистиллят. Зарядить 30 минут, дать отстояться ещё полчаса и замерить. Скорее всего к успеху приведут несколько корректировок.

Усилия ни к чему не приведут, а аккумулятор окажется непригоден при буром цвете электролита. В этом случае можно не предпринимать никаких действий.

Не сильно изношенным аккумуляторам десульфатация и корректировка значительно продлевает жизнь. Если усилия не увенчались успехом, то с батарей нужно расстаться немедленно и без сожаления. Иначе непредвиденный отказ станет неприятным сюрпризом.

Срок службы АКБ при условии соблюдения элементарных правил до пяти лет. В автомобиле нужно контролировать напряжение, не допускать чрезмерного и нулевого заряда батареи. Периодически заряжать и следить за плотностью электролита. При таком отношении аккумулятор служит долго и безотказно.

Плотность электролита в аккумуляторе — способы повышения плотности электролита

Аккумуляторная батарея – один из основных элементов автомобиля, отвечающих за пуск двигателя. Значение аккумулятора сложно переоценить, ведь без него невозможно завести мотор, а, значит, машина своим ходом передвигаться не сможет. Именно поэтому АКБ требует к себе особого внимания, исключающего возникновение неприятных ситуаций в виде невозможности совершить запланированную поездку. При этом стоит отметить, что для поддержания работоспособности это важного источника питания не требуется предпринимать каких-то сверхусилий, а достаточно выполнять лишь небольшой комплекс профилактических мер.

Свинцовая аккумуляторная батарея представляет собой гальванический элемент, внутри которого химическая энергия в результате протекающих реакций преобразуется в электрическую. Этот процесс невозможен без электролита – раствора кислоты, обеспечивающего движение заряженных частиц между погруженными в него электродами. Как правило, электролит представляет собой водный раствор серной кислоты определенной плотности. Именно такой параметр как плотность электролита оказывает значительное влияние на работоспособность аккумулятора, поэтому периодически его нужно контролировать.

Измерение плотности электролита в аккумуляторе

Измерить плотность залитого в свинцовый аккумулятор электролита не так уж сложно, однако есть определенные нюансы, связанные с особенностями устройства и принципом работы АКБ. Перечислим некоторые важные моменты, которые надо учесть:

  • Осуществить процедуру измерения плотности получится только в случае с так называемым обслуживаемым аккумулятором, который предоставляет доступ к банкам (секциям) с электролитом посредством закрытых крышками заливных отверстий. Как раз через эти отверстия (обычно их число равно шести, как и количество секций) и осуществляется забор состава для замера плотности.
  • В процессе своей работы автомобильная аккумуляторная батарея постоянно заряжается и разряжается. Разряд происходит при прокручивании стартера, а заряд – при уже заведенном двигателе от генератора. В зависимости от степени заряженности меняется и плотность электролита. Значения могут колебаться в пределах 0.15-0.16 г/см3. Важно отметить, что автомобильный генератор не способен полностью зарядить аккумуляторную батарею. При штатной работе на машине потенциал АКБ используется только на 80-90%. Полный заряд может обеспечить только внешнее зарядное устройство, к которому обязательно придется прибегнуть перед осуществлением замера плотности электролита.
  • Плотность электролита зависит от его температуры. Обычно замер производится при температуре +25 °С, в противном случае делаются поправки.

Допустим, все вышеперечисленные условия приняты во внимание, и есть возможность приступить непосредственно к замеру плотности. Для этого понадобится специальный прибор – денсиметр, который состоит из ареометра, резиновой груши и стеклянной трубки с наконечником. Прибор вводится в банку аккумулятора через заливное отверстие, а затем осуществляется засасывание электролита с помощью резиновой груши. Оно происходит до тех пор, пока ареометр не всплывет. Показания считываются после того, как прекратятся колебания ареометра и появится возможность определения точного значения. Отсчет показаний производится по шкале, при этом взгляд должен находиться на уровне поверхности жидкости.

Полученное значение должно входить в диапазон 1.25-1.27 г/см3, если автомобиль эксплуатируется в средней полосе. В холодной климатической зоне (средняя месячная температура января ниже -15 °С) показатель должен находиться в интервале 1.27-1.29 г/см3. Проверять плотность электролита на соответствие этим числам нужно в каждой из шести банок аккумулятора. Показания не должны отличаться более чем на 0.01 г/см3, иначе потребуется их корректировка.

Как мы уже говорили, плотность электролита изменяется в зависимости от температуры. Это значит, что зимой и летом жидкость в одном и том же полностью исправном аккумуляторе будет иметь разную плотность. О том, насколько будут разниться показания, дает представление приведенная ниже таблица.

Температура электролита, °С Поправка к показанию денсиметра, г/см3 Температура электролита, °С Поправка к показанию денсиметра, г/см3
-55…-41 -0.05 +5…+19 -0.01
-40…-26 -0.04 +20…+30 0
-25…-11 -0.03 +31…+45 +0.01
-10…+4 -0.02 +46…+60 +0.02

Зависимость температуры замерзания электролита от его плотности демонстрирует еще одна таблица. На основе этих данных можно установить оптимальную плотность электролита для конкретных климатических условий. Нижняя граница подобранного интервала должна гарантировать, что электролит не замерзнет даже при самых сильных холодах и обеспечит требуемое для прокручивания стартера усилие. В то же время чрезмерно завышать плотность тоже нельзя, так как на положительных электродах аккумулятора начинают ускоряться коррозионные процессы, приводящие к сульфатации пластин.

Плотность электролита при 25 °С, г/см3 Температура замерзания, °С Плотность электролита при 25 °С, г/см3 Температура замерзания, °С
1.09 -7 1.22 -40
1.10 -8 1.23 -42
1.11 -9 1.24 -50
1.12 -10 1.25 -54
1.13 -12 1.26 -58
1.14 -14 1.27 -68
1.15 -16 1.28 -74
1.16 -18 1.29 -68
1.17 -20 1.30 -66
1.18 -22 1.31 -64
1.19 -25 1.32 -57
1.20 -28 1.33 -54
1.21 -34 1.40 -37

Причины изменения плотности электролита

Зафиксированные в результате измерения плотности значения не всегда соответствуют требуемым показателям. Расхождения могут касаться как отдельных банок аккумулятора, так и всех вместе. Если плотность завышена, то нужно обратить в первую очередь внимание на уровень электролита. Низкий уровень в большинстве случае является последствием электролиза, приводящего к разложению входящей в состав электролита воды на водород и кислород. Этот процесс выражается в появлении на поверхности жидкости пузырьков, что обычно происходит при зарядке аккумулятора. Частое «кипение» может приводить к снижению концентрации воды, и этот вопрос решается ее простым добавлением. Доливать в аккумулятор стоит только дистиллированную воду, контролируя при этом уровень электролита. Подробнее о корректировке плотности электролита поговорим ниже.

Если с повышенной плотностью все ясно, то с пониженной ситуация несколько сложнее. В теории, одной из причин понижения плотности, может быть то, что по какой-то причине в электролите уменьшилась доля серной кислоты. Однако на практике это маловероятно, так как сама по себе она обладает высокой температурой кипения, исключающей испарение даже при интенсивном нагреве, который происходит, например, при зарядке аккумуляторной батареи. Более распространенной причиной снижения плотности электролита является так называемая сульфатация пластин, заключающаяся в образовании на электродах сульфата свинца (PbSO4). На самом деле, это естественный процесс, происходящий при каждом разряде АКБ. Но дело в том, что при нормальном режиме работы после разряда аккумулятора обязательно происходит его заряд (на автомобиле аккумулятор постоянно подзаряжается от генератора). Заряд сопровождается обратным преобразованием сульфата свинца в свинец (на катоде) и двуокись свинца (на аноде) – в те активные вещества, которые составляют основу электродов и непосредственно участвуют в химическом процессе внутри аккумуляторной батареи. Если АКБ находится длительное время в разряженном состоянии, сульфат свинца кристаллизуется, безвозвратно теряя способность участвовать в химических реакциях. Это очень неприятный процесс, в результате которого аккумулятор уже не получится зарядить полностью даже при использовании внешнего зарядного устройства ввиду того, что не вся площадь пластин задействована в работе. Так как аккумулятор не заряжается до конца, то и плотность электролита не восстанавливается до своих исходных значений. По сути, здесь уже идет разговор об устранении нарушений в нормальном функционировании аккумулятора.

Частичную сульфатацию пластин можно устранить с помощью контрольно-тренировочных циклов, заключающихся в заряде и последующем разряде батареи до определенного уровня. Большинство современных зарядных устройств имеют такую функцию, поэтому имеет смысл ей воспользоваться, особенно если аккумулятор по какой-то причине долго находился в разряженном состоянии. Процедура десульфатации весьма длительная и может занять до нескольких дней. Если она не принесла результата, то крайней мерой является увеличение плотности с помощью добавления корректирующего электролита (плотность около 1.40 г/см3). Такой способ можно рассматривать только как временное решение проблемы, потому что причина как таковая не устраняется.

Как поднять плотность электролита

Понизить или повысить плотность электролита в аккумуляторе можно путем откачивания его определенного количества, и долива взамен дистиллированной воды или электролита с повышенной плотностью (корректирующего). Данная процедура требует больших временных затрат, так как цикл откачки-долива может повторяться несколько раз, пока не будет достигнуто требуемое значение. После каждой корректировки необходимо поставить аккумулятор на зарядку (минимум на 30 минут), а затем дать ему постоять (0.5-2 часа). Эти действия необходимы для лучшего перемешивания электролита и выравнивания плотности в банках.

В процессе поднятия (или понижения) плотности электролита не стоит забывать и о контроле его уровня. Он осуществляется стеклянной трубкой с двумя отверстиями по краям. Один край погружается в электролит до тех пор, пока не упрется в предохранительную сетку. Далее верхний конец закрывается пальцем, а сама трубка осторожно поднимается вместе со столбиком жидкости внутри. Высота этого столбика указывает на расстояние от верхней кромки пластин до поверхности залитого электролита. Оно должно составлять 10-15 мм. Если аккумулятор имеет индикатор (тубус) или прозрачный корпус с нанесенными метками минимума и максимума, то контролировать уровень значительно проще.

Не стоит забывать, что все операции с электролитом необходимо выполнять осторожно, используя защитные перчатки и очки.

Как измерить плотность электролита – видео

Что такое плотность уплотнения для аккумулятора?

Введение

Плотность уплотнения подразделяется на анодную плотность с отрицательной плотностью и плотность с уплотнением с положительным значением. В конструкции литий-ионных батарей плотность уплотнения = поверхностная плотность / (толщина после прокатки полюсного наконечника — толщина токоприемника), единица: г / см3, что является основным определением.

При производстве литий-ионных аккумуляторов плотность уплотнения оказывает большое влияние на характеристики аккумуляторов.Экспериментально доказано, что плотность уплотнения тесно связана с удельной емкостью листа, эффективностью, внутренним сопротивлением и характеристиками цикла батареи. Выбор оптимальной плотности уплотнения важен для конструкции батареи. Как правило, чем выше плотность уплотнения, тем выше емкость аккумулятора, поэтому плотность уплотнения также считается одним из эталонных показателей плотности энергии материала. Плотность уплотнения связана не только с размером и плотностью частиц, но также с градацией частиц.Как правило, компактная плотность имеет хорошее нормальное распределение частиц. Можно считать, что при определенных условиях условий процесса, чем больше плотность уплотнения, тем выше емкость аккумулятора.

