Аккумуляторная батарея википедия: Недопустимое название — Escape from Tarkov Wiki

Содержание

Гелевые аккумуляторы, мультигелевые и AGM

Впервые озадачившись выбором аккумулятора для ИБП, наши клиенты сталкиваются с тем, что в классификацию даже такой простой вещи производители смогли внести существенную путаницу.

В связи с этим возникает множество вопросов, к примеру:

  • Какая батарея лучше: свинцово-кислотная или гелевая?
  • Чем мультигелевый аккумулятор отличается от гелевого?
  • Что такое AGM VRLA?

Для удобства поиска в нашем интернет-магазине мы обозначаем аккумуляторы так, как их маркирует производитель — чтобы вы могли легко найти нужную модель. Но если вы пока не определились с конкретной моделью и просто пытаетесь понять: какую аккумуляторную батарею для ИБП лучше приобрести, то вам поможет эта статья.

Виды аккумуляторов для ИБП и термины

Прежде всего нужно запомнить, что ВСЕ аккумуляторы, выпускаемые на данный момент промышленностью для ИБП являются свинцово-кислотными. Еще одни «пугающие» аббревиатуры  — VRLA и SLA — обе относятся к аккумуляторам, которые применяются в источниках бесперебойного питания.  Также такие батареи называются необслуживаемыми и герметизированными.

VRLA расшифровывается как Valve Regulated Lead Acid, в вольном переводе это означает Регулируемые клапаном свинцово-кислотные.

SLA означает Sealed Lead Acid, т. е закрытые (герметизированные) свинцово-кислотные.

Необслуживаемые — означает, что в АКБ этого вида не требуется следить за уровнем электролита и доливать воду, как, например, в автомобильных.

Обозначение герметизированные (герметичные)  говорит о том, что из батареи этого типа не прольется электролит, даже если она опрокинется набок или будет испытывать тряску. Также герметичность позволяет эксплуатировать их в жилых помещениях: горючие пары, выделяющиеся в процессе работы аккумулятора, остаются «запертыми» внутри, и только при нарушениях условий работы может открыться аварийный клапан. 

И все эти определения — не разные типы аккумуляторов, а один и тот же: VRLA / SLA необслуживаемые герметизированные (герметичные). Именно этот тип получил наиболее распространение в источниках бесперебойного питания. В других системах могут использоваться стартерные обслуживаемые и стартерные необслуживаемые, но о них мы сегодня говорить не будем.

Гелевые и AGM

Для того, чтобы достичь герметичности и устранить необходимость в обслуживании аккумуляторов для ИБП производители применяют две различные технологии: GEL (Gelled Electrolite)  и AGM (Absorptive Glass Mat). Обе технологии обеспечивают рекомбинацию газов для сохранения объема электролита и его «связывание» во избежание выплескивания.

 В гелевых аккумуляторах жидкий электролит доведен до желеобразной, вязкой консистенции путем добавления в него соединений кремния. В результате электролит не выплескивается при тряске, и не вытекает при незначительных повреждениях корпуса. Эта технология появилась первой, именно поэтому многие по старинке все герметичные необслуживаемые аккумуляторы называют гелевыми.

Распространено также бытовое название «гелИевые аккумуляторы», что в корне не верно. Газ гелий не имеет никакого отношения к аккумуляторным батареям.

Благодаря вязкому состоянию в гелевых АКБ происходит рекомбинация газов:

  • В результате химической реакции вода в батарее распадается на водород и кислород.
  • Ионы водорода и кислорода остаются в замкнутом пространстве батареи и, перемещаясь по микропорам и трещинам в геле, соединяются и снова образуют воду.
  • Вода впитывается гелем, восстанавливается первоначальный объем электролита.

В итоге мы имеем батарею, в которую не нужно доливать воду, поскольку она практически не испаряется. Кроме того, не происходит газовыделение, поэтому АКБ может использоваться в жилых помещениях. 

 В AGM-аккумуляторах пространство между пластинами заполнено стекловолокнистыми матами, которые впитывают в себя электролит.

На фото — вскрытый AGM-аккумулятор, в котором можно рассмотреть те самые «Glass Mat» — стекловолоконные маты.

Благодаря этому достигаются практически те же цели, что и в гелевых: электролит не выплескивается и в порах наполнителя происходит рекомбинация газов, т. е. перед нами такая же необслуживаемая герметичная батарея, как и гелевая.  Разве что при повреждении корпуса электролит, скорее всего, вытечет и повредит расположенное рядом оборудование. Именно поэтому в дорогих телекоммуникационных системах часто предпочитают использовать АКБ типа GEL VRLA.

Технология AGM — более новая, чем GEL.

Обратите внимание, что:

  • И GEL, и AGM батареи являются свинцово-кислотными.
  • Это две разные технологии.

А как же мультигелевые?

Мультигелевые аккумуляторы, по сути не являются отдельным типом источников питания. Чаще всего производители и торговые точки используют это название для AGM батарей.

Например, на фото ниже — аккумулятор Luxeon LX12120MG 12Ah (обратная сторона). В очень многих интернет-магазинах он продается под маркой «мультигелевый», о чем свидетельствует и маркировка «MG» в наименовании, однако производитель на самой батарее указывает что это: «Технологія: AGM, необслуговуєма батарея» (укр.) (Технология AGM, необслуживаемая батарея).

А учитывая что цена на мультигелевые аккумуляторы всегда ниже чем на гелевые, и это при том, что гелевая технология довольно дорогая — в подавляющем большинстве случаев мы имеем дело именно с AGM.

Отличия гелевых и AGM аккумуляторов

ПоказательГелевыеAGM
Циклический ресурсВ 2-3 раза выше, чем в AGM (около 600 циклов) за счет вязкого электролита. Пластины остаются покрытыми им во время глубокого разряда, поэтому меньше подвержены коррозии.Около 300 циклов заряд-разряд.
ЗарядОчень требовательны к точности заряда, его превышение может привести к вспучиванию батареи. Не так критичны к заряду, хотя превышение напряжения при заряде также может привести к кипению и вздутию батареи.
СаморазрядВеличина саморазряда небольшая, поэтому  подходят для применения там, где разряд происходит малыми токами в течение долгого периодаСаморазряд интенсивнее, чем у гелевых.
ПерегревПерегрев может вызвать взрыв батареи.Перегрев не так критичен, но тоже опасен.
Глубокий разрядХорошо выдерживают глубокий разряд.Желательна эксплуатация при глубине разряда не более 30%.
Пусковой и максимальный токНеспособны дать большие токовые величины, особенно стартовые, из-за высокого внутреннего сопротивления.Пусковые токи больше.
Короткие замыканияОчень чувствительна к коротким замыканиям.Менее чувствительна.
ЭксплуатацияВ любом положении, кроме «вверх дном», мелкие повреждения корпуса не вызывают утечку электролита, за счет вязкости последнего.В любом положении, кроме «вверх дном».

Или коротко, в картинке:

Итак, в общем гелевые аккумуляторы прослужат дольше, чем  AGM, в системах:

  • где чаще происходит цикл разряд-заряд,
  • где чаще допускается глубокий разряд,
  • где до разряда проходит долгое время,
  • где может быть критичным пролив электролита во время случайного повреждения корпуса.

Так как эти батареи более капризны и дороже стоят, в остальных случаях их можно с успехом заменить AGM АКБ.

А главное, — обязательно обращайте внимание на технические характеристики конкретной модели, которые заявлены производителем, они могут существенно отличаться для аккумуляторов разных торговых марок и ценовых категорий.

AGM или GEL (гелевый) аккумулятор – что выбрать? © Солнечные.RU

Итак, стоит задача выбрать аккумулятор для солнечной электростанции из двух типов: гелевый и AGM. Зайдя в любой специализированный магазин, Вы можете увидеть картину, аналогичную представленной ниже.


Обычный гелевый (GEL) аккумулятор
 
Обычный AGM аккумулятор

Два типа аккумуляторных батарей одного производителя, одинаковой емкости, напряжения, размера, но почему-то с разной ценой. Причем, более низкая цена у AGM аккумулятора. Для того, чтобы выбрать нужную модель батареи, необходимо знать её особенности и точно определиться с типом системы, где она будет эксплуатироваться (резервная или автономная).

AGM

AGM расшифровывается, как абсорбирующие стеклянные маты. Фактически, это обыкновенная стеклоткань, расположенная между положительными и отрицательными свинцовыми пластинами. В этой стеклоткани в «связанном» состоянии находится электролит. Благодаря тому, что электролит находится в связанном состоянии, возможна эксплуатация батарей в любом положении (например, на боку).

AGM аккумуляторы являются самыми дешевыми (за исключением автомобильных) с типичным сроком службы — 5 лет. Однако существуют модели и с 10-и летним сроком службы. Типичная модель способна выдерживать до 200 циклов разряда с глубиной 100%, до 350 — с глубиной 50% и до 800 — с глубиной 30%.

Применять AGM аккумуляторы целесообразно в системах резервного питания, т.е. там, где циклирование (разряды) будет достаточно редким. При условии соблюдения оптимального температурного режима (15-25 градусов Цельсия) и если не оставлять батарею в разряженном состоянии, AGM модель прослужит заявленный производителем срок службы.

GEL

GEL расшифровывается, как гель, а не гелий, что иногда встречается. В гелевых аккумуляторах в качестве сепаратора между свинцовыми пластинами применяется силикагель, которым заливается пространство между пластинами в процессе производства. Силикагель после застывания представляет собой твердое вещество с огромным количеством пор, в которых удерживается электролит. Благодаря тому, что силикагель полностью занимает пространство между пластинами, в гелевых аккумуляторных батареях практически невозможно осыпание свинцовых пластин и как следствие, закорачивание и выход из строя.

Кроме того, такая конструкция позволила улучшить качественные характеристики гелевых аккумуляторов, а именно, число циклов разряда и устойчивость к глубоким (100%) разрядам. И если их номинальный срок службы не отличается от срока службы аккумуляторных батарей технологии AGM и здесь также существуют модели с 5-и и 10-и летним сроком, то количество циклов типичной гелевой батареи в среднем на 50% выше. Типичная модель технологии GEL способна выдерживать до 350 циклов разряда с глубиной 100%, до 550 — с глубиной 50% и до 1200 — с глубиной 30%.

Таким образом, покупая более дорогие гелевые аккумуляторы для дома, Вы в реальности сэкономите на эксплуатационных расходах в случае их использования в автономной системе электроснабжения, поскольку в ней реальный срок службы аккумуляторных батарей определяется максимальным числом циклов заряда/разряда и очень редко доходит до номинального срока в 5-10 лет.

Немаловажной особенностью гелевых аккумуляторов является их устойчивость к глубоким разрядам. В связи с особенностями конструкции, описанными выше, они менее подвержены сульфатации, чем AGM, и могут без ущерба емкости оставаться в полностью разряженном состоянии несколько дней. Поэтому, если Вы планируете разряжать батарею до 100% и у Вас не будет возможности сразу ее зарядить, то лучше отдать предпочтение гелевой модели.

 

Надеемся, сравнение AGM и GEL (гелевых) аккумуляторов поможет Вам сделать выбор!

Гелевый Аккумулятор Википедия

Самый быстрый способ, как определить гелевый аккумулятор или кислотный — это пошатать сам аккумулятор и прислушаться булькает («бултыхается») ли в нем электролит, по ощущениям как вода в минералке «бултыхается» или нет. Если булькает — значит электролит внутри аккумулятора жидкий — а значит аккумулятор кислотный; если нет значит в аккумуляторе электролит гелеобразный — соответственно и аккумулятор у вас в руках — гелевый.

 

Так а какой аккумулятор лучше гелевый или кислотный?

Прежде чем ответить на этот вопрос мы вкратце разъясним какие типы аккумуляторов существуют на транспортную технику:

  • Кислотные аккумуляторы
  • AGM аккумуляторы
  • Гелевые аккумуляторы

В большинстве случаев у людей на уме лишь кислотные и гелевые аккумуляторы и многие не знают о существовании AGM аккумуляторов, а AGM аккумуляторы воспринимают как гелевые аккумуляторы — а это не так

С кислотными аккумуляторами в принципе все ясно — это аккумуляторы в которых, если заглянуть во внутрь аккумулятора, свинцовые пластины, залиты жидко образным электролитом. Практически в каждом автомобиле устанавливаются кислотные аккумуляторы за исключением новых электрокаров.

С развитием аккумуляторной науки и выпуском электромобилей изобрели новые аккумуляторы — гелевые. Слово гелевые пошло от состояния электролита — «гелеобразное». Благодаря гелеобразному состоянию электролита существенно увеличивается срок эксплуатации аккумулятора и его характеристики. Процесс производства такого аккумулятора трудоёмкий и затратный — соответственно и стоимость аккумулятора очень высока.

Например, стандартный аккумулятор кислотный стоит приблизительно 60-80 баксов, тогда как гелевый аккумулятор стоит 180-200 баксов.

Скажете ничего себе? Да именно так! Также вы можете сказать, что видели их по цене 100-120 баксов — и вы возможно заблуждаетесь!

Не зря в начале обзора мы отметили их различия. В различии есть аккумуляторы AGM. Аккумуляторы AGM появились не сразу, а появились только после появления гелевых аккумуляторов. Производство их менее затратное нежели гелевые аккумуляторы так как если разобрать AGM аккумулятор (не вдаваясь глубоко в саму технологию) мы увидим стекловату пропитанную электролитом. И это две разные вещи по сравнению с гелевыми аккумуляторами. И именно эти аккумуляторы стоят 100-150 баксов. Многие магазины представляют их в продаже как гелевые аккумуляторы, а на самом деле это AGM аккумуляторы. В ниже приведенных фотографиях Вы наглядно можете увидеть состав AGM аккумуляторов:

Аккумуляторный блок — Factorio Wiki

Затраты

10

+

5

+

2

1

Всего сырья

10

+

5

+

2

Цвет на карте

Здоровье

150

Размер пачки

50

Размеры

2×2

Энергоёмкость

5.0 МДж (электричество)

Максимальный вход

300 кВт

Максимальный выход

300 кВт

Время добычи

0.1

Тип объекта

accumulator

Внутриигровое имя

accumulator

Необходимые технологии

Делается в

Используется для

Аккумулятор предназначен для хранения ограниченного количества энергии. Он заряжается, когда производство электроэнергии превышает потребление, и наоборот, разряжается, когда потребление превышает производство. Один аккумулятор способен хранить максимум 5 МДж энергии. Максимальная потребляемая либо выдаваемая мощность при, соответственно, зарядке или разрядке, — 300 кВт.

Прочее

  • Время, требующееся для полной зарядки/разрядки аккумулятора на максимальной мощности, составляет 17 секунд.
  • Если аккумулятор подсоединён к нескольким разным сетям, и суммарная потребляемая мощность этих сетей превышает максимальную мощность, выдаваемую аккумулятором, то аккумулятор будет распределять энергию неравномерно: часть сетей может получать 100% запрашиваемой мощности, часть — 0%.
  • Освещает территорию вокруг при зарядке/разрядке.
  • Может использоваться в качестве временного источника питания, в случае нарушения работы электростанций.
  • Может использоваться для снабжения базы электроэнергией ночью, в случае использования преимущественно солнечных батарей.
  • Может использоваться в качестве стабилизатора: если потребление электроэнергии на короткое время превышает её производство (например, когда лазерная турель открывает огонь), аккумулятор компенсирует скачок потребления мощности за счёт запасённой им электроэнергии.

Смотрите также

Примеры

Массив аккумуляторов высокой плотности застройки, состоящий из 48 аккумуляторов и подстанции, общей ёмкостью в 240 МДж.

Электрический аккумулятор — Вики

Зарядное устройство «Duracell» для зарядки аккумуляторов типоразмеров AA и AAA (видны пружинные прижимы для них) и аккумуляторных батарей типа «Крона». Во время зарядки горят красные светодиодные индикаторы

Электри́ческий аккумуля́тор — вторичный химический источник тока многоразового действия, который может быть вновь заряжен после разряда[1]. Для заряда аккумулятора электрический ток про­пус­ка­ется в на­прав­ле­нии, об­рат­ном на­прав­ле­нию то­ка при раз­ря­де[2].

Используется для циклического накопления энергии (заряд-разряд) и автономного электропитания различных электротехнических устройств и оборудования, а также для обеспечения резервных источников энергии в медицине, производстве, транспорте и в других сферах.

Наибольшее распространение получили свинцовые и щелочные (железно-никелевые и кадмий-никелевые) аккумуляторы, также используются цинк-серебряные, цинк-воздушные и марганцевые[3].

Значение и употребление слова

Термин «аккумулятор» используется для обозначения отдельного элемента: например, аккумулятор, аккумуляторная банка, аккумуляторная ячейка. Но в разговорной речи на бытовом уровне может также применяться в отношении нескольких отдельных элементов, соединённых последовательно (для увеличения напряжения) или параллельно (для увеличения силы тока и ёмкости) друг с другом, то есть для обозначения аккумуляторной батареи. Для параллельного соединения рекомендуется использовать аккумуляторные батареи одинаковой ёмкости и одинаковой модели. Однако, возможно использование разных моделей и даже разных емкостей, но при этом зарядные токи будут распределяться неравномерно, что может привести к сокращению срока службы АКБ. Соединяя аккумуляторы последовательно, получают батарею той же емкости, что и емкость одного из аккумуляторов, входящих в батарею, при условии, что емкости равны. При этом напряжение батареи будет равно сумме напряжений каждого из составляющих батарею аккумуляторов.

История

Первый прообраз аккумулятора, который, в отличие от батареи Алессандро Вольты, можно было многократно заряжать, был создан в 1803 году Иоганном Вильгельмом Риттером. Его аккумуляторная батарея представляла собой столб из пятидесяти медных кружочков, между которыми было проложено влажное сукно. После пропускания через данное устройство тока от вольтова столба оно само начинало вести себя как источник электричества[4].

Принцип действия

Принцип действия аккумулятора основан на обратимости химической реакции. В первичном элементе используется самопроизвольная химическая реакция. Вторичный элемент в процессе заряда функционирует как электролитическая ячейка (электролизер). В электролизере электрическая энергия вызывает желаемую химическую реакцию.[5]

Работоспособность аккумулятора может быть восстановлена путём заряда, то есть пропусканием электрического тока в направлении, обратном направлению тока при разряде. Два и более аккумулятора для повышения напряжения, тока, мощности или надежности могут быть гальванически соединены в аккумуляторную батарею[6].{-}\leftrightarrows PbSO_{4}+2H_{2}O}

Щелочной аккумулятор

Электролитом в щелочных аккумуляторах служат растворы едких щелочей (KOH, NaOH), а активной массой — соединения никеля, железа и кадмия.

Литий-ионный аккумулятор

Литий-ионный аккумулятор состоит из электродов (катодного материала на алюминиевой фольге и анодного материала на медной фольге), разделённых пропитанными электролитом пористыми сепараторами. Переносчиком заряда в литий-ионном аккумуляторе является положительно заряженный ион лития, который внедряется (интеркалируется) в кристаллическую решетку других материалов (например, в графит, оксиды и соли металлов) с образованием химической связи (например: в графит с образованием LiC6, оксиды (LiMO2) и соли (LiMRON) металла).

Алюминий-ионный аккумулятор

Алюминий-ионный аккумулятор состоит из металлического алюминиевого анода, катода из графита в виде пены и жидкого ионного невоспламеняющегося электролита. Батарея работает по принципу электрохимического осаждения: происходит растворение алюминия на аноде, далее в среде жидкого электролита анионы хлоралюмината интеркалируют в графит. Количество возможных перезарядок батареи — более 7,5 тыс. циклов без потери мощности[7][8].

Сравнение аккумуляторов

1 Внутреннее сопротивление аккумуляторов зависит от величины миллиампер-часов (мАч), проводки и количества элементов. Контур защиты литий-ионных батарей добавляет около 100 mΩ.

2 Типоразмер элемента 18650. Размер элемента и дизайн определяет внутреннее сопротивление.

3 Жизненный цикл у батарей, проходящих регулярное техническое обслуживание.

4 Жизненный цикл зависит от величины разряда. Меньшая величина разряда повышает срок службы.

5 Самая большая скорость саморазряда — сразу после заряда. NiCd-аккумулятор теряет 10 % заряда в течение первых 24 часов, затем скорость потери заряда снижается до 10 % за каждые 30 дней. Высокая температура увеличивает саморазряд.

6 Защитный контур, как правило, потребляет 3 % от запасенной энергии в месяц.

7 Чаще используется традиционное напряжение 1,25, 1,2 В.

8 Низкое внутреннее сопротивление уменьшает падение напряжения под нагрузкой и литий-ионные аккумуляторы часто имеют маркировку с большим значением, чем 3,6 В/элемент. Элементы с маркировкой 3,7 В и 3,8 В полностью совместимы с 3,6 В.

9 Способен выдерживать большой импульс тока нагрузки, но нужно время для восстановления.

10 Не заряжайте регулярно литий-ионные аккумуляторы при температуре ниже нуля.

11 Техническое обслуживание, такое как балансировка или подзарядка, для предотвращения сульфатации.

