Свойства щелочного электролита: Устройство, Эксплуатация и Принцип Работы АКБ, Обслуживание Электролита и Зарядное Устройство Для Зарядки на 6v и 12в

Устройство, Эксплуатация и Принцип Работы АКБ, Обслуживание Электролита и Зарядное Устройство Для Зарядки на 6v и 12в

Своё название щелочные аккумуляторы получили от используемого электролита. Применяется едкий калий (КОН) и едкий натрий (NaOH).  Как и другие батареи, этот тип зарядных устройств имеет свои достоинства и недостатки. Специфика работы щелочного аккумулятора делают их практически незаменимыми в ряде отраслей народного хозяйства.

Преимущества и недостатки

Аккумуляторы щелочного принципа действия отличаются:

• Длительным сроком эксплуатации при должном обслуживании;
• Имеют относительно небольшой вес и размеры;
• Позиционируются с небольшим самопроизвольным разрядом;
• Стабильной работой в условиях отрицательных t⁰.

Обратите внимание! Когда показатели отрицательных t⁰ опускаются ниже отметки – 25⁰С, ёмкость щелочного аккумулятора с уменьшением на один градус, снижается на 0,5%.

В сравнении со свинцово-кислотной батареей – этот показатель выше в 2 раза. Хотя при низких t⁰, как отмечалось ранее, показатели ёмкости сокращаются.

К существующим минусам можно отнести незначительный коэффициент полезного действия (КПД), который по разным оценкам составляет от 50% до 55%. К сравнению, этот показатель у батарей кислотного принципа действия составляет 80%.

К тому же, наличие эффекта памяти неизбежно приводит к потере ёмкости. Она может появиться в случае неполной разрядки зарядного устройства.

Огорчает большой разброс рабочего напряжения зарядных элементов: 1-1,75 Вольта. Для набора показателя 12В разброс составит 10-17,5 вольта. В данном случае не избежать использования зарядного устройства для щелочного аккумулятора в целях стабилизации рабочих показателей.

На заметку. Обслуживание батарей такого типа должен выполнять квалифицированный сотрудник. Так как, в данном случае, используется электролит для щелочных аккумуляторов, который необходимо периодически менять.

Область применения

Щелочные аккумуляторы могут использоваться в качестве:

• тяговых;
• и стартерных устройств.

Они устанавливаются на рудничных электровозах, локомотивах, в пассажирских вагонах. Обеспечивают разные виды сигнализаций и аварийных систем энергетического снабжения.

Незаменимы при складировании продукции на складах: всевозможные погрузочные машины оснащены как раз такими акуумуляторами. Возможно применение для запуска силовых агрегатов (ДВС).

Батареи, о которых идёт речь, используются в портативной технике, домашнем и профессиональном электрическом инструменте.

Мы постоянно соприкасаемся с ними в домашних условиях. Включаем музыкальный центр, телевизор, используем пульт. Повседневно пользуемся телефонами и фотоаппаратами, где в качестве источника питания, работают пальчиковые батарейки.

Редко, но встречается, их использование в качестве стартерных устройств на грузовых автомобилях и военной технике.

Устройство щелочного аккумулятора

Устройства, работающие с использованием щелочного раствора, агрегируют:

1. В комбинации: никель/кадмий;
2. Или никель/металлогидрид.

В обоих случаях положительный электрод содержит гидроокись никеля (NiOOH) и добавкой графита и окиси бария, которые повышают рабочие показатели.

Графит положительно влияет на электропроводность, увеличивая её, а окись бария создаёт эффект стабильной работы.

На фото хорошо видно устройство продукта в разрезе. Указано, какие составляющие определяют целостность батареи.

Несколько слов о химических процессах

При разрядке гидроокись никеля + электрода вступает в активную реакцию с ионами электролита. При этой комбинации образуется Ni(OH)2 гидрат закиси никеля.

Аналогичный процесс протекает при – электроде. В данном случае получается образование гидратов окиси кадмия и железа. Разница видимых потенциалов в пределах 1,45 вольта возможна при обеспечении процесса прохождения тока по контурам внутренней и внешней сети. Это и есть принцип работы щелочного аккумулятора.

При зарядке проходит обратный химический процесс. Он заключается в следующем. При взаимодействии тока + электроды окисляются. При этом гидрат закиси никеля переходит в состояние гидроокиси этого элемента. Минусовый электрод постепенно восстанавливается. В нём образуется кадмий и железо.

Особенность происходящих процессов: вещества, выступающие в процессе электрохимических реакций, друг с другом не вступают в химические отношения, то есть, не растворяются в электролите.

В данном случае не предусмотрен расход электролита. Его плотность неизменна: всегда остаётся на прежнем уровне.

Как правильно заменить электролит

Специалисты рекомендуют замену электролита проводить через каждые 100-150 циклов.

До предполагаемой смены состава электролита необходимо разрядить аккумулятор до напряжения 1 вольт нормальным током.

Отработанный электролит следует слить. При этом сам аккумулятор нужно периодически встряхивать, чтобы удалить возможную грязь из сосуда. Затем промыть подщелочённой или дистиллированной водой, энергично встряхивая.

Вода должна к этому времени отстояться. Заливка нового продукта проводится незамедлительно. Залитый новым составом аккумулятор, оставить примерно на 120 минут и можно приступать к замеру плотности электролита. При необходимости, довести до требуемой величины и закрыть крышки.

Обратите внимание! Не рекомендуется после слива старого электролита оставлять аккумулятор сухим. Это может привести к образованию коррозии пластин!

Замена электролита потребуется при переходе в рабочий режим с t⁰ ниже 20⁰С.

Характеристики щелочных аккумуляторов

Типы АКБ	Номинальная емкость, А-ч	Номинальное напряжение, В	Кол-во электролита в литрах
НК-28	28	1,25	0,27
НЖ-22	22	1,25	0,27
НК-55	55	1,25	0,45
НЖ-45	45	1,25	0,45
НК-80	80	1,25	0,75
НЖ-60	60	1,25	0,75

В условном обозначении буквы отображают электрохимическую систему АКБ:

• «НК» — никель-кадмиевая;
• «НЖ» — никель-железная;
• Цифры, идущие после букв — это номинальная ёмкость а/батарей, измеряемая в ампер-часах.

Заряд аккумуляторов и батарей щелочного принципа действия

Для подключения на зарядку однотипные продукты соединяются последовательно. Их количество регламентируется напряжением тока, а также напряжением в конце заряда. Эти показатели у рабочей а/батареи при нормальном зарядном токе должны быть в соответствии:

• в начале заряда: 1,40В — 1.45 В;
• в конце заряда: 1,75В — 1,85 В.

Рекомендуется применять нижеуказанный режим заряда:

1. Нормальный вариант: заряжать 6 часов нормальным током;
2. Усиленный вариант:12 часов нормальным током.

Он сообщается при вводе в действие, а также:

• через каждые 10 циклов. При нерегулярной работе 1 раз в 30 дней;
• после замены электролита;
• после глубоких разрядов ниже допустимых конечных напряжений;
• после разрядов слабым током, с перерывами в 16 и более часов.

Важно! Перезаряды улучшают рабочий процесс щелочных АКБ.

Никель/кадмивые и никель/железные АКБ рекомендуется заряжать слабым током. При этом, постепенно повышая время зарядки, но понижать ток более чем в 2 раза нельзя.

На заметку. Зарядка с использованием слабого тока ухудшает рабочий процесс щелочных аккумуляторов. В данной ситуации рекомендуется использование этого варианта только при возникшей необходимости.

Кроме этого, никель/железные АКБ заряжать при t0 — 10°С и ниже не рекомендуется.

Нюансы использования батарей

С момента подключения к батарее плановой нагрузки напряжение начинает быстро понижаться, примерно до значения 1,3 вольта. Далее в процессе работы снижение показателей происходит в замедленном режиме.

Рекомендация. Когда напряжение опустится до критической отметки 1(одного) вольта, необходимо приостановить работу.

Заметим, что продолжение эксплуатации батареи со значение 1 вольт и ниже неизбежно приведёт к утрате ёмкости аккумулятора.

Это в свою очередь уменьшит эксплуатационный срок. Следует внимательно относиться к системной подзарядке и контролю уровня используемого электролита.

Как правильно хранить аккумуляторы и батареи

Производитель предусмотрел выпуск готовых изделий для временного и длительного хранения. Используя новые аккумуляторы, следует в обязательном порядке проверить плотное прилегание съёмных пробок.

Обратить внимание на исправность вентильной резины. На первоначальном этапе потребуется смазать никелированные пробки и гайки а/батарей. Слой смазки должен быть минимальных размеров.

Корпус аккумуляторов в заводском исполнении покрыт черным битумно-збонитовым лаком. Предотвратить порчу нанесённого лака можно, используя в качестве смазки вещества, предусмотренные и рекомендованные производителем.

Обратите внимание, что, вазелин, как смазку, применять запрещено!

Аккумуляторам, которые ранее эксплуатировались, а теперь отправляются на длительное хранение (от 1 года и более), требуется разрядка в ток до 1,0В. Кроме этого, для правильной консервации продукта на длительный период времени необходимо:

1. Удалить весь электролит;
2. Закрыть плотно фиксирующие пробки;
3. Протереть корпус и удалить, используя ветошь, пыль и остатки соли;
4. Если на корпусе не предусмотрено ранее лаковое покрытие(изоляционный лак чёрного цвета), нанести его.

Однако аккумуляторы, переведенные в спокойное состояние (от 30 дней до года), могут находиться в полу разряженном или полностью разряженном состоянии при условии плотно закрытых пробок.

Во время длительной консервации батареи должны периодически проверяться. При обнаружении на корпусе соли, её нужно удалять.

Если батареи нужно перевезти на большие расстояния, их следует перевести в состояние длительного хранения.

Нельзя хранить вместе аккумуляторы щелочного и кислотного принципа действия. Все кислоты, так или иначе, влияют на батареи, портят их.

Аккумуляторы, где используется никель/кадмиевое соединение, в спокойном состоянии хранятся до 5 лет. Условие: они должны быть без электролита.

Срок консервации составляет в сухом закрытом помещении 4,5 года, а в полевых условиях — полгода. В этом случае, необходимо создать условия хранения, при которых исключается попадание осадков и прямых солнечных лучей.

Хранение никель/железных аккумуляторов в разряженном состоянии с удалённым электролитом в закрытом и сухом помещении составляет не более 3,5 лет.

Читаем условные обозначения: маркировка

Существуют тяговые батареи, изготовленные в различных странах. Мы же с вами рассмотрим сокращения, применяемые на отечественных изделиях.

Отечественная маркировка

Итак, если в маркировке предусмотрены буквы, идущие перед цифрами, то они указывают на число элементов используемых в батареи.

Далее буквы, указывающие на область применения:

• Т – тяговый тип;
• ТП – тепловозный вариант;
• В – вагонное назначение.

Буквы, указывающие на тип: НЖ – никель/железная батарея. И так далее.

Буква «К» указывает на комбинацию блока электродов. Буква «Ш» говорит о назначении батареи для эксплуатации в шахтах и горных выработках.

Если после букв следуют цифры – это величина номинальной ёмкости АКБ, которая выражается в А-ч. Могут ставиться буквы «П» — пластмассовый корпус, или буква «В» говорит о высоком варианте, а «М» указывает на модернизацию.

Буква «У» свидетельствует о возможности эксплуатации батареи в умеренном климате. Буква «Т» подразумевает эксплуатацию а/батареи в тропиках.

Далее прописывается ГОСТ использования: цифра 2 сигнализирует о возможности работы над землёй, а цифра 5  допускает работу под землёй.

Международная маркировка

В международной классификации буква F – это аккумулятор с использованием комбинации никель/железо. О различном режиме разрядки говорят буквы:

• L ─ до 0,5 градусов по Цельсию;
• M ─ (0,5─3,5) градусов по Цельсию;
• H ─ (3,5─7) градусов по Цельсию;
• X ─ больше 7 градусов по Цельсию.

Щелочные АКБ — продукт многофункциональный, встречающийся в различных комбинациях и применяемый в самых разных отраслях хозяйствования. Щелочной аккумулятор в 12в мы используем практически ежедневно, а  в качестве тяговых устройств их могут видеть специалисты и обслуживающий персонал.

Однако любая эксплуатация щелочного аккумулятора требует повышенного внимания и правильного обслуживания. Эти мероприятия существенно увеличивают срок службы а/батарей.

Обслуживание щелочных аккумуляторов нужно проводить в строгом соответствии с рекомендациями изготовителя. Нельзя допускать к работе неподготовленный в техническом плане персонал.

Если у вас возникли вопросы — оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

В чем различия между кислотными и щелочными аккумуляторами?

На складах и заводах, как всем известно, большой объём работы, грузы всевозможной весовой категории, зачастую без подъёмной техники, например, погрузчиков или штабелеров, просто не обойтись. Данная техника работает благодаря тяговым аккумуляторам, стоит заметить, что тяговые батареи подразделяются на несколько наиболее известных видов – кислотные, щелочные и литий-ионные. Однако, сегодня мы разберем основные отличительные особенности между щелочными и кислотными аккумуляторами.

Для начала разберем устройство каждого из представленных аккумуляторов.

Устройство кислотного аккумулятора. Первое, на что стоит обратить внимание, это то, что тяговый кислотный аккумулятор, как правило, состоит из двух групп свинцовых пластин, которые по своему внешнему виду напоминают решётку, при этом сами пластины помещены в серную кислоту. 

Теперь рассмотрим устройство щелочного аккумулятора. В данном типе, в основном используются никелевые или железные пластины, которые помещены в раствор едкого калия. Пластины изготавливаются из никелированного железа, с большим количеством отверстий. В качестве электролита у щелочных тяговых аккумуляторов выступает раствор щёлочи.

Одним из немаловажных факторов в сравнении двух вышеперечисленных батарей является – переносимость нагрузок.

В этом вопросе отдельно стоит выделить кислотный тип батарей, так как напряжение одного аккумулятора составляет 2 В., когда как, у щелочных всего 1,25 В. (Не стоит забывать, что батарея состоит из аккумуляторов. Модели батарей могут состоять из различного количества аккумуляторов, которые, чаще всего встречаются в диапазоне от 6 до 48 штук.)

Но при этом, при больших отрицательных температурах щелочные батареи свои свойства сохраняют гораздо лучше, нежели кислотные. Сохранение данных свойств во многом зависит от должного обслуживания батареи, а также необходимой качественной подзарядкой. Информируем о том, что устройство зарядки для щелочных батарей довольно таки дорогостоящее. Чтобы зарядное устройство работало гораздо дольше, нужно помнить о том, что щелочные аккумуляторы не стоит доводить до глубокой разрядки и зарядки, всё должно быть в меру.

Далее поговорим об одном из главных критериев в сравнении щелочных и кислотных батарей – срок службы!

В данном вопросе предпочтение с лёгкостью можно отдать щелочным видам батарей. Как мы ранее говорили, щелочные типы при долгом простое сохраняют свои свойства и характеристики эффективнее кислотных. Стойкость никель-железных пластин щелочной батареи гораздо лучше, нежили кислотной, у которой пластины более хрупкие, так как изготавливаются они из свинца с добавками сурьмы. За счёт этого, они подвержены ломкости, соответственно, к кислотным видам батарей стоит относится бережно.

 

Так же нельзя оставить без внимания моменты по уходу за каждым типом АКБ.

Сначала разберем кислотные батареи:

• Ни в коем случае нельзя оставлять разряженный АКБ более, чем на сутки. Если все же планируется простой, то при дальнейшем хранении батареи необходимо сделать следующее – аккумулятор следует немного разрядить, затем слить старый электролит и, желательно, промыть пластины дистиллированной водой.
• Заряд батареи не должен падать ниже 1,8 В.
• Зарядка аккумулятора происходит при открытых банках, до того момента пока в каждый не начнёт одинаково кипеть электролит.
• Если ваш заряженный аккумулятор некоторое время был в инертном состоянии, то через некоторое время его следует подзарядить.