Плотность уплотнения — важный параметр при производстве литий-ионных аккумуляторов. Чтобы увеличить плотность энергии, мы обычно хотим как можно больше увеличить плотность уплотнения. На рисунке ниже показаны 2,7, 2,9 и 3,4 г / под контролем той же толщины.Изменение размера микропор внутри электрода при плотности уплотнения см3 видно из рисунка, поскольку плотность уплотнения постепенно увеличивается, размер микропор внутри электрода также постепенно уменьшается.

(Изображение из Интернета. Все права защищены.)

В развернутом электроде только 50% пространства занято активным материалом, увеличение плотности уплотнения может эффективно увеличить объемную плотность энергии и весовую плотность энергии электрода, но это также влияет на структуру электрода, например на поры.Скорость, удельная поверхность, распределение пор по размерам и кривизна также влияют на распределение связующего и проводящего агента в электроде, что оказывает значительное влияние на электрохимические характеристики литий-ионной батареи.

Взаимосвязь между высокопроизводительной батареей и плотностью уплотнения

Чем выше плотность уплотнения высокопроизводительной батареи, тем меньше величина поглощения жидкости батареей, и прямая взаимосвязь между внутренней структурой электрода и положительным и отрицательным электродами батареи имеет разные формы и размеры.Материал равномерно распределяется по поверхности алюминиевой фольги и медной фольги. Разница в плотности уплотнения изменяет расстояние и зазор между частицами.

Чем больше плотность уплотнения, тем плотнее контакт между частицами и тем меньше расстояние и зазор между частицами. Электролит находится в жидком состоянии, и при введении достаточного количества электролита электролит проникнет в зазор между частицами до состояния насыщения.Чем меньше расстояние и зазор между частицами, тем меньше площадь контакта с электролитом, меньше пространство для поглощения электролита и соответствующее количество поглощенного электролита, что означает, что разные плотности уплотнения влияют на поглощающую способность аккумулятора. Главная причина. Конечно, различное сырье также будет вызывать разные показатели всасывания из-за различий в морфологии частиц и структурном размере зерен, и влияние на этот аспект еще предстоит изучить.

Влияние плотности уплотнения на емкость высокопроизводительной батареи

Плотность уплотнения высокопроизводительной батареи влияет на емкость батареи и удельную энергию, та же конструкция емкости, качество батареи близко; разная плотность уплотнения, разная толщина полюсного наконечника и разная толщина батареи в сборе. Различная плотность уплотнения сильно влияет на толщину батареи, максимальная разница в толщине равна 0.7мм, что составляет 10% толщины аккумулятора; влияние разной плотности уплотнения на емкость lC аккумулятора неочевидно; изменение толщины имеет большую энергию по отношению к объему батареи. Влияние плотности уплотнения на объем батареи для изменения в некоторой степени объемной удельной энергии батареи, с этой точки зрения увеличение плотности уплотнения является одним из эффективных способов увеличения объемной удельной энергии литиевого сплава. ионный аккумулятор.

Влияние плотности уплотнения на внутреннее сопротивление

Влияние плотности уплотнения высокопроизводительной батареи на внутреннее сопротивление батареи, влияние различной плотности уплотнения на внутреннее сопротивление батареи, увеличение плотности уплотнения может в определенной степени снизить внутреннее сопротивление батареи , а закон влияния положительного и отрицательного электродов аналогичен.

Внутреннее сопротивление батареи в определенной степени отражает разницу во внутренней проводимости батареи. При одних и тех же условиях рецептуры и исходного материала плотность уплотнения увеличивается, расстояние между частицами исходного материала уменьшается, вероятность контакта увеличивается, а площадь контакта между частицами увеличивается. Большие токопроводящие перемычки и каналы увеличиваются, сопротивление батареи уменьшается, а внутреннее сопротивление уменьшается.

Влияние плотности уплотнения высокоскоростной батареи на характеристики высокоскоростной разрядки батареи

Чрезмерная или слишком малая плотность уплотнения повлияет на скорость разрядки высокопроизводительных батарей. Следовательно, для достижения идеальных характеристик сильноточного разряда существует оптимальный диапазон плотности уплотнения.

  1. Плотность уплотнения слишком велика, расстояние между частицами уменьшается, контакт становится более плотным, а электронная проводимость увеличивается, но канал движения ионов уменьшается или блокируется, что не способствует быстрому перемещению большого количества частиц. ионов, тем самым ограничивая его большой ток разряда и поляризацию во время разряда.При увеличении разрядное напряжение уменьшается, а разрядная емкость уменьшается;
  2. Плотность уплотнения слишком мала, расстояние между частицами увеличивается, ионный канал увеличивается, а поглощение электролита жидкостью увеличивается, что способствует быстрому перемещению ионов. Однако из-за чрезмерного расстояния между частицами вероятность контакта и площадь контакта между частицами уменьшаются, что не способствует проникновению электронов. Проводимость, проводимость снижается, чтобы влиять на разряд с большим током, а поляризация разряда увеличивается.

Следовательно, правильный диапазон плотности уплотнения может гарантировать достаточный контакт между частицами, не блокируя канал движения ионов, обеспечивая при этом хорошую электропроводность и быстрое движение ионов электрона во время сильноточного разряда, уменьшая поляризацию разряда и увеличивая напряжение платформы разряда.

Влияние плотности уплотнения на высокоскоростные циклические характеристики аккумуляторов

Есть много факторов, влияющих на циклическую работу высокопроизводительных батарей.С точки зрения влияния различной плотности уплотнения на производительность высокоскоростного цикла степень влияния очевидна.

Кроме того, разница в величине поглощения жидкости, внутреннем сопротивлении, характеристиках высокоскоростного разряда и среднем напряжении батареи будет влиять на характеристики высокоскоростного цикла литий-ионной батареи, и эти факторы имеют определенную корреляцию с плотностью уплотнения. , поэтому плотность уплотнения оказывает комплексное влияние на производительность литий-ионных аккумуляторов с высокой скоростью циклирования.

Подробнее об аккумуляторе

Следите за официальным блогом Grepow, и мы будем регулярно обновлять отраслевые статьи, чтобы держать вас в курсе событий в области производства аккумуляторов.

Grepow: https://www.grepow.com/

Блог Grepow: https://blog.grepow.com/

Как создать более безопасную и энергоемкую литий-ионную батарею

Не проходит и месяца , чтобы не было шокирующих новостей о возгорании литий-ионных аккумуляторов: горят ноутбуки, авиалинии садятся на землю, ховерборды загораются.Пожары 2016 года внутри смартфона Samsung Galaxy Note 7 привели к отзыву модели на 5 миллиардов долларов, а затем к прекращению выпуска модели, что в совокупности снизило рыночную капитализацию Samsung на многие миллиарды.

В январе 2017 года, после нескольких месяцев спекуляций, Samsung объявила, что две отдельные проблемы конструкции привели к сбою в работе аккумулятора, что привело к перегреву некоторых устройств. То, что различные недостатки конструкции могут привести к одному и тому же катастрофическому результату, подчеркивает нестабильную по своей природе природу современных литий-ионных аккумуляторов.Таким образом, любой мобильный продукт, включающий их, потенциально небезопасен.

Эта опасность является результатом конструкторских и производственных решений, принятых четверть века назад, когда этот тип батарей был первоначально коммерциализирован. В то время эти решения имели смысл, но сегодня мы можем добиться большего, прежде всего за счет использования технологий производства, отточенных индустрией производства микросхем. Наша компания Enovix Corp. из Фремонта, штат Калифорния, сделала именно это, и мы продемонстрировали, что можем производить литий-ионные батареи меньшего размера, менее дорогие и принципиально более безопасные, чем все, что есть сейчас на рынке.

В начале этого года мы начали пилотное производство нашей батареи на нашем дочернем предприятии Enovix на Филиппинах. Мы считаем, что сможем увеличить объем производства и что с массовым производством себестоимость единицы продукции будет снижаться темпами, аналогичными тем, которые достигаются в индустрии солнечных батарей.

Две ключевые проблемы столкнулась с Sony Corp., когда она решила коммерциализировать литий-ионную батарею еще в 1991 году. Для ее портативной видеокамеры — предвестника многих будущих энергоемких портативных устройств — требовалась батарея очень большой емкости в компактном корпусе. .Аудиокассеты быстро уступили место компакт-дискам.

Последнее актуально, потому что магнитная лента для записи аудиокассет производилась на производственных линиях, которые покрывали пластиковую пленку магнитной суспензией, сушили ее, разрезали на длинные полосы и скатывали их. Поскольку для производства компакт-дисков использовался совершенно другой процесс производства, Sony внезапно обнаружила избыток оборудования для производства магнитной записывающей ленты и технических специалистов для управления этими машинами. Менеджеры подразделения аккумуляторов Sony поняли, что они могут решить проблему одним махом, используя то же производственное оборудование и персонал для нанесения химических суспензий на металлическую фольгу, ее сушки и разрезания на электродные листы.Затем, чтобы сформировать сердечник батареи, два листа были прослоены полимерным сепаратором, который позволяет ионам, но не электронам, течь между электродами, и весь пакет был намотан вместе, как рулон желе. Эта же производственная модель, построенная на основе токосъемников из металлической фольги с покрытием, с тех пор используется производителями литий-ионных аккумуляторов.

Эта конструкция была умной, но усложняла долгосрочное улучшение этих аккумуляторов. Во-первых, это тратит впустую пространство.

В собранной батарее единственными материалами, которые хранят энергию, являются частицы, составляющие анод (отрицательный электрод) и катод (положительный электрод).Токосъемники, сепараторы и упаковочные материалы из металлической фольги, а также пустое пространство обычно составляют не менее 40 процентов от общего объема. Наличие такого большого пространства, предназначенного для чего-то другого, кроме хранения энергии, снижает удельную энергию батареи, которая обычно измеряется в ватт-часах на литр (Втч / л).

Например, обычная конструкция литий-ионного элемента для мобильных устройств обычно включает наматывание электродных листов и разделителя вместе, а затем сплющивание полученной спирали, чтобы она поместилась в тонкий металлический корпус или пластиковый пакет.Для этого процесса требуется заготовка определенной длины, то есть без покрытия, токосъемник и разделитель в начале и в конце, которые занимают объем, но не накапливают энергию. Также можно оставить пустое пространство в центре ячейки и по обеим сторонам ячейки, где оно закруглено из-за свернутой конструкции.

Полимерный разделитель является неактивным материалом и должен быть физически длиннее и шире электродов, чтобы края электродов не касались друг друга. Один из способов увеличить плотность энергии — уменьшить размер сепаратора.Однако если он станет слишком тонким, аккумулятор склонен к короткому замыканию.