12 Для большинства типов литий-ионных систем отсечка происходит, если напряжение меньше, чем 2,20 В и больше, чем 4,30 В, другие значения напряжения применяются для литий-феррофосфатных аккумуляторов.[9]

Характеристики

Ёмкость аккумулятора

За ёмкость аккумулятора чаще всего принимают количество электричества, равное 1 Кл, при силе тока 1 А в течение 1 с (при переводе времени в часы получаем 1 А*ч=3600 Кл). Однако принимают, а не измеряют. Существует распространенное заблуждение, что ёмкость аккумулятора измеряется в А*ч, это не совсем так, так как в 1 А*с=1 Кл или 1 А*ч=3600 Кл измеряется количество электричества или электрический заряд; по формуле Q= I*t, где Q -количество электричества или электрический заряд, I — сила тока, t — время протекания электрического тока. Например, обозначение «12 В на 55 А*ч» означает, что аккумулятор выдаёт количество электричества 198 кКл (килокулон) по какому-либо контуру, при токе разряда 55 А за 1 ч (3600 с) до порогового напряжения 10,8 В. Расчёт показывает, что при токе разряда в 255 А аккумулятор разрядится за 12,9 минуты. Как видно, 55 А*ч — это не ёмкость (электрическая ёмкость измеряется в Фарадах, 1 Ф= 1 Кл/В). Поэтому на аккумуляторе написано количество электричества Q, которое он выдаёт при определённом токе разряда и определённом времени его прохождения.[источник не указан 1824 дня]

Плотность энергии

Плотность энергии — количество энергии на единицу объёма или единицу массы аккумулятора (см. ст. Плотность энергии).

Саморазряд

Саморазряд — это потеря аккумулятором заряда после полной зарядки при отсутствии нагрузки. Саморазряд проявляется по-разному у разных типов аккумуляторов, но всегда максимален в первые часы после заряда, а после — замедляется.

Для Ni-Cd аккумуляторов считают допустимым не более 10 % саморазряда за первые 24 часа после проведения зарядки. Для Ni-MH саморазряд чуть меньше. У Li-ion он крайне мал и значительно себя проявляет только в течение нескольких месяцев после зарядки.

В свинцово-кислотных герметичных аккумуляторах саморазряд составляет около 40 % за 1 год хранения при 20 °С, 15 % — при 5 °С. Если температуры хранения более высокие, то саморазряд возрастает: батареи при 40 °С теряют 40 % ёмкости всего за 4-5 месяцев.

Температурный режим

Следует беречь аккумуляторы от огня и воды, чрезмерного нагревания и охлаждения, резких перепадов температур.

Не следует использовать аккумуляторы при температурах выше +50 °С и ниже −25 °С. При эксплуатации аккумулятора в условиях «холодной зимы» рекомендуется его снимать и хранить в тёплом помещении. Нарушение температурного режима может привести к сокращению срока службы или потере работоспособности.

Тип аккумулятора

Тип аккумулятора определяется используемыми материалами. Различают следующие:

  • Cn-Po — графен-полимерный аккумулятор.
  • La-Ft — лантан-фторидный аккумулятор
  • Li-Ion — литий-ионный аккумулятор (3,2-4,2 В), общее обозначение для всех литиевых аккумуляторов
    • Li-Co — литий-кобальтовый аккумулятор, (3,6 В), на базе LiCoO2, технология в процессе освоения
    • Li-Po — литий-полимерный аккумулятор (3,7 В), полимер в качестве электролита
    • Li-Ft — литий-фторный аккумулятор
    • Li-Mn — литий-марганцевый аккумулятор (3,6 В) на базе LiMn2O4
    • LiFeP или LFP — литий-железно-фосфатный аккумулятор (3,3 V) на базе LiFePO4
      • LiFeYPO4 — литий-железо-иттрий-фосфатный (добавка иттрия для улучшения свойств)
    • Li-Ti — литий-титанатный аккумулятор (2,3 В) на базе Li4Ti5О12
    • Li-Cl — литий-хлорный аккумулятор (3,99 В)
    • Li-S — литий-серный аккумулятор (2,2 В)
    • LMPo — литий-металл-полимерный аккумулятор
  • Fe-air — железо-воздушный аккумулятор
  • Na/NiCl — никель-солевой аккумулятор (2,58 В)
  • Na-S — натрий-серный аккумулятор, (2 В), высокотемпературный аккумулятор
  • Ni-Cd — никель-кадмиевый аккумулятор (1,2 В)
  • Ni-Fe — железо-никелевый аккумулятор (1,2-1,9 В)
  • Ni-H2 — никель-водородный аккумулятор (1,5 В)
  • Ni-MH — никель-металл-гидридный аккумулятор (1,2 В)
  • Ni-Zn — никель-цинковый аккумулятор (1,65 В)
  • Pb — свинцово-кислотный аккумулятор (2 В)
  • Pb-H — свинцово-водородный аккумулятор
  • Ag-Zn — серебряно-цинковый аккумулятор (1,85 В)
  • Ag-Cd — серебряно-кадмиевый аккумулятор (1,6 в)
  • Zn-Br — цинк-бромный аккумулятор (1,8 В)
  • Zn-air — цинк-воздушный аккумулятор
  • Zn-Cl — цинк-хлорный аккумулятор
  • RAM (Rechargeable Alkaline Manganese) — перезаряжаемая разновидность марганцево-цинкового щелочного гальванического элемента (1,5 В)[источник не указан 1751 день]
  • Ванадиевый аккумулятор (1,41 В)[источник не указан 1751 день]
  • Алюминиево-графитный аккумулятор (2 В)[источник не указан 1751 день]
  • Алюминиево-ионный аккумулятор (2 В)[10]

Электрические и эксплуатационные характеристики аккумулятора зависят от материала электродов и состава электролита. Сейчас наиболее распространены следующие аккумуляторы:

Тип ЭДС (В) Область применения
свинцово-кислотные

Pb

2,1 троллейбусы, трамваи, воздушные суда, автомобили, мотоциклы, электропогрузчики, штабелеры, электротягачи, аварийное электроснабжение, источники бесперебойного питания
никель-кадмиевые

Ni-Cd

1,2 замена стандартного гальванического элемента, строительные электроинструменты, троллейбусы, воздушные суда
никель-металл-гидридные

Ni-MH

1,2 замена стандартного гальванического элемента, электромобили
литий-ионные

Li‑ion

3,7 мобильные устройства, строительные электроинструменты, электромобили
литий-полимерные

Li‑pol

3,7 мобильные устройства, электромобили
никель-цинковые

Ni-Zn

1,6 замена стандартного гальванического элемента

Форм-факторы

Литий-ионный аккумулятор форм-фактора 18650
Внешний аккумулятор

Внешний аккумулятор (аккумуляторная батарея) (англ. power bank) — устройство для многократной подзарядки мобильного устройства (телефона, смартфона, планшетного компьютера) при отсутствии источника переменного тока (электросети).

Причиной появления этих устройств стало то, что при активном использовании современных смартфонов и планшетов заряда их аккумуляторов хватает на сравнительно короткое время — полдня или день. Для их зарядки в полевых условиях и были разработаны портативные аккумуляторы[11][12]. Типичная масса таких устройств — 200—800 граммов, ёмкость от нескольких тысяч мА*ч до 10-20 А*ч[13]. С их помощью можно зарядить телефон 2-5 раз. Чаще всего они предоставляют для подключения порт USB. Некоторые из них имеют разъёмы или переходники для популярных разъёмов мобильных телефонов. Внешние аккумуляторы больших ёмкостей могут иметь переходники для зарядки ноутбуков. Иногда на внешних аккумуляторах имеется индикатор заряда или встроенный светодиодный фонарик.

Применение

В большинстве случаев возможность систематического использования аккумуляторов есть только в портативных устройствах радиосвязи[каких?] и иной цифровой технике, где используются литий-ионные аккумуляторы и система контроля заряда-разряда встроена в устройство.
В бюджетном сегменте «простые» никель-металл-гидридные и никель-кадмиевые аккумуляторы используются в качестве бюджетной замены щелочных элементов питания (батареек). В качестве источника тока для бюджетного аккумуляторного электроинструмента используются никель-кадмиевые аккумуляторы.

Также в электротранспорте.[14]

Зарядка аккумуляторов

По мере исчерпания химической энергии напряжение и ток падают, аккумулятор перестаёт действовать. Зарядить аккумулятор (батарею аккумуляторов) можно от любого источника постоянного тока с бо́льшим напряжением при ограничении тока. Наиболее распространённым считается зарядный ток (в амперах), пропорциональный 1/10 условной номинальной ёмкости аккумулятора (в ампер⋅часах).

Многие типы аккумуляторов имеют различные ограничения, которые необходимо учитывать при зарядке и последующей эксплуатации, например, NiMH-аккумуляторы чувствительны к перезаряду и низкой температуре, литий-ионные — к переразряду, повышенному напряжению, низкой или высокой температуре. NiCd- и NiMH-аккумуляторы имеют так называемый эффект памяти, заключающийся в снижении ёмкости в случае, когда зарядка осуществляется при не полностью разряженном аккумуляторе. Также эти типы аккумуляторов обладают заметным саморазрядом, то есть они постепенно теряют заряд, не будучи подключенными к нагрузке. Для борьбы с этим эффектом может применяться капельная подзарядка.

Методы заряда аккумуляторов

Для заряда аккумуляторов применяется несколько методов; как правило, метод заряда зависит от типа аккумулятора[15].

Медленный заряд постоянным током

Заряд постоянным током, пропорциональным 0,1-0,2 условной номинальной ёмкости Q в течение примерно 15-7 часов соответственно.

Самый длительный и безопасный метод заряда. Подходит для большинства типов аккумуляторов.

Быстрый заряд

Заряд постоянным током, пропорциональным 1/3 Q в течение примерно 3—5 часов.

Первые смартфоны с поддержкой подобной технологии вышли в 2013 году. Тогда производители увеличивали напряжение блока питания, чтобы добиться заметных результатов — скорость вырастала на 30-40 % по сравнению со стандартной (медленной) зарядкой.

Ускоренный, или «дельта-V» заряд

Заряд с начальным током заряда, пропорциональным величине условной номинальной ёмкости аккумулятора, при котором постоянно измеряется напряжение аккумулятора и заряд заканчивается после того, как аккумулятор полностью заряжен. Время заряда — примерно час-полтора. Возможен разогрев аккумулятора и даже его разрушение.

Технология от OPPO — SuperVOOC — позволяет зарядить смартфон почти на 30 % всего за пять минут.[16]

Реверсивный заряд

Выполняется чередованием длинных импульсов заряда с короткими импульсами разряда. Реверсивный метод наиболее полезен для заряда NiCd- и NiMH-аккумуляторов, для которых характерен т. н. «эффект памяти».

См. также

Примечания

  1. ↑ Аккумулятор электрический//Силовая электроника: краткий энциклопедический словарь терминов и определений —М.:Издательский дом МЭИ, 2008
  2. ↑ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АККУМУЛЯТОР • Большая российская энциклопедия — электронная версия (неопр.). bigenc.ru. Дата обращения: 7 октября 2021.
  3. ↑ Аккумулятор//Девис С., Джеймс А. Электрохимический словарь —М.:Мир, 1979
  4. Лебедев Ю.А. Второе дыхание марафонца (о свинце). — М.: Металлургия, 1990. — 144 с. — ISBN 5-229-00435-5.
  5. ↑ Гальванический элемент//Девис С., Джеймс А. Электрохимический словарь —М.:Мир, 1979
  6. ↑ Аккумуляторная батарея//Силовая электроника: краткий энциклопедический словарь терминов и определений —М.:Издательский дом МЭИ, 2008
  7. ↑ Ученые разработали «аккумулятор будущего»
  8. ↑ Создан революционный аккумулятор для гаджетов.
  9. Анастасия Литвинова. Сравнение аккумуляторов различных типов (рус.) (недоступная ссылка). Nature time (26 июня 2014). Дата обращения: 22 января 2022. Архивировано 7 декабря 2021 года.
  10. ↑ Ученые создали гибкие аккумуляторы, которые заряжаются за минуту // vesti.ru, 7.04.2015
  11. ↑ Руководство по выбору портативного аккумулятора — КомпьютерПресс 11’2012
  12. ↑ Внешние USB аккумуляторы (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения: 12 октября 2014. Архивировано 19 октября 2014 года.
  13. ↑ Ten external battery packs. Worth the charge? // The Register, 2012
  14. ↑ Электротранспорт ощутил сырьевую недостаточность. Ведущие автостроители считают отказ от двигателя внутреннего сгорания преждевременным // НГ, 7.02.2022
  15. Зайцев И.П. Сноровка в зарядке — тренировке. Контроллеры заряда аккумуляторов автономных устройств // Компоненты и технологии : журнал. — 2006. — № 9.
  16. ↑ Смартфоны с молниеносной зарядкой. Как это работает? // hi-tech.mail.ru

Литература

Tesla представила свои «бисквитные» аккумуляторы, которые сделают электромобили дешевле

Шпионские фото так называемых «бисквитных» аккумуляторов Tesla (такое название они получили за характерную форму) появились на прошлой неделе, а на этой, на сегодняшнем мероприятии Tesla Battery Day, компания официально представила аккумуляторные ячейки собственной разработки. И производиться они, к слову, тоже будут самостоятельно. Новинка обозначена форматом 4680, где 46 мм — это диаметр, а 80 мм — высота.

Самой большой проблемой столь крупных ячеек является их нагрев, но в Tesla решили эту проблема, кардинального переработав компоновку ячейки. На изображениях ниже — наглядное сравнение старых ячеек и новых.

Так выглядит «старая» аккумуляторная ячейка…  … а так — новая.

В Tesla отмечают, что увеличение габаритов позволило в разы улучшить основные параметры, но при этом запас хода повысится лишь на 16%. Стоимость таких ячеек на 14% ниже в сравнении с нынешними, но так как для собранной аккумуляторной батареи нужно меньше элементов, то экономия на готовой батарее получается даже больше. К примеру, если сами компоненты аккумулятора для электромобиля стоят условно $100 за кВт·ч, то с упаковкой, элементами управления и охлаждения стоимость поднимается уже до $125-130 за кВт·ч, так что суммарная экономия при использовании элементов 4680 может достигать 20% или даже 25%.

Много это или мало? Например, если в 2010 году стоимость одного кВт·ч автомобильной аккумуляторной батареи составляла $1100, то в 2019 году — уже $156. То есть за 10 лет кВт·ч стал дешевле на 87%. Сейчас Tesla за раз (точнее, за год-два) снизит стоимость еще на 20-25% — это существенно.

Эксперты считают, что стоимость одного кВт·ч автомобильных аккумуляторов упадет до отметки $100 к 2023 году, но в Tesla планируют снизить стоимость аккумуляторов для своих авто в течение этого срока еще больше. Аккумуляторная батарея для современного электромобиля в собранном виде сейчас стоит $10 000-12 000, в Tesla рассчитывают на снижение цены до отметки $6000 и даже ниже. Это, в свою очередь, позволит снизить стоимость электромобилей до уровня обычных авто с ДВС. И как раз применение элементов формата 4680 — ключевое решение, которое позволит Tesla выпустить электромобиль за $25 000. К слову, одним из первых электромобилей компании с ячейками формата 4680 станет ураганный Model S Plaid.

Аккумуляторы Topla — одни из самых известных и востребованных автомобильных источников питания, поставляемых сегодня на российский рынок. Эти энергоемкие высокотехнологичные батареи, отличающиеся, к тому же, своей непревзойденной надежностью, производятся на одном из крупнейших профильных предприятий Европы – аккумуляторном заводе TAB Tovarna akumulatorskih baterij d.d., расположенном в местечке Межица (Словения).

Среди российских автомобилистов аккумуляторный бренд Topla не просто известен – он уже давно приобрел заслуженную популярность, и это вполне объяснимо, поскольку в нашу страну Topla поставляется уже более 20 лет. Успешному продвижению бренда в России способствует неизменно высокое качество сборки аккумуляторов Topla, их привлекательная цена, а также большой ассортимент спецификаций (от 35 до 225 Ач), что позволяет подобрать нужный источник питания практически для любого автомобиля.

В числе главных достоинств аккумуляторов Topla эксперты отмечают их высокую эксплуатационную надежность, а также высокие пусковые токи, на 20-30% превышающие показатели обычных батарей той же емкости. Этот неоспоримый факт неоднократно был подтвержден результатами экспертиз, проведенных такими авторитетными автомобильными журналами, как «Автовзгляд», «За рулем», «АвтоМир» и др.

Отмеченные показатели, в частности, повышенные пусковые токи, выгодно отличают продукцию марки Topla от большинства отечественных и зарубежных аналогов. Действительно, чем больше пусковой ток, тем легче осуществляется холодный запуск двигателя, особенно на морозе. Сказанное весьма актуально для многих регионов России, отличающихся суровыми зимними условиями эксплуатации.

В настоящее время под маркой Topla производится широкий ассортимент свинцово-кислотных автомобильных стартерных аккумуляторов различных типов и спецификаций, представленных популярными линейками Topla Start, Topla Energy, Topla Тор, Topla EFB Stop&Go, Topla Тор AGM и т.д.. Все перечисленные линейки фирменных батарей, представленные десятками самых различных модификаций, поставляются и в нашу страну. Приобрести их можно в специализированных магазинах российских дилеров Topla.

Аккумуляторы — Restarters Wiki

На этой странице представлены аккумуляторы различных типов, форм и размеров, а также все, что вам нужно знать о них, от покупки до утилизации.

Резюме

Существуют различные типы батарей, основанные на различном химическом составе, некоторые одноразовые и некоторые перезаряжаемые, и каждый выпускается в различных формах. Чтобы извлечь из них максимальную пользу и избежать проблем, вам необходимо иметь базовое представление об их преимуществах и недостатках, а также кое-что об их покупке, обслуживании и утилизации.

Безопасность

Общий:
  • Ячейки для монет должны храниться в недоступном для детей месте. При проглатывании это неотложная медицинская помощь , так как смерть может наступить всего через несколько часов из-за едких химических веществ, образующихся в результате электрохимического воздействия в желудке.
  • Старые батареи часто протекают, вызывая коррозию контактов батареи, что препятствует работе новых батарей. Всегда удаляйте использованные батареи из оборудования.
  • Не носите батареи в кармане или в контейнере, где они могут быть закорочены вашими ключами, другой батареей или чем-либо металлическим.
  • Неправильная утилизация батарей может нанести вред окружающей среде. Некоторые типы содержат токсичные материалы. Всегда ответственно утилизируйте использованные батареи.
Литиевые батареи:
  • Литиевые батареи могут загореться и сильно загореться в случае перезарядки, короткого замыкания, прокола или любого другого физического повреждения.
  • Вздувшуюся литиевую батарею нельзя хранить в помещении или рядом с легковоспламеняющимися предметами.Ни в коем случае не прокалывайте его, чтобы сбросить давление, и утилизируйте его как можно скорее.
  • Литиевые батареи
  • наиболее безопасны, когда они сильно разряжены. Если возможно, дайте аккумулятору полностью разрядиться, прежде чем приступать к работе с устройством.
  • Если вы столкнулись с перегревом или возгоранием литиевой батареи, используйте углекислотный, пенный или порошковый огнетушитель. Если ничего другого нет, используйте воду (обычно не рекомендуется для пожаров, связанных с электричеством). Если вы можете безопасно вынести его на улицу и оставить на негорючей поверхности, то лучше оставить его догорать.

Как работают батареи

(Вы можете пропустить этот раздел, если хотите, хотя немного больше знаний, чем вам действительно нужно, всегда полезно.)

Вы можете сделать очень простую «картофельную батарею», вставив медную монету (или кусок жесткой медной проволоки) и оцинкованный гвоздь в картофелину (или лимон). Не позволяйте монете и гвоздю касаться друг друга. Прикоснитесь или подключите один щуп вольтметра к монете, а другой к гвоздю. Должно быть около 1 вольта.

И медь монеты, и цинк оцинкованного гвоздя хотели бы раствориться в картофельном соке, каждый атом оставляя для этого пару отрицательно заряженных электронов. Однако цинк более склонен к растворению, чем медь, поэтому он растворяется, теряя электроны и создавая положительный заряд в картофельном соке. Этот положительный заряд препятствует растворению любых атомов меди.

Тем временем электроны, покинутые атомами цинка, текут через вольтметр к медной монете.Здесь они находят в картофельном соке положительно заряженные атомы, растворяющиеся меньше, чем цинк. Электроны нейтрализуют эти положительно заряженные атомы, создавая пузырьки кислорода.

N.B. Не рекомендуется есть картофель (даже вареный) по окончании эксперимента — монета могла быть не очень чистой и в картофельном соке растворились следы цинка.

Медь, цинк и картофельный сок не являются лучшими батареями, но все батареи, как и картофельная батарея, состоят из двух электродов из разных металлов (или металла и углерода), погруженных в электропроводящий электролит .Различные составы дают разные напряжения и другие характеристики, такие как стоимость, вес и емкость.

Строго говоря, картошка — это не батарея, а гальванический элемент , обычно просто называемый ячейкой. Строго говоря, батарея состоит из ряда соединенных вместе ячеек, каждая из которых увеличивает «толчок» предыдущей. Таким образом, 6 ячеек по 1,5 В каждая могут быть объединены в батарею, дающую общую мощность 9 В.

