Электролит для аккумуляторов состав и свойства: Кислотный электролит: состав и метод изготовления

Виды, Составы и Как приготовить

Без электролитов невозможна работа перезаряжаемых источников электроэнергии. Существует несколько основных типов таких веществ, которые наиболее часто используются в современных устройствах этого типа. О том, какие существуют виды электролитов, а также каким образом  можно приготовить смесь для заливки в аккумуляторную батарею, будет подробно рассказано в этой статье.

Содрежание

• Что такое электролит и для чего он нужен
• Виды электролита
• Кислотный электролит
• Щелочной электролит
• Корректирующий электролит
• Какой электролит в какой аккумулятор заливается

Что такое электролит и для чего он нужен

Электролит представляет собой кислотный или щелочной раствор, который принимает участие в химической реакции. Во время зарядки батареи, плотность токопроводящей жидкости повышается, поэтому по этому параметру можно довольно точно судить о степени заряженности аккумулятора.

Важно не только наличие токопроводящей жидкости в батарее, но также и качество смеси. Если приготовление раствора серной кислоты или щёлочи с водой производилось с нарушением технологии, то аккумулятор будет работать нестабильно либо полностью выйдет из строя в течение непродолжительного времени.

Виды электролита

Электролиты бывают двух основных видов:

• Кислотный.
• Щелочной.

Кислотные смеси с дистиллированной водой применяются в основном в аккумуляторах, применяемых для запуска двигателя автомобиля. Такие вещества можно приобрести в специализированных магазинах либо приготовить самостоятельно. На заводе такие смеси делают по ГОСТу, в домашних условиях также можно довольно точно соблюсти необходимые пропорции при смешивании кислоты с водой.

Щелочная смесь может быть приготовлена с использованием различных активных веществ, но наиболее часто применяется кальциево-литиевая основа, которая разводится необходимым количеством дистиллированной воды.

Кислотный электролит

Кислотную токопроводящую жидкость можно готовить самому из концентрированной серной кислоты.

Состав. В состав кислотного электролита входят два вещества:

• Кислота.
• Дистиллированная вода.

В качестве основного вещества чаще используется серная кислота, которая практически не имеет запаха, не испаряется при комнатной температуре. По электропроводимости и другим важнейшим характеристикам этот элемент также наиболее подходит для заливки в свинцовые аккумуляторные батареи.

Особенности химических свойств. Основной характеристикой кислотного аккумулятора является его плотность. Этот параметр может существенно отличаться в зависимости от степени заряженности батареи, но не должен быть ниже 1,26 и выше 1,30 г/мм3.

Температура замерзания аккумуляторной жидкости напрямую зависит от её плотности, но если этот показатель опустится ниже минус 75 градусов Цельсия, то токопроводящая жидкость даже в полностью заряженном аккумуляторе превратится в лёд.

Серная кислота является едким веществом, поэтому при работе с этим веществом, следует использовать индивидуальные средства защиты.

Как минимум, следует применять защитные очки и резиновые перчатки.

Применение. Кислотный электролит применяется, в основном, в свинцовых аккумуляторах. Такие источники тока используются в качестве стартерных батарей в легковом и грузовом транспорте.

Как приготовить. Чтобы приготовить самостоятельно потребуется следующие материалы и инструменты:

• Устойчивую к воздействую кислоты посуду и лопатку для помешивания раствора.
• Дистиллированную воду.
• Аккумуляторную серную кислоту.

Перед выполнением работы следует позаботиться о безопасности. Чтобы защититься от возможного негативного воздействия необходимо подготовить:

• Защитные очки.
• Устойчивый к кислоте фартук.
• Резиновые перчатки.
• Соду для нейтрализации действия кислоты.

Процесс приготовления осуществляется в такой последовательности:

• В ёмкость наливают необходимое количество воды.
• Тонкой струйкой добавляют концентрированную кислоту.
• Перемешать стеклянной или пластиковой лопаткой получившийся раствор.
• Дать отстояться смеси в течение 12 часов.

Для приготовления 1 литра смеси необходимой плотности потребуется 0,781 л воды и 0,285 л серной кислоты.

Щелочной электролит

Щелочной электролит имеет свои преимущества и недостатки, но такой состав также широко используется в качестве токопроводящей жидкости в портативных источниках питания.

Состав. В состав аккумуляторного электролита щелочного типа могут использоваться едкий калий или едкий натрий. Для улучшения эксплуатационных характеристик к щелочной основе добавляют также литиевые соединения. Для придания смеси текучести её разбавляют дистиллированной водой.

Особенности химических свойств. Все щелочные аккумуляторные жидкости – это сильные основания, которые активны по отношению к многим металлам и кислотам.