 

Основные моменты по эксплуатации щелочных АКБ:

• При зарядке щелочной батареи крышки необходимо обязательно снимать для того, чтобы не допустить перегрева и, как следствие, разрушение аккумулятора. Соответственно, после полной зарядки, их нужно поставить на место.
• Заряд аккумулятора не должен падать ниже 1,1 В.
• По истечении каждого года во время эксплуатации необходимо заново заливать электролит, а в течение года подливать дистиллированную воду.
• Если заряженная батарея некоторое время была в инертном состоянии, то через некоторое время её необходимо подзарядить.

И самое главное, на что обращают свое внимание большинство пользователей батарей – это ценовая политика.

В данном вопросе предпочтение отдаётся кислотным видам аккумуляторов за счёт своей низкой стоимости. Во внимание можно взять даже тот фактор, что они намного лучше переносят сильную разрядку и, соответственно, зарядку с нуля. Поэтому им не нужны особенные или специальные зарядки, а подойдут самые обыкновенные и дешёвые.

Пришла пора делать выводы всему вышеперечисленному – если у вас производство не стоит на месте, и соответственно, вы проводите обслуживание батареи на регулярной основе, то кислотный аккумулятор определенно вам подойдет. Если все же на производстве случаются простои, а батарея обслуживается не регулярно, то лучше приобрести щелочной аккумулятор!

Щелочные аккумуляторы электролит — Справочник химика 21

    Щелочные аккумуляторы значительно легче свинцовых, но дают более низкие напряжения. Рабочее напряжение железо-никелевого аккумулятора составляет приблизительно 1,3—1,2 В для кадмиевого аккумулятора оно несколько меньше. Для щелочного аккумулятора выходы по току меньше, чем для свинцового, а вследствие значительно большей разности между зарядным и разрядным напряжениями выход по энергии составляет только 55—66%. Но зато щелочные аккумуляторы меньше боятся механической тряски, имеют большой срок службы, могут систематически работать с перегрузкой и не выходят из строя при хранении в разряженном состоянии. Электролит щелочного аккумулятора поглощает СО 2 из атмосферы, в результате чего уменьшается его проводимость, поэтому электролит приходится время от времени обновлять. [c.18]
    При приготовлении и хранении электролита его предохраняют от доступа воздуха, чтобы предотвратить поглощение углекислоты, так как она увеличивает саморазряд аккумуляторов и снижает емкость. При содержании в электролите до 50 г/л соды или поташа электролит заливать не рекомендуется. Все остальные неисправности, возникшие при эксплуатации (утечка тока, короткое замыкание, механические повреждения и т. п.), устраняют обычным способом. Для стабилизации емкости щелочные аккумуляторы подвергают двум-трем тренировочным циклам нормальных режимов. В отдельных случаях, когда батарея на третьем разряде отдает менее 80% номинальной емкости, следует провести дополнительно 1—2 цикла. В первые два цикла батарею заряжают током 150 А в течение 

[c.264]

    Процессы, протекающие в электролите. Процессы разряда и заряда щелочных аккумуляторов в суммарном виде можно представить реакциями [c.88]

    Электролит за счет углекислоты воздуха постепенно обогащается углекислым калием, который снижает напряжение, увеличивает внутреннее сопротивление и уменьшает емкость аккумулятора. Для устранения действия углекислоты щелочные аккумуляторы при бездействии и разряде должны быть всегда закрыты. Электролит сменяется примерно один раз в год. 

[c.160]

    Формирование щелочных аккумуляторов заключается в проведении одного или нескольких циклов заряд — разряд. При этом обычно применяют электролит (плотность 1,18—1,20 г/см )—раствор едкого кали и 4—15% гидроокиси лития. Иногда в электролит добавляют АзгОз или 5ЬгОз. Заряд ведут в течение 7—12 ч, а разряд— от 2 до 8 ч до напряжения 1,1 В. [c.98]

    Электролит калиево-литиевый—раствор едкого кали и едкого лития. Применяют для щелочных аккумуляторов. [c.119]

    Щелочные никель-кадмиевые (НК) аккумуляторы по сравнению с НЖ-аккумуляторами обладают лучшей работоспособностью при пониженной температуре и повышенной токовой нагрузке. Саморазряд НК-аккумуляторов значительно меньше. Все эти преимущества связаны прежде всего со своеобразием электрохимических свойств кадмиевого электрода. Так, различие в сохранности заряда щелочных аккумуляторов объясняется тем, что железо в щелочном электролите термодинамически неустойчиво, тогда как потенциал кадмия в тех же условиях положительнее равновесного потенциала водородного электрода, и самопроизвольное окисление чистого кадмия в обескисло- 

[c.226]

    Пластины и электролит щелочных аккумуляторов помещ т в закрытый сосуд из стали. Преимущество этих аккумуляторов перед кислотными в простоте обслуживания и высокой механической прочности. Кроме того, они не требуют постоянного контроля за концентрацией электролита. Рабочее напряжение заряженных аккумуляторов 1,30 — 1,34 В (для никель-кадмиевых) и 1,37 — 1,41 В (для железо-никелевых). [c.58]

    В некоторых случаях электроды получают два и более циклов формирования. Пластины считаются качественными, если в конце разряда потенциал по отношению к стандартному водородному электроду у положительных пластин будет не менее +0,28 в. а у отрицательных не менее —0,52 в. Потенциалы пластин в щелочных аккумуляторах обычно измеряют при помощи вспомогательного цинкового электрода, погруженного в электролит над пластинами. В этом случае потенциал положительных пластин в конце формировочного разряда должен быть не менее 1,5 б и отрицательных не более 0,7 в. Формированные пластины тщательно промывают и сушат. Отрицательные пластины для стабилизации кадмиевой активной массы пропитывают соляровым маслом. Для. этого их на сутки погружают в 10% раствор солярового масла в бензине (или бензоле), а затем 2 ч обдувают воздухом для удаления паров 

[c.535]

    Электролит в этих аккумуляторах, в отличие от свинцовых и щелочных аккумуляторов, в реакциях заряда и разряда не участвует, поэтому его можно брать очень мало. Это обстоятельство позволило создать аккумуляторы, имеющие очень эффективную конструкцию электроды помещены вплотную друг к другу и разделены только тонким слоем целлофана. Весь электролит находится в порах электродов. Серебряно-цинковые аккумуляторы имеют больщую емкость, высокую энергию и высокую мощность на единицу массы и объема, поэтому они широко применяются там, где необходимы аккумуляторы небольшого размера. 

[c.602]

    В качестве анода используют фольговые оксидно-никелевые электроды щелочных аккумуляторов либо аноды из устойчивых в щелочной среде материалов, например графита. Нели при электрохимическом синтезе карбоновых кислот в щелочной электролит ввести сульфат никеля, то в процессе электролиза на поверхности таких анодов осаждается слой гидроксидов никеля, которые окисляют спирт наряду с гидроксидами, находящимися в объеме раствора. [c.208]

    Введение гидроокиси лития в электролит щелочного аккумулятора увеличивает емкость и срок службы аккумулятора при обычных температурах и удлиняет рабочий интервал в сторону высоких температур. Это полезное действие, однако, наблюдается лишь при умеренных концентрациях едкого лития в электролите, превышение которых, наоборот, приводит к ухудшению свойств аккумулятора. Установлено, что при большой концентрации едкого лития в электролите он может образовать с. массой положительного электрода электрохимически инертное соединение Ь ЫЮ2, от чего емкость электрода падает. 

[c.138]

    Кадмиево-никелевые (КНА) и железо-никелевые (ЖНА) щелочные аккумуляторы имеют между собой много общего. В этих аккумуляторах положительным электродом служит Ы10(0Н), а отрицательным в ЖНА — железо, в КНА — кадмий электролит—раствор щелочи КОН. При разомкнутой це

Щелочные батарейки: характеристики, применение

Для многих приборов лучше всего подходят щелочные батарейки или марганцево цинковые гальванические элементы. Они же алкалиновые или alkaline battery. Найти их можно в любой торговой точке за небольшую стоимость. Что же это такое? Что они представляют из себя? По сути это мощнейшие элементы питания, внутри которых бурно протекает химическая реакция, в результате которой образуется ток.

Основным элементом служит диоксид марганца, он является катодом. Анодом у них является цинк в виде порошка. Электролитом служит гидроксид калия, то есть это и есть щелочь за счет которой он получил свое название. Чаще всего такие батареи используют для питания игрушек, фонарей, радиоприемников и других подобных устройств.

Использовать щелочь в качестве электролита впервые независимо друг от друга предложили два ученых это Эдисон и Вальдемар Джангнер. Тогда она применялась ими в никель кадмиевых аккумуляторах. В обычных батарейках это вещество стал впервые использовать инженер Льюис Урри. Когда настал 1950 год он выпустил элементы питания с названием Eveready. В 1960 году он и его партнеры обзавелись патентом на щелочные батарейки.

Характеристики

Щелочные батарейки производятся разных типоразмеров в основном это АААА, ААА, АА, D, С, Крона – 6F22 и плоский монеточный вид.

Таблеточные щелочные батарейки

Они представляют собой маленький плоский диск диаметром от 4.8 до 30 мм. Напряжение равно 1.5 – 3 вольта. Их корпус полностью выполнен из металла. В связи с этим алкидные батарейки можно применять в плохих погодных условиях. Анод от катода отделен изолятором. Это предотвращает короткое замыкание и их порчу. За счет своей миниатюрности и компактности они и получили большое распространение. Без проблем вставляются в часы, калькуляторы, брелки и другие мини устройства.

Пальчиковые источники тока или АА

Являются наиболее популярными. Используются там, где нужен большой разрядный ток. Их напряжение равно 1.5 вольт. Нашили свое применение в часах, игрушках, радио приемниках, фонариках, медицинском оборудовании, весах, компьютерных мышках и других электронных устройствах.

Все подробности изложены в статье пальчиковые батарейки!

Щелочные батарейки бочонки

К ним можно отнести два типа это D и C.

Позволяют обеспечить прибор электричеством без подключения его к сети на 220 вольт. Используются в магнитофонах, радиоприемниках, фонарях, игрушках. Имеют повышенную емкость. В приборе, который потребляет мало энергии проработают долго.

Если видите на корпусе надпись LR, то это 100% щелочные батарейки.

Мизинчиковые источники тока

Имеют типоразмер ААА. Производители изготавливают их в виде цилиндра диаметром 10.5 мм. В длину обычно такие типы бывают до 44,5 мм. Их масса составляет около 14 грамм. Данные могут отличаться в зависимости от компании. В устройство щелочных батареек иногда могут добавлять дополнительные элементы для защиты.

Используются в разных электронных приборах, например, таких как пульты для телевизора, будильники, фонарики, приемники, плееры и т.д. Узнать, что это именно щелочной элемент можно по надписи alkaline battery.

Подробнее об этих источниках тока читайте в этой статье!

Щелочной элемент Крона

Имеет нестандартную форму и используется в измерительных приборах, медицинском оборудовании, фонарях, металлоискателях. Такие алкалайн батарейки имеют напряжение 9 вольт и работают достаточно длительный срок. Плюс данного источника энергии заключается в том, что он может обеспечить прибор большим тока имея маленькие габариты.

Детальнее о кроне читайте в этой статье!

Основные параметры

На корпусе можно сразу заметить надпись alkaline battery. Такая маркировка щелочных батареек дает сразу понять, что это именно они.

Напряжение или ЭДС равно 1.5 – 9 вольт.

Емкость щелочной батарейки доходит до 3000 mAh. Это у самых крупных.

Удельная мощность 100—150 кВт/м³.

Температура, при которой источники тока могут работать от – 30 до + 55 C⁰.

Удельная энергия: 65—90 Вт∙ч/кг;

Производством занимаются такие страны как Россия, США, Китай, Япония.

Форма: цилиндры, прямоугольники, сплющенные диски.

Химия в щелочных батареях

Прежде всего на аноде наблюдается окислительная реакция цинка. Первым делом появляется гидроксид цинка:

Zn + 2OH− → Zn(OH)2 + 2e−

Дальше идет распад на оксид цинка и воду.

Zn(OH)2 → ZnO + h3O

Что же касается катода, то на нем идет реакция восстановления оксида марганца (IV) в оксид марганца (III):

2MnO2 + h3O + 2e− → Mn2O3 + 2OH−

Если электролитом является KOH, то уравнение будет выглядеть следующим образом:

Zn + 2KOH + 2MnO2 + 2e− → 2e− + ZnO + 2KOH + Mn2O3

Когда садиться батарейка щелочной электролит не заканчивается. Это означает что для производства потребуются небольшое его количество. В итоге в такой источник питания добавляют диоксида марганца на полтора раза больше, чем в те же солевые элементы тока.

Устройство щелочной батарейки

О стандартном строение источника тока можно прочесть в этой статье. Там приведено более детальное описание.

Ток получается, когда происходит реакция между катодом и анодом.

Состав катода щелочной батарейки:

• Специальные вещества для связывания – 1%.
• Ацетиленовая сажа выступает в роли графита – около 10%.
• Диоксид марганца занимает до 85%.
• Щелочной компонент калия гидроксида – до 35%.

В качестве последнего может выступать так же активные элементы лития и натрия. В процессе производства электролит делают густым для этого добавляют специальные вещества синтетического или природного происхождения с гидроксильной группой ОН.

Анод делают из очищенного цинка. Проводят процедуры, которые не дают попадать на него ржавчине. Затем подмешивают в него алюминий и висмут.

Щелочная батарея имеет изнаночное строение если сравнивать ее с солевыми источниками тока.

1. Внутрь помещена паста (3) выполненная на основе цинка. Этот металл там содержится в порошке. Такой подход позволяет ему значительно увеличить площадь взаимодействия. Поэтому емкость щелочные батарейки имеют высокую чем солевые.
2. На цинке, который с помощью специального гелиевого вещества загущен, генерируется отрицательный потенциал. Он поступает на стержень (2), созданный из латуни.
3. Углерод из графита, золы или сажи (5) перемешанный с диоксидом марганца отделяется от цинка с помощью специального устройства сепаратора (4).
4. Плюс батарейки — это стальной стакан (1), обнесенный никелем.
5. Минусовой полюс выполнен в виде тонкой дискеты из металла (9).
6. Покрытие (6) изолировано от основного стаканчика. Так не возникает замка.
7. Специальная прокладка (8) принимает на себя давящие газы. Их не много, примерно 20%.
8. Встраивают в щелочную батарейку мембрану (7) и камеру для поглощения газов. При повышении давления газы прорывают мембрану, и она разрывается. В этот момент выходит электролит.

Таким образом состав щелочной батарейки выглядит так, как было описано выше.

Аналоги щелочных батареек

Заменить данные источники тока можно любыми подходящими по размеру и напряжению батарейками. Но главное, чтобы вольтаж совпадал, а дальше можно что-нибудь придумать. Например, в качестве аналогов могут выступать литиевые, солевые, ртутные, серебряные элементы питания.

Если сделать распределение по ценовой категории, то оно будет выглядеть следующим образом:

• Солевые.
• Щелочные или алкалиновые батарейки.
• Серебряные. Обычно имеют корпус в виде таблетки.
• Литиевые.

Первые это самые дешевые.