Другой проблемой является присутствие микроскопических металлических частиц, которые неизбежно появляются во время сборки, которые могут накапливаться в электрически активном месте, создавая сильное короткое замыкание, которое шунтирует ток между электродами, чтобы резко повысить температуру. Это тепло, в свою очередь, может повлиять на соседние районы, вызывая так называемый тепловой выброс, который может вызвать взрыв и пожар. Удалить металлические частицы практически невозможно, потому что они образуются станками для резки, прокатки и намотки в процессе производства и сборки.

Дополнительные проблемы могут возникнуть во время зарядки, когда ионы лития текут от катода из оксида металлического лития к графитовому аноду (стандартный анодный материал практически во всех литий-ионных аккумуляторах, используемых в мобильных устройствах). Обычно ионы лития входят в зазоры в структуре кристаллической решетки графита — процесс, известный как интеркаляция. Но высокий зарядный ток, локальная нехватка активного анодного материала или низкая температура окружающей среды могут привести к тому, что ионы лития вместо этого окажутся на поверхности анода.Металлический литий затем может накапливаться в виде нитевидных структур, известных как дендриты, которые растут по мере заряда и разряда ячейки, в конечном итоге пробивая сепаратор и создавая короткое замыкание, что может привести к тепловому выходу из строя. Наконец, обычные литий-ионные батареи могут стать нестабильными, если они станут слишком теплыми, что также может привести к тепловому разгоне.

Эти проблемы были компенсированы большим преимуществом литий-ионных аккумуляторов по сравнению с никель-кадмиевым — предыдущим стандартом для аккумуляторных батарей в бытовой электронике.Но с тех пор, как была представлена ​​литий-ионная батарея, ее удельная энергия улучшилась всего примерно на 5 процентов в год. Это связано с производственными ограничениями и медленными темпами разработки новых материалов для электродов и электролита. Между тем, потребности мобильных устройств — особенно смартфонов, планшетов и носимых устройств — в электроэнергии растут во много раз быстрее.

К счастью, другие методы, заимствованные из полупроводниковой промышленности, могут работать намного лучше.

Микроэлектромеханические системы (MEMS), изготовленные в трех измерениях с помощью фотолитографии, послужили моделью для исследования, которое один из нас (Лахири) и двое других соучредителей нашей компании начали в 2007 году.У нас уже был опыт разработки таких конструкций MEMS — сначала для использования в головках чтения-записи дисков с высокой плотностью записи, а затем для тестирования полупроводниковых пластин.

Это сотрудничество привело к созданию Enovix Corp. (первоначально называвшейся microAzure Corp.) и первоначальному финансированию компании несколькими фирмами венчурного капитала Кремниевой долины. Первой целью компании было провести экспериментальное исследование литий-ионной перезаряжаемой батареи, в которой вместо обычного графита в качестве анода использовался кремний.К 2012 году компания производила элементы с гораздо более высокой плотностью энергии, чем обычные литий-ионные элементы сопоставимого размера. Затем Enovix приступила к разработке недорогой крупносерийной производственной системы с помощью стратегических инвесторов Cypress Semiconductor, Intel Capital и Qualcomm Ventures.

Cypress Semiconductor ранее помогала своей дочерней компании SunPower производить высокопроизводительные солнечные элементы с гораздо меньшими затратами и в больших объемах, чем могли бы сделать другие компании с их сложными многоступенчатыми процессами.С 2014 года Enovix разрабатывает и совершенствует методы построения своей батареи, основанные на производственных технологиях SunPower.

В батарее Enovix используется трехмерная архитектура ячеек, в которой электроды вытравлены на кремниевой пластине и покрыты металлическими токоприемниками, которые намного тоньше фольги, используемой в обычных элементах. За счет чередования катода, анода и разделителя на пластине толщиной 1 миллиметр значительно сокращается ненужное пространство. В нашей батарее полные 75 процентов объема предназначены для хранения энергии.Одно это увеличивает емкость примерно на 25 процентов по сравнению с обычными ячейками. Точно так же вес уменьшается пропорционально для батареи заданной емкости, хотя обычно объем является более важным ограничением для мобильных устройств.

В нашей архитектуре с плоскими ячейками можно в полной мере использовать преимущества ряда достижений в области химии электродов. Чтобы понять, почему это так, вам нужно немного больше узнать о том, как работает обычный литий-ионный аккумулятор, в частности о том, как графитовый анод поглощает ионы лития, когда аккумулятор заряжается, и выбрасывает их обратно в электролит, когда аккумулятор разряжается. .На аноде один атом лития соединяется с шестью атомами углерода в графите с образованием LiC 6 . Это дает графиту теоретическую удельную емкость около 372 миллиампер-часов на грамм. Поскольку соотношение атомов лития и углерода составляет 1: 6, происходит лишь небольшое набухание.

Вместо графита в качестве материала анода используется кремний. Кремний привлекателен, поскольку он образует сплав Li 22 Si 5 . Это очень высокое соотношение лития и кремния позволяет кремнию накапливать около 4200 мАч / г, невероятное количество.Но повышенное поглощение кремнием ионов лития может вызвать его набухание до 400 процентов.

Конечно, любая конструкция, которая использует увеличенную емкость кремниевого анода, должна соответствовать ей на другом конце, увеличивая толщину катода или используя более качественный материал. Обычно используемые катоды, такие как оксид лития-кобальта (LCO), оксид литий-никель-марганца-кобальта (NMC) и оксид лития-никель-кобальт-алюминий (NCA), имеют полезную емкость 140 мАч / г, 170 мАч / г и 185 мАч / г. соответственно.Прямо сейчас мы используем катод NCA, размер которого соответствует емкости кремниевого анода. Однако мы можем использовать любой из обычных литий-ионных катодных материалов, и эта гибкость должна позволить нам соответствовать требованиям конкретных приложений.

Хотя можно добавить кремний в аноды аккумуляторов, производимых традиционным способом, вы не можете добавить слишком много. Это связано с тем, что по мере того, как кремний поглощает литий и расширяется, он в конечном итоге отделяет анод от токосъемника из металлической фольги.Это объясняет, почему коммерческие литий-ионные аккумуляторы до сих пор ограничивались смесью кремния и графита от 5 до 10 процентов.

Enovix решает эту проблему, делая свой кремний пористым, так что расширение сжимает его крошечные внутренние полости, а не разбухает весь анод. Эта особенность поддерживает структурную целостность соединения между анодом и его токосъемником во время повторяющихся циклов заряда-разряда. Эта способность контролировать расширение анода — одно из ключевых преимуществ нашей системы по сравнению с традиционной литий-ионной аккумуляторной батареей, которая впервые была разработана Sony.

В зависимости от размера и толщины наши элементы упаковывают в заданный объем от 1,5 до 3 раз больше энергии, чем обычные литий-ионные элементы. Поскольку наша аккумуляторная архитектура позволяет использовать более широкий спектр электродных материалов, мы рассчитываем воспользоваться преимуществами продолжающихся исследований в области материалов, которые до сих пор улучшали производительность обычных аккумуляторов примерно на 5 процентов в год. Но поскольку мы также можем использовать будущее повышение эффективности в рамках нашей структурной конструкции, мы ожидаем, что удельная энергия наших батарей будет улучшаться в два-три раза быстрее, чем у обычных батарей.

Еще одно большое преимущество нашей конструкции — повышенная безопасность. Как нам этого добиться? Во-первых, мы используем лучший разделитель.

В обычном литий-ионном элементе сепаратор обычно изготавливается из пластика или полимера, поскольку он должен быть достаточно гибким, чтобы его можно было сворачивать. В результате обычные сепараторы с большей вероятностью выйдут из строя при высоких температурах. В нашу плоскую конструкцию можно установить керамический сепаратор , который гораздо более устойчив к нагреванию.

Кроме того, способность нашего кремниевого анода поглощать литий без набухания делает его менее восприимчивым к литиевому покрытию даже при высоком токе заряда.Если в любом случае произойдет короткое замыкание, мы используем множество распределенных электродов — в отличие от длинных листов — ограничит ток, который может протекать между любой отдельной парой анод / катод, что значительно снижает риск теплового разгона.

Производство Fab: стандартное оборудование для производства солнечных элементов производит трехмерные кремниевые пластины на экспериментальном производстве Enovix во Фремонте, Калифорния. Фото: Enovix Corporation

Наша катодная конструкция также более безопасна. Обычно, когда материал катода достигает критической температуры (что может произойти при коротком замыкании), он самопроизвольно разрушается, выделяя кислород, который может разжечь огонь.Этот пробой может переходить от катодной частицы к катодной частице, когда следующая частица достигает критической температуры, вызывая тепловой разгон. Наша архитектура разбивает катод на сотни или тысячи крошечных сегментов, разделенных кремнием, который проводит тепло почти так же хорошо, как алюминий, что затрудняет начало безудержной реакции. В отличие от этого, катод обычной батареи с обмоткой представляет собой один длинный лист, позволяющий неуправляемым реакциям быстро распространяться по устройству.

Все эти особенности, вместе взятые, по существу исключают опасность взрыва и пожара.

Недавно мы сравнили наш прототип элемента носимого устройства с сопоставимым коммерческим литий-ионным элементом, намеренно создав опасный сценарий. Мы перезарядили обычный литий-ионный аккумулятор емкостью 130 мАч и кремниевый литий-ионный аккумулятор емкостью 100 мАч до 250 процентов емкости и одновременно проткнули упаковку каждого из них (с помощью стандартного теста на проникновение гвоздя). Обычный литий-ионный элемент загорелся, а наш кремниевый литий-ионный элемент — нет.

Чтобы изготовить батарею Enovix, мы начнем с кремниевой пластины толщиной 1 миллиметр.Это не обязательно должен быть материал для микросхем — это может быть тот же недорогой материал, который используется для производства солнечных элементов. На пластину мы наносим фотолитографическую маску и травим требуемый рисунок с помощью типичных кремниевых травителей, заимствованных из солнечной промышленности. Поскольку узор может различаться по форме — квадратной, прямоугольной, круглой, овальной, шестиугольной, а также по длине и ширине, у нас есть возможность формировать самые разные конструкции ячеек. Силикон, оставшийся там, где была помещена маска, образует аноды и «основу» структуры переплетенных ячеек.

Затем мы выборочно наносим тонкий слой металлической пленки на аноды и основы для формирования токоприемников, а затем наносим керамический сепаратор вокруг коллектора на аноды. Поскольку аноды и магистрали электрически не соединены на пластине, мы можем выборочно гальванизировать различные покрытия на каждом из них. Для создания катодов мы вводим обычную катодную суспензию, заполняя оставшиеся пустоты в пластине. Затем лазер срезает с пластины одну матрицу толщиной 1 мм за другой, при этом поперечные размеры каждой матрицы приблизительно соответствуют размерам окончательной батареи.Затем к каждой матрице прикрепляются положительные и отрицательные язычки, которые запекаются для удаления влаги и укладываются друг на друга, чтобы сформировать батарею нужной высоты. Все язычки соединяются, образуя один положительный и отрицательный язычки для ячейки, и полученная в результате пакетная ячейка затем помещается в металлическую банку, которая заполняется электролитом, герметизируется и тестируется.