На практике все говорят о батарейке, даже если, как в случае со знакомой батарейкой АА (точнее, ячейкой), она состоит всего из одного элемента.Щелочная батарея 9 В состоит из 6 элементов, каждый из которых дает 1,5 В.

Картофель является примером первичной клетки . В процессе эксплуатации он расходует часть своих составляющих, при этом цинк в оцинкованном гвозде растворяется. Этот процесс необратим, по крайней мере частично, потому что пузырьки кислорода улетучиваются. Аккумуляторная батарея известна как вторичная батарея и использует компоненты, которые можно восстановить до исходного состояния, пропуская через них электрический ток в обратном направлении.Даже если химический состав полностью изменен, физические свойства электродов, как правило, в некоторой степени ухудшаются, что ограничивает количество возможных циклов разрядки/зарядки.

Типы батарей

Ниже приводится сводка основных характеристик наиболее распространенных типов одноразовых и перезаряжаемых батарей.

Неперезаряжаемые (первичные) батареи

Тип Преимущества Недостатки Комментарии
Цинк углерод и хлорид цинка
  • Дешево.
  • Доступны стандартные формы и размеры.
  • Короткая жизнь и медленная смерть.

Хлорид цинка представляет собой усиленную версию углерода цинка. Щелочные батареи предпочтительнее почти во всех приложениях.

Щелочные
  • Хорошая жизнь по разумной цене.
  • Доступен в стандартных формах и размерах, а также в виде кнопочных ячеек в качестве дешевой альтернативы серебру.
Это самый экономичный тип общего назначения.
Оксид серебра

Обычно доступны только небольшие размеры в виде кнопочных ячеек для часов и калькуляторов из-за высокой стоимости.

Цинк-воздушный
  • Короткий срок службы после того, как язычок был удален, чтобы активировать его, впустив воздух.

Используется в слуховых аппаратах в виде кнопочных ячеек.

Литий
  • Очень долгий срок хранения и службы.

Различные химические вещества на основе лития имеют несколько разные характеристики. В основном используется в дымовых извещателях и камерах.

Аккумуляторы (вторичные)

Тип —

Номинальное напряжение

Преимущества Недостатки Комментарии
Свинцово-кислотный — 2 В
  • Прочный, устойчивый к длительному перезаряду.
  • Достаточно дешевый за счет массового производства.
  • Свинец токсичен, и его нельзя выбрасывать на свалку.
В лучшем случае, когда он в основном полностью заряжен, поэтому широко используется для (бензиновых / дизельных) автомобильных аккумуляторов, источников бесперебойного питания, аварийного освещения, охранной сигнализации, но также используется в поплавках для молока, багги для гольфа и т. д. проливаемые герметичные блоки.
Никель Кадмий (NiCd) — 1.2В
  • Очень прочный и практически не изнашивается после многих циклов перезарядки.
  • Может подавать большой ток и принимать очень быструю зарядку.
  • Содержит токсичный кадмий.
  • Повторяющийся частичный разряд вызывает «эффект памяти».
  • Более низкое напряжение, чем у щелочных и цинковых аккумуляторов (1,2 В вместо 1,5 В у щелочных аккумуляторов).

В настоящее время в основном используется в электроинструментах и ​​радиоуправляемых моделях лодок и автомобилей.

Никель-металлогидрид (NiMH) — 1,2 В
  • Большая емкость, чем у NiCd.
  • Нетоксичный кадмий.
  • Менее подвержен «эффекту памяти».
  • Доступны в качестве прямой замены неперезаряжаемых батарей обычных размеров.
  • Относительно высокая скорость саморазряда.
  • Не очень устойчив к длительному заряду.
  • Варианты с низким саморазрядом имеют уменьшенную емкость.
  • Предлагает меньше циклов зарядки, чем NiCd.
  • Более низкое напряжение, чем у щелочных и цинковых аккумуляторов (1,2 В вместо 1,5 В у щелочных аккумуляторов).

NiMH заменил NiCd во всех приложениях, кроме специализированных. Как и в случае с NiCd, напряжение обычно составляет 1,2 В на элемент по сравнению с 1,5 В для батарей на основе цинка того же размера. Этого может быть недостаточно для устройств, предназначенных для работы от неперезаряжаемых батарей.

Литий — 3,7 В
  • Очень высокая плотность энергии.
  • Очень опасен при неправильном обращении.
  • Необходима схема защиты.

Как и в случае первичных литиевых батарей, существуют различные химические составы и составы с несколько отличающимися характеристиками. Они бывают стандартных форм и размеров, таких как цилиндрический тип 18550, обычно используемый в батареях для ноутбуков, но очень часто размеры предназначены для конкретной модели смартфона или камеры.

Формы и размеры батарей

Полный список типов и обозначений аккумуляторов приведен в статье Википедии Список размеров аккумуляторов.

Батарейки бытовые

Большинство бытовых аккумуляторов, как неперезаряжаемых, так и перезаряжаемых, имеют несколько привычных размеров, таких как AA, меньший AAA, а для приложений, требующих большей емкости, большие C и D. Все они обеспечивают 1,5 В для не- перезаряжаемые или 1,2 В для перезаряжаемых. Они часто используются парами, чтобы дать двойное напряжение или четыре вместе, чтобы дать четырехкратное напряжение.

Размер 9V PP3 с защелкивающимся разъемом сверху также очень распространен.Они состоят из 6 неперезаряжаемых элементов 1,5 В или, как правило, из 7 перезаряжаемых элементов 1,2 В, дающих 8,4 В, что достаточно близко и, вероятно, лучше, чем наполовину использованная неперезаряжаемая батарея.

Эти размеры батарей используются для питания подавляющего большинства фонариков, будильников, радиоприемников и игрушек на батарейках.

Некоторые перезаряжаемые бытовые устройства и приборы, такие как ручные пылесосы и беспроводные телефоны, содержат 2, 4 или 6 батарей стандартного размера, постоянно соединенных друг с другом металлическими лентами, приваренными к их концам точечной сваркой.Вся сборка скреплена в пакет с термоусадочной муфтой. Отдельные «маркированные» батареи можно приобрести в Интернете и спаять вместе в сменный блок; Вы не можете легко или безопасно припаять непосредственно к клеммам стандартной батареи, но вы можете припаять провода к меткам, чтобы соединить батареи вместе.

Ячейки для монет

Плоские или кнопочные элементы обычно используются в наручных часах, цифровых часах меньшего размера, калькуляторах и автомобильных брелках, а также в некоторых новинках.Для часов, где требуется максимальный срок службы, используются элементы из оксида серебра, но в новинках, как правило, используются более дешевые щелочные версии тех же размеров. Оба типа выдают 1,5 В. Существуют различные обозначения типов, зависящие от производителя.

Литиевые батарейки типа «таблетка» также широко распространены, как правило, большего диаметра и с напряжением 3 В. Они доступны по крайней мере в двух диаметрах и диапазоне толщины, указанном в обозначении, например, тип CR2032 имеет диаметр 2,0 см и толщину 3,2 мм, а тип CR1220 — 1.диаметром 2 см и толщиной 2,0 мм.

Время от времени вам могут попадаться перезаряжаемые батарейки для монет. Иногда они используются в контроллерах центрального отопления, которые обычно поддерживаются в полностью заряженном состоянии от сети, чтобы часы работали и сохраняли настройки в случае отключения электроэнергии. Цифровая камера также может содержать один, позволяющий отслеживать дату и время, когда основная батарея снимается для зарядки. Основной аккумулятор подзаряжает его при замене.

Перезаряжаемые литиевые батареи

Цилиндрические перезаряжаемые литиевые батареи бывают нескольких типоразмеров, и именно они обычно используются в батареях для ноутбуков.Они также используются в качестве аккумуляторов для вейпов и часто в повербанках, предназначенных для подзарядки устройства на ходу. Вероятно, самым распространенным размером является 18650, который составляет примерно 18 мм в диаметре и 65,0 мм в длину. Другие имеют числа, которые таким же образом указывают их диаметр и длину. Некоторые из них имеют встроенную схему защиты, и очень важно заменить элементы с такой схемой на аналогичные защищенные.

Некоторые цилиндрические литиевые элементы имеют бирки, т. е. металлические полоски или бирки, приваренные к их концам.К меткам можно припаять, если нужно, но к самой ячейке нельзя.

Обратите внимание, что, несмотря на то, что батарея ноутбука может содержать стандартные элементы, которые довольно легко достать, установка новых элементов на разряженную батарею ноутбука не рекомендуется. Во-первых, обычно (преднамеренно) сложно открыть корпус батареи без серьезных повреждений, но также есть чип, который отслеживает историю батареи, которую может быть очень сложно сбросить.

Смартфоны, планшеты и ультратонкие ноутбуки часто содержат аккумуляторную батарею нестандартного размера и формы, уникальной для конкретной модели устройства, чтобы сделать устройство максимально компактным и тонким.

В некоторых других устройствах, таких как портативные медиаплееры, устройства GPS и игрушки, используются плоские литий-полимерные батареи, которые несколько стандартизированы и поэтому относительно легко заменяются. Они могут быть отмечены 6-значным числом, обозначающим их толщину, ширину и длину (в указанном порядке), например батарея 503035 имеет толщину 5,0 мм, ширину 3,0 см и длину 3,5 мм.

Приобретение аккумуляторов

Батарейки бытовые

Углеродно-цинковые, хлоридно-цинковые, щелочные и перезаряжаемые никель-металлогидридные аккумуляторы выпускаются стандартных размеров C, D, AA, AAA и PP3 и широко доступны на крупных улицах.Как правило, вы можете ожидать, что получите то, за что платите, хотя батарея хорошего качества может быть так же хороша, как и более дорогая батарея премиум-класса.

Большинство из них можно найти дешевле в Интернете, особенно если вы покупаете их в упаковках по несколько штук.

Очень дешевые батареи, продаваемые в дисконтных магазинах, вероятно, лучше избегать, так как они могут быть старыми или плохого качества. В любом случае проверьте срок годности. В случае перезаряжаемых NiMH аккумуляторов проверьте емкость. Возможно, стоит доплатить за более мощные.

NiCd аккумуляторы почти полностью вытеснены NiMH. Их единственное преимущество заключается в том, что они могут обеспечивать более сильный ток (полезно для мощных игрушечных машинок или лодок, а также для электроинструментов) и имеют меньшую скорость саморазряда. С другой стороны, они содержат токсичный кадмий и обладают эффектом памяти.

Литиевые батареи

Литиевые версии бытовых батарей доступны в нескольких размерах и в основном используются для дымовых извещателей, где их очень долгий срок службы является преимуществом.

Покупка сменных аккумуляторов для ноутбуков, мобильных телефонов и планшетов — это что-то вроде минного поля. Проверьте онлайн и узнайте диапазон цен на аккумулятор, который вам нужен. В самом дешевом случае это, скорее всего, батареи низкого качества или бывшие в употреблении батареи, снятые с оборудования, и их лучше избегать.

Фирменные батарейки производителя обычно продаются по высокой цене, что не обязательно является гарантией того, что они свежие. (Неиспользованная литиевая батарея может заметно испортиться за 2-3 года просто лежания на полке!)

Цена выше среднего вполне может быть оптимальной, но перед покупкой ознакомьтесь с гарантией продавца и политикой возврата.Личная рекомендация для продавца вполне может быть полезной.

Ячейки для монет

Батарейки для часов можно купить намного дешевле, чем их установка на улице, но вам, вероятно, потребуются специальные инструменты, чтобы установить их самостоятельно. В случае часов с защелкивающейся задней крышкой, даже если вы сможете ее снять, вы можете довольно легко разбить стекло, пытаясь защелкнуть его обратно.

Были сообщения о большом количестве фальшивых ячеек для монет, которые продаются дешево в Интернете.Они носят имя уважаемого производителя, и их трудно отличить от оригинала, но они имеют гораздо более низкое качество. Здесь снова вы вряд ли получите соотношение цены и качества в нижней части рынка.

Уход за батареями и техническое обслуживание

Никогда не используйте в одном устройстве батареи разных типов или батареи разного возраста. Самый сильный вынуждает самый слабый к глубокому разряду или обратному заряду, что может привести к утечке агрессивных химических веществ, а в случае с перезаряжаемыми батареями — к необратимому повреждению.

Неперезаряжаемые батареи

Здесь мало что можно сказать, кроме как повторить важность извлечения отработавших батарей. Часто малоиспользованный радиоприемник или потерявшая свою привлекательность игрушка на батарейках откладываются в сторону, а через год или несколько лет владелец недоумевает, почему она больше не работает. Старые батареи протекли, и электролит разъел клеммы батареи. Тщательная очистка их средством для чистки переключателей и жесткой щеткой, как правило, восстанавливает рабочее состояние устройства, если коррозия не слишком сильная.

Обычно можно увидеть инструкции по изготовлению «похитителя джоулей». Это название схемы, которая извлекает последний оставшийся заряд из фактически разряженной батареи. Хотя это поучительно с электронной точки зрения, батарея, скорее всего, протечет, что может привести к повреждению окружающей среды.

Однако батареи, которые больше не могут питать моторизованную игрушку или радиоприемник, могут по-прежнему использоваться для кварцевого будильника, потребляя гораздо меньше тока. Это может быть приятно, но небольшая экономия может показаться менее привлекательной, если вы опоздаете на автобус из-за того, что не сработала сигнализация!

Иногда вы можете увидеть схемы или схемы для подзарядки одноразовых цинковых или щелочных батарей.Делать это не рекомендуется, поскольку возможна утечка. В прошлом предлагались варианты щелочных батарей, которые предназначены для перезарядки с помощью специального зарядного устройства, но результаты были плохими по сравнению с батареями NiMH. Наилучшие результаты зависели от перезарядки, когда они все еще были выше 50% емкости, и даже тогда было достижимо максимум около 50 перезарядок. Единственным случаем, когда они могли быть полезны, было оборудование, которое требовало полных 1,5 В, а не 1,2 В, обеспечиваемых батареями NiMH.

Бытовые аккумуляторы

В случае NiCd аккумуляторов важно время от времени полностью разряжать и перезаряжать их, чтобы избежать «эффекта памяти».Это стало известно несколько лет назад как «эффект пылесборника» в честь ручных пылесосов с таким названием. Их часто использовали ненадолго, чтобы собрать крошки или очистить пыльный угол, вызывая лишь частичный разряд. Когда это происходит неоднократно, неиспользованный химикат становится твердым и нереакционноспособным, поэтому он не может обеспечить полный заряд батареи.

Некоторые до сих пор рекомендуют периодически полностью разряжать и перезаряжать аккумуляторы даже NiMH типа. Несмотря на то, что они не полностью освобождают память, как иногда рекламируют, преимущества NiMH-типов следует сопоставлять с износом, который они вызывают в батарее.В частности, если вы обычно оставляете батарею в зарядном устройстве на длительный период, полный цикл разрядки, возможно, каждые 3–6 месяцев, скорее всего, принесет ей пользу.

Перезаряжаемые литиевые батареи

Перезаряжаемые литиевые батареи нуждаются в определенном нежном уходе, чтобы получить максимальную отдачу от них, и неправильное обращение может быть очень опасным.

Некоторые литиевые аккумуляторы имеют встроенную схему защиты от перезаряда или глубокого разряда. Это может быть неочевидно и часто полностью скрыто, поэтому никогда не стоит на это полагаться.Если напряжение упадет ниже порогового значения, эта схема полностью отключит батарею, а вольтметр покажет 0 В, а схема зарядки откажется пытаться ее перезарядить. Хотя его можно восстановить, он может быть поврежден необратимо и даже может быть опасен в использовании.

Если он лишь слегка переразрядился и не оставлялся в течение длительного времени, а также не имеет признаков вздутия, его можно восстановить, но с следует обращаться с большой осторожностью.Если вы принудительно заряжаете его через токоограничивающий резистор, вы можете повторно активировать схему защиты, но вы должны постоянно контролировать напряжение, делая это, прекращать зарядку, как только оно поднимается выше 3 В, а затем пытаться заряжать. это нормально. Не оставляйте его без присмотра в течение первых нескольких циклов зарядки/разрядки и безопасно утилизируйте его, если его емкость заметно уменьшилась.

В случае аккумулятора ноутбука отдельная схема защиты в аккумуляторном блоке отключит весь блок, если хотя бы одна ячейка упадет ниже порогового значения.

Литиевые батареи лучше хранить в прохладном месте, чтобы продлить срок их службы. Поэтому, если вы обычно используете свой ноутбук от сети, вы можете продлить срок службы батареи, удалив ее. Имейте в виду, однако, что в случае отключения питания или случайного отключения адаптера ваш ноутбук выключится мгновенно, с небольшой, но тем не менее ненулевой вероятностью повреждения диска. Этот риск выше, если у вас SSD, а не обычный жесткий диск.

Если вы предпочитаете оставлять аккумулятор включенным, даже если ноутбук в основном работает от сети, в настройках аккумулятора может быть предусмотрен режим сохранения срока службы аккумулятора, который предотвращает заряд аккумулятора до 100%.Непрерывно держать его при полном заряде менее чем оптимально для литиевой батареи. Вы можете перевести его обратно в режим полной зарядки, чтобы зарядить его за час или два, прежде чем его нужно будет отключить. Этот параметр, если он доступен, может быть скрыт в параметрах электропитания, определенных производителем, а не в стандартных параметрах Microsoft.

Несмотря на то, что полная разрядка и перезарядка литиевой батареи не приносит пользы, иногда стоит делать это. Это связано с тем, что большинство устройств, использующих их, содержат схему «уровня газа», которая отслеживает состояние заряда, постоянно измеряя количество входящего или выходящего заряда.Это никогда не может быть абсолютно точным, и иногда может потребоваться повторная калибровка при полном разряде. Делайте это только в том случае, если ваша батарея теряет емкость, в противном случае с интервалом в 3–6 месяцев.

Некоторые источники сообщают, что срок службы литиевой батареи сокращается, если оставлять ее на зарядке дольше, чем необходимо, поскольку чрезмерная зарядка для них вредна. Именно по этой причине все зарядные устройства полностью отключат зарядный ток после завершения цикла зарядки, и, следовательно, не будет никакого смысла просыпаться в предрассветные часы, чтобы отключить смартфон от зарядного устройства.Тем не менее, было бы полезно для срока службы батареи, если бы вы могли не доводить заряд до 100%. Если вы действительно серьезно относитесь к максимальному увеличению времени автономной работы, вы можете с пользой поэкспериментировать со строго ограниченным по времени (скажем) часовым зарядом два раза в день, регулируя время зарядки по мере необходимости в соответствии с вашим использованием.

Для электроинструмента с литиевой батареей, который вы можете не использовать в течение нескольких недель или даже месяцев, не рекомендуется оставлять его постоянно подключенным к зарядному устройству.Напряжение батареи будет естественным образом падать в течение такого периода, вызывая случайные циклы подзарядки, которые не очень хороши для литиевой батареи, если они происходят регулярно. Лучше зарядить его в пятницу, чтобы подготовиться к выходным, посвященным самоделкам, а потом заряжать только в том случае, если вы израсходовали большую часть заряда.

Если вы собираетесь какое-то время хранить литиевую батарею, например, если вы купили запасную батарею для фотокамеры, лучше всего хранить ее заряженной примерно до 60%, а не полностью заряженной.

Имейте в виду, что существуют ограничения на пересылку литиевых батарей по почте. Обычно они не применяются к литиевой батарее в таком устройстве, как телефон или камера. Если вам нужно отправить литиевую батарею самостоятельно, вам нужно будет найти перевозчика, который ее примет.

Утилизация батарей

Любая торговая точка (по крайней мере, в Великобритании), которая продает больше, чем небольшое количество батарей, по закону обязана принимать отработанные батареи для переработки. Ваш местный совет также может принимать их во время еженедельных обходов или в ближайшем к вам пункте утилизации.Таким образом можно ответственно утилизировать все бытовые цинковые, щелочные и никелевые перезаряжаемые батареи. Такие батареи перерабатываются оптом.

Местные советы также принимают все типы свинцово-кислотных аккумуляторов, таких как автомобильные аккумуляторы и аккумуляторы от мобильных скутеров и систем безопасности. Большая часть свинца может быть переработана.

Литиевые батареи более проблематичны. Ваш местный совет может не сказать конкретно, что примет их, но, поскольку у вас нет другого выбора, вы должны передать им проблему, а не выбрасывать их вместе с обычными отходами.К сожалению, переработка самого лития обходится дороже, чем его добыча и переработка, а запасы вряд ли закончатся в ближайшее время. Кроме того, существует риск возгорания при транспортировке и хранении литиевых батарей навалом перед утилизацией, и их нелегко безопасно разобрать. Однако они содержат другие металлы, кроме лития, которые заслуживают переработки.

С вздувшейся литиевой батареей следует обращаться как с серьезной опасностью возгорания. Вынесите его на улицу, держите подальше от легковоспламеняющихся предметов и утилизируйте как можно скорее.