Преимущества щелочных батареек

Несмотря на дешевизну эти элементы питания имеют ряд плюсов:

• Легко заменяемые в отличие от АКБ. Не нужно ждать пока аккумулятор полностью зарядиться.
• Всегда есть в продаже. Зайдите в любой магазин, хоть технический, хоть продуктовый они там есть. В каждом киоске вы их встретите.
• Служат долго. Существуют устройства с встроенным АКБ, который выходит через 2-3 года. В итоге если прибор не разборный, то приходится его выбрасывать. А вот гаджеты на батарейках всегда имеют возможность выполнить замену.
• Некоторые ЗУ для аккумуляторов очень долго выполняют зарядку, поэтому если вам дорого время можно без проблем их заменить на щелочные батарейки.
• Обладают низким саморазрядом.
• Неплохо справляются с работой при низких температурах.
• Отлично выдерживают сильные тока разряда.
• Батарея разряжается равномерно.
• Имеют высокий срок годности.
• Безопасные.

Основные минусы щелочных батареек

Теперь же расскажем о минусах.

• Иногда бывает высокая цена.
• Большая масса.
• Нет возможности использовать второй и последующие разы.

На цену можно закрыть глаза, так как щелочная батарея работает долго.

Какие батарейки лучше алкалиновые или солевые?

Порой между пользователями возникает спор о том, какой элемент питания все же лучше солевой или щелочной? Если разобраться в вопросе более детальнее, то не вооруженным взглядом видно, что alkaline батарейки имеют значительно лучший рейтинг! Если не верите проведите простой тест. Приобретите 2 элемента питания с разным электролитом. И поставьте их в два одинаковых устройства. Включите и засеките время. Какой накопитель энергии проработает дольше тот и будет лучше!

Вот в чем отличия щелочных батареек от солевых:

1. Емкость выше!
2. Работают в 5 раз дольше!
3. Спокойно выдерживают мороз до -20 градусов Цельсия!
4. Электролит из корпуса не вытекает, когда элемент сильно разряжен!

Таким образом преимущества на лицо!

Различия между солевыми и щелочными элементами питания

Отличие заключается в том, что внутрь каждой кладут разную начинку. И в них происходят отличимые химические реакции.

У солевых используются соли хлорида, а щелочные начиняют гидратом окиси калия. За счет порошкообразного металла вторые служат дольше. В итоге уровень образуемой энергии заметно возрос. По некоторым данным он увеличился в целых 5 раз.

Другое отличие, которое имеют алкалиновые батарейки — это срок службы и условия эксплуатации. Они могут переносить мороз от -20 до +55 или даже +70 градусов Цельсия. Время хранения некоторых подобных элементов доходит до 5 лет. Ходят слухи что появились энергетические элементы, на щелочи, которые можно заряжать. Солевые же источники тока служат до 2-х лет.

Основные известные производители щелочных батареек

В действительности на рынке источников питания существует масса компаний и все они утверждают, что являются лучшими. Ниже представлены основные из них:

• Camelion – компания работает из Китая и производит щелочные батарейки высокого качества. Стабильно работают с высоким разрядом длительное время.
• Energizer – это американская компания выпускающая источники тока которые практически до самого конца держат напряжение на одном уровне.
• Panasonic – известная фирма работающая на рынке несколько десятков лет. Производит источники энергии, прекрасно работающие на морозе и стабильно отдающие напряжение устройству.
• Duracell – это самая популярная компания на рынке. Ее щелочные батарейки имеют малый саморазряд и большую емкость.

Кроме этих фирм существует множество других создающих высококачественные элементы питания.

Можно ли заряжать щелочные батарейки?

Алкалиновые батарейки заряду не подлежат. После того как элемент сядет его необходимо сдать в специальный утилизационный приемник. Подключение к ЗУ может вызвать кучу неприятностей от протечки электролита до взрыва и получения ожогов.

Разница между щелочными и литиевыми батарейками

Отличие состоит в том, что литиевые элементы питания служат в 7 раз дольше. Выдерживают морозы до -40 градусов Цельсия и могут храниться до 10 лет. По напряжению они превосходят щелочные элементы и имеют вольтаж 1.5;3;3.6;3.7 вольт. Держат уровень заряда на одном уровне, а в самом конце резко его теряют. Такие элементы питания будут легче. Их емкость в несколько раз больше. Литиевые батарейки могут взрываться при перезаряде, взаимодействии с водой, повреждении корпуса. Так же отличие имеется в строении.

Но если вы думаете какие батарейки лучше щелочные или литиевые, то непременно это элементы на основе лития.

Рекомендации и советы потребителям

• Перед приобретением если вы не знаете какой элемент питания вам требуется, откройте инструкцию к устройству. Производителя обычно указывают тип батареи.
• Лучше брать аккумуляторные источники тока, так как они проработают долго. Это выгодно с точки зрения экономики.
• Берите батарейки с напряжением, которое необходимо вашему устройству.
• Обращайте внимание на срок изготовления. Не стоит брать накопители энергии с запасом.
• Предпочтение лучше всего отдавать известным брендам. Но это делать не обязательно, так как неизвестные компании производят продукцию не чуть не хуже популярных. Ведь каждый хочет, чтобы его товар продавался и пользовался спросом.
• Не стоит выкидывать отработавшие свое щелочные батарейки на улицу или в мусорное ведро. Чтобы не загрязнять экологию лучше отнесите их в специальные пункты приема.
• Упаковка должна выглядеть свежо и не иметь разных вмятин.

 

Batareykaa.ru

области применения, срок службы АКБ и подробная характеристика

Очень популярный вид энергетического накопителя — щелочные аккумуляторы — это объясняется их многофункциональностью. В качестве электролита используется едкий натрий или калий. Перед тем как покупать подобное оборудование, потребуется ознакомиться со всеми положительными и отрицательными сторонами, а также особенностями аппарата.

Конструктивные особенности

Аккумулятор состоит из гидроокиси никеля, а также некоторых иных элементов. Из-за того, что в составе имеется графит, это оказывает положительное влияние на электрическую проводимость. Различные примеси осуществляют нормальную работоспособность и стабильность аппарата.

Чтобы подготовить отрицательный элемент, используют металлический сплав кадмия, никеля и определённого порошка. В каждом случае АКБ будет иметь свои особенности. Электролит включает в себя моногидрат лития. Благодаря этому элементу обеспечивается долгая деятельность агрегата.

В состав батареи входят следующие компоненты:

1. Изоляционный слой, изготовленный из качественного сырья.
2. Прокладка из пластика, которая дополняется специальным клапаном.
3. Корпус.
4. Выводы и контакты.

Это все основные элементы щелочного аккумулятора. Все компоненты выполнены из надёжных материалов, а потому проблем с работой не возникает.

Химические процессы

Принцип работы очень простой. Когда происходит полная разрядка, гидроокись никеля начинает взаимодействовать с щелочным раствором. В результате образовывается гидрат закиси никеля. На выводе с минусом будет происходить очень похожий процесс. Начинают формироваться определённые элементы.

Когда идёт процесс зарядки, проходит обратная реакция. В результате получится гидроокись никеля, которая восстанавливает минусовый электрод.

От кислотных агрегатов щелочный отличается тем, что субстанция, выработанная в ходе химической реакции, не будет растворяться. Она также не в состоянии реагировать с похожими компонентами. Если говорить проще — принцип действия источника питания зависит от определённых канонов.

Этот источник питания необходимо полностью заряжать. Если произойдёт неполный заряд батареи, то период использования сильно сократится. Но при этом нельзя перезаряжать устройство, поскольку это приведёт к сильному перегреву. В результате электроды просто разрушатся.

Замена электролита

Замену электролита необходимо производить через 100 и 150 циклов. До смены потребуется полностью разрядить АКБ и проследить, чтобы номинальный ток составлял до 1 В.

Электролит нужно предельно тщательно удалять из батареи. Чтобы осадок не остался, необходимо встряхнуть аккумулятор во время чистки.

После того, как электролит будет вылит, нужно хорошо промыть агрегат дистиллированной водой. А также можно применять раствор из щёлочи.

Когда процесс очистки завершится, можно сразу же залить новый электролит. После его потребуется оставить в залитом состоянии примерно на 3 часа. Только тогда можно проверить плотность нового вещества.

Следует знать, что электроды и пластины не должны находиться в сухом состоянии. Если пренебрегать этим правилом, то внутри появится коррозия.

Преимущества и недостатки

Перед покупкой следует изучить все плюсы и минусы аппарата. Это убережёт человека от неправильной покупки в том случае, если минусы перевесят положительные стороны для него.

Начать лучше с преимуществ:

1. Если производить своевременное техническое обслуживание и правильно использовать аккумулятор, тогда срок службы щелочных аккумуляторов можно сильно увеличить.
2. Аппарат нормально реагирует на глубокий разряд.
3. Работоспособность будет сохраняться даже в условиях отрицательных температур.
4. Минимальная величина саморазряда. Но необходимо подобрать правильное зарядное устройство.
5. Вес устройства — небольшой.

К положительным качествам также относится то, что при отрицательных температурах показатель ёмкости снизится минимально. Кислотные агрегаты отличаются от щелочных тем, что первые будут терять свою ёмкость. Несмотря на много положительных сторон, имеются и отрицательные:

1. У аппарата есть эффект памяти. В результате это может спровоцировать снижение ёмкости. Именно поэтому следует полностью заряжать аккумулятор и не допускать недозарядку.
2. Рабочие напряжения элементов будут отличаться друг от друга. Именно поэтому необходимо применять эффективно агрегат для зарядки.
3. Не слишком большой КПД.
4. Электролит желательно не заменять самостоятельно, а доверить эту операцию специалисту.

Это были основные достоинства и недостатки щелочного аппарата. В большинстве случаев плюсы перевешивают минусы.

Отрасли использования

Щелочные агрегаты применяются в разных сферах. Щелочные аккумуляторы применяются в:

1. Системах энергосбережения.
2. Различных технических и электрических устройствах.
3. Пассажирских вагонах.
4. Электроинструменте.
5. Портативных техсредствах.

В разных сферах применяют различные модели щелочных аккумуляторов. А также АКБ часто используют на автотранспортных средствах, специальной технике и различных погрузчиках. Для простых легковых автомобилей этот агрегат используется редко.

Правила эксплуатации

Чтобы АКБ прослужил долго, необходимо использовать определённые правила. Для правильной эксплуатации существует конкретный ряд действий:

1. Перед запуском в работу необходимо увеличить ёмкость до определённого значения. С этой целью используют 1 тренировку.
2. Корпус желательно часто очищать от грязи, соли и пыли.
3. Чтобы удалить коррозию, используют ветошь, которая смачивается в керосине.
4. Если используется соединение нескольких батарей, необходимо, чтобы соединение было очень плотным.
5. Уровень электролита желательно часто проверять. Он должен быть в пределах 4−12 мм.

Если аккумулятор долго не используется, необходимо его периодически подзаряжать в нормальном режиме. Сила тока будет регулироваться от внешнего источника.

Разряд и заряд

Чтобы правильно зарядить аккумулятор из щёлочи, необходимо использовать постоянный ток. Автомобилисты обычно используют автоматическое зарядное устройство. Чтобы правильно зарядить батарею, необходимо учитывать некоторые режимы:

1. Стандартный — 7 часов.
2. Ускоренный — 3 часа.
3. Усиленный — 12 часов.

Усиленный режим допускается, если аккумуляторная батарея заряжается в первый раз, используется нерегулярно, или только что произошла перезарядка электролита. А также такой режим используют после того, как АКБ была полностью разряжена.

При малом токе аккумулятор заряжаться будет очень плохо. Ток не рекомендуется понижать на 40 или 50%. Если батарея частично или полностью разряжена, то ни в коем случае нельзя допускать перегрева. Электролит начинает закипать при 35 градусах. Иные части — при 45 градусах. Когда достигается критическая температура, необходимо сразу же отключить источник питания от сети. Продолжить зарядку можно, когда температура станет оптимальной.

Аккумулятор на 12 вольт запрещено заряжать при отрицательных температурах на улице. Если нет иного варианта, то батарею потребуется дополнительно утеплить. Обычно для этого используют брезент — обматывают им батарею.

Если используется последовательное подключение нескольких батарей, то их необходимо держать на определённом расстоянии друг от друга. Таким образом обеспечивается сохранение корпуса устройства. Если поставить их слишком близко, то они начнут вздуваться. Чтобы разделить источники питания, обычно используют виниловые пластины и обычную резину.

Чтобы правильно произвести разрядку аккумуляторной батареи, нужно делать это до определённых значений:

1. Если разряд длится 5 часов, напряжение не должно превышать 1 Вольт.
2. Три часа — 0,8 Вольт.
3. 1 час — 0,5 Вольт.

Чтобы отследить уровень напряжения, можно использовать тестировочный аппарат. Контрольные испытания делают после полной замены электролита. Перед этим нужно использовать несколько проверочных циклов. После полной зарядки напряжение составляет 1,1 Вольт. Когда проводится контрольный цикл, необходимо произвести замеры напряжения при разряженном устройстве.

Сокращение периода эксплуатации

Чтобы продлить срок эксплуатации АКБ, надо придерживаться основных правил. Они довольно простые, но эффективно позволяют справиться с поставленной задачей:

1. Нельзя допускать постоянной недозарядки батареи.
2. До критического значения опускать показания напряжения не следует.
3. Вещество внутри АКБ должно покрывать пластины. Плотность электролита необходимо менять, когда наблюдается повышение температуры.

Правила — простые. Их легко соблюдать, чтобы продлить срок эксплуатации.

Нюансы маркировки

В маркировку аккумуляторной батареи входят цифры и буквы. Легко узнать отрасли использования, если смотреть на буквы:

1. Т обозначает агрегат для тяговых моделей.
2. ТП — тепловозные аккумуляторы.
3. В — вагонный.

Также в маркировку могут включаться и другие буквы. О них также необходимо знать, чтобы производить правильно расшифровку:

1. НЖ — никелево-железный агрегат.
2. К — присутствие блока, предназначавшегося для нескольких электродов.
3. Ш — эксплуатация в рудниках.
4. П обозначает, что корпус изготовлен из пластичного материала.
5. М — модернизированный вариант.
6. У означает, что агрегат можно использовать в умеренном климате.
7. Т — тропический климат.

Щелочные батареи — многофункциональные. Они могут включать в себя различные сочетания. Самыми распространёнными моделями являются на 12 В.

Правила хранения

Устройства бывают длительного или временного хранения. Когда приобретается новая АКБ, обязательно надо проверить пробки — их прилегание.

Очень большое внимание необходимо уделить проверке вентильной резины. От её состояния будет зависеть работа всей батареи. Чтобы лакокрасочный состав не слезал, надо корпус обрабатывать смазкой.

Для правильного хранения потребуется выполнять ряд действий:

1. Произвести разрядку до 1 вольта.
2. Вылить весь электролит.
3. Удалить пыль, грязь и соль.
4. Обновить лаковое покрытие.

Если аккумулятор будет находиться в состоянии покоя 1−10 месяцев, необходимо периодически проверять его работоспособность. Все пробки должны быть плотно прижатыми к устройству. Транспортировку можно производить только в том случае, если батарея подготовлена к длительному хранению. С другими источниками питания нежелательно хранить щелочные АКБ.

Особенности выбора

Чтобы правильно подобрать щелочную аккумуляторную батарею, надо особое внимание уделять ключевым параметрам. Они крайне важны для правильной покупки:

1. В первую очередь смотрим на производство. Всегда нужно изучить дату изготовления. Если АКБ была произведена больше полугода назад, тогда приобретать её не стоит. Такие устройства будут разряжаться — эффект памяти это зафиксирует.
2. Показатель ёмкости. Срок применения зависит от ёмкости. Многие приобретают АКБ с большой ёмкостью. В таком случае генератор не сможет справиться со своей задачей. Но и меньше ёмкость приобретать не стоит. Много зарядов способствуют поломке всего агрегата. Чтобы подобрать правильную ёмкость, необходимо изучить определённые характеристики, указанные в технической эксплуатации.
3. Полярность устройства. АКБ могут различаться по степени полярности. Когда идёт выбор агрегата, потребуется сосредоточиться на расположении полярности электродов.
4. Стоимость батареи. Цена АКБ зависит от элементов, которые входят в состав, изготовителя, ёмкости, мощности. Чем лучше показатели, тем выше цена.