Архитектура, фотолитография кремниевых пластин и процесс травления, которые мы используем, сравнимы с тем, что используется в трехмерной МЭМС.Поэтому мы назвали наше устройство кремниевой литий-ионной батареей 3D. Мы сравнили прототип с обычной литий-ионной батареей того же форм-фактора, разработанной для использования в умных часах (размер батареи 18 на 27 на 4 мм). Наши внутренние тесты показали, что наша батарея имеет гораздо большую емкость и соответствующее увеличение плотности энергии — 695 Втч / л по сравнению с примерно 460 у обычных элементов.

Большая часть этой производственной технологии, конечно же, исходит от бизнеса солнечных батарей. Прогресс в этой области, вызванный огромными инвестициями в НИОКР по всему миру, сразу объясняет низкую стоимость нашего производственного подхода и вероятность того, что его эффективность и масштаб продолжатся.

Потребители стремятся к лучшим и более мощным батареям для своих мобильных устройств, о чем свидетельствует опрос за опросом. Наиболее требовательными являются носимые устройства и микросенсоры, которые создаются для Интернета вещей. В таких устройствах Интернета вещей даже меньше места для батарей, чем в планшетах и ​​смартфонах.

Это не первый случай, когда фотолитография и производство пластин внезапно изменили целые отрасли промышленности. Это произошло впервые, когда в компьютерах стали использоваться интегральные схемы.Эти методы производства также были применены к освещению, которое перешло от люминесцентных ламп к светодиодам и к видеодисплеям, которое перешло от электронно-лучевых трубок к жидкокристаллическим дисплеям.

Мы считаем, что применяемый нами подход приведет к аналогичной трансформации на рынке литий-ионных аккумуляторов. Изменения сначала появятся в носимых устройствах, затем в IoT и телефонах и, в конечном итоге, в электромобилях и хранилищах сетей по мере увеличения объемов и снижения производственных затрат.Это изменение уже произошло в солнечной отрасли.

С более безопасными, тонкими и энергоемкими батареями дизайнеры получат больше возможностей для создания революционных продуктов. Ожидайте, что мобильные устройства станут меньше, будут дольше работать без подзарядки и будут продолжать предоставлять удивительные новые возможности для улучшения нашей жизни.

Эта статья была обновлена ​​16 февраля 2018 г. В печатном журнале за март 2018 г. она появилась как «Создание более безопасной и плотной литий-ионной батареи».

Об авторах

Ашок Лахири, Нирав Шах и Кэмерон Дейлз работают в Enovix Corp., которая находится во Фремонте, штат Калифорния. Лахири, технический директор, стал соучредителем компании в 2007 году.

На пути к повышению практической плотности энергии литий-ионных аккумуляторов: оптимизация и оценка кремния: графитовые композиты в полных элементах

В большинстве коммерческих литий-ионных аккумуляторов по-прежнему используется углерод в качестве анодного материала, так как они были впервые коммерциализированы в 1991 году из-за его низкого уровня. стоимость и отличные электрохимические характеристики, особенно длительный срок службы батареи. 1 Однако обратимое электрохимическое внедрение Li + в структуру графита ограничено одним литием на шесть атомов углерода (LiC 6 ), что приводит к теоретической емкости 372 мАч / г.С этой целью предпринимаются постоянные усилия по исследованию материалов анодов с большей емкостью, чтобы удовлетворить растущий спрос на батареи с более высокой плотностью энергии. Это делается путем исследования материалов, которые основаны на хранении и высвобождении иона Li + с помощью электрохимических механизмов, отличных от интеркаляции, таких как электрохимическое легирование, например олово, 2 и кремний 3 или их композиты (Sn-Co-C), 4,5 или реакция превращения, в основном в оксиды 6 переходных металлов, таких как Co, Ni, Cu или Fe, или смешанные оксиды, такие как шпинелеподобный ZnMn 2 O 4 7 .Однако характеристики батарей обоих типов по-прежнему не являются многообещающими, как они показывают: плохая электронная проводимость, высокая необратимая емкость первого цикла, высокий потенциал вставки / преобразования, расширение большого объема и большой гистерезис потенциала во время цикла.

Наиболее многообещающие материалы, которые в настоящее время проходят обширные исследования и разработки и имеют больше шансов заменить углерод, — это элементы (в основном металлы), которые могут электрохимически сплавиться с литием (Si, Al, Sn, Ge, Bi, Sb, Ag, Mg, Pb) .В таблице I показана теоретическая емкость элементов, которые могут легироваться литием. Понятно, что кремний имеет наибольшую емкость, достигающую 4200 мАч / г (гравиметрическая) и 9800 мАч / см 3 (объемная). Германий занимает второе место по весовой и объемной способности. Это связано с более высокой плотностью германия, как показано в Таблице I. Алюминий имеет такую ​​же плотность, что и кремний, однако из-за более низкого молярного взаимодействия с литием (ограничивается 1: 1) дает гораздо меньшую емкость, чем другие металлы.Несмотря на то, что алюминий имеет низкую удельную емкость среди металлов, он имеет самую высокую электрическую проводимость, которая может снизить сопротивление поляризации во время заряда / разряда и, следовательно, улучшить характеристики батареи.

Кремний очень привлекателен, поскольку он поступает из большого количества источников; он дешев и имеет высокую теоретическую емкость 4200 мАч / г. 8,9 Он реагирует с литием, образуя сплав SiLi x с 0 ≤ x ≤ 4,4. Прием такого большого количества лития влечет за собой большие структурные (объемные) изменения, которые могут достигать 400%. 1,10,11 Это вызывает механические напряжения, которые приводят к измельчению кремниевой структуры, связанной с образованием поверхности раздела твердого электролита (SEI), что в конечном итоге приводит к выходу батареи из строя. 12 Было предложено множество решений проблемы: (1) Использование наноразмерного или наноструктурированного кремния, который обычно обеспечивает более высокую экспериментальную емкость и лучшее сохранение емкости 8,13–15 , поскольку изменение объема может быть выполнено с помощью бесплатного объемное или быстрое снятие напряжения.(2) Использование композита кремний / металл, в котором металл, не сплавленный с Li + , действует как матрица, которая сводит к минимуму объемное расширение. 7,16,17 (3) Использование верхнего предела емкости для изготовления кремниевого сплава только частично с Li + для управления изменениями объема. 18 (4) Использование новых связующих, которые лучше выдерживают объемное расширение, чем обычное связующее: поливинилиденфторид (ПВДФ). 19–22 Примерами связующих, исследованных в этом отношении, являются: альгиновая кислота (AA), 23 полиамидимид (PAI), 24 натриевые или литиевые соли полиакриловой кислоты (NaPAA или LiPAA), 14, 22,25 полиимид (PI), 26 натриевые или литиевые соли карбоксиметилцеллюлозы (NaCMC или LiCMC). 21 и проводящие связующие 27,28 (5) Использование кремния в композите с низким содержанием обычно и предпочтительно менее 20 мас.% С графитным углеродом из-за его отличных физических и химических свойств. Это приводит к более низким значениям емкости анода, чем при использовании одного Si, но показывает лучшее сохранение емкости при хорошем сроке службы. Это решение приобрело большую популярность среди исследователей и производителей как краткосрочная альтернатива графиту из-за экспериментальных трудностей, с которыми столкнулись при достижении полной емкости кремния с достаточным сроком службы.Графитовый углерод сам по себе по-прежнему интересен как анодный материал, и есть вероятность, что он будет использоваться в коммерческих батареях в качестве основного анодного материала в течение некоторого времени из-за зрелых производственных процессов и хороших характеристик батареи. В этом отношении он считается разбавителем / буфером для уменьшения общего объемного расширения композита за счет использования меньшего количества металлов, что также может снизить стоимость, когда элемент дороже углерода.

В этой статье мы изучили кремний вместе с другими элементами, которые могут сплавиться с литием, чтобы оптимизировать емкость их композита с графитовым углеродом, и оценить их влияние на практическую плотность энергии полностью литий-ионного элемента.Мы модифицировали клеточную модель, разработанную Obravac et al. 29 и применили его к композитам кремний / графитовый углерод, и мы наблюдали улучшение плотности энергии литий-ионной полной ячейки с использованием различных катодных материалов. Дизайн экспериментального метода был использован для оптимизации емкости композита путем определения переменных, которые существенно влияют на его характеристики в батарее.

Материалы

Кремний (нанопорошок, ∼100 нм), этиленкарбонат (EC, безводный, 99%), диметилкарбонат (DMC, безводный, 99%) и N-метилпирролинон (NMP, безводный, 99.5%) были получены от Sigma-Aldrich. Углерод графит КС-4 и углерод Super S были получены от Lonza G + T (Швейцария) и Timcal (Швейцария) соответственно. Карбоксиметилцеллюлоза натрия (NaCMC, вязкость 42,0 мПа · с) была приобретена у Calbiochem. LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 (NMC) был получен из 3 М.

Синтез протравленного нанокремния

Нанопорошок Si диспергировали в 1 M HF и обрабатывали ультразвуком. в течение 20 мин, а затем промывают этанолом на центрифуге.Промытый образец сушили в вакуумной печи при 80 ° C в течение ночи. Высушенный образец использовали для дальнейшей характеристики и анализа.

Характеристика

Циклическое переключение батарей проводилось на половинных и полных элементах с использованием круглых элементов типа 2325 (предоставленных Национальным исследовательским советом Канады), собранных в заполненном аргоном сухом перчаточном боксе. Измерения емкости проводились с помощью гальваностатических экспериментов, проведенных на многоканальном аккумуляторном цикле Arbin (BT2000). Рабочий электрод сначала разряжался (литировался) до 5 мВ, а затем заряжался (делился) до 1.5 В по сравнению с Li / Li + гальваностатически для полуэлементов. Электродные анодные и катодные пленки были приготовлены на токосъемнике из меди высокой чистоты и токосъемнике из алюминиевой фольги соответственно (медная фольга очищалась с использованием 2,5% раствора HCl для удаления слоя оксида меди) с использованием автоматического ракельного ножа, а затем сушат в течение ночи при 85 ° C в конвекционной печи. Отдельные дисковые электроды (Ø = 12,5 мм) вырубали, сушили при 80 ° C в вакууме в течение ночи и затем прессовали под давлением 0,5 метрической тонны.Электроды изготавливались из 3–4 мг активного материала. Диск из металлического лития (Ø = 16,5 мм) использовался в качестве отрицательного электрода (противоэлектрода и электрода сравнения). 70 мкл раствора электролита 1 M LiPF 6 в этиленкарбонате-диметилкарбонате (EC: DMC, 1: 1, об. / Об.) Или этиленкарбонат-диэтилкарбонате (EC: DEC, 3: 7, об.: V. ) с 10% фторэтиленкарбонатом (FEC) наносили на двойной слой микропористых полипропиленовых сепараторов (Celgard 3501 для EC: DMC или Celgard 2500 для EC: DEC, толщина = 30 мкм, Ø = 21 мм).Ячейки собирали в заполненном аргоном сухом перчаточном боксе при комнатной температуре и оставляли на ночь перед тестированием.