Внешние ссылки

  • Университет аккумуляторов является авторитетным источником информации обо всех типах аккумуляторов.
  • Википедия содержит полный список размеров батареи
  • . Электропедия
  • содержит огромное количество информации о батареях, а также других источниках энергии, электрических машинах и эклектичной смеси других предметов, начиная от ракетостроения и заканчивая Стандартной моделью физики элементарных частиц.

Литий-ионный аккумулятор — Wiki | Golden

Литий-ионная батарея или Li-ion battery (сокращенно LIB) — это тип перезаряжаемой батареи.Литий-ионные аккумуляторы обычно используются в портативной электронике и электромобилях, и их популярность растет в военных и аэрокосмических приложениях.

Эта технология была в значительной степени разработана Джоном Гуденафом, Стэнли Уиттингемом, Рашидом Язами и Акирой Йошино в 1970–1980-х годах, а затем коммерциализирована командой Sony и Asahi Kasei под руководством Йошио Ниши в 1991 году. В октябре 2019 года Джон Гуденаф, Стэнли Уиттингем и Акира Йошино получили Нобелевскую премию по химии за разработку литий-ионных аккумуляторов.

В батареях ионы лития перемещаются от отрицательного электрода через электролит к положительному электроду во время разрядки и обратно при зарядке. Литий-ионные батареи используют интеркалированное соединение лития в качестве материала на положительном электроде и обычно графит на отрицательном электроде. Аккумуляторы имеют высокую плотность энергии, отсутствие эффекта памяти (кроме элементов LFP) и низкий саморазряд. Однако они могут представлять угрозу безопасности, поскольку содержат легковоспламеняющийся электролит, а их повреждение или неправильная зарядка могут привести к взрывам и пожарам.Компания Samsung была вынуждена отозвать телефоны Galaxy Note 7 из-за возгорания литий-ионных батарей, и было несколько инцидентов с батареями на самолетах Boeing 787.

Химический состав, производительность, стоимость и характеристики безопасности различаются в зависимости от типа LIB. В портативной электронике в основном используются литий-полимерные батареи (с полимерным гелем в качестве электролита) с оксидом лития-кобальта (LiCoO2) в качестве материала катода, который обеспечивает высокую плотность энергии, но представляет угрозу безопасности, особенно при повреждении. Литий-железо-фосфат (LiFePO4), литий-ионный аккумулятор на основе оксида марганца (LiMn2O4, Li2MnO3 или LMO) и литий-никель-марганцево-кобальтовый аккумулятор (LiNiMnCoO2 или NMC) обеспечивают меньшую плотность энергии, но более длительный срок службы и меньшую вероятность возгорания или взрыва.Такие батареи широко используются для электроинструментов, медицинского оборудования и других целей. В частности, NMC является ведущим претендентом на применение в автомобильной промышленности.

Области исследований литий-ионных аккумуляторов включают, среди прочего, продление срока службы, плотность энергии, безопасность, снижение затрат и скорость зарядки. Ведутся исследования в области негорючих электролитов как пути повышения безопасности на основе воспламеняемости и летучести органических растворителей, используемых в типичном электролите.Стратегии включают водные литий-ионные батареи, керамические твердые электролиты, полимерные электролиты, ионные жидкости и сильно фторированные системы.

Компании, производящие и разрабатывающие литий-ионные аккумуляторы

БУ-107: Сравнительная таблица вторичных аккумуляторов

Аккумуляторы играют важную роль в нашей жизни и многие повседневные дела были бы немыслимы без возможности подзарядки. Наиболее распространенными аккумуляторными батареями являются свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, никель-металлогидридные и литий-ионные.Вот краткий обзор их характеристик.

  • Свинцово-кислотные – это старейшая система перезаряжаемых аккумуляторов. Свинцово-кислотные аккумуляторы прочны, прощают злоупотребления и экономичны по цене, но имеют низкую удельную энергию и ограниченное количество циклов. Свинцово-кислотный используется для инвалидных колясок, автомобилей для гольфа, транспортных средств, аварийного освещения и источников бесперебойного питания (ИБП). Свинец токсичен и не может быть утилизирован на свалках.
  • Никель-кадмий – Проработанный и хорошо изученный, NiCd используется там, где требуется длительный срок службы, высокий разрядный ток и экстремальные температуры.NiCd — одна из самых прочных и долговечных батарей; это единственная химия, которая позволяет осуществлять сверхбыструю зарядку с минимальным стрессом. Основными областями применения являются электроинструменты, медицинские приборы, авиация и источники бесперебойного питания. Из-за проблем с окружающей средой NiCd заменяют другими химическими веществами, но он сохраняет свой статус в самолетах благодаря хорошим показателям безопасности.
  • Никель-металлогидрид – служит заменой NiCd, так как содержит только легкие токсичные металлы и обеспечивает более высокую удельную энергию. NiMH используется для медицинских инструментов, гибридных автомобилей и промышленных приложений.NiMH также доступен в ячейках AA и AAA для потребительского использования.
  • Литий-ионные. Литий-ионные батареи заменяют многие приложения, которые ранее обслуживались батареями на основе свинца и никеля. Из соображений безопасности для Li-ion требуется схема защиты. Это дороже, чем большинство других батарей, но большое количество циклов и низкие эксплуатационные расходы снижают стоимость цикла по сравнению со многими другими химическими веществами.

В таблице 1 сравниваются характеристики четырех наиболее часто используемых аккумуляторных систем с указанием средних показателей производительности на момент публикации.Литий-ион делится на разные типы, названные по их активным материалам: кобальт, марганец, фосфат и титанат. (См. BU-205: Типы литий-ионных)

В списке отсутствует популярный литий-ионный полимер, получивший свое название благодаря уникальной системе сепаратора и электролита. Большинство из них представляют собой гибридные версии, которые разделяют производительность с другими литий-ионными аккумуляторами. Также отсутствует перезаряжаемый литий-металлический аккумулятор, который, как только будут решены вопросы безопасности, может стать аккумулятором с необычайно высокой удельной энергией и хорошей удельной мощностью.В таблице рассматриваются только портативные аккумуляторы и исключаются большие системы, напоминающие нефтеперерабатывающие заводы.

Таблица 1: Характеристики часто используемых аккумуляторов.
Цифры основаны на средних рейтингах коммерческих аккумуляторов на момент публикации. Исключаются специальные аккумуляторы с рейтингом выше среднего.
  1. Комбинация кобальта, никеля, марганца и алюминия повышает плотность энергии до 250 Втч/кг.
  2. Срок службы зависит от глубины разрядки (DoD).Неглубокий DoD продлевает срок службы.
  3. Срок службы основан на регулярном обслуживании батареи для предотвращения запоминания.
  4. Аккумуляторы для сверхбыстрой зарядки предназначены для особых целей. (См. BU-401a: Быстрые и сверхбыстрые зарядные устройства)
  5. Максимальный саморазряд сразу после зарядки. NiCd теряет 10% в первые 24 часа, затем снижается до 10% каждые 30 дней. Высокая температура и возраст увеличивают саморазряд.
  6. 1,25 В – традиционный; 1,20 В более распространено. (См. BU-303: Путаница с напряжением)
  7. Изготовители могут указывать более высокое напряжение из-за низкого внутреннего сопротивления (маркетинг).
  8. Выдерживает импульсы сильного тока; нужно время для восстановления.
  9. Не заряжайте литий-ионные аккумуляторы при температуре ниже нуля. (См. BU-410: Зарядка при высоких и низких температурах)
  10. Техническое обслуживание может заключаться в выравнивающей или доливочной зарядке* для предотвращения сульфатации.
  11. Схема защиты отключается при напряжении ниже 2,20 В и выше 4,30 В на большинстве литий-ионных аккумуляторов; для литий-железо-фосфата применяются другие настройки напряжения.
  12. Кулоновский КПД выше при более быстрой зарядке (частично из-за ошибки саморазряда).
  13. Стоимость цикла литий-ионных аккумуляторов может быть ниже, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов.

* Дополнительный заряд применяется к аккумулятору, находящемуся в эксплуатации или на хранении, для поддержания полного заряда и предотвращения сульфатации свинцово-кислотных аккумуляторов.

Батарейки в портативном мире

Материал Университета аккумуляторов основан на обязательном новом 4-м издании « Аккумуляторы в портативном мире — Справочник по перезаряжаемым аккумуляторам для не инженеров », который доступен для заказа через Amazon.ком.

Engineering and Technology History Wiki

Батарея преобразует химическую энергию в электрическую. Это связанная связка (или «батарея») электрохимических устройств. Итальянский изобретатель Алессандро Вольта изобрел первую батарею в 1799 году. Батарея Вольта называлась свая — беспорядочная стопка дисков, сделанных из двух видов металла. Диски были отделены друг от друга кусками ткани, смоченными в соленой воде. Химическая реакция между различными металлами и соленой водой вырабатывала электричество.Вольта дал свое имя единице электродвижущей силы «вольт».

Сухая камера[править | править источник]

Свая или батарея долгие годы оставалась лабораторной диковинкой, пока недавно изобретенные телеграф и телефон не создали спрос на надежную электроэнергию. После многих лет экспериментов в 1860-х годах была изобретена «сухая камера» для использования с телеграфом. Сухая батарея не совсем сухая, но кажется сухой по сравнению с вольтовым столбом. Он содержит влажную пасту внутри цинкового контейнера.Взаимодействие пасты и цинка создает источник электронов. Углеродный стержень вставляется в пасту и проводит электроны за пределы ячейки, где провода или металлические контакты переносят электроны, питающие устройство. Один сухой элемент выдает около 1,5 вольта. Сухие элементы можно складывать в один контейнер для производства батарей с другим напряжением. Небольшие 9-вольтовые батареи, используемые сегодня, являются хорошим примером этого.

Аккумуляторы[править | править источник]

Телефон, изобретенный в 1870-х годах, также нуждался в батареях, и успех телефонной системы привел к дальнейшему исследованию батарей.Большие перезаряжаемые батареи были разработаны для нужд телефонной системы после 1880-х годов. Большинство телефонных систем даже сегодня питают телефон напрямую от аккумуляторов, а не от коммерческих линий электропередач. Аккумуляторы расположены в центральных офисах телефонной компании, а электричество к вашему дому подводится по телефонным проводам. Поэтому телефоны обычно продолжают работать в плохую погоду, когда гаснет свет. На центральной телефонной станции, где работали операторы коммутатора, большие батареи, заполненные кислотой, снабжали током все телефоны в этом районе.

Автомобильный аккумулятор[править | править источник]

После 1900 года автомобильные дизайнеры также начали требовать более совершенных аккумуляторов. Томас Эдисон работал над меньшими «щелочными» батареями (на основе никеля и железа) в начале 1900-х годов, поскольку считал, что они могут стать отличным источником энергии для электромобилей. В то время превосходство бензинового автомобиля еще не было продемонстрировано, а на рынке было много электромобилей. Работа Эдисона над батареями продвинула уровень техники, но электрические автомобили так и не достигли большого успеха и фактически почти исчезли к 1930 году.Но батарея стала неотъемлемой частью каждого автомобиля. Он использовался не для питания самого автомобиля, а для работы стартера и подачи энергии в системы зажигания быстро развивающихся бензиновых автомобилей. Сегодня аккумулятор является неотъемлемой частью каждого автомобиля. Во многих отношениях большинство автомобильных аккумуляторов по-прежнему напоминают свинцово-кислотные аккумуляторы, которыми питалось большинство электромобилей в начале 1900-х годов. Внутри прочного ящика находятся тяжелые свинцовые пластины, разделенные жидким раствором кислоты. Как и в других батареях, химическая реакция между металлом и химическими веществами, растворенными в жидкости, создает источник полезного электричества.Современные автомобили несут с собой небольшую электрическую генерирующую систему, которая частично меняет химические процессы в аккумуляторе, отвечающие за выработку электроэнергии, и эффект заключается в «подзарядке» аккумулятора при работающем двигателе.

Свинцово-кислотные аккумуляторы[править | править источник]

Следующим большим толчком для развития батарей стало изобретение радиовещания в 1920-х годах. В большинстве домов в 1920-х годах еще не было электричества, поэтому для питания радио приходилось использовать батареи.Многим ранним радиоприемникам требовалось две или три батареи разного напряжения для питания различных цепей. Обычно они обозначались как батареи «А», «В» и «С». Две из этих батарей могли быть небольшими сухими элементами, но одна из них обычно представляла собой большую, наполненную кислотой батарею, которая могла испортить мебель и ковры, если ее опрокинуть. Позже, в 1930-х годах, инженеры разработали более эффективные радиоприемники, в которых использовались гораздо меньшие сухие батареи, но они по-прежнему должны были обеспечивать напряжение до 90 вольт или более для работы ламповых цепей радиоприемников.Это очень высокое напряжение по сравнению с современными радиоприемниками, которым для работы требуется только 9-вольтовая батарея. К счастью, примерно к 1940 году большинство домов получили электроэнергию от центральной станции, но портативные радиоприемники продолжали питаться от батареек.

Батареи, которые большинство людей использовали в своих домах с 1930-х по 1950-е годы, представляли собой знакомые элементы C или D, которые мы до сих пор иногда используем для фонариков — мы до сих пор называем их «батарейками для фонариков». Эти батареи нужно часто менять, и, если они «умерли», могут протекать химикаты.

В 1950-х годах, после того как инженеры Bell Laboratories изобрели транзистор, начали появляться новые виды электронных устройств с батарейным питанием. Транзистор был заменой вакуумной лампы, которая использовалась во всех электронных схемах до изобретения транзистора. Транзистор был намного меньше вакуумной лампы и потреблял очень мало энергии, что делало его идеальным для таких вещей, как портативные радиоприемники. Вскоре появилась портативная электроника, и люди стали использовать радиоприемники, фонографы, телевизоры и магнитофоны на батарейках.Транзисторам для работы требовалось от 6 до 9 вольт, но большинство аккумуляторов для фонариков были всего 1,5 вольт, поэтому инженеры разработали небольшую 9-вольтовую батарею только для транзисторных радиоприемников. Эта новая «транзисторная батарея» популярна и сегодня — маленькая прямоугольная батарея с двумя круглыми клеммами наверху.

Щелочные сухие батареи[edit | править источник]

Ассортимент щелочных батарей

Небольшие сухие батареи, использовавшиеся в портативной электронике в 1970-х, были более или менее такими же, как и в 1930-х.Компания Duracell первой предложила усовершенствование в виде своего «щелочного» сухого элемента. Хотя по размеру и форме они были похожи на более ранние сухие ячейки, они прослужили значительно дольше. Еще позже, когда беспроводные телефоны, портативные компьютеры, плееры и другие портативные устройства стали более распространенными, возникла острая потребность в хороших перезаряжаемых батареях. С 1950-х годов некоторые портативные электронные устройства оснащались дорогими перезаряжаемыми батареями. Раньше аккумуляторные батареи считались слишком большими для миниатюрных устройств нового поколения.Разработка хороших перезаряжаемых батарей по-прежнему остается очень сложной проблемой, с которой сталкиваются инженеры, поскольку движение к более портативной электронике продолжается.

Первая полностью перезаряжаемая углекислотная батарея с углеродной нейтральностью — ScienceDaily

Литий-углекислотные батареи являются привлекательными системами хранения энергии, поскольку их удельная плотность энергии более чем в семь раз выше, чем у обычно используемых литий-ионных батарей. Однако до сих пор ученым не удавалось разработать полностью перезаряжаемый прототип, несмотря на их способность хранить больше энергии.

Исследователи из Университета Иллинойса в Чикаго первыми продемонстрировали, что литий-углекислотные батареи могут работать полностью перезаряжаемыми, и они успешно протестировали прототип литий-углекислотной батареи, выдерживающей до 500 последовательных циклов разряда. процессы зарядки/перезарядки.

Их результаты опубликованы в журнале Advanced Materials .

«Литий-углекислотные батареи были привлекательными в течение долгого времени, но на практике мы до сих пор не могли получить действительно эффективные батареи», — сказал Амин Салехи-Ходжин, доцент кафедры машиностроения и промышленной инженерии в Колледже UIC. инженерии.

Традиционно, когда литий-углекислотный аккумулятор разряжается, он выделяет карбонат лития и углерод. Карбонат лития рециркулирует во время фазы зарядки, но углерод просто накапливается на катализаторе, что в конечном итоге приводит к выходу из строя батареи.

«Накопление углерода не только блокирует активные центры катализатора и предотвращает диффузию углекислого газа, но также вызывает разложение электролита в заряженном состоянии», — сказал Алиреза Ахмадипаридари, первый автор статьи и аспирант инженерного колледжа UIC.

Салехи-Ходжин и его коллеги использовали новые материалы в своей экспериментальной батарее на углекислом газе, чтобы стимулировать тщательную переработку как карбоната лития, так и углерода. Они использовали дисульфид молибдена в качестве катодного катализатора в сочетании с гибридным электролитом, чтобы помочь включить углерод в циклический процесс.

В частности, их комбинация материалов дает единый многокомпонентный композит продуктов, а не отдельные продукты, что делает переработку более эффективной.

«Наша уникальная комбинация материалов помогает создать первую углеродно-нейтральную литий-углекислотную батарею с гораздо большей эффективностью и длительным сроком службы, что позволит использовать ее в передовых системах хранения энергии», — сказал Салехи-Ходжин.

Теоретические расчеты, выполненные группой доктора Ларри Кертисса в Аргоннской национальной лаборатории, были использованы для вывода механизма обратимого действия батареи.

Источник истории:

Материалы предоставлены Иллинойсским университетом в Чикаго . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Высокоэффективные и мощные перезаряжаемые литий-диоксид-серные аккумуляторы, использующие обычные электролиты на карбонатной основе

Нац. общ. 2017; 8: 14989.

, .

, 1, 2 , 1 , 3 , 1 , 1 , 1 , 1, 2 , 1, 2 , 3 и а, 1, 2

Парк Хёкджун

1 Кафедра материаловедения и инженерии, Научно-исследовательский институт перспективных материалов, Сеульский национальный университет, 1 Кванак-ро, Сеулак-ро, Кванак 151-742, Республика Корея

2 Центр исследований наночастиц при Институте фундаментальных наук (IBS), Сеульский национальный университет, 1 Кванак-ро, Кванак-гу, Сеул 151-742, Республика Корея

Hee- Дэ Лим

1 Департамент материаловедения и инженерии, Научно-исследовательский институт перспективных материалов, Сеульский национальный университет, 1 Кванак-ро, Кванак-гу, Сеул 151-742, Республика Корея

Хюнг-Кью Лим

3 Высшая школа энергетики, окружающей среды, водных ресурсов ainability (EEWS), Корейский передовой институт науки и технологий (KAIST), 291 Daehak-ro, Yuseong-gu, Daejeon 305-701, Республика Корея

Won Mo Seong

1 Департамент материаловедения и инженерии, Научно-исследовательский институт перспективных материалов, Сеульский национальный университет, 1 Кванак-ро, Кванак-гу, Сеул 151-742, Республика Корея

Сехван Мун

1 Департамент материаловедения и инженерии, Научно-исследовательский институт перспективных материалов, Сеул National University, 1 Gwanak-ro, Gwanak-gu, Seoul 151-742, Республика Корея

Youngmin Ko

1 Департамент материаловедения и инженерии, Научно-исследовательский институт перспективных материалов, Сеульский национальный университет, 1 Gwanak-ro , Gwanak-gu, Seoul 151-742, Республика Корея

Byungju Lee

1 Департамент материаловедения и инженерии, Научно-исследовательский институт перспективных материалов, Сеульский национальный университет, 1 G wanak-ro, Gwanak-gu, Seoul 151-742, Республика Корея

2 Центр исследований наночастиц при Институте фундаментальных наук (IBS), Seoul National University, 1 Gwanak-ro, Gwanak-gu, Seoul 151- 742, Республика Корея

Youngjoon Bae

1 Департамент материаловедения и инженерии, Научно-исследовательский институт перспективных материалов, Сеульский национальный университет, 1 Gwanak-ro, Gwanak-gu, Seoul 151-742, Республика Корея

2 Центр исследования наночастиц при Институте фундаментальных наук (IBS) Сеульского национального университета, 1 Кванак-ро, Кванак-гу, Сеул 151-742, Республика Корея

Хёнджун Ким

3 Высшая школа энергетики Экология и водная устойчивость (EEWS), Корейский передовой институт науки и технологий (KAIST), 291 Daehak-ro, Yuseong-gu, Daejeon 305-701, Республика Корея

Kisuk Kang

1 Департамент материаловедения и инженерии , Исследование ch Институт перспективных материалов, Сеульский национальный университет, 1 Кванак-ро, Кванак-гу, Сеул 151-742, Республика Корея

2 Центр исследований наночастиц при Институте фундаментальных наук (IBS), Сеульский национальный университет, 1 Кванак-ро, Кванак-гу, Сеул 151-742, Республика Корея

1 Департамент материаловедения и инженерии, Научно-исследовательский институт перспективных материалов, Сеульский национальный университет, 1 Кванак-ро, Кванак-гу, Сеул 151- 742, Республика Корея

2 Центр исследований наночастиц при Институте фундаментальных наук (IBS), Сеульский национальный университет, 1 Кванак-ро, Кванак-гу, Сеул 151-742, Республика Корея

3 Выпускник Школа энергетики, окружающей среды, водной устойчивости (EEWS), Корейский передовой институт науки и технологий (KAIST), 291 Daehak-ro, Yuseong-gu, Daejeon 305-701, Республика Корея

Поступила в редакцию 19 сентября 2016 г.; Принято 20 февраля 2017 г.