Щелочный агрегат отличается прочностью и надёжностью. Очень выгодно приобретать такие средства для тяговой техники или габаритных автотранспортных средств. Необходимо только правильно выбрать модель, изучив предварительно все характеристики.

Это была краткая характеристика и применение щелочных аккумуляторов. Сведения пригодятся для верной эксплуатации и правильной покупки.

Щелочной электролит — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Щелочной электролит

Cтраница 3

Щелочные электролиты постоянно поглощают углекислый газ из воздуха и в них образуются карбонаты. Электропроводность электролита и емкость аккумуляторов при этом становятся меньше. Отрицательные электроды перестают принимать заряд. Для защиты от соприкосновения электролита с воздухом ламельные аккумуляторы снабжают клапанными пробками, иногда на поверхность электролита наливают тонкий слой вазелинового масла. По мере карбонизации электролит приходится заменять.  [31]

Щелочные электролиты негерметичных ХИТ при взаимодействии с диоксидом углерода воздуха образуют карбонаты, что приводит к ухудшению характеристик источников тока.  [32]

Щелочные электролиты, натриевые соли, сода и полифосфаты после обменной адсорбции ионов вызывают сильную гидратацию частиц глины. Электролиты с поливалентными катионами, хлориды кальция, магния, алюминия вызывают после адсорбции ионов резкую дегидратацию поверхностей частиц. Взаимодействие электролитов может привести к сцеплению их по всей поверхности и образованию агрегированной взвеси в пористой среде.  [33]

Щелочные электролиты — характеризуются высокой рассеивающей способностью и в них успешно покрывают цинком изделия сложной формы. В щелочных цианистых электролитах выход цинка по току значительно ниже, чем в кислых или щелочных цинкатных электролитах, и резко падает с повышением плотности тока. Цианистые электролиты ядовиты и отличаются непостоянством состава вследствие разложения цианидов при электролизе и под действием углекислоты воздуха.  [35]

Щелочные электролиты обладают высокой рассеивающей способностью и применяются главным образом для покрытий слож-нопрофилированных изделий на подвесочных приспособлениях и мелких изделий на сетках. Кислые электролиты применяют для покрытия простых по форме и плоских деталей. Оба типа электролита находят применение для покрытия листов, ленты и проволоки. Основной солью этих электролитов является сернокислое олово. Кроме того, в электролит добавляют серную кислоту и сернокислый натрий, которые увеличивают электропроводность раствора. Серная кислота также предупреждает окисление двухвалентного олова в четырехвалентное и выпадение последнего в осадок. Для получения мелкокристаллических отложений необходимо вводить коллоидные вещества ( клей, желатину, фенол, крезол) и органические сульфоновые кислоты.  [36]

Щелочные электролиты негерметичных ХИТ при взаимодействии с диоксидом углерода воздуха образуют карбонаты, что приводит к ухудшению характеристик источников тока.  [37]

Щелочные электролиты приготовляют из едкого кали или едкого натра и дистиллированной воды.  [38]

Щелочные электролиты для аккумуляторов Эдисона применяются трех составов: электролит для первого наполнения, для второго наполнения и электролит для возобновления. Первый состоит из 21 % — ного водного раствора едкого кали с добавкой 50 г едкого лития а 1 л раствора. Второй также состоит из 21 % — ного раствора едкого кали с добавкой х граммов едкого лития, где к — количество лития, приблизительно равное тому количеству, которое найдено в первоначальном электролите после формирования. Применение этих растворов в общем указано уже самими их названиями. Начальное заполнение элементов на заводе производится элек

щелочных по сравнению с Электролитная вода: в чем разница?

Разница между щелочной и электролитной водой

Вода — это сущность жизни. Все мы знаем о важности употребления h3O для нашего общего здоровья и благополучия. В конце концов, люди примерно на 60% состоят из воды. В современную эпоху существует больше видов питьевой воды, чем когда-либо прежде. Каждый тип отличается друг от друга в зависимости от различных факторов, таких как источник и способ лечения.Два типа воды, которые недавно приобрели популярность и часто сравниваются друг с другом, — это щелочная вода по сравнению с водой с электролитом. Между этими двумя разновидностями есть некоторое сходство в отношении преимуществ, но есть также различия, которые делают каждый из них уникальным. Какой вариант воды вам больше всего подходит?

Что такое щелочная вода?

Щелочная вода имеет более высокий уровень pH, чем большая часть питьевой воды, что обычно связано с процессом ионизации. Шкала pH колеблется от 0 до 14, где уровень 0 указывает на высокую кислотность, а уровень 14 указывает на высокую щелочность.Водопроводная вода имеет нейтральный уровень pH 7, тогда как щелочная вода обычно имеет уровень pH 8+. Из-за более высокого уровня pH он может помочь дезактивировать пепсин в желудке, который является основным ферментом, вызывающим кислотный рефлюкс. Некоторые исследования показывают, что щелочная вода также может помочь снизить вязкость крови, что способствует более высокому уровню гидратации, предотвращает рак и сердечные заболевания, а также замедляет потерю костной массы. Однако необходимо провести дополнительные исследования, чтобы подтвердить эти утверждения как окончательные.

Что такое электролитная вода?

Этот тип воды содержит электролиты, которые представляют собой минералы, такие как натрий, калий и магний.Естественно, эти электролиты распределяются по жидкости вашего тела и используют свою электрическую энергию для облегчения важных функций организма. Эти минералы необходимы для контроля баланса жидкости, артериального давления, сокращения мышц и поддержания правильной кислотности крови. Поскольку электролитная вода обогащена этими заряженными минералами, которые обеспечивают оптимальную гидратацию, это идеальный напиток для таких случаев, как длительные физические упражнения, жаркая погода, а также в периоды болезней с рвотой и диареей или когда вы быстро теряете жидкость и нуждаетесь в эффективном пополнении.

Щелочные по сравнению с Электролитная вода

Таким образом, оба типа воды могут помочь поддерживать сбалансированный уровень pH и способствовать большей гидратации по сравнению с водопроводной водой. Некоторые типы щелочной воды могут содержать дополнительные электролиты для еще большей пользы. Многие отмечают, что как щелочная, так и электролитная вода имеют лучший вкус благодаря своим особым свойствам. Независимо от того, хотите ли вы пить щелочную воду, чтобы предотвратить неприятный кислотный рефлюкс, или воду с электролитом, чтобы контролировать уровень жидкости после тяжелой тренировки, употребление большого количества h3O — лучший способ предотвратить обезвоживание и поддержать важные функции организма.Чувствуйте себя прекрасно и процветайте с водой!

Границы | Последние достижения в области неорганических твердых электролитов для литиевых батарей

Введение

Литиевые батареи

исследуются как наиболее многообещающие аккумуляторы электроэнергии для электромобилей (EV), которые имеют большие перспективы в устранении опасности при транспортировке в будущем. С другой стороны, они еще не смогли удовлетворить жесткие требования автомобилей к высокой плотности энергии, длительному сроку службы, отличной безопасности и широкому диапазону рабочих температур (G динаф и Ким, 2009 г .; Котобуки, 2012 г.).

Чтобы подготовить литиевые батареи к их крупномасштабному внедрению в электромобили, исследователи тщательно изучают все аспекты в элементе, который может резко изменить характеристики элемента (например, новые электролиты, высокая плотность энергии и стабильные электродные материалы, высокая производительность проводящих добавок / связующих / токоприемников и эффективная упаковка). Среди этих подходов электролит является ключом к успеху аккумуляторов электромобилей. Современные электролиты в основном состоят из солей лития и органических растворителей.Следовательно, они вызывают необратимые потери емкости в результате образования стабильной межфазной фазы твердого электролита (SEI), препятствуют увеличению срока службы, ограничивают температурный интервал и, не говоря уже о том, создают серьезные проблемы безопасности для литиевых батарей.

В этом отношении очень привлекательной является замена используемых в настоящее время органических жидких электролитов неорганическими твердыми электролитами (SE). Во-первых, неорганические СЭ — твердые материалы. Таким образом, они могут решить вышеупомянутые проблемы относительно потерь мощности, срока службы, рабочих температур, безопасности и надежности (Hayashi et al., 2012; Саху и др., 2014). Кроме того, они обладают такими преимуществами, как простота конструкции, отсутствие утечек и загрязнения, лучшая устойчивость к ударам и вибрациям по сравнению с органическими жидкими электролитами (Thangadurai and Weppner, 2006b; Knauth, 2009; Fergus, 2010). Во-вторых, большинство неорганических СЭ являются одноионными проводниками. Литиевые одноионно-ионные проводники могут иметь передаточное число лития, равное единице. В результате внутри ячейки отсутствует градиент концентрации во время ее работы.Это очень полезно для снижения перенапряжения клеток (Quartarone and Mustarelli, 2011).

Кроме того, из-за этих двух характерных особенностей остаются серьезные проблемы для создания высокопроизводительных SE. Один из них — как создать благоприятную границу раздела твердое тело-твердое тело между электродом и электролитом (Ohta et al., 2006, 2007; Sakuda et al., 2011). Другой — как получить высокую ионную проводимость при комнатной температуре, например, 10 ⁻³ См · см ⁻¹ .

В этом обзоре обсуждаются преимущества, а также эффективные способы решения вышеупомянутых проблем гранта.Первая часть посвящена кристаллическим электролитам, включая литий-ионные проводники типа LISICON и тио-LISICON, типа граната, типа перовскита и типа NASICON. Вторая часть посвящена электролитам на основе стекла, включая стеклообразные и стеклокерамические системы из оксидов и сульфидов. В таблице 1 перечислены важные материалы и их проводимости, а на рисунке 1 показаны графики Аррениуса для ионной проводимости некоторых выбранных SE.

Таблица 1 . Электропроводность неорганических СЭ для твердотельных литиевых батарей .

Рис. 1. Графики Аррениуса для ионной проводимости выбранных SE .

Кристаллические неорганические электролиты

LISICON и электролиты типа Thio-LISICON

СЭ типа

LISICON обладают относительно низкой проводимостью при комнатной температуре (~ 10 ⁻⁷ См · см ⁻¹ ), и Li ₁₄ ZnGe ₄ O ₁₆ является его типичным представителем, впервые описанным Хонгом. (1978).Его один член системы Li _{2 + 2 x} Zn _{1− x} GeO ₄ и может рассматриваться как твердое тело Li ₄ GeO ₄ –Zn ₂ GeO ₄ решение. На рис. 2 показана проекция структуры LISICON на плоскость a-b, каркас которой связан с кристаллической структурой γ-Li ₃ PO ₄ . Li ₁₁ ZnGe ₄ O ₁₆ образует трехмерную (3D) каркасную структуру, и ионы лития в каркасе распределяются по двум узлам: 4c и 8d.Эти позиции заняты четырьмя и семью ионами Li ⁺ соответственно. Три оставшихся иона Li ⁺ расположены в интерстициальных узлах 4c и 4a, и их температурные коэффициенты аномально высоки, что указывает на их подвижность. Каждый сайт 4a связан с двумя сайтами 4c и наоборот. Узкими местами для транспорта Li ⁺ между этими площадками являются параллелограммы, которые имеют угол наклона с плоскостью a-b. Исходя из расчетов, средний размер узких мест (4.38 Å) больше минимального размера, необходимого для транспорта Li ⁺ (2r _Li + 2r _o = 4,0 Å), что способствует перемещению Li ⁺ (Zheng et al., 2003).

Рис. 2. Проекция структуры LISICON на плоскость a-b . Воспроизведено с разрешения Hong (1978).

Хотя ионная проводимость Li ₁₄ ZnGe ₄ O ₁₆ достигает 0.125 См см ⁻¹ при 300 ° C, это всего лишь 10 ⁻⁷ См см ⁻¹ при комнатной температуре. Это объясняется захватом подвижных ионов Li ⁺ на неподвижную подрешетку при более низких температурах за счет образования комплексов дефектов (Robertson et al., 1997). Кроме того, Li ₁₄ ZnGe ₄ O ₁₆ обладает высокой реакционной способностью по отношению к Li-металлу и атмосферному CO ₂ , и проводимость со временем уменьшается (Thangadurai and Weppner, 2006b).

Недавние усилия по улучшению ионной проводимости СЭ типа LISICON сосредоточены на замене оксида серой в каркасе (рис. 3).Эти сульфидные SE называют тио-LISICON, который был введен Kanno et al. (2000).

Рисунок 3. Структура Li ₄ GeS ₄ — родительская структура нового семейства тио-LISICON . Воспроизведено с разрешения Kanno et al. (2000).

Материальный дизайн неорганических СЭ основан на определенных структурных критериях: (i) подвижные ионы должны иметь достаточно большие пути проводимости в решетке, (ii) должна быть неупорядоченная подрешетка подвижных ионов и (iii) подвижные ионы с высокой поляризацией и анион подрешетки предпочтительнее (Канно, Мураяма, 2001).В свойствах ионной проводимости сильно преобладают размер и поляризуемость составляющих ионов или характер межузельных вакансий, вызванный замещениями.

Поскольку радиус S ²⁻ больше, чем радиус O ²⁻, такая замена может значительно увеличить размер транспортных узких мест Li ⁺ . Кроме того, S ²⁻ имеет лучшую поляризационную способность, чем O ²⁻, что ослабляет взаимодействие каркаса с ионами Li ⁺ .Следовательно, по сравнению с системами LISICON, материалы thio-LISICON могут достигать действительно высокой ионной проводимости (более 10 ⁻⁴ См · см ⁻¹ при комнатной температуре). У Thio-LISICON SE также есть преимущества, такие как легкое снижение сопротивления границ зерен с помощью обычного холодного прессования электролитных сил и предпочтительное применение в полностью твердотельных батареях из-за его механических свойств (Tatsumisago et al., 2013).

Впервые были синтезированы тио-LISICON серии и Li _3.25 Ge _0,25 P _0,75 S ₄ показал высокую проводимость 2,2 · 10 ⁻³ См · см ⁻¹ при комнатной температуре, пренебрежимо малую электронную проводимость, высокую электрохимическую стабильность и отсутствие фазового перехода вплоть до 500 ° C (Канно и Мураяма, 2001). Совсем недавно очень высокая проводимость 12 м См см ^-1 (27 ° C) была достигнута с помощью Li ₁₀ GeP ₂ S ₁₂ . Его кристаллическая структура отличалась от типичных структур тиолизикона.Как показано на рисунке 4A, он имел трехмерную каркасную структуру, состоящую из (Ge _0,5 P _0,5 ) тетраэдров S ₄ , тетраэдров PS ₄ , тетраэдров LiS ₄ и октаэдров LiS ₆ . Высокая ионная проводимость улучшалась за счет трехмерных диффузионных путей как вдоль оси c , так и в плоскости a-b (Kamaya et al., 2011).

Рисунок 4. (A) Кристаллическая структура Li ₁₀ GeP ₂ S ₁₂ . (B) Кривые заряда-разряда твердотельной батареи с этим SE. Воспроизведено с разрешения Kamaya et al. (2011).

Кроме того, Bron et al. (2013) сообщили о синтезе Li ₁₀ SnP ₂ S ₁₂ путем замены Ge на Sn, общая проводимость которого достигла 4 м См см ⁻¹ при комнатной температуре. Полностью твердотельный аккумулятор с Li ₁₀ GeP ₂ S ₁₂ (катод: LiCoO ₂ ; анод: металлический) продемонстрировал разрядную емкость более 120 мА г ^-1 и отличную кулоновскую эффективность около 100% после второго цикла, а также высокий потенциал разложения более 5 В (рисунок 4B).