Сравнение теоретической емкости легирующих элементов и их композитов

Расчеты влияния удельной (гравиметрической) емкости анода и катода на плотность энергии полных элементов только на основе активных материалов

Увеличение удельной емкости анода может привести к однако для улучшения общей емкости элемента, как мы уже обсуждали ранее, 11,30 высокая емкость анодных материалов не является необходимой, если емкость катода также не улучшается.Чтобы оценить влияние удельной разрядной емкости анода на емкость полного элемента, мы следовали подходу, предложенному Kasavajjula et al. 11 , который использовал уравнение 1 для расчета общей емкости ячейки с использованием коммерческой цилиндрической ячейки 18560, предполагая, что емкость катода составляет 140 и 200 мАч / г. Они рассмотрели методики предотвращения потери емкости анодного материала на основе кремния. Мы воспроизвели результаты для катодов с емкостью 140 и 200 мАч / г, как показано на рисунке 1, но также распространили вычисления на катоды с более высокой емкостью (300 мАч / г), а также рассчитали процент улучшения общей емкости ячейки по сравнению с к обычно используемым материалам графит и LiCoO 2. На рисунке 1 показана общая емкость коммерческих цилиндрических элементов 18560 в зависимости от удельной емкости анода, рассчитанной с использованием уравнения 1. На рисунке четко показано, что во всех случаях происходит заметное быстрое увеличение общей емкости до достижения емкости анода. достигает 1000 мАч / г. Выше этого значения улучшение пропускной способности незначительно и может считаться незначительным, если принять во внимание стоимость и другие факторы.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 1. Целевая емкость и улучшение плотности энергии для текущей литий-ионной батареи, рассчитанной с использованием уравнения 1.

На рисунке 1 также показан (вторичная ось Y) процент улучшения общей емкости элементов в коммерческой батарее в качестве основы, где емкость анода и катода составляет 300 и 140 мАч / г соответственно. Сохранение емкости анода на уровне 300 мАч / г и увеличение емкости катода приводит к увеличению общей емкости на 13 и 27% для емкости катода 200 и 300 мАч / г соответственно.Однако, когда емкость анода составляет 1000 мАч / г, общая емкость увеличивается на 33 и 51% для емкости катода 200 и 300 мАч / г соответственно. Кроме того, увеличение общей емкости на 15% может быть достигнуто при использовании катодной емкости 140 мАч / г.

Приведенные выше расчеты являются лишь грубым приближением и очень полезны для демонстрации влияния изменений емкости анода или материалов катода на общую емкость. В коммерческих батареях необходимо принимать во внимание другие факторы, такие как объем, напряжение, необратимые емкости, состав электродов, технологические и геометрические факторы.

Расчеты плотности энергии легирующих элементов

В промышленных батареях плотность энергии является одной из наиболее важных характеристик, поскольку она учитывает не только емкость, но также напряжение, вес и объем всех активных и неактивных компонентов. Объемная плотность энергии рассчитывается с использованием средней разницы потенциалов между катодом и анодом и молярного объема, как показано в уравнении 2. Средние потенциалы для анодов перечислены в таблице I. Объемная плотность энергии представлена ​​на графике как функция рассчитанного объемного расширения. используя уравнение 2 и уравнение 3, 31 , где уравнение 3 представляет собой объемное расширение как функцию количества молей лития на моль атомов сплава-хозяина.Результаты представлены на рисунке 2. График зависимости плотности энергии от объемного расширения, а не от числа молей более полезен, так как в дальнейшем дает лучшее руководство для выбора легируемого элемента при определенной плотности энергии и допустимом объемном расширении. Для всех элементов емкость увеличивается как простая рациональная функция. Ясно, что кремний имеет самую высокую плотность энергии, но также и самое большое объемное расширение. Разница в объемной плотности энергии всех элементов незначительна из-за очень высокой плотности металлов с самой низкой емкостью (Sn, Ge, Sb), которая также компенсирует высокое среднее напряжение.Однако их гравиметрическая плотность энергии значительно варьируется, в то время как кремний по-прежнему дает самые высокие значения, за ним следует алюминий, в то время как три других дают гораздо более низкие значения, как показано на рисунке 2.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 2. Гравиметрическая и объемная плотность энергии легирующих элементов в зависимости от объемного расширения.

  • : объемная плотность энергии
  • x : количество молей лития на моль атомов сплава-хозяина

  • x f : количество молей лития на моль атомов основного сплава при полном литировании

  • В (+) или В (-) : Напряжение катода и анода

  • F: число Фарадея, 26.802 Ач / моль

  • v : Молярный объем анода из сплава

  • k : Молярный объем лития в металлическом сплаве

  • v 0 : Молярный объем сплава без лития

Расчет емкости композитов (легируемый элемент: графитовый углерод)

Теоретическая емкость композитов, состоящих из двух электрохимически активных компонентов: легирующего элемента (Si, Al, Sn, Ge, Sb, Bi) и графитового углерода. и неактивный компонент: полимерное связующее были рассчитаны и показаны в виде тройных диаграмм на Рисунке 3.Емкости были рассчитаны путем умножения процентного содержания каждого из активных компонентов на его теоретическую вместимость и деления на общий вес (активный и неактивный). Было использовано 375 мАч / г графитовой емкости, в то время как значения для легирующих элементов были взяты из таблицы I. Объемное расширение композита рассчитывалось исходя из предположения, что изменения объема для связующего и графитового углерода составляют 0 и 12%, 32 соответственно. , в то время как объемное расширение легирующих элементов является максимальным расширением в полностью литированном состоянии, полученным из уравнения 3.Цвет на тройной диаграмме подчеркивает изменение теоретической емкости композита в зависимости от трех компонентов в полностью литированном состоянии. Мы также определили композиты с увеличением объема на 40%. Это значение было выбрано для имитации доступной свободной «пустоты» в коммерческом композитном аккумуляторе, который может выдерживать увеличение объема, когда он литиируется из делитированного состояния. 33–36 Для всех легирующих элементов емкость композита была максимальной, когда содержание элементов было максимальным (красная область диаграмм), за исключением Bi из-за его более низкой емкости по сравнению с графитом.Опять же, кремний дает самые высокие значения емкости в композитах по сравнению с другими элементами. Черная линия, обозначающая увеличение емкости на 40%, пересекает композиты с большим разбросом емкости, а в Таблице II показаны минимальная и максимальная емкость для этих композитов.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 3. Теоретическая емкость легирующего элемента: графитовый углерод: полимерный связующий композит для (a) кремния, (b) алюминия, (c) олова, (d) германия, (e) висмута и (f) сурьма.

Таблица II. Емкость электродного композита с кратностью при объемном расширении 40%.

Емкость (мАч / г) Соотношение (элемент: графит: связующее)
Металлы мин. Практический Макс мин. Практический Макс
Si 518 692 715 0.12: 0: 0,88 0,09: 0,81: 0,10 0,09: 0,91: 0
Al 446 570 598 0,45: 0: 0,55 0,38: 0,52: 0,10 0,36: 0,64: 0
Sn 164 412 446 0,17: 0: 0,83 0,13: 0,77: 0,10 0,13: 0,87: 0
Ge 226 467 499 0.14: 0: 0,86 0,11: 0,79: 0,10 0,10: 0,90: 0
Bi 123 338 375 0,32: 0: 0,68 0,26: 0,64: 0,10 0,25: 0,75: 0
Сб 179 397 432 0,27: 0: 0,73 0,22: 0,68: 0,10 0,21: 0,79: 0

При объемном расширении 40% максимальная емкость, достигаемая для композита, составляет 715 мАч / г с 9 мас.% Кремния и 91 мас.% Графита), когда связующее не используется, это также точка, где ось углерода и черные линии пересекаются на тройной диаграмме на рисунке 3.Минимальная емкость 518 мАч / г достигается в композите из 12% кремния и 88% связующего, который находится на противоположной стороне от черной линии максимальной емкости. Между ними есть целый ряд композиций, которые можно выбрать в зависимости от области применения. В промышленных батареях используется около 10% связующего и углеродной добавки, и мы будем предполагать, что количество связующего представляет собой сумму двух, то есть углеродная добавка имеет незначительный вклад в емкость. В Таблице II также показаны емкости для практического композита (композиты с 10% связующего), рассчитанные для всех элементов.В случае Si этот практичный композит состоит из 10% связующего, 9% Si и 81% графита и показывает обратимую емкость 692 мАч / г, выделенную красной звездочкой на диаграмме. Результаты на Рисунке 3 и Таблице II ясно показывают, что кремний — лучший элемент для использования отдельно, если это возможно, или в составе композита для достижения максимальной емкости батареи, несмотря на его большое расширение объема, которое, как мы показали, может быть контролируется до определенных допустимых значений, таких как объемное расширение 40%. Если требуется большая емкость, произойдет увеличение объема, и поэтому в таблице III показано расчетное расширение объема для композитов с Si и Ge для емкости, ограниченной до 1000 и 1300 мАч / г.Он показывает, что для получения более высокой практической емкости, достигающей 1000 мАч / г, необходимо вдвое больше кремния (17%), но с гораздо большим объемным расширением (65%) по сравнению с композитом с объемным расширением 40%.

Таблица III. Объемное расширение и электродный композит при 1000 мАч / г и 1300 мАч / г (включая Irr.Cap.).

Объемное расширение (%) Соотношение (элемент: графит: связующее)
Металлы мин. Практический Макс мин. Практический Макс
Si 63 65 77 0.29: 0,71: 0,00 0,17: 0,73: 0,10 0,24: 0,00: 0,76
Ge 151 158 177 0,51: 0,49: 0,00 0,54: 0,36: 0,10 0,63: 0,00: 0,38

Поскольку элементы имеют разное объемное расширение, емкость и напряжение, заманчиво увидеть эффект включения более чем одного из элементов в композит для получения большей емкости и меньшего расширения объема.Для изучения влияния двух смесей элементов, кремния и алюминия, были выбраны, и построена тройная диаграмма, которая включена во вспомогательную информацию. Максимальная емкость при 40% составляет 517 мАч / г, что ниже, чем у смеси кремния и графита. Причина низкой емкости двух элементов связана с увеличением объема. Для сравнения, из смеси кремния и графита графит имеет незначительное расширение по сравнению с металлами, что помогает минимизировать объемное расширение и улучшить емкость.Линия расширения на 40% по объему находится на правой стороне треугольника, что предполагает использование более 55% связующего, что нецелесообразно. Диаграмма тройной емкости Si, Al и углерода с 10% связующего также представлена ​​во вспомогательной информации. Также предоставляется таблица, показывающая вместимость и соотношение смесей. Максимальная производительность была достигнута, когда алюминий не смешивался. Это потому, что, хотя алюминий обеспечивает в три раза большую емкость, чем графит; он увеличивает объемное расширение в восемь раз, что делает такой подход непрактичным.