В результате химических реакций с кислотами образуются соль и вода. Растворы щелочей также подвергаются гидролизу. Перечисленные химические свойства позволяют использовать этот тип электропроводящей жидкости для накопления электроэнергии в аккумуляторе.

Применение. Применение щелочных растворов сводится в основном к заправке аккумуляторных батарей. Такие источники электрического тока используются в различных приборах, электропогрузчиках, а также в качестве стартерных батарей для военных машин.

Как приготовить. Чтобы приготовить следует придерживаться определённых правил. Прежде всего, необходима вместительная посуда, изготовленная из устойчивого к щелочи материала. Процесс приготовления следующий:

• В ёмкость заливается необходимое количество дистиллированной воды.
• В жидкость аккуратно всыпается сухая щёлочь. Затем смесь помешивают с помощью пластмассовой лопатки.
• Производится анализ плотности. При необходимости добавить сухую смесь или воду.
• Отстаивается раствор в течение 3 часов.
• Переливается электролит в другую ёмкость, стараясь не допустить поднятия осадка со дна ёмкости.

Если вся работа была произведена по инструкции, то можно получить качественный электролит, который заливают затем в аккумуляторы подходящего типа.

Корректирующий электролит

В процессе эксплуатации обслуживаемых аккумуляторов в банки может быть случайно добавлено слишком большое количество дистиллированной воды, что приведёт к падению плотности токопроводящей жидкости ниже допустимого уровня.

Решается эта проблема приготовлением и заливкой корректирующего электролита повышенной плотности.

Состав. Состав корректирующего раствора не отличается от основного электролита. Например, дли свинцово кислотных АКБ необходимо также развести серную кислоту в дистиллированной воде, но пропорции будет немного отличаться (для получения 1 литра электролита необходимо придерживаться соотношения 0,650 л воды и 0,423 кислоты).

Особенности химических свойств.  Химические свойства корректирующего электролита практически не отличаются от основной токопроводящей жидкости. Физические параметры могут незначительно отличаться (более низкая температура замерзания).

Применение. Единственное применение корректирующего электролита – это восстановление оптимальной концентрации кислоты или щёлочи внутри банок аккумулятора.

Как приготовить. Для приготовления корректирующего состава необходимо разбавить чистое основное вещество в дистиллированной воде, но добавлять его необходимо немного больше, чем при производстве обычного электролита.

Последовательность операции также не отличается от стандартной схемы работы с едкими веществами для приготовления токопроводящей жидкости для аккумулятора.

Какой электролит в какой аккумулятор заливается

Если залить в аккумулятор неподходящий электролит, то АКБ будет полностью выведена из строя. Тип аккумулятора, как правило, указан на корпусе изделия, поэтому совершенно несложно установить принадлежность источника питания к определённой категории.

Если этикетка отсутствует, то можно взять небольшое количество электролита и с помощью тестов определить его состав. В свинцово-кислотные аккумуляторы заливаются электролиты на основе серной кислоты. Для щелочных источников питания можно использовать растворы KOH и NaOH.

При добавлении электролита в щелочные устройства следует также точно определить химическую формулу применяемого основания. Отличить одну щёлочь от другой можно по цвету пламени. Если добавить в костёр KOH то цвет огня изменится на красно-фиолетовый, NaOH – горит жёлтым свечением.

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

что это такое, химический состав, как приготовить

Время на чтение: 3 мин

3635

Электролит – это специальная смесь, которая заливается в аккумуляторы. Это один из необходимых компонентов для работы батареи.

О существующих видах химического раствора и о способе приготовления этой жидкости мы расскажем вам здесь.

Что из себя представляет электролит и зачем его использовать

Это жидкость на основе кислоты или щелочи. Работает она как проводник тока. При повышении уровня заряда АКБ плотность жидкости повышается.

Химический раствор должен быть качественным, сделанным без отступлений от технологии изготовления. В противном случае заряд аккумулятора не произойдет.

Какие виды химической жидкости существуют

Поскольку электролит – это смесь либо на основе кислоты либо щелочи, то видов этой смеси два: щелочная и кислотная.

Кислотная – симбиоз кислоты и дистиллированной воды. Аккумуляторы с этим типом электролита нужны, чтобы запустить двигатель.

В щелочном типе жидкости применяется смесь кальциево-литиевой основы и дистиллированной воды.

Такие смеси служат для накапливания электричества в АКБ. Область применения этих батарей – электроприборы, автопогрузчики, военная автотехника.

Способ приготовления кислотного раствора

Потребуется следующее:

1. Емкость и шпатель для смешивания,  способные противостоять к разъеданию кислотами.
2. Очищенная (дистиллированная) вода.
3. Серная кислота для аккумулятора.
4. Защитная одежда (фартук, очки, перчатки).
5. Сода (нейтрализатор кислоты).