Электролиты гранатового типа

Литиевые одиночные ионные проводники типа граната имеют общую формулу: Li ₅ La ₃ M ₂ O ₁₂ ( M = Ta, Nb). Впервые о них сообщили Тангадураи и Веппнер (2005a), а недавно они интенсивно изучались в качестве СЭ для полностью твердотельных литиевых батарей. Они обладают высокой ионной проводимостью и превосходной химической стабильностью при контакте с металлическим литием.

На рисунке 5 показана кристаллическая структура Li ₅ La ₃ M ₂ O ₁₂ .La и M занимают восьми- и шестикоординированные позиции соответственно, а Li занимает октаэдрические позиции. Октаэдры MO ₆ окружены шестью ионами лития и двумя вакансиями Li ⁺ в родительской структуре Li ₅ La ₃ M ₂ O ₁₂ . Следовательно, структура способствует ионной проводимости лития (Thangadurai and Weppner, 2005b).

Рис. 5. Кристаллическая структура материнского гранатоподобного Li ₅ La ₃ M ₂ O ₁₂ .Воспроизведено с разрешения Такады (2009 г.).

Среди исследованных материалов Li ₆ BaLa ₂ Ta ₂ O ₁₂ продемонстрировал высокую ионную проводимость 4 · 10 ⁻⁵ См · см ⁻¹ при 22 ° C с энергией активации 38,5 кДж моль ^-1 . Он имел низкое сопротивление границ зерен, что означало, что общая и объемная проводимости были почти идентичными (Thangadurai and Weppner, 2005b).

Электропроводность может быть дополнительно улучшена путем частичного замещения Y или In на участке M в Li ₅ La ₃ M ₂ O ₁₂ .Например, Li _5,5 La ₃ Nb _1,75 In _0,25 O ₁₂ показал повышенную проводимость (1,8 × 10 ⁻⁴ См · см ⁻¹ при 50 ° C) с низкой энергией активации. 49,1 кДж · моль ⁻¹ (Thangadurai, Weppner, 2006a). Для Li _{5 + 2 x} La ₃ Nb _{2- x} Y _x была получена высокая проводимость 2,7 × 10 ⁻⁴ См · см ⁻¹ при 25 ° C. O ₁₂ с x = 0.75 (Нараянан и др., 2012). Высокая проводимость Li ⁺ является результатом коротких расстояний Li ⁺ –Li ⁺ в октаэдрах LiO ₆ с общими ребрами и высокой концентрации Li в октаэдрических узлах.

В последнее время большое внимание уделяется гранату типа Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ (LLZO) с момента первого сообщения (Муруган и др., 2007). В структуре La расположен в центре додекаэдра с восемью координированными атомами кислорода, а Zr находится в центре октаэдра с шестикоординированными атомами кислорода (рис. 6).Ионы лития могут перемещаться внутри каркаса решетки граната с помощью механизма 3D-проводимости (Dumon et al., 2013).

Рисунок 6. Кристаллографическая структура кубического LLZO . Воспроизведено с разрешения Dumon et al. (2013).

LLZO претерпевает фазовый переход от тетрагональной к кубической структуре при повышении температуры спекания, которые принадлежат пространственной группе Iad и I4 ₁ А / кд соответственно.Проводимость кубической фазы (10 ⁻⁴ См · см ⁻¹ , комнатная температура) примерно на два порядка выше, чем у тетрагональной фазы (Kokal et al., 2011; Tietz et al., 2013).

Следовательно, проблема заключалась в стабилизации кубической фазы, что может быть достигнуто путем легирования. Гейгер и др. (2011) впервые предположили, что Al может играть важную роль в стабилизации кубической фазы по сравнению с тетрагональной. Затем Düvel et al. (2012) подробно описали влияние включения Al на структурные и динамические свойства LLZO.Было высказано предположение, что при низких концентрациях Al ионы Al ³⁺ действовали как одновалентная легирующая добавка, заменяя три иона Li ⁺ . Однако с увеличением содержания Al ионы La ³⁺ и Zr ⁴⁺ постепенно замещались ионами Al. Замена La ³⁺ и Zr ⁴⁺ ионами Al ³⁺ стабилизировала кубическую фазу и сильно повлияла на соответствующую динамику ионов Li. Аналогичная стабилизация кубической фазы наблюдалась при замещении Ga и Ta.Аллен и др. (2012) недавно сообщили о Li _6,75 La ₃ Zr _1,75 Ta _0,25 O ₁₂ кубический гранат с относительно высокой общей проводимостью Li ⁺ (8,7 × 10 ⁻⁴ См · см ⁻¹ при 25 ° С).

Благодаря высокой ионной проводимости, отличной стабильности с литием и широкому диапазону электрохимических напряжений (Ishiguro et al., 2013; Jin and McGinn, 2013b), LLZO успешно использовался для производства полностью твердотельных литиевых батарей.Джин и Макгинн (2013a) сообщили о полностью твердотельной батарее Cu _0,1 В ₂ O ₅ / LLZO / Li, которая продемонстрировала начальную разрядную емкость 93 мА ч г ^-1 при 10 мкА см ⁻² (при 50 ° С). Полная ячейка, состоящая из катода LiCoO ₂ , электролита Li _6,75 La ₃ Zr _1,75 Nb _0,25 O ₁₂ и литий-металлического анода и литий-металлического анода, показала стабильные циклические характеристики (рисунок 7). Его разрядная емкость составила 129 мА · ч g ⁻¹ на 1-м цикле и 127 мА · час g ⁻¹ на 100-м цикле соответственно (Ohta et al., 2012).

Рис. 7. Кривые заряда-разряда для LiCoO ₂ / Li _6,75 La ₃ Zr _1,75 Nb _0,25 O ₁₂ / Li элемент . Воспроизведено с разрешения Ohta et al. (2012).

Электролиты перовскитного типа

Литий-лантан-титанаты, Li _{3 x} La _{(2/3) — x} □ _{(1/3) −2 x} TiO ₃ (LLTO, 0 < х <0.16) со структурой перовскита (ABO ₃ ), характеризуются высокой объемной проводимостью порядка 10 ⁻³ См · см ⁻¹ при комнатной температуре (Bohnke, 2008).

LLTO состоит из смеси фаз, т.е. высокотемпературной фазы с кубической симметрией Pm 3 m (α-LLTO) и более низкотемпературной фазы β-LLTO, имеющей тетрагональную симметрию P 4/ мм . На рисунке 8 показана кристаллическая структура LLTO. Катионы A-узла, которые представляли собой Li ⁺ и La ³⁺ в кубической фазе α-LLTO, были распределены случайным образом, в то время как узлы A упорядоченного β-LLTO имели двойную структуру перовскита с чередующимся расположением Слои, богатые La и Li-вакансиями, вдоль оси c (Gao et al., 2013; Тераниши и др., 2013). Считается, что проводимость электролитов LLTO в основном определяется двумя факторами: размером узкого места и перколяцией места. Кристаллическая структура тетрагонального LLTO объясняет высокую проводимость Li ⁺ большой концентрацией вакансий A-узла, что позволяет ионам лития двигаться по вакансионному механизму и через квадратное плоское узкое место между узлами A, образованное четырьмя ионами O ^2-. между двумя соседними участками A (Alonso et al., 2000).

СЭ на основе

LLTO имеют множество преимуществ, таких как литиевые одноионные проводники, незначительная электронная проводимость, высокая электрохимическая стабильность (> 8 В), стабильность в сухой и гидратированной атмосфере и стабильность в широком диапазоне температур от 4 до 1600 K ( Бонке, 2008). Однако есть две основные проблемы для электролитов LLTO: относительно низкая проводимость границ зерен (<10 ⁻⁵ См · см ⁻¹ ) и нестабильность по отношению к металлическому аноду Li (Ban and Choi, 2001).

Таким образом, крайне важно повысить зернограничную проводимость LLTO-электролитов. Сообщалось, что введение кремнезема (Mei et al., 2010) и LLZO (Chen et al., 2012, 2013) могло изменить зернограничный слой LLTO, и общая ионная проводимость могла быть более 1 × 10 ⁻⁴ и 1.2 × 10 ⁻⁴ См см ⁻¹ при комнатной температуре соответственно. Высокая проводимость была также достигнута за счет легирования Al (Morata-Orrantia et al., 2003) или Nb (Teranishi et al., 2013), тогда как добавление Ag (Abhilash et al., 2013) приводило к снижению проводимости. Замена некоторого количества кислорода фтором не оказала существенного влияния на проводимость (Fergus, 2010). Кроме того, эффективное спекание для уменьшения границ зерен важно для улучшения общей проводимости (Vidal et al., 2014).

Другой проблемой, связанной с LLTO, является его нестабильность по отношению к металлическому аноду Li. Литий может быть интеркалирован в LLTO при потенциале ниже 1,7–1,8 В относительно Li (Chen and Amine, 2001), что вызывает восстановление Ti ⁴⁺ до Ti ³⁺ и вызывает высокую электронную проводимость.Тем не менее, исследования химического замещения были мотивированы открытием новых применений соединений LLTO в будущих конфигурациях литий-ионных батарей: в качестве катодных покрытий (Qian et al., 2012) или сепараторов электролитов (Inaguma and Nakashima, 2013). Как показано на Рисунке 9, было подтверждено стабильное поведение разряда / заряда перезаряжаемого литиево-воздушного элемента с сепаратором LLTO.

Рис. 9. Кривая разряда литий-воздушной батареи с использованием LLTO в качестве сепаратора при различных токах .Воспроизведено с разрешения Инагумы и Накашимы (2013).

Электролиты типа NASICON

Термин NASICON, обозначающий суперионные проводники Na ⁺ , впервые был дан для фазы твердого раствора Na _{1+ x} Zr ₂ Si _x P _{3− x} O ₁₂ , x = 2,0, обнаружено Хонгом (1976). Общая формула SE типа NASICON может быть описана как LiA ₂ ^IV (PO ₄ ) ₃ (A ^IV = Ti, Zr, Ge, Hf).

В структуре октаэдры AO ₆ связаны тетраэдрами PO ₄ с образованием трехмерных взаимосвязанных каналов и двух типов межузельных положений (M ‘и M ″), в которых распределены подвижные катионы, как показано на рисунке 10. Подвижные катионы катионы перемещаются с одного сайта на другой через узкие места, размер которых зависит от природы скелетных ионов и от концентрации носителей в обоих типах сайтов (M ‘и M ″) (Cretin and Fabry, 1999).

Рисунок 10.Кристаллическая структура NASICON . Воспроизведено с разрешения Такады (2009 г.).

Среди LiA ₂ ^IV (PO ₄ ) ₃ NASICON системы с Ti показали высокую проводимость Li ⁺ (около 10 ⁻⁵ См · см ⁻¹ при комнатной температуре) ( Такада, 2009). Это можно объяснить тем, что ионный радиус Li ⁺ хорошо согласуется с размерами каркаса каркаса, который состоит из октаэдров TiO ₆ .Были предприняты большие усилия для максимизации ионной проводимости систем LiA ₂ ^IV (PO ₄ ) ₃ , особенно LiTi ₂ (PO ₄ ) ₃ . Увеличение проводимости наблюдалось при частичном замещении Ti ⁴⁺ на Al ³⁺ в Li _{1+ x} Al _x Ti _{2- x} (PO ₄ ) ₃ (LATP) (Key et al., 2012; Duluard et al., 2013; Morimoto et al., 2013) или когда P ⁵⁺ был заменен на Si ⁴⁺ в Li _{1+ x + y} Al _x Ti _{2− x} Si _y P _{3− y} O ₁₂ (Fu, 1997; Tan et al., 2012). Электропроводность была значительно увеличена до 3 × 10 ⁻³ См · см ⁻¹ для Li _1,3 Al _0,3 Ti _1.7 (PO ₄ ) ₃ при комнатной температуре.

Благодаря отличной проводимости Li ⁺ и стабильности в воздухе и воде, SE на основе LiTi ₂ (PO ₄ ) ₃ применялись в электрохимических энергетических устройствах, таких как полностью твердотельные литиевые батареи. (Yada et al., 2009) и литий-воздушные вторичные батареи (Shimonishi et al., 2011). Кроме того, СЭ типа NASICON могут иметь высокое электрохимическое окислительное напряжение. Например, сообщалось, что SE на основе LiGe ₂ (PO ₄ ) ₃ демонстрируют высокое электрохимическое окислительное напряжение около 6 В (противLi / Li ⁺ ) (Xu et al., 2007), как показано на рисунке 11. Однако, как и в случае с LLTO, SE на основе LiTi ₂ (PO ₄ ) ₃ нестабильны по отношению к металлическому Li, с восстановлением Ti ⁴⁺ до Ti ³⁺ (Hartmann et al., 2013).

Рисунок 11. Циклическая вольтамперограмма LiGe ₂ (PO ₄ ) ₃ на основе SE . Воспроизведено с разрешения Xu et al. (2007).

Неорганические электролиты на основе стекла

Стекловидные электролиты

Стекловидные электролиты привлекли большое внимание, в основном из-за их преимуществ перед кристаллическими материалами: изотропная ионная проводимость, отсутствие сопротивления границ зерен, простота изготовления пленки, широкий диапазон составов и т. Д.(Ravaine, 1980; Minami, 1987). Кроме того, ионная проводимость аморфных стекол обычно выше, чем у соответствующих кристаллических стекол из-за их так называемой открытой структуры (Tatsumisago, 2004), как показано на рисунке 12.

Рис. 12. Схема структуры стекла SiO ₂ (А) и кристалла (Б) .

Как правило, литий-ионные проводящие стекла можно разделить на две категории: оксидные и сульфидные.Для большинства оксидных стеклообразных электролитов проводимость литий-ионов при комнатной температуре слишком мала, чтобы быть практичной для высокоэнергетических батарей, обычно порядка 10 ^-6 ~ 10 ^-8 См · см ^-1 (Tatsumisago et al., 1987; Lee et al., 2002). В сульфидных стеклах высокая проводимость ионов лития 10 ⁻³ ~ 10 ⁻⁵ См · см ⁻¹ при комнатной температуре может быть достигнута благодаря высокой поляризуемости ионов серы, таких как Li ₂ S – SiS. ₂ и Li ₂ S – P ₂ S ₅ (Machida and Shigematsu, 2004; Tatsumisago, 2004; Ohtomo et al., 2013c).

Однако эти электролиты из сульфидного стекла могут реагировать с окружающей влагой и выделять газ H ₂ S (Knauth, 2009). Следовательно, обращение с сульфидными СЭ должно производиться в инертной атмосфере. Однако частичное замещение атомов серы атомами кислорода в сульфидных электролитах может быть эффективным в подавлении образования газа H ₂ S (Ohtomo et al., 2013b). Совсем недавно Hayashi et al. (2014) сообщили о композитном электролите с 90 мол.% Стекла 75Li ₂ S · 21P ₂ S ₅ · 4P ₂ O ₅ стекла и 10 мол.% ZnO путем механического измельчения.В работе частичная замена P ₂ O ₅ на P ₂ S ₅ , а также добавление ZnO снижали скорость образования H ₂ S при воздействии воздуха. С другой стороны, проводимость уменьшилась при добавлении P ₂ O ₅ .