Повышение плотности энергии полных элементов с кремниевым анодом

Из расчетов очевидно, что на данный момент кремний является лучшим легирующим элементом для увеличения емкости анода. Тем не менее, все еще необходимо посмотреть, приведет ли это к увеличению общей емкости ячеек. Obrovac et al. 29 недавно обсудили ключевые параметры, влияющие на общую емкость аккумулятора. Мы использовали их уравнение (уравнение 15 в Obrovac et al. 29 ) в качестве отправной точки для расчета плотности энергии полных ячеек и модифицировали его, введя начальную колумбическую эффективность (φ + 0 и φ 0 ) и объемы неактивных компонентов и другие объемы, такие как пористость активного компонента.

  • т + : Толщина катода

  • т + куб. См и т куб.

  • т с : Толщина сепаратора

  • : Обратимая емкость анода и катода
  • φ + 0 и φ 0 : Начальная эффективность колумбика катод

  • N / P: Отрицательное отношение емкости к положительному

  • В + средн. и В средн. : среднее напряжение на аноде

Во-первых, плотность энергии была рассчитана, когда только кремний, а не композит, использовался в качестве анода с разными катодами для развлечения. Снижение необратимой емкости кремния первого цикла.Толщина катодного и анодного токосъемников составляла 15 мкм. Толщина сепаратора составляла 20 мкм. Отношение отрицательное / положительное (N / P) составило 1,1. Остальные параметры приведены в Таблице IV. На рисунке 4 показан процент улучшения плотности энергии всего элемента как функции необратимой емкости. Из рисунка ясно видно, что самая высокая необратимая емкость (пересечение с осью x), которая позволяет улучшить полные элементы, составляет 33, 31 и 36% для LiCoO 2 (LCO), LiNi 0.33 Mn 0,33 Co 0,33 O 2 (NMC) и LiMn 0,67 Ni 0,33 O 2 (LMNO) соответственно. Он также показывает, что максимальные улучшения составляют 48, 43 и 58% для LCO, NMC и LMNO соответственно; когда допускается до 6% необратимой емкости кремния. Это намного меньше, чем то, что получается экспериментально с кремнием в полуэлементах, который обычно дает 20% 37 необратимой емкости и соответствует общему улучшению от 15 до 30%.Однако эти улучшения также переоценены, поскольку большинство экспериментальных результатов показали гораздо более низкую обратимую емкость для анодных материалов, содержащих только кремний.

Таблица IV. Свойства, использованные в уравнении 4 для создания рисунка 4.

Плотность (мг / л) В среднее (В) Обратимая емкость (мАч / г) Необратимая емкость (%) Активный объем (%)
Катод LCO 5.05 3,9 150 6 70
NMC 4,77 3,7 163 6 70
ЛМНО 4,45 4,7 147 6 70
Анод Графит 2,26 0,125 350 6 70
Si 2.3 0,4 3579 6 70

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 4. Повышение плотности энергии полной ячейки, когда кремний используется в качестве анода с другим катодом.

Во-вторых, то же уравнение использовалось для определения минимального количества кремния в композите, необходимого для улучшения характеристик полной ячейки.На рис. 5 показаны улучшения в зависимости от активного объема кремния. Минимальный объем, необходимый для достижения улучшений, составляет 8,19, 9,24 и 6,05% для LCO, NMC и LMNO соответственно. Они были рассчитаны с использованием тех же параметров, что и в таблице IV, путем изменения активного объема кремния. Минимально необходимый кремний — это то место, где теоретическая емкость эквивалентна использованию графита в полностью литий-ионной батарее. Этот рисунок похож на рисунок 1, поскольку активное количество кремния соответствует увеличению материала анода.В результате на рис. 5 также показано, что большее количество кремния в композитном, богатом кремнием композитном материале не дает значительных улучшений, вместо этого увеличение объема из-за большого количества кремния будет иметь пагубные последствия для характеристик батареи. Эта оценка также предполагает фиксированную и низкую необратимую емкость кремния.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 5. Повышение плотности энергии в зависимости от активного объема кремния.

Наконец, количество кремния в композите было использовано в уравнении 4 для оценки улучшения, и результаты показаны на рисунке 6, который показывает улучшения по сравнению с композитами кремний / графит. LMNO дал наивысшее улучшение (11%) даже без использования кремния из-за высокого среднего напряжения и емкости. Для NMC необходимо использовать 1,1% кремния для достижения минимальных улучшений. Максимальные улучшения были достигнуты около 80 и 90 мас.% Кремниевых композитов, композитов с высоким содержанием кремния.47, 42 и 57% улучшений были достигнуты для LCO, NMC и LMNO соответственно. Улучшение замедляется по мере того, как композит становится очень богатым кремнием до 80 мас.% Кремния, после чего достигается меньшее улучшение из-за более высокого среднего потенциала кремния, который снижает общий потенциал в полной ячейке и, следовательно, снижает плотность энергии полные клетки.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 6. Повышение плотности энергии кремния: графитовый композит с графитом в зависимости от содержания кремния.

В ходе этой работы Dash et al. 38 использовал простые расчеты баланса массы для получения объемной емкости и ввел уравнение с использованием параметра аккомодации пористости / объема для определения теоретических пределов Si в аноде на основе композита Si-углерод, чтобы максимизировать объемную плотность энергии литий-ионных элементов. По результатам расчетов, они сообщили, что уровень улучшения объемной и гравиметрической плотности энергии литий-ионных элементов, использующих кремний-углеродный композит с ограниченным объемом, составляет менее 15% по сравнению с литий-ионными элементами, использующими только графитовый анод. 38

Характеристики композитов кремний / графит в половинных литий-ионных элементах

Для проверки расчетов мы собрали и протестировали монетные, полу- и полные элементы с использованием композитов Si-углерод в качестве анода, NMC и LMNO в качестве катода и электролита на карбонатной основе. Мы оптимизировали работу элемента, изучив следующие параметры: тип и количество компонентов электрода (кремний, графитовый углерод и связующее), тип электролита и толщину ламината на отливке, как показано в Таблице V.Мы использовали экспериментальный подход к анализу данных, чтобы найти оптимальную производительность. На рисунке 7 показаны некоторые характеристики циклического режима литий-ионных полуэлементов, выбранных для представления различных параметров, которые мы тестировали. Видно, что:

  • (1)

    Большая необратимая емкость от 15 до 200%, соответствующая начальной колумбической эффективности от 30 до 75%.

  • (2)

    Реверсивная емкость в диапазоне от 350 до 2500 мАч / г, где 33% Si-композит дает наивысшую емкость, а композит 11 мас.% Дает наименьшую емкость.

Таблица V. Сводка переменных, используемых при оптимизации DOE кремний: углерод: анодное связующее. Выбранные переменные были получены из данных батареи 40 различных композитов. Некоторые из них показаны на рисунке 7.

Переменные Выбранные переменные
Кремний Сумма 0∼100 мас.% 0∼100 мас.%
Тип Травленый или нетравленный Гравировка
Процесс С шаровой фрезеровкой или без шаровой мельницы Без шарового фрезерования
Углерод Сумма 0∼100 мас.% 0∼100 мас.%
Тип CSP, MCMB, G15 MCMB
Папка Сумма 0∼30 мас.% 0∼30 мас.%
Тип PTP, PEDOT, NaCMC, NaAlg, PVDF PTP
Электролиты LiPF 6 (М) 1 или 1.2 ДЕКАБРЬ
Тип DEC, DMC 1 Месяц
Лезвие Размер (мкм) 100, 150, 250, 350 100

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 7. Циклические характеристики литий-ионной полуэлементной батареи обусловлены использованием различных композитов кремний: графит: связующее.Si x, y относится к нанокремнию, где x относится к названию поставщика (A для Aldrich, M для MTI), а y относится к состоянию кремния (BM для шаровой мельницы, e для травления, n для as -полученный и непротравленный), числа относятся к количеству в процентах каждого материала в электродах.

Переменные были преобразованы в числовые значения, и результаты были адаптированы к линейным и нелинейным моделям, которые представляют необратимую и обратимую емкость. По результатам мы выбрали наиболее эффективные переменные, а подогнанные модели упрощены для оптимизации состава кремния, углерода и связующего.Выбранные переменные также показаны в Таблице V.

Наши результаты показали некоторые очевидные результаты для выбора более эффективных переменных, а выбранные параметры суммированы и объяснены:

  • Тип кремния: Протравленный кремний без шаровой мельницы показал лучшие характеристики, чем другие типы кремния. Хорошо известно, что травление кремния удаляет слои оксида кремния, образовавшиеся во время синтеза и обработки. 39 Благодаря своему нанометровому размеру кремний имеет большую площадь поверхности, что позволяет формировать значительное количество слоев оксида кремния, что снижает обратимую емкость.Несмотря на то, что было показано, что наноразмерный диоксид кремния является электрохимически активным, 40 результаты показывают, что слой оксида кремния на поверхности не дает никаких преимуществ для емкости, но помогает во взаимодействии со связующим и другими компонентами электрода. 41,42 Наши предыдущие результаты показывают, что шаровая мельница приводит к аморфизации кристаллического кремния; однако в наночастицах кремния аморфизация не улучшила обратимую емкость. Наноразмерный кремний может быть достаточно маленьким, чтобы аморфизация не требовалась. 30
  • Тип графитового углерода: мезопористые углеродные микрошарики (MCMB) показали лучшие характеристики по сравнению с экспериментальными результатами; главная причина — хорошая и всем известная обратимость. Он также действует как буфер для смягчения увеличения объема из-за незначительного увеличения объема во время литирования.
  • Тип электролита: 1 M LiPF 6 в DEC показал лучшие характеристики по сравнению с DMC при использовании с 1 M LiPF 6 .
  • Толщина отливки «Ламинат»: Толщина не повлияла на характеристики.

Данные о батареях были подогнаны к линейным и нелинейным моделям, чтобы получить оценку необратимой и обратимой емкости. Линейная модель была выбрана, поскольку теоретические емкости из трехкомпонентной диаграммы показывают линейную зависимость, как показано на рисунке 3. Однако также экспериментально известно, что емкость композита не показывает линейной зависимости из-за многих факторов, таких как необратимые емкость, объемное расширение, размер частиц, тип электролита или связующего.Результаты линейной модели, показанной на рисунках 8a и 8b, показывают уменьшение необратимой и обратимой емкости по мере увеличения количества кремния. Кроме того, некоторые композиции демонстрируют емкость, превышающую теоретическую, благодаря линейной подгонке. Для нелинейной аппроксимации, показанной во вспомогательной информации на рис. S3 b и d, результаты показывают необоснованные значения, такие как отрицательные значения для необратимой и обратимой емкости или значения, превышающие теоретические для емкости. В результате мы установили пределы для теоретической емкости, чтобы емкость не опускалась ниже нуля и не превышала теоретическую емкость, и результаты показаны на рисунке 8c для линейной модели, а для нелинейных моделей — во вспомогательной информации, рисунок S4.Установка пределов была необходима, чтобы использовать уравнение 4 и найти оптимальное соотношение композитов.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 8. Расчетная (а) обратимая и (б) необратимая емкость кремний-графитового композита, (в) обратимая емкость и (г) процентное улучшение полноэлементной батареи.