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons для статьи, если иное не указано в кредитной строке; если материал не включен в лицензию Creative Commons, пользователям необходимо будет получить разрешение от держателя лицензии на воспроизведение материала. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/Эта статья цитируется в других статьях PMC.
Дополнительные материалы

Дополнительные данные Дополнительные данные, Дополнительные данные, Дополнительные данные, Дополнительные документы и Дополнительные ссылки

GUID: 4BFB5886-53F3-4698-A3A2-D2B98DE37743

43

  • Заявление о наличии данных

    Данные, поддерживающие выводы этого исследования можно получить у авторов по обоснованному запросу.

    Abstract

    Проливая новый свет на обычные батареи, иногда появляется вдохновение для создания химии, пригодной для перезаряжаемых батарей.В последнее время первичная литий-диоксидная батарея, которая обеспечивает высокую плотность энергии и длительный срок хранения, успешно обновляется в качестве многообещающей перезаряжаемой системы, демонстрирующей малую поляризацию и хорошую обратимость. Здесь мы впервые демонстрируем, что обратимая работа литий-сернистой батареи также возможна при использовании обычных электролитов на основе карбоната. Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что электрохимия диоксида серы очень стабильна в электролитах на основе карбонатов, что обеспечивает обратимое образование дитионита лития.Использование электролита на основе карбоната приводит к заметному повышению мощности и обратимости; кроме того, оптимизированная литий-диоксидная батарея с катализаторами обеспечивает выдающуюся циклическую стабильность в течение более 450 циклов при поляризации 0,2 В. Это исследование подчеркивает потенциальные перспективы химии лития-диоксида серы, а также жизнеспособность обычных электролитов на основе карбонатов в перезаряжаемых системах металл-газ.

    Чтобы удовлетворить растущий спрос на накопители энергии для развивающихся рынков электромобилей и сетевых накопителей энергии, последние усилия были направлены на изучение нового химического состава аккумуляторов, который может превзойти современные современные литий-ионные аккумуляторы . 1 ,2 ,3 .Возвращение к обычным первичным батареям может дать представление о разработке новой перезаряжаемой химии, используя преимущества последних достижений в фундаментальном понимании науки об аккумуляторах 4 ,5 ,6 . Одним из недавних примеров является разработка аккумуляторных батарей на основе диоксида лития и серы (Li-SO 2 ). Первичная батарея Li-SO 2 обеспечивает высокую плотность энергии в широком диапазоне рабочих температур с исключительно длительным сроком хранения и, таким образом, была коммерциализирована для военных и аэрокосмических приложений с момента ее разработки в конце 1960-х годов (ссылки 7 ). , 8 , 9 , 10 ).Недавно химический состав Li-SO 2 был пересмотрен и предложен в качестве многообещающего химического состава аккумуляторных батарей 11 ,12 . При аналогичной конфигурации элемента, принятой у литий-кислородных аккумуляторов, показано, что возможна обратимая электрохимическая реакция между Li и SO 2 с образованием и разложением дитионита лития (Li 2 S 2 O 4 ). Подобно литий-кислородным и литий-серным батареям 6 , отсутствие тяжелых переходных металлов в окислительно-восстановительной реакции может привести к высокой плотности энергии, достигающей 1,132 Втч кг −1 в расчете на массу Li 2 S 2 О 4 .Кроме того, было обнаружено, что меньшая поляризация и более высокая газовая эффективность являются преимуществами по сравнению с литий-кислородными системами, что делает батарею Li-SO 2 потенциальной химией перезаряжаемой батареи металл-газ.

    Недавние исследования показали, что свойства электролита в газометаллических батареях играют ключевую роль в определении характера продуктов разряда и возможности перезарядки системы ,17 ,18 ,19 .Механизмы разряда и характер продуктов разряда, такие как их морфология и стабильность, могут быть значительно изменены свойствами электролита, такими как донорные числа или диэлектрические постоянные ,25 . Критическая зависимость от электролита в системе металл-газ по сравнению с обычными ионно-литиевыми батареями, скорее всего, связана с образованием газовых радикалов, которые являются важным промежуточным продуктом для реакции разряда.В зависимости от стабильности электролита газовые радикалы могут реагировать с растворителем электролита, а не с желаемыми ионами щелочных металлов, такими как литий или натрий, которые могут образовывать перезаряжаемые продукты разряда 15 ,26 ,27 . Более того, стабильность промежуточного щелочно-радикального комплекса определяется природой электролита и, таким образом, может изменять пути разряда 21 ,22 ,23 . На ранних этапах разработки перезаряжаемых литий-кислородных или натрий-кислородных батарей использование электролитов на карбонатной основе приводило к побочным продуктам реакции; таким образом, соответствующий процесс зарядки не может быть достигнут 14 ,15 ,19 .Органический карбонат был очень уязвим к химическому воздействию кислородных радикалов, образующихся в процессе разряда 14 ,15 ,26 ,28 . Этот вывод привел к общему мнению, что электролиты на карбонатной основе не могут рассматриваться для металл-воздушных батарей. Тем не менее, электролиты на основе карбонатов обладают рядом преимуществ, включая высокую ионную проводимость и широкие электрохимические окна, что сделало их обычным электролитом для хорошо разработанной технологии ионно-литиевых батарей 29 ,30 .Кроме того, хорошая совместимость с металлическим литием и химическая стабильность могут быть потенциальными достоинствами систем литий-воздушных батарей, которые, как ожидается, будут использовать аноды из металлического лития и работать в открытой системе.

    В этой работе мы оцениваем возможность применения обычного электролита на основе карбоната в батарее Li-SO 2 и исследуем, как это влияет на электрохимические свойства. Хотя стабильность газовых радикалов SO 2 во время процесса разряда неизвестна, мы наблюдаем, что химическая реактивность SO 2 по отношению к органическим карбонатам термодинамически и кинетически запрещена согласно расчетам теории функционала плотности (DFT).Также экспериментально подтверждено, что батарея Li-SO 2 , в которой в качестве электролитов используются этиленкарбонат (ЭК) и диметилкарбонат (ДМК), может обратимо работать с образованием и разложением разгрузочный продукт. Кроме того, было обнаружено, что мощность и циклические характеристики батарей Li-SO 2 значительно улучшены по сравнению с батареями, использующими электролит на основе эфира, из-за его более высокой ионной проводимости и лучшей совместимости с литий-металлическим анодом.При введении растворимого катализатора циклирование более 450 циклов демонстрируется с высокой энергоэффективностью, проявляя общую поляризацию 0,2 В во время циклирования, что еще не достигнуто ни в литий-кислородных, ни в Li-SO 2 батареях. В этом отчете впервые показано, что обычные электролиты на карбонатной основе могут успешно применяться в перезаряжаемых металл-газовых системах, открывая новый путь к высокоэффективным перезаряжаемым металл-газовым батареям.

    Результаты

    Теоретическое исследование Li-SO

    2 химия

    Основной принцип работы батареи Li-SO 2 основан на простой электрохимической реакции между газом Li и SO 2 , общая реакция разряда которой 31 ,32 :

    В катодной реакции SO 2 собирает электрон с электрода и образует промежуточный дитионит-ион (S 2 O 4

    😎 в виде твердого вещества Li 2 S 2 O 4 , конечный продукт сброса.Однако недавние находки O 2 в литий-кислородной химии позволяют предположить, что промежуточное соединение S 2 O 4 2− может вступать в химические взаимодействия с окружающими молекулами электролита, что может приводить к изменению состава выпускной реакционный путь 21 ,22 . Чтобы исследовать эту раннюю стадию реакции разряда, мы использовали расчеты DFT в сочетании с моделью сольватации Пуассона-Больцмана (PB) для изучения термодинамики реакции Li-SO 2 батарей.Кроме того, аналогичные расчеты были выполнены для различных условий электролита, чтобы исследовать влияние окружающих молекул электролита на эту реакцию разряда. Мы выбрали два типа электролита: обычный электролит на основе карбоната (EC/DMC, объемная смесь 1:1) и электролит на основе эфира (диметиловый эфир тетраэтиленгликоля, TEGDME), оба из которых широко используются для литий-ионных и литий-воздушные аккумуляторы 33 ,34 ,35 ,36 .показана энергия первой стадии переноса электрона, начиная с молекулы SO 2 в газовой фазе до SO 2 в соответствующем растворе электролита. Несколько иная энергетическая траектория переноса электрона наблюдалась в двух электролитных системах, где SO 2 в ЭК/ДМК более стабильна на 0,30 эВ, чем в ТЭГДМЭ. Несколько иная стабилизация заряженных частиц в основном объясняется сильной сольватирующей способностью электролита на основе карбоната с высокой диэлектрической проницаемостью ( ɛ ∼35) 20 ,37 .

    DFT расчет химических реакций Li-SO 2 аккумуляторов.

    ( a ) Энергетические диаграммы реакции электрохимического восстановления газа SO 2 в условиях EC/DMC и TEGDME. ( b ) Энергетические профили для ICF химической реакции разложения EC по O 2 (синий) и SO 2 (красный). ( c ) Путь реакции между SO 2 и ионами лития с соответствующими профилями энергии при EC / DMC (красный) и TEGDME (синий).

    Ожидается, что при нормальных условиях эксплуатации электрохимически восстановленный SO 2 будет реагировать с ионами лития, что приведет к образованию твердых продуктов разряда. Однако SO 2 в элементах Li-SO 2 также может вступать в химическую реакцию с электролитом на карбонатной основе посредством нуклеофильной атаки, т. е. разложение электролита аналогично поведению O 2 в электролиты литий-кислородных аккумуляторов 13 ,26 .Правдоподобие этой химической реакции можно определить, оценив энергетику процесса начального комплексообразования (ИКФ) с участием молекулы электролита и SO 2 20 ,26 ,27 . представлен энергетический профиль процессов МКФ с участием молекул ЭК с нуклеофильной атакой SO 2 по сравнению с ранее известным случаем O 2 . В соответствии с более ранними теоретическими 20 , 26 и экспериментальными исследованиями 14 , МКФ EC-O 2 (синяя пунктирная линия) представляет собой энергетически нисходящий процесс с умеренным активационным барьером, что указывает на нестабильность карбоната. электролит при воздействии O 2 .Однако отмечается, что ВКФ EC-SO 2 (красный пунктир) энергетически невыгодна на 0,24 эВ. Более того, энергия активации, которую необходимо преодолеть, достигает 1,08 эВ, что указывает на то, что она также кинетически затруднена. Это открытие означает, что электрохимически управляемая молекула SO 2 , вероятно, будет стабильной в контакте с электролитом на основе карбоната, не вызывая серьезной деградации электролита.

    Процесс начального разряда был исследован более подробно путем оценки энергии каждой элементарной стадии реакции от молекулы SO 2 до конечного продукта Li 2 S 2 O 4 ; однако подробный электрохимический механизм Li-SO 2 аккумуляторов на сегодняшний день остается малоизученным.иллюстрирует наиболее благоприятные пути разряда, где каждый шаг обозначен энергиями в электролитах TEGDME (синяя линия) и EC / DMC (красная линия) с использованием модели сольватации PB, где учитывается только диэлектрическая проницаемость конкретного растворителя. Обратите внимание, что диэлектрическая проницаемость органических электролитов может немного измениться при добавлении SO 2 в растворители, как показано на дополнительном рис. 1, а измеренная диэлектрическая проницаемость органических растворов, растворяющих SO 2 , использовалась для теоретических расчетов в этом исследовании. .При этом следует отметить, что энергетические профили элементарных катодных реакций в описываются без учета энергетики анодной реакции, а общая энергетика реакции, включая анодную часть, сведена в дополнительную таблицу 1. Для ТЭГДМЭ, имеющего низкую диэлектрическую проницаемость постоянно (слабое электростатическое взаимодействие), начальный процесс протекает с SO 2 , соединяясь с ионами лития, образуя нейтральные промежуточные частицы LiSO 2 .Дополнительная химическая ассоциация SO 2 и ионов лития к LiSO 2 приводит к образованию конечного продукта Li 2 S 2 O 4 в процессе непрерывного нисходящего энергетического процесса. Напротив, для EC/DMC с относительно высокой диэлектрической проницаемостью (сильное электростатическое взаимодействие) SO 2 склонен вступать в реакцию димеризации, образуя S 2 O 4 2− , а не нейтральные частицы с ионами лития, что является известным химическим равновесием 2SO 2 ↔S 2 O 4 2− в органической химии и биохимии 38 89590 ,3 .В последующих шагах реагирования два иона лития связаны с S 2 O 4 2 2- , формирование LIS 2 O 4 и Li 2 S 2 O 4 , претерпевающие значительные энергетические процессы перед осаждением конечного продукта. Заметно различающиеся начальные этапы разряда в двух электролитах объясняются их различными сольватирующими свойствами, когда растворитель с высокой диэлектрической проницаемостью (EC/DMC) более эффективно стабилизирует заряженные частицы, такие как S 2 O 4 2− , сохраняя сильную сольватную оболочку, а растворитель с низкой диэлектрической проницаемостью (ТЭГДМЭ) не может их стабилизировать, поэтому в реакции предпочитают образовываться нейтральные частицы (LiSO 2 ).Эта теоретическая тенденция согласуется с предыдущими экспериментальными данными о том, что константа химического равновесия реакции димеризации с ионом дитионита имеет положительную корреляцию с диэлектрической проницаемостью органических растворителей 40 . Примечательно, что предложенный ранее механизм разряда первичной батареи Li-SO 2 был основан на образовании S 2 O 4 2− , а не SO 2 или LiSO 2 (ссылки 32 , 38 ).Мы предполагаем, что это открытие, скорее всего, связано с использованием электролита на основе ацетонитрила в большинстве первичных аккумуляторов Li-SO 2 8 ,9 ,10 ,32 , который имеет высокую диэлектрическая проницаемость ( ɛ ∼35,9) 41 ,42 сравнима с диэлектрической проницаемостью EC/DMC. Хотя общие процессы для получения конечного продукта Li 2 S 2 O 4 являются термодинамически благоприятными с одинаковым изменением энергии общих реакций в обоих электролитах, как показано в дополнительной таблице 1, следует отметить, что энергетические профили пути элементарных реакций для Li-SO 2 аккумуляторов существенно различались в зависимости от типа электролита.Один энергетический профиль состоял из монотонного нисходящего процесса (TEGDME), а другой состоял из смешанного восходящего и нисходящего процесса с участием значительного энергетического барьера (EC/DMC). Ожидается, что это различие в энергетике реакции повлияет на характер образования твердых продуктов разряда для батареи Li-SO 2 в зависимости от типа электролита, что более подробно будет обсуждаться в экспериментальной части.

    Возможности химии Li-SO

    2 в карбонатных электролитах

    Вдохновленные теоретическими выводами, мы сконструировали элементы Li-SO 2 с использованием обычного карбонатного электролита EC/DMC (объемное соотношение 1:1 с 1 M гексафторфосфата лития). ) и исследовали стабильность перезаряжаемой химии Li-SO 2 .представлен профиль гальваностатического напряжения во время первого цикла ячейки Li-SO 2 . Электрохимический профиль при 0,2 мА см −2 напоминает типичный профиль элементов Li-SO 2 с использованием электролита на основе эфира в предыдущем исследовании 12 . Для подтверждения обратимости электрохимических реакций мы провели несколько анализов клеток Li-SO 2 с использованием метода гальваностатического прерывистого титрования, дифференциальной электрохимической масс-спектроскопии (ДЭМС), рентгеновской дифракции и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ).указывает на то, что равновесные потенциалы, измеренные методом гальваностатического прерывистого титрования, согласуются с термодинамическим потенциалом Li 2 S 2 O 4 (∼3 В) 43 , что подтверждает идею о том, что в основной реакции участвует образование и разложение Li 2 S 2 O 4 . Кроме того, результаты DEMS показывают, что был обнаружен только газ SO 2 без выделения других газов в течение всего процесса заряда, что свидетельствует об обратимой и стабильной реакции заряда, происходящей в элементе Li-SO 2 .Учитывая, что выделение кислорода при зарядке обычных литий-кислородных элементов обычно сопровождается выделением значительного количества углекислого газа из-за разложения электролита 15 ,17 и порчи углерода 44 ,45 , отсутствие углекислого газа в этом эксперименте подтверждает идею о том, что электролит EC/DMC, а также угольный электрод, используемый для элементов Li-SO 2 , остаются стабильными во время работы элемента.В дополнение к свидетельствам выделения газовой фазы SO 2 через газовых анализов in situ , характеристика электролитов после зарядки ячеек Li-SO 2 с помощью УФ-видимой спектроскопии на дополнительном рис. 2 ясно подтверждает обратимое выделение SO 2 из раствора электролита 46 ,47 .

    Реверсивная химия Li-SO 2 аккумуляторов с электролитом на карбонатной основе.

    ( a ) Профиль гальваностатического разряда/заряда элемента Li-SO 2 при плотности тока 0.2 мА см −2 . ( b ) Результат анализа методом гальваностатического прерывистого титрования (GITT) ячейки Li-SO 2 . Удельную емкость нормировали по массе углеродной загрузки, средняя масса которой в газовом электроде составляла ~0,8±0,1 мг. ( c ) Анализ газа на месте в процессе загрузки ячейки Li-SO 2 с помощью DEMS. ( d ) Ex situ Спектры рентгеновской дифракции газовых электродов для ячеек Li-SO 2 . ( e ) Соответствующие изображения ex situ SEM газовых электродов клеток Li-SO 2 (масштабная линейка, 300 нм; масштабная линейка, 5  мкм (2–5)).

    Для дальнейшей проверки электрохимической реакции мы тщательно провели анализов ex situ на газовых электродах элементов Li-SO 2 при различных состояниях заряда или разряда, как показано на рис. Рентгеновские дифракционные спектры ex situ показывают, что характерные пики Li 2 S 2 O 4 появляются и растут во время разряда без каких-либо заметных побочных продуктов, после чего эти пики уменьшаются во время заряда. и полное их исчезновение после окончания заряда 31 ,48 .Эти результаты, очевидно, подтверждают, что обратимое образование и разложение Li 2 S 2 O 4 является основной электрохимической реакцией, происходящей в системе Li-SO 2 с использованием электролита EC/DMC, что согласуется с Расчеты ДПФ. Кроме того, образование и разложение Li 2 S 2 O 4 можно непосредственно исследовать, отслеживая морфологическую эволюцию на электроде в изображениях ex situ SEM в .Видно, что при разряде на угольном электроде начинают появляться двумерные пластины, которые увеличиваются в размерах до ∼5 мкм, покрывая все углеродные поверхности в конце разряда. В процессе заряда Li 2 S 2 O 4 постепенно исчезает; в конце заряда до 4,2 В микронная пластинка в электроде не наблюдалась, а пористая структура газового электрода хорошо восстанавливалась до исходного состояния, что хорошо согласуется с результатами рентгеноструктурного анализа.Обратите внимание, что морфологическая особенность продукта разряда несколько отличается от Li 2 S 2 O 4 , сформированного с использованием электролита TEGDME в нашем предыдущем исследовании 12 . Как тщательно сравнивается на дополнительном рис. 3, Li 2 S 2 O 4 первоначально образует игольчатые осадки и вырастает в многочисленные наноленты для электролита TEGDME, в отличие от Li 2 S микронного размера. 2 O 4 пластина в электролите EC/DMC.Интересно, что морфология продуктов разряда в последнее время считается важным ключом к пониманию механизма разряда металл-кислородных батарей , 21, , , 22, , , 23, , , 49, . В литий-кислородной аккумуляторной системе, например, сильно сольватирующие электролиты с высоким числом доноров или сольватирующие добавки способствуют зарождению и росту кристаллического тороидального Li 2 O 2 с обычно большим размером частиц, приводя раствор в движение. опосредованный процесс, в то время как электролиты с низким числом доноров склонны к образованию пленкообразных продуктов разряда на поверхности электрода 21 ,22 ,50 .В соответствии с путями реакции, исследованными с помощью расчетов DFT в , считается, что промежуточные энергетические восходящие процессы в электролите EC / DMC будут играть важную роль в управлении зародышеобразованием твердых выделений из-за критического энергетического барьера, в отличие от случай ТЭГДМЭ, где нет энергетического барьера для разрядного процесса. Поскольку количество зародышей, как правило, обратно пропорционально энергетическим барьерам зародышеобразования, мы предположили, что небольшое количество зародышей, генерируемых в высокосольватирующем электролите EC/DMC, приводит к образованию относительно хорошо выращенных микронных продуктов разряда Li 2 S 2 О 4 .Необходимо провести дальнейшее исследование, чтобы понять взаимосвязь между механизмом разряда и особенностями продуктов разряда в системе Li-SO 2 .

    Характеристики Li-SO

    2 элементов с использованием карбонатных электролитов

    Подтвердив обратимое образование Li 2 S 2 O 4 электрохимические свойства Li-SO 3 в карбонатном электролите клетки были сравнительно исследованы в электролитах EC/DMC и TEGDME.сравните мощность элементов Li-SO 2 при силе тока в диапазоне от 0,2 до 5,0 мА см -2 во время разряда. Интересно, что в ячейке, использующей электролит EC/DMC, для идентичной конфигурации ячейки достижима значительно более высокая производительность. Несмотря на то, что одинаковая разрядная мощность обеспечивается при низком токе 0,2 мА см −2 для обоих случаев, элемент с EC/DMC способен обеспечивать более 70% начальной емкости даже при в 25 раз более высокой плотности тока; напротив, ячейка с TEGDME демонстрирует незначительную емкость при той же скорости тока.Предполагается, что легкий перенос ионов в EC / DMC, который демонстрирует примерно в 4 раза более высокую ионную проводимость, чем TEGDME, как показано в дополнительной таблице 2, способствует высокой скорости ячейки Li-SO 2 . Чтобы проверить обратимое образование/разложение Li 2 S 2 O 4 при работе с такой высокой скоростью, анализы ex situ были снова выполнены в условиях, показанных на дополнительном рисунке 4, которые показали идентичные результаты независимо от применяемых плотностей тока.В 2009 году циклические свойства ячеек Li-SO 2 были сравнительно исследованы при постоянной скорости 0,2 мА см -2 . Ячейка Li-SO 2 с EC/DMC стабильно работала в течение 80 циклов, тогда как батарея с электролитом TEGDME выдерживала около 20 циклов, что согласуется с предыдущим отчетом 12 . Более того, лучшая циклическая стабильность ячейки с ЭК/ДМК снова была подтверждена более высоким коэффициентом использования емкости 1000 мАч г -1 , как показано на дополнительном рис.5. Обратите внимание, что во время испытания не применялась никакая специальная обработка, такая как конструкция газового электрода с наноразмерами или использование катализатора, при котором обычные литий-кислородные или натриево-кислородные батареи продемонстрировали бы значительно меньшую циклическую стабильность 51 ,52 ,53 ,54 . Даже при более высокой плотности тока 1 мА см −2 элемент Li-SO 2 с EC/DMC может поддерживать высокую циклическую стабильность около 50 циклов, как показано на дополнительном рисунке 6, что подтверждает идею о том, что простая замена электролита может заметно улучшить циклические свойства элементов Li-SO 2 .Превосходные циклические характеристики элемента Li-SO 2 с ЭХ/ДМК объясняются стабильностью электролита на карбонатной основе в присутствии сильно сольватированного промежуточного продукта SO 2 и лучшей химической совместимостью с литиевый анод, который будет обсуждаться позже.

    Электрохимические характеристики Li-SO 2 аккумуляторов.

    ( a , b ) Скорость разряда Li-SO 2 элемента: ( a ) с карбонатным электролитом, ( b ) с эфирным электролитом и ( c ) циклические свойства Li -SO 2 ячейки по 0.2 мА см −2 . ( d ) Электрохимические профили элементов Li-SO 2 с растворимым катализатором. ( e ) Спектры рентгеновской дифракции разряженного и перезаряженного газового электрода ячейки Li-SO 2 с растворимым катализатором. ( f , г ) Электрохимические характеристики элементов Li-SO 2 с растворимым катализатором, содержащим электролит на карбонатной основе: ( f ) мощность элементов при ограниченной емкости 0,5 мАч, ( г ) циклируемость клетки при 1 мА см -2 .(вставка: электрохимические профили в течение 450 циклов). Удельную емкость нормировали по массе углеродной загрузки, средняя масса которой в газовом электроде составляла ∼0,8±0,1 мг.

    Чтобы проверить практическую жизнеспособность элементов Li-SO 2 , была предпринята попытка дальнейшего повышения энергоэффективности с использованием соответствующего катализатора для ускорения реакции зарядки. В электролит был введен растворимый катализатор 5,10-диметилфеназин (ДМФЗ) для уменьшения поляризации заряда, о котором недавно сообщалось, что он является эффективным растворимым катализатором для литий-кислородных аккумуляторов 55 .представлены характерные профили разряда/заряда с катализаторами DMPZ для двух элементов Li-SO 2 , которые показывают существенное снижение перенапряжения заряда. Зарядное напряжение, то есть потенциал окисления ДМПЗ, в электролите ТЭГДМЭ было аналогично таковому в нашем предыдущем исследовании в литий-кислородных батареях 55 . Однако, как ни удивительно, ячейка с катализатором ДМПЗ в электролите EC/DMC могла перезаряжаться при плато напряжения ~3,0 В, что практически совпадает с термодинамическим потенциалом Li 2 S 2 O 4 .Таким образом, общая поляризация элементов составляла всего 0,2 В, что приводило к энергоэффективности ~93,3%, что является одним из самых высоких значений, достигнутых с батареями литий-газового типа. Это открытие указывает на то, что ДМПЗ не только способен химически разлагать Li 2 S 2 O 4 , аналогично Li 2 O 2 в литий-кислородных батареях, но также обеспечивает гораздо более высокую эффективность заряда в карбонатном электролите. Чтобы подтвердить эту неожиданную зависимость окислительно-восстановительного потенциала ДМПЗ от компонентов электролита, снова были проведены циклическая вольтамперометрия и гальваностатическая зарядка в инертной атмосфере для ДМПЗ, растворенного в каждом электролите, с трехэлектродной конфигурацией, как показано на дополнительном рис.7. ДМПЗ неизменно демонстрировал более низкий потенциал окисления в ЭК/ДМК, чем в ТЭГДМЭ, примерно на 0,2  В. Более низкий потенциал окисления ДМПЗ в карбонатном электролите можно объяснить сильным стабилизирующим эффектом на заряженные частицы ДМПЗ + из-за сильно сольватирующая среда, обеспечиваемая карбонатными электролитами. Чередование окислительно-восстановительного потенциала растворимых катализаторов в зависимости от электролитной среды наблюдалось также в недавнем исследовании, где окислительно-восстановительный потенциал катализатора LiI заметно отличался в диметоксиэтане от TEGDME 56 . Ex situ Рентгеноструктурный анализ подтвердил, что каталитическая активность ДМПЗ в разложении Li 2 S 2 O 4 может поддерживаться даже при более низком окислительно-восстановительном потенциале ДМПЗ в ЭХ/ДМК. показывает, что характерные дифрактограммы Li 2 S 2 O 4 наблюдались в разряженном электроде, но исчезали после зарядки, что свидетельствует об эффективном разложении продукта разряда. Дополнительный рисунок 8 дополнительно подтверждает реакцию зарядки, основанную на разложении Li 2 S 2 O 4 с помощью катализатора DMPZ с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) и in situ газового анализа.При зарядке элемента XPS-сигнатура Li 2 S 2 O 4 постепенно исчезает, что сопровождается выделением SO 2 без каких-либо других обнаруживаемых газов, что указывает на эффективное каталитическое поведение ДМПЗ. для Li-SO 2 ячеек.

    Далее мы исследовали электрохимические характеристики элемента Li-SO 2 с использованием карбонатного электролита с катализатором DMPZ. показывает мощность ячейки для плотности тока в диапазоне от 0.от 2 до 5,0 мА см −2 при контролируемой емкости 0,5 мАч. Хотя общая поляризация систематически увеличивалась по мере увеличения приложенного тока, процессы заряда всех элементов могли выполняться ниже 4 В без превышения предела напряжения, демонстрируя быструю кинетику образования Li 2 S 2 O 4 и разложение с помощью DMPZ. Было замечено, что эффективная каталитическая активность DMPZ может также привести к заметному улучшению характеристик циклирования клеток Li-SO 2 .показывает, что элементы Li-SO 2 , использующие EC/DMC с катализатором DMPZ, демонстрируют превосходную циклическую стабильность более 450 циклов 0,5 мАч, что редко регистрируется для литий-кислородных аккумуляторов с такой большой абсолютной емкостью. В течение 450 циклов элементов Li-SO 2 зарядное перенапряжение лишь незначительно увеличилось, сохранив высокую энергетическую эффективность элемента, как это наблюдается на вставке . Это свидетельствует о том, что каталитическая активность ДМПЗ стабильно сохраняется и не расходуется в процессе работы ячейки.Все электрохимические результаты подтверждают идею о том, что батарея с превосходной мощностью, эффективностью и реверсивностью может быть достигнута с использованием химии Li-SO 2 с использованием электролита на основе карбоната и растворимого катализатора.

    Обсуждение

    Несмотря на впечатляющие характеристики цикла, достигнутые с помощью катализатора, необходимо понять причину деградации цикла для дальнейшего развития аккумуляторов Li-SO 2 . Учитывая улучшенную циклическую стабильность элемента с использованием электролита EC / DMC, мы попытались сравнительно выяснить, как различные электролиты влияют на циклические характеристики, исследуя соответствующую деградацию электрода из углеродного газа и металлического литиевого анода в дополнение к самой стабильности электролита . 17 ,57 .После деградации ячейки в , ячейки были разобраны и каждый электрод был собран; Затем ячейки были восстановлены с использованием нового противоэлектрода и нового электролита. сравнивает циклические свойства двух перестроенных элементов на основе EC / DMC: один с зацикленным литиевым анодом (красный), а другой с зацикленным газовым электродом (синий). Интересно, что элемент Li-SO 2 с зацикленным анодом из металлического лития смог воспроизвести первоначальную циклируемость в ~80 циклов, что свидетельствует о том, что металлический литий, зацикленный в электролите EC/DMC, существенно не разложился.Отметим, что эксперимент проводился без катализаторов ДМПЗ; таким образом, первоначальный срок службы составлял ∼80 циклов в . Однако перестроенная ячейка с циклированным газовым электродом не могла стабильно работать. Это открытие ясно указывает на то, что деградация газового электрода является основной причиной общего ухудшения цикла в элементах Li-SO 2 с использованием электролита EC/DMC. Напротив, противоположный результат наблюдался для тех же экспериментов, проведенных для элементов с использованием электролита TEGDME, как показано на рис.Восстановленная ячейка с зацикленным газовым электродом продемонстрировала такие же свойства цикла, как и исходная ячейка в 20 обратимых циклов. Тем не менее, элемент с анодом из металлического лития, прошедшим цикл, не мог стабильно функционировать, как показано на рисунке 2, что указывает на то, что разрушенный анод из металлического лития был основной причиной быстрого износа в цикле элементов Li-SO 2 , использующих электролит TEGDME. Сильная деградация металлического лития снова была подтверждена экспериментом, в котором литий-металлический анод заменялся несколько раз, что привело к сравнимым характеристикам циклирования, что и у восстановленной ячейки с использованием циклированного газового электрода, как показано на дополнительном рис.9. Чтобы подтвердить более высокую стабильность анода из металлического лития в EC/DMC, была сконструирована симметричная ячейка из металлического лития, как показано на рис. Использование карбонатного электролита привело к гораздо меньшей поляризации и более длительному времени работы, чем при использовании эфирного электролита, что хорошо согласуется с предыдущими исследованиями 58 ,59 . Это открытие подтверждает идею о том, что лучшие циклические свойства элементов Li-SO 2 , использующих ЭХ/ДМК, частично объясняются высокостабильными границами раздела металлического лития из-за лучшей совместимости металлического лития с карбонатным электролитом.

    Исследование циклической деградации Li-SO аккумуляторов 2 .

    ( a , b ) Циклические свойства восстановленных элементов с циклированным газовым электродом или циклированным литиевым анодом: ( a ) в карбонатном электролите и ( b ) в эфирном электролите. Удельную емкость нормировали по массе углеродной загрузки, средняя масса которой в газовом электроде составляла ~0,8±0,1 мг. ( c ) Испытание литиевой симметричной ячейки при плотности тока 1 мА см -2 с SO 2 -насыщенным EC/DMC (красный) и TEGDME (синий).( d ) Рентгенодифракционные спектры газового электрода ячеек Li-SO 2 в середине и конце циклов. ( e ) СЭМ-изображения (масштабная линейка, 500 нм) газового электрода в конце цикла и картирование элементов с помощью энергодисперсионной спектроскопии (масштабная линейка, 50 мкм). ( f ) Спектры XPS 2 p для газового электрода после циклирования ячейки Li-SO 2 .

    Для более полного понимания циклической деградации элементов Li-SO 2 , использующих карбонатный электролит, мы исследовали угольный электрод после циклирования.Рентгенограммы показывают, что после зарядки продукт разряда Li 2 S 2 O 4 практически не обнаруживается; однако характерный пик Li 2 SO 4 стал заметно проявляться даже после 40 циклов, а значительное количество побочных продуктов Li 2 SO 4 обнаружено в конце циклов. Хотя ожидаемый продукт разряда, Li 2 S 2 O 4 , явно разлагался в катодах, подвергшихся циклированию, предполагается, что постепенное отложение изолирующих побочных продуктов на угольном электроде будет иметь отрицательный эффект. на циклическое поведение ячеек Li-SO 2 .Более того, изучение морфологии циклированных газовых электродов ясно показало, что все активные поры газовых электродов были в основном заблокированы, как это наблюдалось в . Энергодисперсионный спектроскопический анализ показал, что плотно закупоренные поры циркулирующего газового электрода в основном состоят из серы и кислорода. Постепенное осаждение изолирующих побочных продуктов приводит к значительному увеличению общего импеданса ячеек Li-SO 2 , что подтверждается анализом спектроскопии электрохимического импеданса с циклированием ячеек, как показано на дополнительном рисунке.10. Следовательно, накопление неактивных и изолирующих побочных продуктов на порах газового электрода будет ограничивать активные реакционные центры и транспорт реагентов, включая ионы лития и газ SO 2 , что в конечном итоге приведет к выходу из строя элемента. В предыдущих исследованиях первичных батарей Li-SO 2 образование таких побочных продуктов обычно объяснялось саморазложением Li 2 S 2 O 4 из-за его термодинамической нестабильности 11 ,48 ,60 .По данным РФЭС-анализа поверхности циклированных катодов в , были обнаружены четыре различных степени окисления серы, включая остаточный продукт разряда Li 2 S 2 O 4 при 166,5 эВ. Два основных пика при 168,7 и 169,8 эВ относятся к сере из Li 2 SO 3 и Li 2 SO 4 соответственно, что согласуется с нашим предыдущим исследованием. 12 Присутствие побочного продукта Li 2 SO 4 хорошо соответствует результатам рентгеновской дифракции в .Обратите внимание, что в спектрах РФЭС было обнаружено следовое количество элементарной серы (164,1 эВ), что намекает на механизм образования Li 2 SO 4 . Согласно саморазложению Li 2 S 2 O 4 , которое может происходить самопроизвольно, как показывают расчеты DFT в дополнительной таблице 3, оно должно сопровождать образование элементарной серы, то есть Li 2 S 2 O 4 (т)→Li 2 SO 4 (т)+S (т).Присутствие как элементарной серы, так и Li 2 SO 4 в циркулирующем газовом электроде убедительно свидетельствует о том, что саморазложение продукта разряда может вызвать ухудшение характеристик цикла. Таким образом, стратегия улучшения стабильности продуктов разряда и подавления образования побочных продуктов должна быть дополнительно изучена для разработки более эффективной батареи Li-SO 2 .

    Мы успешно применили обычный электролит на карбонатной основе в перезаряжаемых батареях Li-SO 2 и подтвердили осуществимость системы посредством комбинированных теоретических и экспериментальных проверок.Химическая стабильность карбонатного электролита по отношению к восстановленной форме SO 2 позволила обеспечить обратимую работу элементов Li-SO 2 , в отличие от обычных литий-кислородных систем. Высокая ионная проводимость и химическая совместимость с литий-металлическим анодом привели к значительному улучшению характеристик элемента Li-SO 2 , включая мощность и циклическую стабильность. Кроме того, применение катализатора DMPZ дало один из самых высоких показателей эффективности (∼93.3%) и обратимости (450 циклов), о которых сообщалось для систем металл-газ на сегодняшний день. На пути к реализации практической перезаряжаемой аккумуляторной системы Li-SO 2 необходимо решить несколько вопросов, в том числе отсутствие фундаментального понимания и вопросы безопасности в отношении использования токсичного газа. В этом отношении для выяснения точного газовая эффективность или механизм побочных реакций химии Li-SO 2 в следующих исследованиях.Кроме того, используя преимущества промышленной технологии первичной батареи Li-SO 2 , системы под давлением закрытого типа могут стать одной из практически доступных моделей безопасной вторичной батареи Li-SO 2 с потенциальными достоинствами повышенного рабочего напряжения. и обратимость, полученная в наших предварительных экспериментах, как описано на дополнительном рисунке 11 и дополнительном примечании 1. Тем не менее, это исследование предлагает сообществу металл-воздушных батарей понимание важности электролита и его совместимости с металлическим электродом из лития или натрия с учетом что исключительно высокая теоретическая емкость литий-натрий-кислородных батарей частично объясняется использованием металлического литиевого или натриевого электрода.Таким образом, дополнительные исследования должны быть сосредоточены на том, как рационально контролировать взаимодействие между электролитом и металлическими анодами в металлокислородных батареях. Мы надеемся, что этот отчет проложит путь к новой области аккумуляторов Li-SO 2 в качестве многообещающей аккумуляторной системы следующего поколения и вызовет активные дискуссии по поиску надежного электролита в сообществе металло-воздушных аккумуляторов.

    Методы

    Детали расчета

    Расчеты DFT были выполнены с использованием Jaguar 8.9 программное обеспечение 64 для энергий молекулярных реакций в условиях неявной сольватации PB. Мы использовали обменно-корреляционный функционал B3LYP 65 ,66 вместе с базовым набором Pople 6-311++G** 67 . Основные электронные и геометрические структуры молекулярных промежуточных продуктов реакции были полностью оптимизированы как для газовой фазы, так и для фазы раствора. Фазовые расчеты одноточечного решения без релаксации структуры газовой фазы проводились только для переходного состояния, полученного с помощью простого квазиньютоновского метода, который ищет переходное состояние, ближайшее к входной предполагаемой геометрии.Исходное предположение для поиска переходного состояния было получено путем сканирования наиболее нестабильной геометрии вдоль ожидаемых координат реакции, а полученные переходные состояния были проверены путем проверки количества мнимых частот от колебательных мод. Мы также использовали пакет моделирования Vienna Ab initio Simulation Package 68 для расчетов когезионной энергии кристаллических структур с обменно-корреляционной функцией Perdew–Burke–Ernzerhof 69 . Электрон-ионное взаимодействие рассматривалось в виде проекторного метода присоединенных волн с плоской волной до энергии 400 эВ.Гамма-центрированная k точечная сетка 10 × 10 × 10 для металлического лития, 5 × 5 × 5 для Li 2 S 2 O 4 и 4 × 6 × 4 для Li 2 SO Было сгенерировано 4 . Основная электронная и геометрическая структуры были полностью оптимизированы для кристалла и соответствующей молекулы формульной единицы для каждой кристаллической структуры. Дополнительные подробности, включая параметры растворителя (дополнительная таблица 4) и гипотетическая кристаллическая структура (дополнительная рис. 12), обсуждаются в дополнительной информации.

    Приготовление и сборка ячеек Li-SO

    2

    Для приготовления углеродной пасты технический углерод Ketjen (EC 600JD; Ilshin Chemtech) диспергировали с политетрафторэтиленом (60 мас.% дисперсии в H 2 O) связующим в массовом соотношении 8:2 в раствор изопропанола (>99,7%; Sigma-Aldrich) и N -метил-2-пирролидона (99,5%, безводный; Sigma-Aldrich) при объемном соотношении 1:1. Углеродный электрод был изготовлен путем заливки углеродной пасты на токосъемники из копировальной бумаги (TGP-H030; Toray, Япония) и высушен в течение ночи при 120 °C для испарения растворителя и остаточной воды.Средняя масса загрузки черных электродов Ketjen диаметром 1/2 дюйма составляла ∼0,8±0,1 мг. Электролиты 1 M гексафторфосфата лития (LiPF 6 ), растворенные в EC/DMC 1:1 об.% или TEGDME с содержанием воды менее 20 p.m. измеряли методом титрования по методу Карла-Фишера. Ячейка Li-SO 2 была собрана с использованием ячейки типа Swagelok в последовательности из металлического лития (диаметром 3/8 дюйма), двух листов сепараторов Celgard 2400 (диаметром 1/2 дюйма) и подготовленного угольного электрода. (диаметром 1/2 дюйма) в перчаточном боксе, заполненном аргоном (O 2 , уровень <1 стр.вечера. и уровень H 2 O <1 p.p.m.). Количество электролита составляло 200 мкл. Для электролитов с растворимым катализатором в приготовленные электролиты добавляли ДМПЗ в концентрации 50  мМ. Газовый электрод отдельных ячеек был открыт для газа SO 2 после сборки ячейки и стабилизировался в течение времени релаксации 0,5 ч перед испытаниями ячейки.

    Характеристика элементов Li-SO

    2

    Все электрохимические испытания элементов Li-SO 2 проводились с использованием потенциогальваностата (WBCS 3000; WonA Tech, Корея) между 2.0 и 4,2 В при комнатной температуре. Для испытаний литиевой симметричной ячейки была собрана ячейка монетного типа CR2032 с литиевой фольгой диаметром 1/2 дюйма в качестве противоэлектрода и рабочего электрода и кусочком сепаратора Celgard 2400, пропитанным электролитами. Электролиты, использованные для литий-симметричного теста, насыщали газом SO 2 путем барботирования в подготовленных электролитах. Измерения электрохимического импеданса проводили с помощью потенциогальваностата (VSP-300, Bio-Logic Science Instruments, Франция) при комнатной температуре в диапазоне частот от 200 кГц до 50 мГц.Bruker D2-Phaser с излучением Cu-Kα (γ=1,5406 Å) использовали для получения спектров XRD катодов в атмосфере аргона с держателем с воздушным затвором. Морфологию продуктов в электроде исследовали с помощью FE-SEM (MERLIN Compact; Zeiss, Германия) после покрытия платиной. XPS (Thermo VG Scientific, Sigma Probe, Великобритания) использовали для характеристики поверхности катодов в атмосфере аргона без воздействия воздуха. Для анализа газа in situ использовался прибор DEMS, состоящий из комбинации масс-спектрометра (МС; HPR-20, Hiden Analytical) и потенциогальваностата, как описано в нашем предыдущем отчете. 12 Анализ газа in situ проводился с использованием газа-носителя аргона при постоянной скорости потока 10 мл мин -1 в процессе заряда после полной релаксации ячейки DEMS. Диэлектрические проницаемости приготовленных растворов измеряли при 20 °С с помощью жидкостного измерителя диэлектрической проницаемости (модель 871; Nihon Rufuto, Япония). Ультрафиолетово-видимая спектроскопия (Cary 5000; Agilent, США) использовалась для характеристики раствора SO 2 .

    Доступность данных

    Данные, подтверждающие результаты этого исследования, можно получить у авторов по обоснованному запросу.

    Дополнительная информация

    Как цитировать эту статью: Park, H. et al . Высокоэффективные и мощные перезаряжаемые литий-диоксидные аккумуляторы, использующие обычные электролиты на карбонатной основе. Нац. коммун. 8, 14989 doi: 10.1038/ncomms14989 (2017).

    Примечание издателя : Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

    Дополнительный материал

    Дополнительная информация:

    Дополнительные рисунки, дополнительные таблицы, дополнительное примечание и дополнительные ссылки

    Благодарности

    .Эта работа также была поддержана Национальным исследовательским фондом Кореи (NRF), финансируемым правительством Кореи (MSIP; № 2015R1A2A1A10055991).

    Сноски

    Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих финансовых интересов.

    Авторские вклады Х.П. и H.-D.L разработали и выполнили электрохимические анализы и характеристики материалов. Х.-К.Л. и Х.К. выполнил вычисления ДПФ. W.M.S. наблюдали морфологию продуктов разряда. С.М. провел испытания литиевых симметричных ячеек. Ю.К., Б.Л. и Ю.Б. обсудили и внесли свой вклад в интеграцию результатов. К.К. задумал оригинальную идею, руководил исследованиями, участвовал в научных дискуссиях и написании рукописи.

    Каталожные номера

    • Tarascon J. M. & Armand M. Проблемы и проблемы, стоящие перед перезаряжаемыми литиевыми батареями. Природа 414, 359–367 (2001). [PubMed] [Google Scholar]
    • Арманд М. и Тараскон Дж. М. Создание лучших аккумуляторов.Природа 451, 652–657 (2008). [PubMed] [Google Scholar]
    • Кан К., Мэн Ю. С., Брегер Дж., Грей С. П. и Седер Г. Электроды большой мощности и большой емкости для перезаряжаемых литиевых батарей. Наука 311, 977–980 (2006). [PubMed] [Google Scholar]
    • Авраам К. М. и Цзян З. Перезаряжаемая литий-кислородная батарея на основе полимерного электролита. Дж. Электрохим. соц. 143, 1–5 (1996). [Google Scholar]
    • Арико А. С., Брюс П., Скросати Б., Тараскон Ж.-М. и ван Шалквейк В.Наноструктурные материалы для передовых устройств преобразования и хранения энергии. Нац. Матер. 4, 366–377 (2005). [PubMed] [Google Scholar]
    • Брюс П. Г., Фройнбергер С. А., Хардвик Л. Дж. и Тараскон Дж.-М. Li-O 2 и Li-S аккумуляторы с высоким запасом энергии. Нац. Матер. 11, 19–29 (2012). [PubMed] [Google Scholar]
    • Мейерс Б. Б. а. Дж. В. С. В. Ф. Патент США 3, 242 (1969). [Google Scholar]
    • Килрой В. П. и Даллек С. Дифференциальная сканирующая калориметрия исследований возможных взрывоопасных смесей в ячейках Li/SO 2 .J. Источники питания 3, 291–295 (1978). [Google Scholar]
    • Дей А. и Холмс Р. Исследования безопасности элементов Li/SO 2 I. Дифференциальный термический анализ (ДТА) компонентов элемента. Дж. Электрохим. соц. 126, 1637–1644 (1979). [Google Scholar]
    • Линден Д. и Макдональд Б. Первичная батарея на основе литий-диоксида серы — ее характеристики, производительность и области применения. J. Источники питания 5, 35–55 (1980). [Google Scholar]
    • Син Х. et al.. Литий-SO 2 батареи с ионными жидкостями в качестве электролитов.Ангью. хим. Междунар. Эд. 53, 2099–2103 (2014). [PubMed] [Google Scholar]
    • Lim H. D. и др. Новый взгляд на Li–SO 2 Аккумуляторы для перезаряжаемых систем. Ангью. хим. Междунар. Эд. 54, 9663–9667 (2015). [PubMed] [Google Scholar]
    • Freunberger S.A. и др. Литий-кислородная батарея с электролитами на основе эфира. Ангью. хим. Междунар. Эд. 50, 8609–8613 (2011). [PubMed] [Google Scholar]
    • Freunberger S.A. и др.. Реакции в аккумуляторной батарее литий-О 2 с алкилкарбонатными электролитами.Варенье. хим. соц. 133, 8040–8047 (2011). [PubMed] [Google Scholar]
    • McCloskey B.D., Bethune D.S., Shelby R.M., Girishkumar G. & Luntz A.C. Критическая роль растворителей в электрохимии неводных литий-кислородных аккумуляторов. Дж. Физ. хим. лат. 2, 1161–1166 (2011). [PubMed] [Google Scholar]
    • Чен Ю., Фройнбергер С. А., Пэн З., Барде Ф. и Брюс П. Г. Аккумулятор Li–O 2 с диметилформамидным электролитом. Варенье. хим. соц. 134, 7952–7957 (2012). [PubMed] [Google Scholar]
    • Макклоски Б.и др. Двойные проблемы межфазного карбонатообразования в неводных батареях Li–O 2 . Дж. Физ. хим. лат. 3, 997–1001 (2012). [PubMed] [Google Scholar]
    • Уокер В. и др.. Перезаряжаемая батарея Li–O 2 с использованием электролита из нитрата лития/ N , N -диметилацетамида. Варенье. хим. соц. 135, 2076–2079 (2013). [PubMed] [Google Scholar]
    • Ким Дж., Лим Х.-Д., Гвон Х. и Канг К. Натрий-кислородные аккумуляторы с электролитами на основе алкилкарбонатов и эфиров.физ. хим. хим. физ. 15, 3623–3629 (2013). [PubMed] [Google Scholar]
    • Лим Х.-К. и др.. На пути к литий-«воздушной» батарее: влияние CO 2 на химический состав литий-кислородного элемента. Варенье. хим. соц. 135, 9733–9742 (2013). [PubMed] [Google Scholar]
    • Джонсон Л. и др.. Роль растворимости LiO 2 в восстановлении O 2 в апротонных растворителях и ее последствия для аккумуляторов Li–O 2 . Нац. хим. 6, 1091–1099 (2014). [PubMed] [Google Scholar]
    • Аэтукури Н.Б. и др.. Сольватирующие добавки стимулируют электрохимию, опосредованную раствором, и усиливают рост тороидальных элементов в неводных батареях Li-O 2 . Нац. хим. 7, 50–56 (2015). [PubMed] [Google Scholar]
    • Берк С. М., Панде В., Кетан А., Вишванатан В. и Макклоски Б. Д. Улучшение электрохимической промежуточной сольватации за счет выбора аниона электролита для увеличения емкости неводной батареи Li–O 2 . проц. Натл акад. науч. США 112, 9293–9298 (2015). [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
    • Kwabi D.Г. и др.. Химическая нестабильность диметилсульфоксида в литий-воздушных батареях. Дж. Физ. хим. лат. 5, 2850–2856 (2014). [PubMed] [Google Scholar]
    • Ким Дж. и др. Растворение и ионизация надпероксида натрия в натрий-кислородных батареях. Нац. коммун. 7, 10670–10677 (2016). [бесплатная статья ЧВК] [PubMed] [Google Scholar]
    • Брянцев В.С. и др.. Прогнозирование стабильности растворителей в апротонных электролитах литий-воздушных аккумуляторов: нуклеофильное замещение супероксидным анион-радикалом (O 2 ).Дж. Физ. хим. А 115, 12399–12409 (2011). [PubMed] [Google Scholar]
    • Брянцев В. С., Фальони Ф. Прогнозирование устойчивости к автоокислению растворителей электролитов на основе эфиров и амидов для литий-воздушных аккумуляторов. Дж. Физ. хим. А 116, 7128–7138 (2012). [PubMed] [Google Scholar]
    • Брянцев В. С., Бланко М. Компьютерное исследование механизмов супероксид-индуцированного разложения электролитов на основе органических карбонатов. Дж. Физ. хим. лат. 2, 379–383 (2011). [Google Scholar]
    • Сюй К.Неводные жидкие электролиты для литиевых аккумуляторов. хим. преп. 104, 4303–4418 (2004). [PubMed] [Google Scholar]
    • Сюй К. Электролиты и интерфазы в литий-ионных батареях и не только. хим. преп. 114, 11503–11618 (2014). [PubMed] [Google Scholar]
    • Рупич М., Питтс Л. и Абрахам К. Характеристика реакций и продуктов разряда и вынужденного переразряда элементов Li/SO 2 . Дж. Электрохим. соц. 129, 1857–1861 (1982). [Google Scholar]
    • Боуден В.Л., Чоу Л., Демут Д.Л. и Холмс Р.В. Химические реакции в литиевых батареях из диоксида серы, протекающих при высоких скоростях и температурах. Дж. Электрохим. соц. 131, 229–234 (1984). [Google Scholar]
    • Арман М. и др. Сопряженные дикарбоксилатные аноды для литий-ионных аккумуляторов. Нац. Матер. 8, 120–125 (2009). [PubMed] [Google Scholar]
    • Ху Ю.-С. и др.. Электрохимический литированный синтез нанопористых материалов с превосходной каталитической и емкостной активностью. Нац. Матер. 5, 713–717 (2006).[PubMed] [Google Scholar]
    • Хонг Дж. и др.. Биологически вдохновленные птеридиновые окислительно-восстановительные центры для перезаряжаемых батарей. Нац. коммун. 5, 5335 (2014). [PubMed] [Google Scholar]
    • Black R. и др.. Скрининг реактивности супероксида в батареях Li-O 2 : влияние на кристаллизацию Li 2 O 2 /LiOH. Варенье. хим. соц. 134, 2902–2905 (2012). [PubMed] [Google Scholar]
    • Холл Д. С., Селф Дж. и Дан Дж. Р. Диэлектрические постоянные для квантовой химии и литий-ионных аккумуляторов: смеси растворителей этиленкарбоната и этилметилкарбоната.Дж. Физ. хим. С 119, 22322–22330 (2015). [Google Scholar]
    • Мартин Р. П. и Сойер Д. Т. Электрохимическое восстановление диоксида серы в диметилформамиде. неорг. хим. 11, 2644–2647 (1972). [Google Scholar]
    • Ламбет Д. О. и Палмер Г. Кинетика и механизм восстановления белков переноса электронов и других соединений, представляющих биологический интерес, дитионитом. Дж. Биол. хим. 248, 6095–6103 (1973). [PubMed] [Google Scholar]
    • Lough S. M. & McDonald J. W.Синтез дитионита тетраэтиламмония и его диссоциация до анион-радикала диоксида серы в органических растворителях. неорг. хим. 26, 2024–2027 (1987). [Google Scholar]
    • Йеллема Р., Бултуис Дж. и Ван дер Цван Г. Диэлектрическая релаксация смесей ацетонитрил-вода. Дж. Мол. жидкость 73, 179–193 (1997). [Google Scholar]
    • Гальярди Л. Г., Кастельс С. Б., Рафолс К., Розес М. и Бош Э. Статические диэлектрические проницаемости смесей ацетонитрил/вода при различных температурах и параметры Дебая-Хюккеля A и a 0 B для коэффициентов активности.Дж. Хим. англ. Данные 52, 1103–1107 (2007). [Google Scholar]
    • Хаггинс Р. А. Усовершенствованные батареи: аспекты материаловедения Springer (2008). [Google Scholar]
    • Оттакам Тотил М. М., Фройнбергер С. А., Пэн З. и Брюс П. Г. Углеродный электрод в неводных ячейках Li–O 2 . Варенье. хим. соц. 135, 494–500 (2012). [PubMed] [Google Scholar]
    • Иткис Д. М. и др.. Реакционная способность углерода в положительных электродах литий-кислородных аккумуляторов. Нано Летт. 13, 4697–4701 (2013).[PubMed] [Google Scholar]
    • Сытый А. Определение диоксида серы методом ультрафиолетовой абсорбционной спектрометрии. Анальный. хим. 45, 1744–1747 (1973). [Google Scholar]
    • Сунь С., Ню Ю., Сунь З., Сюй Ц. и Вэй Х. Растворимость и спектральная характеристика диоксида серы в производных этиленгликоля. RSC Adv. 5, 8706–8712 (2015). [Google Scholar]
    • Аке Р. Л., Оглсби Д. М. и Килрой В. П. Спектроскопическое исследование дитионита лития и продуктов разряда ячейки Li/SO 2 .Дж. Электрохим. соц. 131, 968–974 (1984). [Google Scholar]
    • Ся С., Блэк Р., Фернандес Р., Адамс Б. и Назар Л. Ф. Критическая роль межфазного катализа в апротонных натрий-кислородных батареях. Нац. хим. 7, 496–501 (2015). [PubMed] [Google Scholar]
    • Гао С., Чен Ю., Джонсон Л. и Брюс П. Г. Стимулирование разряда фазы раствора в батареях Li-O 2 , содержащих слабосольватирующие растворы электролитов. Нац. Матер. 15, 882–888 (2016). [PubMed] [Google Scholar]
    • Лим Х.-Д. и др.. Потенциал длительной работы литий-кислородного аккумулятора с использованием электролита на некарбонатной основе. хим. коммун. 48, 8374–8376 (2012). [PubMed] [Google Scholar]
    • Lim H. D. и др.. Повышенная мощность и перезаряжаемость батареи Li−O 2 на основе иерархически-фибрильного электрода из УНТ. Доп. Матер. 25, 1348–1352 (2013). [PubMed] [Google Scholar]
    • Хартманн П. и др.. Аккумуляторная батарея с супероксидом натрия (NaO 2 ) при комнатной температуре. Нац.Матер. 12, 228–232 (2013). [PubMed] [Google Scholar]
    • Бендер С. Л., Яш Б., Адельхельм П. и Янек Дж. Натрийуглерод: обратимый анод для натрий-кислородных батарей и путь химического синтеза супероксида натрия (NaO 2 ). Дж. Матер. хим. А 3, 20633–20641 (2015). [Google Scholar]
    • Лим Х.-Д. и др.. Рациональный дизайн окислительно-восстановительных медиаторов для усовершенствованных аккумуляторов Li–O 2 . Нац. Энергия 1, 16066 (2016). [Google Scholar]
    • Лю Т. и другие.. Циклирование аккумуляторов Li-O 2 посредством образования и разложения LiOH. Наука 350, 530–533 (2015). [PubMed] [Google Scholar]
    • Шуй Ж.-Л. и др. Обратимость анодного лития в перезаряжаемых литий-кислородных батареях. Нац. коммун. 4, 2255–2261 (2013). [PubMed] [Google Scholar]
    • Jang I.C., Ida S. & Ishihara T. Истощение лития и перезаряжаемость аккумуляторов Li–O 2 в эфирном и карбонатном электролитах. ХимЭлектроХим 2, 1380–1384 (2015). [Google Scholar]
    • Бикер Г., Винтер М. и Бикер П. Электрохимические исследования in situ SEI и образования дендритов на аноде из металлического лития. физ. хим. хим. физ. 17, 8670–8679 (2015). [PubMed] [Google Scholar]
    • Авраам К. и Чаудри С. Поверхностная пленка лития в ячейке Li/SO 2 . Дж. Электрохим. соц. 133, 1307–1311 (1986). [Google Scholar]
    • Хартманн П. и др.. Динамика давления в батареях металл-кислород (металл-воздух): тематическое исследование элементов с супероксидом натрия.Дж. Физ. хим. С 118, 1461–1471 (2014). [Google Scholar]
    • Burke C. M. et al.. Последствия восстановления кислорода 4e посредством окислительно-восстановительного опосредования йодида в батареях Li–O 2 . ACS Energy Lett. 1, 747–756 (2016). [Google Scholar]
    • Хартманн П. и др.. Всестороннее исследование химии элементов батареи с супероксидом натрия (NaO 2 ). физ. хим. хим. физ. 15, 11661–11672 (2013). [PubMed] [Google Scholar]
    • Бочеваров А. Д. и др.. Jaguar: высокопроизводительная программа для квантовой химии с сильными сторонами в науках о жизни и материаловедении.Междунар. J. Квантовая хим. 113, 2110–2142 (2013). [Google Scholar]
    • Lee C., Yang W. & Parr R. G. Преобразование формулы корреляционной энергии Колле – Сальветти в функционал электронной плотности. физ. Преподобный Б 37, 785–789 (1988). [PubMed] [Google Scholar]
    • Бекке А. Д. Функциональная плотность термохимия. III. Роль точного обмена. Дж. Хим. физ. 98, 5648–5652 (1993). [Google Scholar]
    • Харихаран П. и Попл Дж. А. Влияние d-функций на молекулярные орбитальные энергии углеводородов.хим. физ. лат. 16, 217–219 (1972). [Google Scholar]
    • Крессе Г. и Фуртмюллер Дж. Эффективность расчетов полной энергии ab-initio для металлов и полупроводников с использованием базисного набора плоских волн. вычисл. Матер. науч. 6, 15–50 (1996). [Google Scholar]
    • Perdew J. P., Burke K. & Ernzerhof M. Аппроксимация обобщенного градиента стала проще. физ. Преподобный Летт. 77, 3865–3868 (1996). [PubMed] [Google Scholar]

    История аккумуляторов 18650

    Знаете ли вы, что существует несколько разновидностей ионно-литиевых аккумуляторов? Например, оксид лития-марганца, оксид лития-никеля, марганца и кобальта, фосфат лития-железа, титанат лития и оксид лития-кобальта.Эти аккумуляторы помогают питать широкий спектр продуктов от сотовых телефонов до гибридных автомобилей. Сумасшедший, верно? Не только это, но есть перезаряжаемые и неперезаряжаемые версии. Литий-ионные батареи были впервые изобретены химиком Exxon по имени М. Стэнли Уиттингем в 1970-х годах. Что, если подумать, литий-ионные батареи все еще относительно новы и развиваются каждый год. В разгар своих онлайн-поисков я узнал, что литиевые аккумуляторы не перезаряжаемые, а литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы перезаряжаемые.Можно ли перезарядить литиевую батарею? Нет, вы не можете, потому что они не перезаряжаемые. Их просто невозможно перезарядить. Можно ли перезарядить литий-ионный (Li-ion) аккумулятор? Да! Я не знаю, помните ли вы, ребята, но несколько лет назад в 2016 году был период времени, когда телефоны Samsung Galaxy Note7 взрывались! Они взрывались из-за неисправности телефонов, привязанных к ионно-литиевым батареям. Излишне говорить, что это привело к производству гораздо более безопасных батарей.

    Вы слышали о батареях 18650 ? Я наткнулся на магазин Fenix.com и узнали, что они используют определенную батарею во многих своих светильниках. 18650 аккумуляторы литий-ионные аккумуляторы . Они получили свое название от своего размера: 18 мм на 65 мм. Эти аккумуляторы используются не только в фонариках, но и в: электроинструментах, электромобилях, испарителях, камерах, ноутбуках и многом другом! Аккумулятор High Drain в основном означает, что аккумулятор выдает больший ток, чем обычные аккумуляторы. Аккумуляторы 18650 могут иметь от 300 до 500 циклов зарядки, что просто безумие! Обычно для полной зарядки литий-ионного аккумулятора 18650 требуется около 3 часов. Вы знаете, как еще в «старые времена» нас учили, чтобы перезаряжаемая батарея полностью разряжалась, прежде чем -подзарядить ее? Что ж, это уже точно не так. Я бы посоветовал всегда держать ваши литий-ионные аккумуляторы 18650 заряженными выше 3,5 вольт, чтобы максимально использовать их. Чем выше напряжение, тем дольше прослужит литий-ионный аккумулятор 18650. Приятно знать, верно? Если у вас есть запасные батареи 18650, которые редко используются регулярно, я бы посоветовал заряжать их не реже одного раза в три месяца.Всегда хорошо иметь полностью заряженные резервные батареи.

    Теперь поговорим об уровнях в миллиамперах. Миллиампер — это единица измерения, используемая для измерения выходного электрического тока. Чем больше миллиампер, тем дольше время работы. Допустим, у вас есть один аккумулятор ARB-L18-2600 мАч 18650 и один аккумулятор ARB-L18-3500 мАч 18650 . Они оба дадут вам одинаковое количество энергии; однако 3500 будет работать немного дольше. Точная продолжительность работы зависит от продукта, в котором вы используете аккумулятор.Некоторые аккумуляторы 18650 также защищены. Эти батареи созданы для защиты от перезарядки и защиты от разрядки. Итак, это буквально умных аккумулятора . Внутри них установлена ​​крошечная защитная плата. Сумасшедший! Небольшая печатная плата также защищает от перегрева. Это здорово, потому что никто не хочет, чтобы их батарея взорвалась или расплавилась! Вы действительно хотите обратить внимание на технические характеристики при покупке батареи 18650. Кроме того, некоторые компании даже предлагают гарантию на свои аккумуляторы.Вы не ослышались; некоторые аккумуляторы поставляются с гарантией! Защищенные аккумуляторы 18650 — это будущее.

    Вы можете приобрести защищенные и незащищенные батареи 18650 в любом количестве розничных продавцов и интернет-магазинов. Dickssportinggoods.com продает аккумуляторы 18650. На самом деле, они даже предлагают ARB-L18-3500U , который представляет собой защищенную батарею 18650 со встроенным портом USB. Вы можете буквально подключить кабель micro USB к аккумулятору, чтобы зарядить его.Тот, который продает Dick’s Sporting Goods, имеет индикатор уровня заряда батареи. Красный означает, что он заряжается, а синий или зеленый означает, что он заряжен и готов к использованию. На самом деле, Dick’s Sporting Goods в настоящее время проводит срочную распродажу. Гарантия на этот аккумулятор 12 месяцев! В него определенно стоит заглянуть. Если вы, как и я, любитель Amazon, я предлагаю вам попробовать Lumen Tactical. Они продают все виды продуктов, работающих от защищенных аккумуляторов 18650. Amazon — отличное место, где можно найти все виды дешевых и качественных аккумуляторов 18650.

    Знаете ли вы, что у батареек AA и AAA есть приподнятая часть в верхней части с положительной стороны? Это делает их батареей на пуговицах. Существует множество разновидностей аккумуляторов 18650 с кнопочным верхом, а также с плоским верхом. Батареи с плоским верхом полностью соответствуют своему названию: они полностью плоские с обоих концов. Они продают батареи с плоской крышкой, батареи с кнопочной крышкой, защищенные батареи, незащищенные батареи, батареи USB и не-USB 18650. На самом деле любая марка и тип аккумуляторов 18650, которые вы можете себе представить.

    Защищенные аккумуляторы 18650 с USB-портом хороши и удобны, но если вы похожи на меня, возможно, вам стоит подумать о покупке зарядного устройства. Существует несколько различных типов зарядных устройств и смарт-зарядных устройств для аккумуляторов 18650. На рынке есть новое зарядное устройство, которое мне очень нужно, называется многофункциональное зарядное устройство ARE-A4 . Он имеет четыре порта, так что вы можете заряжать четыре аккумулятора одновременно! У него также есть ЖК-экран, что для меня является самой интересной частью. На экране отображается напряжение, время зарядки и ток.Таким образом, вам никогда не придется задаваться вопросом, полностью ли заряжены ваши батареи. Зарядка защищенного аккумулятора 18650 до 4,20 вольт идеальна. При напряжении 4,20 В батарея 18650 заряжена и готова к работе. Супер-радость заключается в том, что многофункциональное зарядное устройство ARE-A4 также можно использовать для зарядки других типов аккумуляторов, таких как 14500 и 16340. Вы можете найти зарядное устройство ARE-A4 в Интернете примерно за 39,95 долларов США. Не так уж и плохо для умного зарядного устройства! Кроме того, в большинстве случаев, если вы покупаете более одного защищенного аккумулятора 18650, вы экономите деньги! Вы можете найти 18650 наборов и наборов повсюду в Интернете.Это определенно стоит поиска, поверьте мне. Вы будете удивлены, сколько денег можно сэкономить, проведя небольшое исследование.

    Я нашел перезаряжаемые батареи 18650 в Интернете всего за 4,99 доллара за штуку! Вы просто хотите убедиться, что прочитали весь мелкий шрифт, чтобы убедиться, что он защищен. Конечно, если вам нужна защищенная батарея 18650. Есть незащищенные 18650 с большей емкостью; вы просто хотите быть осторожным и оставаться в безопасности! Поскольку я упомянул о безопасности, вы должны убедиться, что ваши незащищенные и защищенные батареи 18650 хранятся правильно.Вы серьезно не хотите, чтобы они катались в ящике стола. Это было бы нехорошо! В них накопилось много энергии, ожидающей высвобождения, поэтому я предлагаю использовать контейнер для хранения. Вы можете купить аккумуляторы Tenergy protected 18650 онлайн оптом! Помните, чем больше вы покупаете, тем больше экономите! Если вы похожи на меня, вы хотите сэкономить деньги, когда это возможно. Я также предлагаю ознакомиться с обзорами и рейтингами различных марок аккумуляторов 18650. Всегда приятно услышать о продукте с точки зрения покупателя.Это помогает мне немного лучше понять, тем более что я все еще узнаю все об этих супер мощных батареях 18650.

    Сколько времени требуется для зарядки аккумулятора 18650?
    Время, необходимое для зарядки аккумулятора, зависит от марки аккумулятора и емкости аккумулятора. Емкость батареи 18650 определяется чем-то, что называется уровнем миллиампер, который может быть сокращен как мАч. Уровень миллиампер аккумуляторов 18650 обычно колеблется от 2300 мАч до максимум 3600 мАч.Поскольку более высокий уровень миллиампер указывает на более высокую емкость и более длительное время работы, это также означает, что батарея емкостью 3500 мАч 18650 будет заряжаться дольше, чем батарея емкостью 2300 мАч. Разница во времени зарядки будет не очень большой, но может быть заметной. Например, батарея 18650 емкостью 2600 мАч может занять у примерно 4 часа для зарядки , в то время как батарея емкостью 3500 мАч может занять немного больше времени, около 5-6 часов. Это время зарядки является строго оценочным и может варьироваться в зависимости от марки аккумулятора и марки зарядного устройства, которое вы используете, не говоря уже о выходной мощности источника питания.Зарядному устройству, подключенному к адаптеру переменного тока на стене, потребуется меньше времени для зарядки аккумулятора, чем зарядному устройству, подключенному к порту USB на ноутбуке или настольном компьютере. Поскольку аккумуляторы 18650 имеют несколько более длительное время зарядки, мы рекомендуем держать по крайней мере один запасной аккумулятор 18650 заряженным и готовым к работе, если только вы не можете постоянно заряжать аккумулятор в течение ночи или между каждым использованием. Если вы обнаружите, что ваша батарея разрядилась, потребуется некоторое время, чтобы восстановить работоспособность фонарика, а оставаться в темноте никогда не бывает хорошо!

    Какой аккумулятор 18650 лучше?
    То, что делает 18650 «лучшим», зависит от многих факторов.Следует учитывать несколько вещей: бренд, емкость и любые гарантии или гарантии, которые предлагают производители аккумуляторов. Как упоминалось ранее, максимальная емкость, которую может достичь аккумулятор 18650, составляет 3600 миллиампер. Эти уровни емкости не очень распространены, поскольку современные аккумуляторные технологии совсем недавно позволяют использовать такие высокие уровни. Предыдущий максимум составлял около 3500. По мере того, как наука о хранении энергии продолжает совершенствоваться, максимальная емкость аккумуляторов 18650 также будет расти, но на данный момент максимум составляет около 3600.Это важно помнить, потому что в Интернете есть много мест, таких как Amazon и eBay, где вы можете найти очень недорогие батареи 18650, рекламируемые с смехотворно высокими уровнями миллиампер; например, 10 000 или 20 000 миллиампер, а иногда и выше. Эти батареи НИКОГДА не следует покупать. Тот факт, что уровни миллиампер претендуют на то, чтобы быть настолько высокими, является красным флагом для одного из двух вещей. В лучшем случае это указывает на то, что производитель батареи не использует стандартную систему измерения, которая позволяет сравнивать уровни заряда батареи, и что эта предполагаемая батарея емкостью 10 000 мАч может даже не иметь такой емкости, как батарея емкостью 2300 мАч, или, в худшем случае, это означает, что производитель откровенно лжет о возможностях своих аккумуляторов.Любой из этих вариантов не является хорошим и указывает на нечестную игру. Это особенно серьезно, потому что батареи, особенно мощные, такие как 18650, могут быть ОПАСНЫ. Помните, что это маленькая клетка, которая держит в себе много энергии. Если эту энергию не отрегулировать должным образом, она может быстро высвободиться в виде взрыва.

    Один из способов убедиться, что вы получаете безопасные аккумуляторы 18650, — это покупать аккумуляторы известных марок. Они могут быть немного дороже, но они безопаснее и, следовательно, стоят дополнительных затрат.Вот некоторые известные бренды, которым мы доверяем: Panasonic, Samsung, Fenix, Tenergy. Эти разные бренды также различаются по качеству и цене, но, по крайней мере, вы знаете, что получаете безопасную батарею! Последнее, что нужно учитывать, это наличие гарантии на аккумулятор. Например, Fenix ​​, производитель фонарей, предлагает аккумуляторы 18650, предназначенные для использования в их фонарях. На эти батареи 18650 предоставляется 1-летняя гарантия от дефектов производителя, что означает, что если батарея выйдет из строя по любой причине, кроме неправильного использования, она будет заменена бесплатно.Сравните это с гарантией бренда Tenergy всего на 90 дней, и вы увидите явного победителя. Другие бренды будут иметь другие гарантийные сроки, а некоторые могут вообще не иметь никакой гарантии. Всегда убедитесь, что вы делаете свое исследование перед покупкой!

    Как долго работают батареи 18650?
    Это довольно сложный вопрос, поскольку срок службы батареи 18650 зависит от множества факторов. Время их использования, частота перезарядки и общий уход за ними — все это важные факторы, влияющие на срок службы вашей батареи 18650.

    Вещь, из-за которой 18650 умирает, — это основное использование, процесс зарядки и разрядки батареи. От этих двух компонентов в первую очередь зависит долговечность отдельной батареи. Таким образом, количество времени, в течение которого батарея потребляет энергию, конечно, следует учитывать. Если вы полицейский или охранник в ночную смену и используете фонарик большую часть ночи, или если вы работаете инспектором по домам/вредителям и часто используете его в течение дня, чтобы осматривать темные чердаки или подвалы, вы будет использовать больший процент вашей батареи и, следовательно, заряжать ее чаще, чем человек, который просто использует свет в течение нескольких минут в день, чтобы вывести свою собаку на улицу, или просто имеет его под рукой для экстренного использования.

    Это приводит ко второму и наиболее важному аспекту, который определяет срок службы вашей батареи: количество раз, когда она заряжается. Когда батарея заряжена, она перемещает отрицательно заряженные ионы с одной стороны элемента, катода, на другую сторону, анод. При разрядке аккумулятора происходит обратное. Со временем катод медленно повреждается, в результате чего даже литиевая батарея с самым высоким рейтингом теряет 20% своей емкости после зарядки около 1000 раз.По сути, каждый раз, когда вы подключаете аккумулятор для зарядки, вы немного уменьшаете его максимальную емкость. Чтобы максимально продлить срок службы аккумулятора, лучше всего использовать его до тех пор, пока он не достигнет примерно 50 %, а затем перезарядить его. В таком случае рекомендуется не оставлять его включенным или подключенным к зарядному устройству, когда оно заполнится. Еще одна вещь, которую следует помнить, это то, что перезаряжаемые батареи, в том числе батареи 18650, со временем постепенно разряжаются сами по себе. Это просто природа химического состава перезаряжаемых батарей.

    Это означает несколько вещей. Во-первых, вы не хотите оставлять батарею подключенной к сети и заряжать ее все время. Если вы помните, что перемещение этих ионов с катода на анод вызывает деградацию, вы поймете, что если он у вас постоянно включен, батарея будет постоянно перемещать ионы с катода, как только они возвращаются туда с анода. Во-вторых, вы должны периодически «подзаряжать» аккумулятор, даже если он не использовался. Причина этого объясняется чуть ниже.Наконец, вы никогда не должны целенаправленно запускать аккумулятор, пока он не разрядится. Если аккумулятор 18650 полностью разрядится, он рискует попасть в состояние, называемое «глубоким разрядом», то есть в момент, когда в аккумуляторе остается настолько мало энергии, что его схемы защиты не позволяют добавлять какую-либо энергию к аккумулятору. батарея. Это делает вашу батарею окончательно разряженной. По той же причине вам следует периодически заряжать батареи, даже если они не используются. Если сливать их самостоятельно до состояния глубокого разряда, они будут так же бесполезны, как если бы вы использовали и сливали их полностью в фонарике или другом устройстве.

    Сколько стоят аккумуляторы 18650? Аккумуляторы
    18650 можно найти на множестве веб-сайтов по цене, но обычно они стоят от 3 до 25 долларов. Я бы посоветовал провести некоторое исследование вашего устройства, чтобы увидеть, какой будет оптимальный выбор батареи, поскольку существует так много разновидностей 18650, особенно перед покупкой каких-либо батарей из неизвестного источника или менее известного бренда только потому, что цена отличная.Мы все слышали поговорку: вы получаете то, за что платите, и это как нельзя более верно, когда речь идет о ваших батареях, потому что, к сожалению, они не все устроены одинаково. Более дорогие модели, скорее всего, будут иметь более высокий миллиампер-час или лучший, более известный бренд с более высокими циклами перезарядки, что означает, что они прослужат вам дольше. Чтобы рассчитать мАч батареи, вы начинаете с умножения времени работы батареи на ампер разрядного тока. Ячейки с защитой PTC обычно немного дороже, поскольку в них больше возможностей, чем в незащищенных ячейках.Эти элементы чаще используются в вейпах, дронах, фонариках, электроинструментах, электромобилях и ноутбуках из-за их эффективного использования, большей емкости и скорости разряда. Они стоят дороже, чем ваши стандартные щелочные батареи, поскольку они предназначены для устройств с высоким энергопотреблением и имеют гораздо большую емкость. По мере развития технологий стоимость изготовления этих батарей будет снижаться, что, в свою очередь, снизит стоимость розничных цен, а также для среднего потребителя.

    Да, только если батарея 18650 перезаряжаемая и изготовлена ​​по литий-ионной технологии.    Аккумуляторы гораздо безопаснее для окружающей среды, несмотря на более высокую начальную стоимость, но в долгосрочной перспективе они будут дешевле. Вам понадобится зарядное устройство, предназначенное для этих конкретных типов батарей, но самые передовые интеллектуальные зарядные устройства могут заряжать множество различных типов элементов. Например, многофункциональное зарядное устройство Fenix ​​A4 может заряжать несколько типов аккумуляторов, таких как 10440, 14500, 16340, 18650, 21700, 26650, а также никель-металлогидридные, никель-кадмиевые аккумуляторы AA, AAA и C. Имеет несколько уровней защиты, таких как защита от короткого замыкания, защита от перегрузки по току, защита от перенапряжения и защита от неправильной полярности. Одной из замечательных особенностей этого зарядного устройства является возможность разрядки аккумуляторов, чтобы вы могли использовать их для зарядки другого устройства, такого как мобильный телефон, GPS, планшет или смарт-часы, и это очень просто сделать, перевернув зарядный кабель туда, где идет больший конец. в зарядное устройство, а меньший конец micro USB войдет в устройство, которое вы хотите зарядить с помощью 18650, что является фантастическим в чрезвычайных ситуациях! Нормальная зарядка

    Время для элемента 18650 обычно составляет около 4 часов, но может варьироваться в зависимости от напряжения и силы тока используемого зарядного устройства.Если оставить аккумуляторы в зарядном устройстве на длительное время, это может нанести ущерб аккумуляторам, что приведет к потере емкости и циклов зарядки, а также может нанести вред элементу, если он полностью разряжен. Если вы собираетесь хранить их какое-то время, вам следует полностью зарядить их и проверять каждый месяц или около того, чтобы убедиться, что они не разряжаются слишком низко, поскольку иногда они не могут восстановиться, если напряжение падает. слишком низко. В батареях миллиампер-часы используются для определения того, какую мощность батарея будет обеспечивать в течение одного часа, поэтому, допустим, вашему устройству требуется 1500 миллиампер, чтобы оставаться включенным в течение часа, и у вас есть батарея емкостью 3000 мАч, тогда эта батарея будет работать. в течении двух часов.Еще один часто задаваемый вопрос: как долго прослужит эта батарея? Литий-ионные батареи плохо работают в более жарком климате, поэтому следите за тем, чтобы они не подвергались длительному воздействию тепла или солнечного света. Каждая батарея будет иметь определенное количество циклов, для которых она гарантирована, и вам нужно выбрать батареи с более высокими циклами, где-то от 500 до 1000 циклов, чтобы убедиться, что вы получаете качественную батарею. Как только срок службы вашей батареи подходит к концу, что рано или поздно произойдет, вы довольно быстро заметите снижение производительности, например, неспособность удерживать заряд, нагрев во время зарядки или разрядки, что обычно происходит, когда батарея лет.Аккумуляторы 18650 всегда следует сдавать на переработку в ближайшем пункте приема аккумуляторов, потому что внутренние материалы все еще можно собрать для использования, а не оставлять их в мусоре или на свалке. Если вы не знаете, куда сдать старые батарейки на переработку, есть несколько веб-сайтов, которые точно покажут вам, куда их сдать, и большинство из них можно сдать бесплатно. В прошлом я уже отправлял людей на этот веб-сайт, а именно https://www.call2recycle.org/locator/, и дам вам подробную карту вашего района, а также другие полезные советы по переработке и другую информацию.Если у вас есть собственный бизнес, вы можете даже настроить собственный пункт выдачи заряда батареи в вашем регионе, и он будет указан в Интернете, чтобы другие могли его найти.

    Какой аккумулятор 18650 самый мощный?
    Покупка аккумуляторов может сбивать с толку, особенно учитывая, сколько в настоящее время существует различных размеров, химического состава, напряжения и миллиампер. 18650 довольно новые и очень мощные, поэтому обязательно следуйте всем инструкциям или указаниям перед использованием или зарядкой аккумулятора, чтобы предотвратить повреждение аккумулятора, вашего устройства или даже себя.Аккумуляторы 18650 могут различаться по емкости, но всегда будут изготавливаться по литий-ионной технологии и будут иметь напряжение 3,7, но могут подняться до 4,2 при полной зарядке, а их емкость может варьироваться от

    2300 мАч до около 3600 мАч (Mili Amp Hours), что определяет, как долго будет работать батарея, прежде чем ее придется перезаряжать. Это, вероятно, будет самым важным при принятии решения о покупке аккумуляторов. Эти аккумуляторы 18650 реально могут разогнаться только до 3500-3600 мАч.Любая батарея 18650, которая, как вы видите, утверждает, что она выше этой, либо не соответствует действительности, либо они используют какую-то нестандартную систему измерения, чтобы их батарея выглядела лучше искусственно. Некоторые продавцы или розничные продавцы могут даже продавать подделки, которые повторно запаковывают, чтобы выдать за новые, и печатают на них поддельные спецификации. Потребителю очень сложно проверить емкость своей батареи, и поэтому этим компаниям это может легко сойти с рук. Это то, что вы обычно видите на Ebay или Amazon.Некоторые из лучших моделей будут иметь то, что называется PTC или PCB, что в основном представляет собой просто схему защиты, которая предотвращает перезарядку батареи и может сделать элемент немного длиннее из-за включенной защиты схемы. Лично я всегда рекомендую аккумуляторы с защитой PTC, чтобы предотвратить возникновение любой опасной ситуации, потому что, когда дело доходит до аккумуляторов, всегда лучше перестраховаться, чем сожалеть. С развитием современных производителей аккумуляторов популярность литий-ионных аккумуляторов 18650 должна продолжать расти вместе с мощностью, надежностью и временем работы. Если вы используете устройство, для которого требуется две или более батарей 18650, вам нужно убедиться, что у вас одинаковая емкость или миллиампер для каждой батареи в вашем устройстве, и причина, по которой батареи с меньшей емкостью разряжаются быстрее, чем те с более высокой емкостью, что приведет к менее эффективной работе устройства, и вам придется вынимать их для зарядки, в то время как вашим батареям большей емкости еще предстоит пройти путь, прежде чем их нужно будет зарядить.

    .
  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.