Для улучшения проводимости стеклообразных электролитов было предложено несколько подходов. Один из эффективных способов — смешать два разных вида анионов, так называемый «эффект смешанных анионов» или «эффект смешанных форм» (Tatsumisago et al., 1987; Raguenet et al., 2012). Например, добавление формирователя сети или модификатора SeO ₂ в бинарный Li ₂ O – B ₂ O ₃ стеклообразный электролит привело к увеличению ионной проводимости при комнатной температуре с 1,2 × 10 ⁻⁸ до 8 × 10 ⁻⁷ См см ⁻¹ (Lee et al., 2002). Добавление солей лития, таких как галогениды лития (Ujiie et al., 2012) и орто-оксосоли лития (Aotani et al., 1994), является еще одним эффективным способом повышения проводимости стеклообразных электролитов из-за увеличения концентрации лития и уменьшение энергии активации для проводимости.Например, литий-ионная проводимость стекла 67Li ₂ S · 33P ₂ S ₅ при комнатной температуре может увеличиться с 10 ⁻⁴ См см ⁻¹ до 10 ⁻³ См см ^{— 1} путем добавления 45 мол.% LiI (Mercier et al., 1981).

Однако увеличение количества модификаторов сетки с ионами лития способствует кристаллизации стекла. Таким образом, стекла с большим количеством ионов лития часто получают двухвалковой быстрой закалкой (Tatsumisago et al., 1981; Hayashi et al., 2002). Этот метод позволяет достигать скорости охлаждения до 10 ⁶ K S ^-1 (Tatsumisago and Hayashi, 2009) для предотвращения кристаллизации.

В полностью твердотельных батареях стекла необходимо измельчить в мелкие порошки с помощью методов механического измельчения (Morimoto et al., 1999), чтобы обеспечить хороший контакт с электродами. Механическое измельчение также является широко используемым методом для образования аморфных материалов (Hayashi et al., 2001; Ohtomo et al., 2013a, b).Он имеет два основных преимущества: процесс очень прост и синтез можно проводить при комнатной температуре.

Стеклокерамические электролиты

Стеклокерамический электролит может быть получен путем кристаллизации исходного стекла. Кристаллизация обычно снижает ионную проводимость, но осаждение суперионного проводящего кристалла из стекла-предшественника может повысить ионную проводимость. Границы зерен вокруг кристаллических доменов в стеклокерамике заполнены аморфными фазами.Таким образом, стеклокерамические электролиты обычно имеют более низкое сопротивление границ зерен, чем поликристаллические системы (Tatsumisago et al., 2013).

Стеклокерамика, как и стеклообразные электролиты, также может быть разделена на оксиды и сульфиды. Для стеклокерамических оксидов наиболее изучены системы типа NASICON, такие как LATP (Fu, 1997b; Kotobuki, Koishi, 2013; Patil et al., 2013) и LAGP (Fu, 1997a; Nikolic et al., 2013). ; He et al., 2014) стеклокерамика. Их ионная проводимость при комнатной температуре может достигать 10 ⁻³ ~ 10 ⁻⁴ См · см ⁻¹ .

Сульфидная стеклокерамика может иметь более высокую ионную проводимость, чем у оксидов, из-за большого ионного радиуса и большей поляризуемости ионов серы, чем у оксидных ионов. Например, проводимость стеклокерамики Li ₂ S – P ₂ S ₅ может достигать 10 ^–3 См см ^–1 при комнатной температуре (Tatsumisago et al., 2002).

Суперионный кристалл со структурой, аналогичной структуре тио-LISICON-фаз, может быть осажден механическим измельчением стекла Li ₂ S – P ₂ S ₅ (Hayashi et al., 2003). Совсем недавно Seino et al. (2014) сообщили о стеклокерамическом проводнике Li ₂ S – P ₂ S ₅ , который имел очень высокую ионную проводимость 1,7 × 10 ⁻² См · см ⁻¹ при комнатной температуре за счет оптимизированного нагрева. лечение. Оптимизированные условия термообработки снизили сопротивление границ зерен и, таким образом, общая проводимость была в пять раз выше, чем сообщалось ранее для системы Li ₂ S – P ₂ S ₅ (Mizuno et al., 2005). Как показано на рисунке 13, это предполагает, что процесс уплотнения увеличивает общую проводимость не за счет увеличения ионной проводимости в объеме, а за счет снижения сопротивления границ зерен.

Рисунок 13. Температурная зависимость объемного и зернограничного сопротивления стеклокерамического материала холодного прессования . Воспроизведено с разрешения Seino et al. (2014).

Заключительные замечания

Твердые электролиты рассматриваются как необходимый компонент для создания безопасных и высокопроизводительных литиевых батарей в будущем, что привлечет к себе пристальное внимание в этой области.Было приложено много усилий для улучшения их показателей.

Поскольку высокое сопротивление на границе раздела электрод / SE является одной из важнейших проблем при разработке мощных полностью твердотельных литиевых батарей, крайне важно создать благоприятный контакт между электродами и электролитом. Важно как достижение тесного контакта, так и увеличение площади контакта (Tatsumisago et al., 2013). Нанесение тонких пленок SE на активные материалы электродов рассматривается как эффективный способ.Например, тонкие пленки сульфидного электролита Li ₂ S – GeS ₂ с проводимостью 1,8 × 10 ⁻⁴ См · см ⁻¹ на частицах LiCoO ₂ были получены методом импульсного лазерного осаждения (PLD). техники (Ito et al., 2013). На СЭМ-изображении поперечного сечения полученная тонкая пленка была плотной и прочно прикреплялась к подложке Si. Кроме того, другие методы, такие как приготовление нанокомпозитов с помощью процесса шаровой мельницы (Nagao et al., 2012) или использование переохлажденной жидкости стеклянного электролита (Kitaura et al., 2011), доказано, что они эффективны при формировании идеальной границы раздела между электродами и электролитом.

Что касается важной проводимости, системы, основанные на химическом составе серы, могут показать более высокую ионную проводимость, чем оксиды. Например, в таблице 1 высокие значения ионной проводимости порядка 10 ⁻² См · см ⁻¹ достигаются в сульфидных системах, таких как тио-LISICON Li ₁₀ GeP ₂ S ₁₂ и Li _{. 2} S – P ₂ S ₅ Стеклокерамика.С другой стороны, сульфиды обычно химически нестабильны и требуют особого внимания при обращении. Кроме того, было разработано несколько эффективных способов увеличения ионной проводимости, таких как легирование, горячее изотактическое прессование для уменьшения сопротивления границ зерен, использование «эффекта смешанного формирователя» и осаждение суперионных кристаллов из стеклообразных электролитов.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Эта работа поддержана «Программой стратегических приоритетных исследований» Китайской проектной академии наук, грант № XDA01020304, Национальным фондом естественных наук Китая (грант № 51371186), Международной группой по передовым материалам для хранения энергии в Нинбо 3315, Ключевая группа научно-технических инноваций провинции Чжэцзян.

Список литературы

Абхилаш, К. П., Селвин, П. К., Налини, Б., Нитьядхарсени, П., и Пиллаи, Б.С. (2013). Исследования нанокристаллических керамических электролитов из чистого и легированного серебром титаната лития-лантана (LLTO) для литий-ионных аккумуляторов. Ceram. Int. 39, 947–952. DOI: 10.1016 / j.ceramint.2012.07.011

CrossRef Полный текст

Аллен, Дж. Л., Вольфенстайн, Дж., Рангасами, Э. и Сакамото, Дж. (2012). Влияние замещения (Ta, Al, Ga) на проводимость Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ . J. Источники энергии 206, 315–319. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2012.01.131

CrossRef Полный текст

Алонсо, Дж., Санс, Дж., Сантамария, Дж., Леон, К., Варес, А., и Фернандес-Диас, М. (2000). О расположении катионов Li ⁺ в проводнике быстрого Li-катиона La _0,5 Li _0,5 TiO ₃ перовскит. Angew. Chem. Int. Эд. 39, 619–621. DOI: 10.1002 / (SICI) 1521-3773 (20000204) 39: 3 <619 :: AID-ANIE619> 3.0.CO; 2-O

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Аоно, Х., Сугимото, Э., Садаока, Ю., Иманака, Н., и Адачи, Г. (1990). Ионная проводимость твердых электролитов на основе фосфата лития-титана. J. Electrochem. Soc. 137, 1023–1027. DOI: 10.1149 / 1.2086597

CrossRef Полный текст

Аотани, Н., Ивамото, К., Такада, К., и Кондо, С. (1994). Синтез и электрохимические свойства литий-ионного проводящего стекла, Li ₃ PO ₄ -Li ₂ S-SiS ₂ . Ионика твердого тела 68, 35–39.DOI: 10.1016 / 0167-2738 (94) -1

CrossRef Полный текст

Бан, К. В., и Чой, Г. М. (2001). Влияние спекания на зернограничную проводимость титанатов лантана лития. Ионика твердого тела 140, 285–292. DOI: 10.1016 / S0167-2738 (01) 00821-9

CrossRef Полный текст

Бонке О. (2008). Быстрые литий-ионные проводящие оксиды Li _3x La _2/3-x TiO ₃ от основ к применению. Ионика твердого тела 179, 9–15. DOI: 10.1016 / j.ssi.2007.12.022

CrossRef Полный текст

Брон, П., Йоханссон, С., Зик, К., Шмедт-ауф-дер-Ганн, Дж., Денен, С., и Ролинг, Б. (2013). Li ₁₀ SnP ₂ S ₁₂ : доступный литиевый суперионный проводник. J. Am. Chem. Soc. 135, 15694–15697. DOI: 10.1021 / ja407393y

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Чен, К.Х., Амин К. (2001). Ионная проводимость, введение лития и извлечение титаната лития лантана. Ионика твердого тела 144, 51–57. DOI: 10.1016 / S0167-2738 (01) 00884-0

CrossRef Полный текст

Чен, К., Хуан, М., Шен, Ю., Линь, Ю., и Нан, К. В. (2012). Повышение ионной проводимости керамики Li _0,35 La _0,55 TiO ₃ путем введения Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ . Электрохим.Acta 80, 133–139. DOI: 10.1016 / j.electacta.2012.06.115

CrossRef Полный текст

Чен К., Хуанг М., Шен Ю., Линь Ю. Х. и Нань К. В. (2013). Улучшение ионной проводимости керамики Li _0,35 La _0,55 TiO ₃ путем введения золя Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ в порошок-предшественник. Ионика твердого тела 235, 8–13. DOI: 10.1016 / j.ssi.2013.01.007

CrossRef Полный текст

Кретин, М.и Фабри П. (1999). Сравнительное исследование литий-ионных проводников в системе Li _{1 + x} Al _x A _2-x ^IV (PO ₄ ) ³ с A ^IV = Ti или Ge и 0 ≤x ≤0,7 для использования в качестве чувствительных мембран Li ⁺ . J. Eur. Ceram. Soc. 19, 2931–2940. DOI: 10.1016 / S0955-2219 (99) 00055-2

CrossRef Полный текст

Duluard, S., Paillassa, A., Puech, L., Vinatier, P., Turq, V., Rozier, P., и другие. (2013). Литий-проводящий твердый электролит Li _1,3 Al _0,3 Ti _1,7 (PO ₄ ) ₃ , полученный химическим путем. J. Eur. Ceram. Soc. 33, 1145–1153. DOI: 10.1016 / j.jeurceramsoc.2012.08.005

CrossRef Полный текст

Думон А., Хуанг М., Шен Ю. и Нань К. В. (2013). Высокая проводимость ионов Li в легированном стронцием гранате Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ . Ионика твердого тела 243, 36–41. DOI: 10.1016 / j.ssi.2013.04.016

CrossRef Полный текст

Дювель А., Кун А., Роббен Л., Вилкенинг М. и Хейтянс П. (2012). Механосинтез твердых электролитов: получение, характеристика и свойства переноса ионов лития граната, легированного алюминием Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ , кристаллизующихся с кубической симметрией. J. Phys. Chem. С 116, 15192–15202. DOI: 10.1021 / jp301193r

CrossRef Полный текст

Фергус, Дж.W. (2010). Керамические и полимерные твердые электролиты для литий-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии 195, 4554–4569. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2010.01.076

CrossRef Полный текст

Фу Дж. (1997). Быстрая ионная проводимость Li ⁺ в Li ₂ O-A1 ₂ O ₃ -TiO ₂ -SiO ₂ -P ₂ 0 ₅ стеклокерамика. J. Am. Ceram. Soc. 80, 1901–1903. DOI: 10.1111 / j.1151-2916.1997.tb03070.х

CrossRef Полный текст

Fu, J. (1997a). Быстрая ионопроводящая стеклокерамика Li ⁺ в системе Li ₂ O-Al ₂ O ₃ -GeO ₂ -P ₂ O ₅ . Ионика твердого тела 104, 191–194. DOI: 10.1016 / S0167-2738 (97) 00434-7

CrossRef Полный текст

Фу Дж. (1997b). Суперионная проводимость стеклокерамики в системе Li ₂ O-Al ₂ O ₃ -TiO ₂ -P ₂ O ₅ . Ионика твердого тела 96, 195–200. DOI: 10.1016 / S0167-2738 (97) 00018-0

CrossRef Полный текст

Гао, X., Фишер, К.А.Дж., Кимура, Т., Икухара, Ю.Х., Мориваке, Х., Кувабара, А., и др. (2013). Распределение атома лития и вакансии A-позиции в титанате лития лантана. Chem. Mater. 25, 1607–1614. DOI: 10,1021 / см3041357

CrossRef Полный текст

Гейгер, К.А., Алексеев, Э., Лазич, Б., Фиш, М., Армбрустер, Т., Лангнер Р. и др. (2011). Кристаллохимия и стабильность граната «Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ »: быстрый литий-ионный проводник. Неорг. Chem. 50, 1089–1097. DOI: 10.1021 / ic101914e

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Гуденаф, Дж. Б., и Ким, Ю. (2009). Проблемы литиевых аккумуляторных батарей. Chem. Mater. 22, 587–603. DOI: 10,1021 / см2z

CrossRef Полный текст

Хартманн, П., Leichtweiss, T., Busche, M. R., Schneider, M., Reich, M., Sann, J., et al. (2013). Деградация материалов типа NASICON при контакте с металлическим литием: образование смешанных проводящих межфазных фаз (MCI) на твердых электролитах. J. Phys. Chem. С 117, 21064–21074. DOI: 10.1021 / jp4051275

CrossRef Полный текст

Хаяси А., Хама С., Минами Т. и Тацумисаго М. (2003). Формирование суперионных кристаллов из механически измельченных стекол Li ₂ S-P ₂ S ₅ . Электрохим. Commun. 5, 111–114. DOI: 10.1016 / S1388-2481 (02) 00555-6

CrossRef Полный текст

Хаяси А., Хама С., Моримото Х., Тацумисаго М. и Минами Т. (2001). Получение аморфных твердых электролитов Li ₂ S-P ₂ S ₅ механическим измельчением. J. Am. Ceram. Soc. 84, 477–479. DOI: 10.1111 / j.1151-2916.2001.tb00685.x

CrossRef Полный текст

Хаяси А., Комия Р., Тацумисаго, М., и Минами, Т. (2002). Характеристика оксисульфидных стекол Li ₂ S-SiS ₂ -Li ₃ MO ₃ (M = B, Al, Ga и In) и их применение в твердотельных литиевых вторичных батареях. Ионика твердого тела 15, 285–290. DOI: 10.1016 / S0167-2738 (02) 00313-2

CrossRef Полный текст

Хаяси А., Мурамацу Х., Охтомо Т., Хама С. и Тацумисаго М. (2014). Повышенная химическая стабильность и цикличность в Li ₂ S-P ₂ S ₅ -P ₂ O ₅ -ZnO композитные электролиты для полностью твердотельных перезаряжаемых литиевых батарей. J. Сплав. Compd. 591, 247–250. DOI: 10.1016 / j.jallcom.2013.12.191

CrossRef Полный текст

Хаяси А., Ной К., Сакуда А. и Тацумисаго М. (2012). Суперионные стеклокерамические электролиты для натриевых аккумуляторных батарей, работающих при комнатной температуре. Nat. Commun. 3, 856–860. DOI: 10.1038 / ncomms1843