Оценки на рисунках 8b и 8c используются вместе с уравнением 4 для расчета улучшений для полностью аккумуляторной батареи, показанной на рисунке 8d.Рисунок 9c показывает, что максимальная экспериментальная обратимая емкость подобранной модели составляет 1100 мАч / г. Это верно для большинства тройных диаграмм и намного ниже, чем полная теоретическая емкость кремния (4200 мАч / г). Низкая емкость кремниевых композитов может быть улучшена в будущем, однако полученные до сих пор результаты не имеют достаточного количества данных, чтобы охватить весь диапазон параметров, что приводит к более низкой, чем ожидалось, емкости. Некоторые исследовательские группы сообщили о емкости в диапазоне от 1000 до 4000 мАч / г, 14,23,43 , но это было в особых экспериментальных условиях, таких как низкая нагрузка, тонкие пленки, низкие уровни углерода.Некоторые из протестированных элементов были собраны с составом, близким к оптимальному, 10:75:15 (Si: Углерод: связующее с теоретической емкостью 700 мАч / г), которые показали только 465 мАч / г. Результаты испытаний кремниевого композита в отношении батарей, которые были протестированы в этой работе, по-прежнему указывают на тенденцию, которая поможет в оптимизации кремниевых композитов. Рисунок 8d показывает, что максимальное улучшение на 16% может быть достигнуто, когда количество кремния превышает 10% масс. Однако выход по емкости намного ниже 25%, что предполагает оптимальное количество кремния, которое дает наибольшее улучшение общей емкости элемента / плотности энергии, составляет от 10 до 25 мас.% Кремния в композите.На рисунке 9b показано, что необратимая емкость составляет в среднем около 20–23%, что также является нереалистичной оценкой, поскольку использование углерода обеспечит менее 10% необратимой емкости. Это несоответствие также вызвано линейной подобранной моделью. Другая причина может быть связана с типом углерода, испытанным в этой работе, например, углерод super S, который является аддитивным, обеспечит более высокую необратимую емкость по сравнению с MCMB, который показал около 6% необратимой емкости. Кроме того, кремний обычно имеет более 20% необратимой емкости.Принимая во внимание необратимую емкость каждого материала, композит, который обеспечивает около 20% необратимой емкости, разумно использовать для оценки улучшений в полной ячейке. Необратимые и обратимые емкости из рисунков 8b и 8c используются с уравнением 4 для создания рисунка 8d. Необходимо использовать более 5 мас.% Кремния с минимальным количеством связующего, чтобы добиться улучшений в полноэлементных элементах; однако более 25 мас.% кремния не требуется, поскольку выходы емкости составляют менее 25%.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 9. Литий-ионные полные ячейки с кремний-графитовым композитом и катодом из NMC.

Характеристики композитов кремний / графит в полных литий-ионных элементах

Чтобы проверить результаты, мы протестировали некоторые композиты в полных ячейках, используя NMC в качестве катода. Одна из первых задач, с которыми пришлось столкнуться, заключалась в том, чтобы сбалансировать емкость активных материалов в обоих электродах: катоде (P) и аноде (N) в монетном элементе.Были собраны полные ячейки с различным соотношением N / P от 0,7 до 1,9. Результаты полной разрядной емкости и NMC / Li полуэлемента показаны на рисунке 9. Состав анода был 10 мас.% Кремния, 85 мас.% MCMB и 5 мас.% Альгината натрия в качестве связующего. Состав катода: 90 мас.% NMC, 5 мас.% Углерода Super P и 5 мас.% ПВДФ. В качестве электролита использовался 1 M LiPF 6 в EC: DEC (3: 7) с 10% фторэтиленкарбонатом (FEC) в качестве добавки. Наиболее оптимальная разрядная емкость была достигнута, когда N / P было равно 1.76. Однако оптимизированные полные элементы по-прежнему показывают непрерывное снижение емкости, достигающее 63% от 95 мАч / г после 50 циклов.

Для дальнейшего анализа профиль потенциала и dQ / dV нанесены на график, как показано на рисунках 10, 11 и во вспомогательной информации. Рисунки 10 и 11 относятся к полноэлементным графитам / NMC и полноэлементным Si-композитам / NMC (N / P = 1,76) соответственно. На рисунке 10 показана полноэлементная батарея NMC с графитом в качестве анода. Отличительные пики при 3,4, 3,5 и 3,7 В при зарядке и разрядке связаны с литиированием и делитированием графита.Первый цикл dQ / dV показывает немного больший сдвиг, на 0,5 В выше, из-за образования SEI на графите при первом литировании, что связано с немного более высоким средним потенциалом по отношению к Li / Li + . Последовательный профиль dQ / dV объясняет сбалансированность активных материалов в катоде и аноде. В отличие от графита, Si-композит в полных ячейках демонстрирует более широкие пики из-за реакции легирования лития, в отличие от графита, где литий интеркалирует и дает более острые пики. Даже несмотря на то, что кремний / NMC полный элемент (N / P = 1.76) имеет лучшее сохранение емкости среди других, профиль dQ / dV показывает уменьшение пикового тока, сдвиг потенциала и даже исчезновение некоторых пиков. Сдвиг потенциала также наблюдался другими и был приписан более высокому пределу зарядных напряжений. 44 Этот эффект может быть вызван непрерывным образованием SEI на поверхности кремния и снижением обратимой емкости. Мы надеялись улучшить обратимость кремниевого композита путем уравновешивания активного материала катода и анода, но, очевидно, необходимы дальнейшие работы по оптимизации кремниевого композитного анода для работы в полноэлементной литий-ионной батарее, как было указано. другими исследователями. 44–46

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 10. Потенциал и профиль dQ / dV полной ячейки Graphite / NMC.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 11. Потенциал и профиль dQ / dV кремния: графитовый композит / полный элемент NMC с 1,76 N / P.

Более того, из-за проблем, с которыми сталкиваются полные ячейки нового типа, было трудно перейти к составам с содержанием кремния выше 10 мас.% До тех пор, пока не будут решены проблемы со снижением емкости.Это, конечно, требует открытия новых добавок к электролиту, связующих и других компонентов в батарее.

В этой работе мы оценили производительность кремний-графитовых углеродных композитов в половинных и полных литий-ионных элементах. Сначала мы оптимизировали композиты кремний: графит, используя новое модифицированное уравнение, основанное на работе Obrovac et al. 29 В результате расчетов мы обнаружили, что увеличение плотности энергии на 59% может быть получено, если принять только 6% необратимой емкости.Однако, используя экспериментальные результаты полуэлементов, меньшие улучшения достигаются в богатых графитом композитах с низким содержанием кремния, достигая 16% улучшений, когда 20% кремния и 80% графита используются без связующего, что было связано с высоким необратимым и низким обратимая емкость. Реально диапазон кремния составляет от 15 до 25% кремния, от 50 до 80% графита и от 5 до 10% связующего. Расчетные улучшения в этой работе были основаны на гравиметрической емкости, но аналогичные результаты были получены при оценке теоретических пределов с использованием объемной емкости и простых уравнений баланса массы. 38 Мы обнаружили, что сборка полных ячеек с использованием композита кремний: графит непроста и требует большой оптимизации для повышения кулоновской эффективности и цикличности. Например, полные элементы, собранные из 10 мас.% Кремния: графитового композита, дают 63% -ное сохранение емкости 95 мАч / г только после 50 циклов.

Авторы благодарят Управление энергетических исследований и разработок Министерства природных ресурсов Канады за финансовую поддержку.

Плотность энергии в батареях и ее значение

Плотность энергии — это количество энергии на единицу объема в определенном пространстве.Однако это включает только то количество энергии, к которому мы действительно можем получить доступ. Мы не можем использовать потенциальную энергию валуна, балансирующего на скале, для зарядки наших телефонов. Таким образом, плотность энергии в батареях — это их доступная мощность при полной зарядке, хотя мы выражаем ее в единицах объема.

Дальнейшее увеличение плотности энергии в аккумуляторах

Исследование литий-ионных аккумуляторов высокой мощности: Аргонн: Правительство США

Литий-ионные аккумуляторы

— лучший химический состав с точки зрения плотности и способности к переработке, а также размера и веса.Эта комбинация открыла двери для новых технологий, включая электромобили, персональные устройства и носимые устройства.

Тем не менее, нам нужно продолжать улучшать их удельную энергию, потому что их время между циклами подзарядки все еще не соответствует нашим требованиям. Нам нужны электромобили с пробегом в тысячу миль и смартфоны, которые прослужат неделю. Но нам также нужны более тонкие и компактные батареи, при этом их цена тоже должна снизиться.

Производители аккумуляторов ищут лучшие решения

Производители аккумуляторов знают, что потребители непостоянны.Мы следим за брендами, у которых лучшая плотность энергии в батареях. Литиевые батареи открыли двери для портативной электроники, аккумуляторных электроинструментов и электротранспорта. Однако их плотность энергии или время между подзарядками остается труднодостижимой проблемой.

Ультраконденсаторы литий-ионных аккумуляторов: Министерство энергетики США: Правительство США

Возможно, это правда, что мы продвинулись в химии литий-ионных ионов так далеко, как только смогли, с точки зрения плотности. Графитовые аноды долговечны, но их способность поглощать больше ионов по-прежнему представляет собой серьезную проблему.Ученые продолжают поиск более эффективных анодных материалов.

Мы сообщили о многообещающих лабораторных экспериментах в наномасштабе. Однако мы не видим серьезных свидетельств коммерческого желания вывести их на рынок. Другой пример — закрытие бензиновых автомобилей. Инвесторы вложили слишком много капитала, чтобы отказаться от нефти.

Связанные

Улучшенная литий-ионная батарея на водной основе

Литий-ионный оксид марганца Долговечность

Изображение для предварительного просмотра: Защита литий-ионных батарей

Аккумулятор iPhone и производительность — Поддержка Apple

При низком уровне заряда аккумулятора, более высоком химическом возрасте или более низких температурах пользователи с большей вероятностью столкнутся с неожиданными отключениями.В крайних случаях отключения могут происходить чаще, что делает устройство ненадежным или непригодным для использования. Для iPhone 6, iPhone 6 Plus, iPhone 6s, iPhone 6s Plus, iPhone SE (1-го поколения), iPhone 7 и iPhone 7 Plus iOS динамически управляет пиками производительности, чтобы предотвратить неожиданное выключение устройства, чтобы iPhone все еще мог работать. использовал. Эта функция управления производительностью специфична для iPhone и не применяется к другим продуктам Apple. Начиная с iOS 12.1, iPhone 8, iPhone 8 Plus и iPhone X включают эту функцию; iPhone XS, iPhone XS Max и iPhone XR включают эту функцию, начиная с iOS 13.1. Влияние управления производительностью на эти новые модели может быть менее заметным из-за их более совершенного аппаратного и программного обеспечения.