Как готовим:

1. В посуду наливаем нужное количество воды и аккуратно и медленно вливаем в воду кислоту.
2. Перемешиваем шпателем.
3. Оставляем на отстаивание не менее полусуток. На литр смеси берем 0,75 воды и 0,285 кислоты.

Готовим щелочной раствор

Нам понадобится посуда, устойчивая к химическим щелочным реакциям, щелочь (едкий калий или едкий натрий), можно добавлять литиевые вещества для улучшения качества раствора, вода.

Важно! Воду добавляем полностью очищенную, т.е. дистиллированную!

Способ приготовления:

1. В посуду наливаем дистиллированную воду.
2. Высыпаем щелочь и тщательно размешиваем. Если плотность неудовлетворительная, то добавляем щелочь или жидкость.
3. Настаиваем три часа.
4. Переливаем полученную жидкость в другой сосуд, не поднимая осадка.

Электролит с повышенной плотностью

Он может понадобиться нам для коррекции плотности находящегося в аккумуляторе. В случае если вы добавили в банки батареи много воды и плотность химической смеси упала, можно откорректировать ее с помощью электролита с большей плотностью.

Для приготовления немного меняем пропорции щелочи (кислоты) и воды (0,423 к-ты на 0,650 воды). Очередность действий такая же, как и при изготовлении основного раствора.

Химические свойства электролита такие же, но температура замерзания ниже. Смесь используется только для корректировки основного электролита.

Для каких аккумуляторов используют разные типы химической жидкости?

Чтобы не ошибиться, следует изучить этикетку на аккумуляторе. Если батарея свинцово-кислотного типа, то используем кислотную смесь.

В щелочные батареи наливаем раствор на основе калиевого или натриевого вещества. Тип щелочи можно узнать по горению. Калий горит фиолетово-красным, а натрий — желтым огнем.

Итак, если вдруг возникнет необходимость самостоятельно приготовить электролит для аккумулятора, то, в принципе, это возможно. Следует соблюдать технику безопасности и быть внимательным к пропорциям веществ — и все обязательно получится.

Анализ свойств электролита – TA Instruments

Одним из наиболее важных компонентов батареи является электролит, представляющий собой проводящий раствор, переносящий положительно заряженные ионы от катода к аноду в процессе разряда. Электролиты литий-ионных аккумуляторов традиционно изготавливаются из соли лития, растворенной в смеси органических растворителей. Во время формирования батареи растворяющие и солевые компоненты электролита восстанавливаются на аноде с образованием межфазной фазы твердого электролита (SEI), которая играет решающую роль в работе и безопасности батареи.

Современные исследователи батарей экспериментируют с различными составами жидких, гелевых, полимерных и твердотельных электролитов. Разработка успешных электролитов требует баланса вязкости, проводимости, электрохимической стабильности и стоимости. Большинство электролитов могут хорошо работать при низких температурах, но имеют ограниченную термическую стабильность даже при умеренных температурах.

Разработчики аккумуляторов полагаются на термический анализ для измерения термической стабильности электролитов и обеспечения того, чтобы их конструкции не разрушались и не возгорались. Термическую стабильность электролита можно исследовать с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и термогравиметрического анализа (ТГА), и вместе эти методы обеспечивают комплексный анализ тепловых свойств электролита. Реология позволяет инженерам измерять вязкость и производить электролитические растворители с оптимальной прокачиваемостью в процессе производства.

Instruments and Test Parameters

Material: Nonaqueous solvents

Material Examples: Carbonates and electrolytic solutions, Lithium hexafluorophosphate (LiPF ₆ )

APCG & LCMS

Molecular degradation электролитов и добавок

Дифференциальная сканирующая калориметрия

Состав электролита

• Плавка
• Кристаллизация

Термическая стабильность

• Температурный разгон
• Теплота реакции

Реометрия

Перекачиваемость, транспортировка

• Предел текучести
• Вязкость (ньютоновская, уменьшение при сдвиге, увеличение при сдвиге)
• Вязкоупругость

Влияние циклов заряда-разряда на проводимость

• Вязкость
• Электрореология

Пример применения

Какие тепловые события приводят к тепловому разгону?

Несмотря на то, что остаются вопросы о процессе теплового разгона в батареях, текущее понимание предполагает, что он инициируется следующей серией событий. Экзотермические реакции, приводящие к тепловому разгону, разрушительно взаимодействуют с каждым внутренним компонентом литий-ионной батареи (LIB), поскольку температура батареи продолжает расти; некоторые элементы являются ранними жертвами, в то время как большинство непосредственно ускоряют накопление тепла при выходе из строя.

Первым компонентом, который начинает разрушаться, является интерфаза твердого электролита (SEI), которая обычно начинается при 80-120°C (176-248°F). В этот момент тепловой разгон можно замедлить, но он больше не обратим, если анод подвергается воздействию электролита. Экзотермические реакции, происходящие на поверхности реактивного анода, добавляют больше тепла в систему, пока она не достигнет следующих критических температур.

Следующим затронутым компонентом является сепаратор, который выходит из строя в два этапа. При температуре около 120-150°C (248-302°F) сепаратор начинает плавиться и вызывает небольшое короткое замыкание, за которым следует более серьезное внутреннее короткое замыкание, когда сепаратор разрушается при температуре около 220-250°C (428-482°F). Ф).

Следующие реакции происходят быстро и непосредственно в соответствии с предыдущим температурным диапазоном; материал катода, связующее вещество и электролит начинают разлагаться, что резко повышает температуру элемента батареи до температуры около 800°C (1472°F). Эти реакции имеют газообразные продукты, которые повышают давление внутри ЛИА.

Термограмма ТГА, показывающая термическую нестабильность графитового материала анода

Помимо быстрого выделения тепла, катодные реакции имеют опасный побочный продукт — кислород, который легко воспламеняется. В зависимости от точных условий немедленным результатом будет либо «Тепло + Кислород = Огонь», либо «Тепло + Газ = Разрыв/Взрыв». Конечно, не все материалы сделаны одинаковыми и могут оказаться выше или ниже этих диапазонов — или даже за пределами этих температур в будущем — поэтому важно сделать максимально безопасный выбор материалов для данной батареи с надлежащим тестированием.

Чтобы избежать теплового разгона и выбрать материалы для батарей с оптимальными термостойкостью, исследователи аккумуляторов обращаются к дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и термогравиметрическому анализу (ТГА):

ДСК: ДСК измеряет поток тепла в материал или из него как функция температуры или времени. Фазовые изменения прерывают зависимость теплоемкости между изменением температуры и поглощенным или выделенным теплом и видны на выходе графика. Это позволяет проводить испытания в различных условиях, от безопасной рабочей температуры до теплового воздействия.

ТГА: ТГА измеряет массу образца как функцию температуры или времени. Вообще говоря, более термически стабильный материал может достичь более высокой температуры до того, как произойдет какое-либо изменение массы.

Ответьте на следующие вопросы по результатам ДСК:

• Температура плавления материала, Tm
• Температура стеклования материала, Tg
• Самая низкая температура фазового перехода различных материалов, из которых состоит батарея.

Ответьте на следующие вопросы, используя результаты ТГА:

• Температура, при которой материал начинает разлагаться.
• Количество массы образца, потерянной в результате термического или окислительного разложения при данной температуре.
• Скорость реакций разложения (как окислительных, так и термических) при данной температуре.
• Максимальная термически стабильная температура различных материалов, из которых состоит батарея.

Свяжитесь с нами, чтобы обсудить требования к тестированию материалов аккумуляторов.

Руководство по разработке органических электролитов для литий-ионных аккумуляторов: воздействие на окружающую среду, физико-химические и электрохимические свойства

Руководство по разработке органических электролитов для литий-ионных аккумуляторов: воздействие на окружающую среду, физико-химические и электрохимические свойства†

Бенджамин Фламме, ^и Гонсало Родригес Гарсия,‡ ^bcf Марсель Вайль, ^дф Мансур Хаддад, ^и Фаннарат Пхансават, ^и Вирджиния Ратовеломанана-Видаль ^и и Александр Шагнес§* ^и

Принадлежности автора

* Соответствующие авторы

^и Исследовательский университет PSL, Chimie ParisTech – CNRS, Institut de Recherche de Chimie Paris, 11 rue Pierre et Marie Curie, Париж, Франция

^б Институт Гельмгольца Ульм (HIU) Электрохимическое хранение энергии, Гельмгольцштрассе 11, 89081 Ульм, Германия

^в Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf (HZDR) Bautzner Landstraße 400, 01328 Дрезден, Германия

^д Институт оценки технологий и системного анализа (ITAS), Karlstraße 11, 76133 Карлсруэ, Германия

^и GéoRessources – UMR CNRS 7359-CREGU-Université de Lorraine, 2 Rue du Doyen Roubault, Vandoeuvre les Nancy Cedex, France
Электронная почта: alexandre. chagnes@univ-lorraine.fr

^ф Технологический институт Карлсруэ (KIT), P.O. Box 3640, 76021 Карлсруэ, Германия

Аннотация

Электролиты для литий-ионных аккумуляторов (LiB) слишком долго откладывались, потому что было разработано несколько новых растворителей, соответствующих спецификациям электролита. И наоборот, значительное внимание уделялось синтезу новых электродных материалов и особенно положительных электродов. В частности, большинство работ, посвященных исследованию электролитов для LiB, были сосредоточены на смешивании различных молекул. В настоящее время разработка высоковольтных материалов для LiB стимулирует синтез новых растворителей и новых солей, более устойчивых к окислению.