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Хэ, К., Цзу, К., Ван, Ю., Хань, Б., Инь, X., Чжао, Х., и другие. (2014). Устойчивость стеклокерамики структуры NASICON литий-ионного проводника в кислых и щелочных водных растворах. Ионика твердого тела 254, 78–81. DOI: 10.1016 / j.ssi.2013.11.011

CrossRef Полный текст

Хонг, Х. Ю. П. (1976). Кристаллические структуры и кристаллохимия в системе Na _{1 + x} Zr ₂ Si _x P _3-x O ₁₂ . Mater. Res. Бык. 11, 173–182. DOI: 10.1016 / 0025-5408 (76) _-8

CrossRef Полный текст

Хонг, Х.Ю.-П. (1978). Кристаллическая структура и ионная проводимость Li ₁₄ Zn (GeO ₄ ) ₄ и других новых суперионных проводников Li ⁺ . Mater. Res. Бык. 13, 117–124. DOI: 10.1016 / 0025-5408 (78) -2

CrossRef Полный текст

Инагума, Ю., и Накашима, М. (2013). Перезаряжаемая литий-воздушная батарея, использующая литий-ионную проводящую керамику из титаната лития лантана в качестве сепаратора электролита. J. Источники энергии 228, 250–255.DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2012.11.098

CrossRef Полный текст

Исигуро, К., Наката, Ю., Мацуи, М., Уэчи, И., Такеда, Ю., Ямамото, О., и др. (2013). Стабильность кубического Li, легированного Nb, ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ с металлическим литием. J. Electrochem. Soc. 160, A1690 – A1693. DOI: 10.1039 / c2cp40634a

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ито, Ю., Сакуда, А., Охтомо Т., Хаяси А. и Тацумисаго М. (2013). Получение тонких пленок твердого электролита Li ₂ S-GeS ₂ с использованием импульсного лазерного осаждения. Ионика твердого тела 236, 1–4. DOI: 10.1016 / j.ssi.2013.01.014

CrossRef Полный текст

Джин Ю., Макгинн П. Дж. (2013a). Производство объемных твердотельных перезаряжаемых литий-ионных батарей с легированным алюминием Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ электролитом и Cu _0.1 V ₂ O ₅ катод. Электрохим. Acta 89, 407–412. DOI: 10.1016 / j.electacta.2012.11.059

CrossRef Полный текст

Джин, Ю., и Макгинн, П. Дж. (2013b). Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ Устойчивость электролита на воздухе и изготовление Li / Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ / Cu _0,1 V ₂ O ₅ твердотельный аккумулятор. Дж.Источники питания 239, 326–331. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2013.03.155

CrossRef Полный текст

Камая Н., Хомма К., Ямакава Ю., Хираяма М., Канно Р., Йонемура М. и др. (2011). Литиевый суперионный проводник. Nat. Mater. 10, 682–686. DOI: 10,1038 / nmat3066

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Канно Р., Хата Т., Кавамото Ю. и Ирие М. (2000). Синтез нового литий-ионного проводника, системы тиолизикон-литий-германий-сульфид. Ионика твердого тела 130, 97–104. DOI: 10.1016 / S0167-2738 (00) 00277-0

CrossRef Полный текст

Канно Р. и Мураяма М. (2001). Литий-ионный проводник thio-LISICON: система Li ₂ S-GeS ₂ -P ₂ S ₅ . J. Electrochem. Soc. 148, A742 – A746. DOI: 10,1149 / 1,1379028

CrossRef Полный текст

Ки, Б., Шредер, Д. Дж., Инграм, Б. Дж., И Воги, Дж. Т. (2012).Синтез на основе растворов и характеристика литий-ионной проводящей фосфатной керамики для литий-металлических батарей. Chem. Mater. 24, 287–293. DOI: 10,1021 / см202773d

CrossRef Полный текст

Китаура, Х., Хаяси, А., Охтомо, Т., Хама, С., и Тацумисаго, М. (2011). Изготовление границ раздела электрод-электролит в полностью твердотельных перезаряжаемых литиевых батареях с использованием переохлажденного жидкого состояния стеклообразных электролитов. J. Mater. Chem. 21, 118. doi: 10.1039 / c0jm01090a

CrossRef Полный текст

Кнаут, П. (2009). Неорганические твердые ионно-литиевые проводники: обзор. Ионика твердого тела 180, 911–916. DOI: 10.1016 / j.ssi.2009.03.022

CrossRef Полный текст

Кокал И., Сомер М., Ноттен П. Х. Л. и Хинцен Х. Т. (2011). Золь-гель синтез и литий-ионная проводимость Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ со структурой типа граната. Ионика твердого тела 185, 42–46. DOI: 10.1016 / j.ssi.2011.01.002

CrossRef Полный текст

Котобуки, М. (2012). Современное состояние и проблемы литий-ионных аккумуляторов. Open Electrochem. J. 4, 28–35. DOI: 10.2174 / 1876505X01204010028

CrossRef Полный текст

Котобуки М., Койши М. (2013). Приготовление твердого электролита Li _1,5 Al _1,5 (PO ₄ ) ₃ золь-гель методом с использованием различных источников алюминия. Ceram. Int. 39, 4645–4649. DOI: 10.1016 / j.ceramint.2012.10.206

CrossRef Полный текст

Ли, К. Х., Джу, К. Х., Ким, Дж. Х., Ву, С. Г., Сон, Х. Дж., Кан, Т. и др. (2002). Характеристики нового литий-ионного проводящего стеклянного электролита Li ₂ O-SeO ₂ -B ₂ O ₃ . Ионика твердого тела 149, 59–65. DOI: 10.1016 / S0167-2738 (02) 00137-6

CrossRef Полный текст

Мачида, Н., и Shigematsu, T. (2004). Полностью твердотельная литиевая батарея с серой в качестве материала положительного электрода. Chem. Lett. 33, 376–377. DOI: 10.1246 / cl.2004.376

CrossRef Полный текст

Мэй, А., Ван, X. L., Lan, J. L., Feng, Y. C., Geng, H. X., Lin, Y. H., et al. (2010). Роль аморфного пограничного слоя в повышении ионной проводимости литий-лантана-титанатного электролита. Электрохим. Acta 55, 2958–2963. DOI: 10.1016 / j.electacta.2010.01.036

CrossRef Полный текст

Мерсье, Р., Малугани, Дж. П., Фахис, Б., и Роберт, Г. (1981). Суперионная проводимость в Li ₂ S-P ₂ S ₅ -LiI-стекла. Ионика твердого тела 5, 663–666. DOI: 10.1016 / 0167-2738 (81) -6

CrossRef Полный текст

Минами, Т. (1987). Последние достижения в области суперионных проводящих очков. J. Non Cryst. Solids 95–96 (Часть 1), 107–118. DOI: 10.1016 / S0022-3093 (87) 80103-5

CrossRef Полный текст

Мидзуно, Ф., Хаяси, А., Таданага, К., и Тацумисаго, М. (2005). Новые кристаллы с высокой ионной проводимостью осаждаются из стекол Li ₂ S-P ₂ S ₅ . Adv. Mater. 17, 918–921. DOI: 10.1002 / adma.200401286

CrossRef Полный текст

Мората-Оррантия, А., Гарсия-Марти, Г., и Аларио-Франко, М. (2003). Оптимизация литиевой проводимости в титанатах La / Li. Chem. Mater. 15, 3991–3995. DOI: 10,1021 / см0300563

CrossRef Полный текст

Моримото, Х., Авано, Х., Терашима, Дж., Шиндо, Ю., Наканиши, С., Ито, Н., и др. (2013). Приготовление литий-ионно-проводящего твердого электролита типа NASICON Li _{1 + x} Al _x Ti _2-x (PO ₄ ) ₃ (x 0,3), полученного механохимическим методом и его применения в качестве материалы для модификации поверхности катода LiCoO ₂ для литиевого элемента. J. Источники энергии 240, 636–643. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2013.05.039

CrossRef Полный текст

Моримото, Х., Ямасита, Х., Тацумисаго, М., и Минами, Т. (1999). Механохимический синтез новых аморфных материалов 60Li ₂ S · 40SiS ₂ с высокой литий-ионной проводимостью. J. Am. Ceram. Soc. 82, 1352–1354. DOI: 10.1111 / j.1151-2916.1999.tb01923.x

CrossRef Полный текст

Муруган, Р., Тангадурай, В., и Веппнер, В. (2007). Быстрая литий-ионная проводимость в гранатах типа Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ . Angew. Chem. Int. Эд. 46, 7778–7781. DOI: 10.1002 / anie.200701144

CrossRef Полный текст

Нагао М., Хаяси А. и Тацумисаго М. (2012). Li ₂ Композитный электрод с S-наноуглеродом большой емкости для твердотельных перезаряжаемых литиевых батарей. J. Mater. Chem. 22, 10015–10020.DOI: 10.1039 / c2jm16802b

CrossRef Полный текст

Нараянан, С., Рамезанипур, Ф., и Тангадураи, В. (2012). Повышение проводимости Li-иона граната типа Li ₅ La ₃ Nb ₂ O ₁₂ Y- и Li-совместным легированием: синтез, структура, химическая стабильность и транспортные свойства. J. Phys. Chem. C 116, 20154–2016 2. DOI: 10.1021 / jp304737x

CrossRef Полный текст

Николич, Я. Д., Смилянич, С. В., Матияшевич, С. Д., Живанович, В. Д., Тошич, М. Б., Груич, С. Р. и др. (2013). Приготовление стеклокерамики в системе Li ₂ O-Al ₂ O ₃ -GeO ₂ -P ₂ O ₅ . Процесс. Appl. Ceram. 7, 147–151. DOI: 10.2298 / PAC1304147N

CrossRef Полный текст

Охта, Н., Такада, К., Сакагути, И., Чжан, Л., Ма, Р., Фукуда, К. и др. (2007). LiNbO ₃ с покрытием LiCoO ₂ в качестве катодного материала для всех твердотельных литиевых вторичных батарей. Электрохим. Commun. 9, 1486–1490. DOI: 10.1016 / j.elecom.2007.02.008

CrossRef Полный текст

Охта, Н., Такада, К., Чжан, Л., Ма, Р., Осада, М., и Сасаки, Т. (2006). Повышение быстродействия твердотельных литиевых батарей за счет наноразмерной межфазной модификации. Adv. Mater. 18, 2226–2229. DOI: 10.1002 / adma.200502604

CrossRef Полный текст

Охта, С., Кобаяси, Т., Секи, Дж., И Асаока, Т.(2012). Электрохимические характеристики твердотельного литий-ионного аккумулятора с оксидным электролитом типа граната. J. Источники энергии 202, 332–335. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2011.10.064

CrossRef Полный текст

Охтомо Т., Хаяси А., Тацумисаго М. и Кавамото К. (2013a). Полностью твердотельные батареи с Li ₂ O-Li ₂ S-P ₂ S ₅ стеклянные электролиты, синтезированные двухступенчатым механическим измельчением. J. Solid State Electrochem. 17, 2551–2557. DOI: 10.1007 / s10008-013-2149-5

CrossRef Полный текст

Отомо Т., Хаяси А., Тацумисаго М. и Кавамото К. (2013b). Характеристики стекол Li ₂ O-Li ₂ S-P ₂ S ₅ стекол, синтезированных методом двухступенчатого механического измельчения. J. Non Cryst. Твердые тела 364, 57–61. DOI: 10.1016 / j.jnoncrysol.2012.12.044

CrossRef Полный текст

Охтомо, Т., Хаяси, А., Тацумисаго, М., Цучида, Ю., Хама, С., и Кавамото, К. (2013c). Полностью твердотельные литиевые вторичные батареи с использованием стекла 75Li ₂ S · 25P ₂ S ₅ и стеклокерамики 70Li ₂ S · 30P ₂ S ₅ в качестве твердых электролитов. J. Источники энергии 233, 231–235. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2013.01.090

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Патил В., Патил А., Юн С. Дж. И Чой Дж.W. (2013). Структурные и электрические свойства наноразмерного стеклокерамического порошка с твердым электролитом типа NASICON путем механического измельчения для тонкопленочных батарей. J. Nanosci. Нанотехнологии. 13, 3665–3668. DOI: 10.1166 / jnn.2013.7240

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Цянь Д., Сюй, Б., Чо, Х. М., Хацукаде, Т., Кэрролл, К. Дж., И Мэн, Ю. С. (2012). Оксиды лития, лантана, титана: покрытие с быстрой ионной проводимостью для катодов литий-ионных аккумуляторов. Chem. Mater. 24, 2744–2751. DOI: 10,1021 / см300929r

CrossRef Полный текст

Quartarone, E., and Mustarelli, P. (2011). Электролиты для твердотельных литиевых аккумуляторных батарей: последние достижения и перспективы. Chem. Soc. Ред. 40, 2525–2540. DOI: 10.1039 / c0cs00081g

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Рагене, Б., Трико, Г., Глупый, Г., Рибес, М., и Прадель, А. (2012).Эффект смешанного стеклообразователя в литий-борофосфатных стеклах, закаленных двумя валками. Ионика твердого тела 208, 25–30. DOI: 10.1016 / j.ssi.2011.11.034

CrossRef Полный текст

Равейн, Д. (1980). Стекла как твердые электролиты. J. Non Cryst. Solids 38–39 (Часть 1), 353–358. DOI: 10.1016 / 0022-3093 (80) _-5

CrossRef Полный текст

Робертсон А. Д., Уэст А. Р. и Ричи А. Г. (1997). Обзор кристаллических литий-ионных проводников, подходящих для высокотемпературных аккумуляторных батарей. Ионика твердого тела 104, 1–11. DOI: 10.1016 / S0167-2738 (97) 00429-3

CrossRef Полный текст

Саху, Г., Лин, З., Ли, Дж. К., Лю, З. К., Дадни, Н., и Лян, К. Д. (2014). Воздухостойкие твердые электролиты с высокой проводимостью на основе мышьякозамещенного Li ₄ SnS ₄ . Energy Environ. Sci. 7, 1053–1058. DOI: 10.1039 / c3ee43357a

CrossRef Полный текст

Сакуда, А., Хаяси, А., Охтомо, Т., Хама, С., и Тацумисаго, М. (2011). Полностью твердотельные литиевые вторичные батареи с использованием частиц LiCoO ₂ с импульсным лазерным напылением покрытий из твердых электролитов Li ₂ S-P ₂ S ₅ . J. Источники энергии 196, 6735–6741. DOI: 10.1021 / am302164e

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Сейно Ю., Ота Т., Такада К., Хаяси А. и Тацумисаго М. (2014). Сульфидно-литиевый суперионный проводник превосходит жидко-ионные проводники для использования в перезаряжаемых батареях. Energy Environ. Sci. 7, 627–631. DOI: 10.1039 / c3ee41655k

CrossRef Полный текст

Шимониси Ю., Чжан Т., Иманиши Н., Им Д., Ли, Д. Дж., Хирано А. и др. (2011). Исследование литий-воздушных вторичных батарей — стабильность литий-ионного проводящего твердого электролита типа NASICON в щелочных водных растворах. J. Источники энергии 196, 5128–5132. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2011.02.023

CrossRef Полный текст

Такада, К.(2009). Электролиты: твердый оксид. Прил. Электрохим. Источники питания 5, 328–336. DOI: 10.1016 / B978-044452745-5.00211-2

CrossRef Полный текст

Тан, Г. К., Ву, Ф., Ли, Л., Лю, Й. Д., и Чен, Р. Дж. (2012). Приготовление с помощью магнетронного распыления тонкопленочных электролитов на основе фосфата лития, алюминия и титана с азотом для полностью твердотельных ионно-литиевых батарей. J. Phys. Chem. С 116, 3817–3826. DOI: 10.1021 / jp207120s

CrossRef Полный текст

Тацумисаго, М.(2004). Стекловидные материалы на основе Li ₂ S для твердотельных литиевых вторичных батарей. Ионика твердого тела 175, 13–18. DOI: 10.1016 / j.ssi.2004.09.012

CrossRef Полный текст

Тацумисаго М., Хачида Н. и Минами Т. (1987). Эффект смешанного аниона в проводимости быстро закаленных стекол Li ₄ SiO ₄ -Li ₃ BO ₃ . Йогё Кёкаиси. 95, 197–201. DOI: 10.2109 / jcersj1950.95.1098_197

CrossRef Полный текст

Тацумисаго, М., Хама, С., Хаяси, А., Моримото, Х., и Минами, Т. (2002). Новая литий-ионная стеклокерамика, полученная из механохимических стекол Li ₂ S-P ₂ S ₅ . Ионика твердого тела 15, 635–640. DOI: 10.1016 / S0167-2738 (02) 00509-X

CrossRef Полный текст

Тацумисаго, М., и Хаяси, А. (2009). «Вторичные батареи — литиевые перезаряжаемые системы — электролиты: стекло», в энциклопедии электрохимических источников энергии , изд. .J. Garche, et al. (Амстердам: Elsevier B.V.), 138–144.

Тацумисаго М., Минами Т. и Танака М. (1981). Быстрая тепловизионная печь для подготовки стекла. J. Am. Ceram. Soc. 64, C – 97 – C – 98. DOI: 10.1111 / j.1151-2916.1981.tb09886.x

CrossRef Полный текст

Тацумисаго М., Нагао М. и Хаяси А. (2013). Недавние разработки сульфидных твердых электролитов и межфазных модификаций для полностью твердотельных перезаряжаемых литиевых батарей. J. Asian Ceram. Soc. 1, 17–25. DOI: 10.1016 / j.jascer.2013.03.005

CrossRef Полный текст

Тераниси, Т., Ямамото, М., Хаяси, Х., Кисимото, А. (2013). Литий-ионная проводимость керамики (Li, La) TiO, легированной неодимом ₃ . Ионика твердого тела 243, 18–21. DOI: 10.1016 / j.ssi.2013.04.014

CrossRef Полный текст

Thangadurai, V., and Weppner, W. (2005a). Li ₆ ALa ₂ Nb ₂ O ₁₂ (A = Ca, Sr, Ba): новый класс проводников на быстрых ионах лития с гранатоподобной структурой. J. Am. Ceram. Soc. 88, 411–418. DOI: 10.1111 / j.1551-2916.2005.00060.x

CrossRef Полный текст

Thangadurai, V., and Weppner, W. (2006a). Влияние спекания на ионную проводимость структуры, связанной с гранатом Li ₅ La ₃ Nb ₂ O ₁₂ и Li, легированный In и K, ₅ La ₃ Nb ₂ O ₁₂ . J. Solid State Chem. 179, 974–984. DOI: 10.1016 / j.jssc.2005.12.025

CrossRef Полный текст

Thangadurai, V., and Weppner, W. (2006b). Последние достижения в исследованиях твердых оксидов и литий-ионных проводящих электролитов. Ionics 12, 81–92. DOI: 10.1007 / s11581-006-0013-7

CrossRef Полный текст

Тиц, Ф., Вегенер, Т., Герхардс, М. Т., Джарола, М., и Мариотто, Г. (2013). Синтез и исследование методом рамановской микроспектроскопии Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ . Ионика твердого тела 230, 77–82. DOI: 10.1016 / j.ssi.2012.10.021

CrossRef Полный текст

Уджие, С., Хаяси, А., Тацумисаго, М. (2012). Структура, ионная проводимость и электрохимическая стабильность Li ₂ S-P ₂ S ₅ -LiI стеклянные и стеклокерамические электролиты. Ионика твердого тела 211, 42–45. DOI: 10.1016 / j.ssi.2012.01.017

CrossRef Полный текст

Видаль, К., Ортега-Сан-Мартин, Л., Ларраньяга А., Мерино Р. И., Орера А. и Арриортуа М. И. (2014). Влияние условий синтеза на структурные, стабильные и ионопроводящие свойства твердого электролита Li _0,30 (La _0,50 Ln _0,50 ) _0,567 TiO ₃ (Ln = La, Pr, Nd) для литиевых аккумуляторных батарей . Ceram. Int. 40, 8761–8768. DOI: 10.1016 / j.ceramint.2014.01.097

CrossRef Полный текст

Сюй, X. X., Wen, Z. Y., Wu, X.В., Ян, X. Л., и Гу, З. Х. (2007). Литий-ионопроводящая стеклокерамика из Li _1,5 Al _0,5 Ge _1,5 (PO ₄ ) ₃ -xLi ₂ O (x = 0,0-0,20) с хорошими электрическими и электрохимическими свойствами. J. Am. Ceram. Soc. 90, 2802–2806. DOI: 10.1111 / j.1551-2916.2007.01827.x

CrossRef Полный текст

Яда, К., Ирияма, Ю., Абэ, Т., Кикучи, К., и Огуми, З. (2009). Новый твердотельный тонкопленочный литий-ионный аккумулятор с подготовленными на месте материалами положительного и отрицательного электрода. Электрохим. Commun. 11, 413–416. DOI: 10.1016 / j.elecom.2008.12.004

CrossRef Полный текст

Ямаути А., Сакуда А., Хаяси А. и Тацумисаго М. (2013). Получение и ионная проводимость (100-x) (0,75Li ₂ S · 0,25P ₂ S ₅ ) · xLiBH ₄ стеклянных электролитов. J. Источники энергии 244, 707–710. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2012.12.001

CrossRef Полный текст

Чжэн, З.С., Чжан, З. Т., Тан, З. Л., и Шен, В. К. (2003). Литиевые неорганические твердые электролиты. Прог. Chem. 15, 101–106. DOI: 10.3321 / j.issn: 1005-281X.2003.02.003

CrossRef Полный текст

Каковы основные компоненты щелочной батареи?

Для каждой батареи требуется два электрода — анод и катод — и электролит. Электроны текут между электродами вне батареи и через электролит внутри нее. Замкнутый контур, создаваемый этими двумя электронными потоками, использует химическую энергию электролита и вырабатывает электрическую энергию в процессе.Этот процесс одинаков, происходит ли он в щелочной батарее или в угольно-цинковой батарее.

Щелочные батареи.

В щелочной батарее анод или отрицательный электрод батареи сделан из цинкового порошка.Цинк используется в виде порошка, потому что гранулы имеют большую площадь поверхности, что обеспечивает повышенную скорость реакции и более высокие потоки электронов. Иногда добавляют оксид цинка, чтобы ограничить коррозию анода.

Гидроксид калия внутри щелочных батарей может вызвать раздражение глаз.

Диоксид марганца используется в качестве катода или положительного электрода. Он встречается в природе в виде минерального пиролюзита и обычно также используется в виде порошка. В катод также добавлен графит для улучшения его проводимости.

В щелочных батареях используется цинк-марганцевая формула.

Гидроксид калия используется в качестве электролита . в щелочной батарее, а не хлорид аммония или хлорид цинка — электролиты, обычно используемые в углеродно-цинковых батареях. Это соединение также известно как едкий калий или калийный щелок. Хотя щелочные батареи находятся внутри корпуса, они все же могут выделять гидроксид калия, который, как известно, вызывает раздражение глаз и кожи.

Дополнительно в аккумулятор входит сепаратор . Этот компонент служит для разделения электролита между положительным и отрицательным электродами.

По сравнению с угольно-цинковой батареей, ее основным конкурентом, щелочная батарея имеет более высокую плотность энергии, а также более длительный срок хранения.Однако он имеет высокое внутреннее сопротивление. Чем быстрее разрядится аккумулятор, тем меньше емкость или нагрузка, с которой он может справиться.

Существует множество подзаряжаемых щелочных батарей. По химическому составу они такие же, как и любые другие щелочные батареи, но могут удерживать заряд гораздо дольше, чем другие разновидности нещелочных перезаряжаемых батарей.Также есть утверждения, что обычную батарею можно перезарядить при очень определенных условиях, но это считается опасным.

Гидроксид калия, вытекающий из щелочных батарей, может вызвать раздражение глаз.

% PDF-1.7 % 1890 0 объект > endobj xref 1890 182 0000000044 00000 н. 0000005176 00000 н. 0000005507 00000 н. 0000005538 00000 п 0000005613 00000 п. 0000006119 00000 п. 0000007583 00000 н. 0000009294 00000 н. 0000011038 00000 п. 0000011515 00000 п. 0000012034 00000 п. 0000012572 00000 п. 0000013040 00000 п. 0000014171 00000 п. 0000014494 00000 п. 0000014611 00000 п. 0000014734 00000 п. 0000015254 00000 п. 0000015395 00000 п. 0000015923 00000 п. 0000015966 00000 п. 0000036412 00000 п. 0000036543 00000 п. 0000037081 00000 п. 0000037788 00000 п. 0000038103 00000 п. 0000038231 00000 п. 0000038478 00000 п. 0000039207 00000 п. 0000039405 00000 п. 0000039702 00000 п. 0000039781 00000 п. 0000040004 00000 п. 0000040440 00000 п. 0000040878 00000 п. 0000041267 00000 п. 0000046366 00000 п. 0000047119 00000 п. 0000047682 00000 п. 0000054051 00000 п. 0000054513 00000 п. 0000054930 00000 п. 0000060550 00000 п. 0000060919 00000 п. 0000061190 00000 п. 0000062920 00000 н. 0000063092 00000 п. 0000063313 00000 п. 0000063517 00000 п. 0000099596 00000 н. 0000115467 00000 н. 0000164532 00000 н. 0000180142 00000 п. 0000187145 00000 н. 0000187239 00000 н. 0000187333 00000 н. 0000187426 00000 н. 0000187519 00000 н. 0000187611 00000 н. 0000187704 00000 н. 0000187796 00000 н. 0000187889 00000 н. 0000187981 00000 н. 0000188074 00000 н. 0000188168 00000 н. 0000188262 00000 н. 0000188354 00000 н. 0000188447 00000 н. 0000188541 00000 н. 0000188633 00000 н. 0000188726 00000 н. 0000188818 00000 н. 0000188911 00000 н. 0000189003 00000 н. 0000189096 00000 н. 0000189189 00000 н. 0000189281 00000 н. 0000189375 00000 н. 0000189468 00000 н. 0000189561 00000 н. 0000189653 00000 н. 0000189747 00000 н. 0000189840 00000 н. 0000189934 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001 _{00000 н. 00001} 00000 н. 00001 00000 н. 00001 ^{00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001}

00000 н. 00001 _{00000 н. 00001 ^{00000 н. 00001}} 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001

00000 н. 00001

00000 н. 00001

00000 н. 00001

00000 н. 0000192152 00000 н. 0000192244 00000 н. 0000192335 00000 н. 0000192426 00000 н. 0000192516 00000 н. 0000192607 00000 н. 0000192698 00000 н. 0000192789 00000 н. 0000192883 00000 н. 0000192977 00000 н. 0000193071 00000 н. 0000193166 00000 н. 0000193260 00000 н. 0000193354 00000 н. 0000193449 00000 н. 0000193543 00000 н. 0000193637 00000 н. 0000193731 00000 н. 0000193825 00000 н. 0000194001 00000 н. 0000194156 00000 н. 0000194314 00000 н. 0000194473 00000 н. 0000194632 00000 н. 0000194791 00000 н. 0000194950 00000 н. 0000195165 00000 н. 0000195327 00000 н. 0000195481 00000 н. 0000195656 00000 н. 0000195835 00000 н. 0000196000 00000 н. 0000196172 00000 н. 0000196237 00000 н. 0000196492 00000 н. 0000196603 00000 н. 0000196739 00000 н. 0000196889 00000 н. 0000197075 00000 н. 0000197229 00000 н. 0000197431 00000 н. 0000197578 00000 н. 0000197713 00000 н. 0000197937 00000 н. 0000198084 00000 н. 0000198244 00000 н. 0000198408 00000 н. 0000198580 00000 н. 0000198748 00000 н. 0000198897 00000 н. 0000199192 00000 н. 0000199365 00000 н. 0000199515 00000 н. 0000199705 00000 н. 0000199832 00000 н. 0000199987 00000 н. 0000200160 00000 н. 0000200289 00000 н. 0000200461 00000 п. 0000200657 00000 н. 0000200819 00000 н. 0000200964 00000 н. 0000201107 00000 н. 0000201265 00000 н. 0000201416 00000 н. 0000201744 00000 н. 0000201865 00000 н. 0000202005 00000 н. 0000202157 00000 н. 0000202286 00000 н. 0000202618 00000 н. 0000202741 00000 н. 0000202852 00000 н. 0000203000 00000 н. 0000004000 00000 н. трейлер ] / Корень 1891 0 R >> startxref 0 %% EOF 2071 0 объект > поток x {LSWǿ

`vFRl» WyK (hԨѨ˲8LFusMass — [? L [L ٹ m {- = 9; |? 6

5.9: Коллигативные свойства растворов электролитов

Раствор электролита — это раствор, который обычно содержит ионы, атомы или молекулы, которые потеряли или приобрели электроны, и является электропроводящим. По этой причине их часто называют ионными растворами, однако в некоторых случаях электролиты не являются ионами. Для этого обсуждения мы будем рассматривать только растворы ионов. Основной принцип электростатики состоит в том, что противоположные заряды притягиваются, а подобные заряды отталкиваются. Также требуется большая сила, чтобы преодолеть это электростатическое притяжение.2} \]

Однако мы должны внести некоторые изменения в эту физическую формулу, чтобы можно было использовать ее для раствора с противоположно заряженными ионами. В законе Кулона постоянная \ [k = \ frac {1} {4 \ pi \ varepsilon_ {0}} \], где \ (\ varepsilon_ {0} \) — диэлектрическая проницаемость свободного пространства, например, в вакууме. . Однако, поскольку мы ищем решение, мы должны учитывать влияние, которое среда (в данном случае растворитель) оказывает на электростатическую силу, которая представлена ​​диэлектрической проницаемостью \ (\ varepsilon \):

\ [F = \ frac {q_ {1} q_ {2}} {4 \ pi \ varepsilon_ {0} \ varepsilon r ^ {2}} \]

Полярные вещества, такие как вода, имеют относительно высокую диэлектрическую проницаемость. {\ circ}) + \ nu RT \ ln m _ {\ pm} \ label {7} \]

Мы вывели это уравнение для идеального раствора, но ионы в растворе оказывают друг на друга электростатические силы, чтобы отклоняться от идеального поведения, поэтому вместо молярностей мы должны использовать активность a, чтобы представить, как ион ведет себя в растворе.{\ nu} \). Уравнение \ (\ ref {11} \) затем представляет химический потенциал растворов неидеальных электролитов. Для вычисления среднего коэффициента ионной активности требуется использование предельного закона Дебая-Хюккеля, который является частью теории электролитов Дебая-Хюккеля.

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Давайте теперь запишем химический потенциал в терминах моляльности соли в нашем первом примере, \ (MgCl_ {2} \). Сначала из уравнения \ (\ ref {1} \) стехиометрические коэффициенты ионов равны:

\ [\ nu _ {+} = 1, \ nu _ {-} = 2, \ nu \; = 3 \]

Средняя ионная моляльность

\ [m _ {\ pm} = (m _ {+} ^ {1} m _ {-} ^ {2}) ^ {\ frac {1} {3}} = (\ nu _ {+} m \ times \ nu_ {-} m) ^ {\ frac {1} {3}} = m (1 ^ {1} 2 ^ {2}) ^ {\ frac {1} {3}} = 1.