Это управление производительностью работает на основе комбинации температуры устройства, состояния заряда аккумулятора и сопротивления аккумулятора. Только если этого требуют эти переменные, iOS будет динамически управлять максимальной производительностью некоторых компонентов системы, таких как ЦП и ГП, чтобы предотвратить неожиданные отключения. В результате рабочие нагрузки устройства будут самобалансироваться, что позволит более плавно распределять системные задачи, а не сразу увеличивать резкие скачки производительности.В некоторых случаях пользователь может не заметить никаких различий в повседневной производительности устройства. Уровень воспринимаемых изменений зависит от того, насколько управление производительностью требуется для конкретного устройства.

В случаях, когда требуются более экстремальные формы управления производительностью, пользователь может заметить такие эффекты, как:

  • Более длительное время запуска приложения
  • Пониженная частота кадров при прокрутке
  • Затемнение подсветки (может быть отключено в Центре управления)
  • Уменьшить громкость динамика до -3 дБ
  • Постепенное снижение частоты кадров в некоторых приложениях
  • В самых крайних случаях вспышка камеры будет отключена, как видно в пользовательском интерфейсе камеры
  • Приложения, обновляющиеся в фоновом режиме, могут потребовать перезагрузки при запуске

Эта функция управления производительностью не влияет на многие ключевые области.Некоторые из них включают:

  • Качество сотовой связи и пропускная способность сети
  • Качество снятых фото и видео
  • Характеристики GPS
  • Точность местоположения
  • Датчики, такие как гироскоп, акселерометр, барометр
  • Apple Pay

При низком уровне заряда аккумулятора и более низких температурах изменения в управлении производительностью являются временными. Если аккумулятор устройства химически состарился достаточно долго, изменения в управлении производительностью могут быть более продолжительными.Это связано с тем, что все аккумуляторные батареи являются расходными материалами и имеют ограниченный срок службы, и в конечном итоге их необходимо заменить. Если это повлияло на вас и вы хотите повысить производительность своего устройства, может помочь замена аккумулятора устройства.

Exclusive: Panasonic стремится повысить плотность энергии в батареях Tesla на 20% — исполнительный директор

TOKYO (Reuters) — Panasonic Corp 6752.T планирует повысить удельную энергию «2170» аккумуляторных элементов, которые поставляет Tesla Inc TSLA.O, с помощью 20% через пять лет и коммерциализацию безкобальтовой версии «через два-три года», заявил глава U.S. EV аккумулятор бизнес сказал.

ФОТО ФАЙЛА: Литий-ионный аккумулятор Panasonic Corp изображен с логотипом Tesla Motors во время возможности сфотографироваться в центре Panasonic в Токио, Япония, 19 ноября 2013 года. REUTERS / Yuya Shino

Это первый раз, когда Panasonic, Ведущий поставщик сотовой связи для ведущего в мире производителя электромобилей Tesla обозначил эти цели, поставив маркер в высококонкурентном секторе, чтобы оставаться впереди всех.

Компания Panasonic представила литий-ионные элементы «2170» с никель-кобальт-алюминиевым катодом (NCA) для Tesla Model 3 в 2017 году.Исследователи говорят, что у него уже самая высокая плотность энергии — более 700 ватт-часов на литр.

Обладая еще большей плотностью, эти элементы могут помочь увеличить продолжительность работы электромобиля от одной зарядки, а также проложить путь для меньших батарей и более просторного салона автомобиля.

Версия без кобальта, с другой стороны, снизит зависимость от дорогостоящего и вызывающего споры компонента, который делает батареи стабильными, но создает этические проблемы, учитывая неоднозначные условия труда у ведущего производителя в Демократической Республике Конго.

Генеральный директор Tesla Илон Маск давно заявил, что хочет перейти на аккумуляторные батареи с нулевым содержанием кобальта.

Компания Panasonic уже сократила содержание кобальта в катоде NCA до менее 5% и планирует поэтапно улучшать свои батареи, сообщил Reuters руководитель отдела аккумуляторных батарей для электромобилей в США Ясуаки Такамото.

Но компания отказалась увязывать свой план развития аккумуляторов с будущими моделями Tesla.

Panasonic недавно утратил статус эксклюзивного поставщика аккумуляторов для Tesla. Американская фирма стала партнером южнокорейской компании LG Chem 051910.KS и китайский CATL 300750.SZ.

CATL поставляет Tesla недорогие литий-фосфатные батареи (LFP), не содержащие кобальта.

По словам Такамото, средняя плотность аккумуляторных элементов LFP составляет менее половины уровня последних аккумуляторов NCA Panasonic. Он не назвал никаких компаний.

«2170» ЯЧЕЙКИ

Компания Panasonic уже разработала технологии, позволяющие увеличить плотность энергии «2170» элементов более чем на 5%.

С сентября компания начнет преобразование линий на своем заводе в Неваде, который работает с Tesla, поскольку она готовится к дальнейшему повышению плотности энергии ячеек, сказал Такамото.

Чтобы контролировать риски безопасности, связанные с более высокой плотностью и меньшим содержанием кобальта, Panasonic изменяет состав и конструкцию для лучшей термостойкости, сказал Такамото.

Он также отметил, что по мере диверсификации использования электромобилей в игру вступят различные требования к батареям.

Маск из Tesla пообещал рассказать о значительных достижениях в области аккумуляторов во время презентации «Battery Day», запланированной на 22 сентября. Tesla планирует представить аккумулятор для электромобиля, который проработает один миллион миль позже в этом году или в начале следующего, который он разработал совместно с CATL.

Отчет Макико Ямазаки, дополнительный отчет Норихико Широузу; Редактирование Химани Саркар

Что такое твердотельный аккумулятор и почему он вам понадобится

Обеспечивая надежное и продолжительное хранение энергии для автономных приложений, технология литий-ионных аккумуляторов действительно изменила наш мир. Однако даже с этими достижениями есть потенциал для улучшения литий-ионной батареи. Одно из достижений, которое может снова изменить способ хранения энергии, — это разработка твердотельной батареи.

Давайте погрузимся в этот уникальный дизайн и узнаем больше!

Что такое твердотельный аккумулятор?

Прежде чем мы узнаем, что такое твердотельный аккумулятор, нам нужно понять, как работает современная литий-ионная технология. Литий-ионные батареи работают, позволяя ионному литию проходить через электролитный барьер между анодом и катодом батареи (положительный и отрицательный концы). Этим электролитом является жидкость в стандартных литий-ионных батареях.

В твердотельной батарее используется твердый электролит для регулирования ионов лития вместо жидкого.

Итак, основное различие между литий-ионным аккумулятором и твердотельным аккумулятором заключается в электролите. В то время как литий-ионные батареи (и большинство других батарей) используют жидкий электролит, твердотельные батареи используют твердый электролит.

Прочтите, чтобы узнать, что это важно и что это значит для пользователя батареи.

Как работает твердотельный аккумулятор?

Каждая батарея имеет два электрода — анод (отрицательная сторона) и катод (положительная сторона).Эти два электрода изготовлены из электропроводящего материала.

Между этими двумя электродами (и внутри них) находится электролит, содержащий электрически заряженные частицы (ионы). Электролит позволяет ионам лития проходить через него и соединяться с анодом или катодом (в зависимости от заряда или разряда). Эта химическая реакция обеспечивает прохождение электрического заряда между катодом и анодом (через цепь), позволяя батарее генерировать электрический ток для питания вашего устройства.

Процесс заряда и разряда батареи LiFePo4 осуществляется путем перемещения литий-ионных ионов через электролит, в то время как электроны проходят через цепь.

Итак, когда к батарее подключено какое-либо устройство, например, электрическая лампочка, между анодом, катодом и электролитом происходит химическая реакция, создавая поток электрической энергии для питания лампочки.

В литий-ионной батарее используется жидкий электролит для регулирования тока, а в твердотельной батарее используется твердый электролит.

И вот какая разница! Вот как:

Преимущества твердотельных батарей (AKA Why You Will Want One)

Технология твердотельных аккумуляторов дает множество преимуществ. Короче говоря, твердый электролит, используемый в твердотельной батарее, обеспечивает более высокую плотность энергии, более длительный срок службы и повышенную безопасность при меньших размерах!

Давайте подробнее рассмотрим, как это влияет на выгоду пользователя от технологии твердотельных аккумуляторов:

Меньше и легче

Плотность энергии определяет количество энергии, которое батарея содержит, пропорционально ее весу.Утверждается, что твердотельные батареи способны обеспечить на 2,5 раза в большую удельную энергию на по сравнению с нынешними литий-ионными батареями. Это колоссальное увеличение плотности энергии твердотельных батарей означает, что они будут намного меньше и легче.

Более высокая плотность энергии означает, что батареи могут быть намного легче и хранить такое же количество энергии. Вес — критическая проблема для мобильных приложений питания, поэтому он может изменить правила игры. Легковые автомобили, грузовики, дома на колесах, лодки и самолеты — все выиграют от легкости.

Электромобили также могут получить большую выгоду от этой технологии, поскольку они могут получить гораздо больший запас хода при меньшем весе и месте для хранения аккумуляторов.

Более быстрая зарядка

Твердотельные батареи могут работать с очень высокой мощностью. Исследования показывают, что они смогут безопасно перезарядить в 4-6 раз быстрее , чем современные технологии.

Более безопасная работа от аккумулятора

Жидкие электролиты, содержащиеся в литий-ионных батареях, чрезвычайно летучие и легковоспламеняющиеся.Эти электролиты также нельзя подвергать воздействию воздуха. Твердотельные батареи не содержат жидких компонентов и летучих компонентов.

Таким образом, в то время как литий-ионные батареи подвержены таким явлениям, как тепловой разгон, ведущий к взрыву и возгоранию, твердые электролиты, используемые в твердотельных батареях, негорючие и, следовательно, представляют меньший риск возгорания. Несмотря на то, что аккумулятор может нагреваться, в нем нет ничего легковоспламеняющегося, что могло бы загореться.

Глазурь на этом пироге заключается в том, что эти батареи потребуют меньше систем безопасности, чем литий-ионные батареи.Устранение дополнительной электроники может способствовать уменьшению размера и легкости аккумуляторных блоков, что еще больше увеличивает удельную энергию твердотельных аккумуляторов.

Эти батареи могут даже не потребовать внешней BMS в определенных ситуациях, что значительно упрощает их конструкцию.

Производить намного проще

Работа с летучей жидкостью, которая не может подвергаться воздействию воздуха, представляет собой огромную проблему, которую можно полностью устранить с помощью технологии твердотельных аккумуляторов.Твердый электролит может обеспечить гораздо более быстрое производство при меньшем расходе материалов и энергии.

Неужели твердотельные батареи слишком хороши, чтобы быть правдой?

Абсолютно нет! Исследования ведутся по всему миру, и регулярно выходят новые публикации и статьи о достижениях. Так как твердотельные технологии могут принести огромную пользу, многие исследовательские фирмы и компании проявляют к ним значительный интерес.

В заключение, по сравнению с традиционными литий-ионными аккумуляторами твердотельные аккумуляторы будут легче, меньше, мощнее, заряжаются быстрее, служат дольше и безопаснее.Теперь вы знаете, что такое твердотельный аккумулятор, на что он способен и зачем он вам нужен!

Узнайте о технологии Dragonfly Energy и о том, как мы революционизируем не только достижения в области твердотельных батарей, но и производственный процесс.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *