Как повысить плотность акб: Как поднять плотность в аккумуляторе

Содержание

Как повысить плотность в аккумуляторе автомобиля

Водители часто сталкиваются с непредвиденными ситуациями, вызываемыми невозможностью запуска мотора. Двигатель начинает некорректно работать при ухудшении характеристик батареи, утратившей часть кислотного раствора.

В таком случае автовладелец задумывается, как поднять плотность у аккумулятора. Существует несколько методов восстановления, которые используют в домашних условиях.

При постоянном паркинге машины на улице плотность электролита в АКБ будет снижаться.

Содержание

Почему снижается плотность электролита
Опасности низкой и высокой концентрации кислоты
Проверка плотности электролита
Как откорректировать плотность раствора
Плотность раствора в холодный период
Подготовка к восстановлению батареи
Повышение плотности электролита
Можно ли повысить минимальную плотность
Как повысить при помощи зарядного устройства

Почему снижается плотность электролита

Выполнить ремонт АКБ невозможно, не определив причину снижения концентрации электролита.

Содержание кислоты в наполнителе аккумулятора уменьшается из-за таких причин:

Глубокий разряд. По мере исчерпания запаса заряда плотность электролита начинает падать. Зарядка помогает плавно восстановить нужный уровень. При выраженном снижении концентрации кислоты батарея теряет большую часть мощности и не подлежит ремонту.
Частое использование в морозную погоду или хранение в неотапливаемом помещении.
Неправильный выбор параметров тока зарядки. При подаче высокого напряжения кислотный раствор превращается в газ, который утекает через отводящие отверстия корпуса.
Регулярная доливка воды. Это действие выполняется для поддержания нужного объема жидкого наполнителя. Измеряют плотность состава при доливке не всегда. Кислота выкипает вместе с водой, поэтому ее содержание в составе снижается.

Опасности низкой и высокой концентрации кислоты

Повышение содержания кислоты в электролите становится причиной поломки аккумулятора. Оно способствует разрушению пластин и коротким замыканиям емкостей элемента питания. Серная кислота способна разъедать даже сталь.

Снижение плотности электролита может привести к образованию сульфатного налета на пластинах — из-за этого АКБ перестанет держать заряд.

Снижение плотности электролита вызывает такие проблемы:

Появление сульфатного налета на пластинах. Это явление снижает способность батареи к приему и удержанию заряда.
Изменение порога замерзания наполнителя. Содержащая недостаточное количество кислоты жидкость превращается в лед уже при -3°С. Кристаллы повреждают пластины, вызывая их деформацию. Восстановить такую батарею невозможно. Если концентрация электролита лежит в пределах нормы, он не замерзнет даже при -50°С.
Невозможность запуска мотора. Этот признак можно заметить в морозную зиму.

Проверка плотности электролита

Измерить плотность кислотного состава можно самостоятельно. Замеры выполняют в отапливаемом помещении.

Для проведения процедуры потребуются такие материалы и инструменты:

Денсиметр. Так называют устройство, предназначенное для измерения плотности жидких сред. Оно имеет вид полой трубки с колбой и ареометром.
Средства защиты рук, органов зрения и дыхания. Попадающая на кожу кислота оставляет глубокие ожоги. Вдыхание токсичных паров вызывает тяжелые отравления. Помещение, в котором проводятся опыты, должно постоянно проветриваться.

Для проверки плотности электролита в АКБ автомобиля используется денсиметр, конец которого нужно погрузить в ёмкость аккумулятора.

Для определения плотности выполняют следующие действия:

Демонтируют аккумуляторную батарею. Элемент питания нужно освободить от защитного чехла и пробок.
Оценивают количество электролита. В кальциевых АКБ жидкость должна закрывать вершины пластин.
Разряженный аккумулятор подсоединяют к зарядному устройству. Через 6 часов приступают к измерению плотности. Если уровень электролита остался прежним, денсиметр вводят в емкости, откачивая небольшой объем раствора. При измерении показателя ареометр не должен касаться стенок колбы.
Определяют показания прибора. При этом учитывают температуру воздуха в помещении.
Измеряют плотность наполнителя в остальных емкостях батареи. Полученные значения сравнивают с нормальными.

Этот способ подходит только для оценки состояния разборных батарей. На корпусе необслуживаемого аккумулятора имеются светодиоды, меняющие цвет при снижении концентрации жидкого содержимого.

Как откорректировать плотность раствора

Нормальной считается плотность 1,25-1,27 г/см³. Если показатель при нормальной температуре воздуха не поднимается выше 1,23, его нужно увеличивать. Когда концентрация кислоты снижается только в одной банке, речь идет о коротком замыкании.

Повышение плотности свидетельствует о подаче тока высокой силы при зарядке. Для увеличения показателя используют готовый электролит или концентрированную кислоту, для снижения — дистиллированную воду.

Плотность раствора в холодный период

В зимний период плотность кислотного раствора полностью заряженной батареи составляет 1,27. При использовании элемента питания в районах с холодным климатом коррекции показателя в весеннее время не требуется.

Таблица плотности электролита в аккумуляторе в зависимости от температуры и заряда.

Подготовка к восстановлению батареи

Подготовительный этап включает такие шаги:

Восстановление заряда АКБ. Добавление электролита при низком заряде противопоказано. Это приведет к резкому росту уровня кислоты, деформации и замыканию металлических элементов. Изделие в таком случае подлежит утилизации.
Измерение температуры наполнителя. Нормальным считается значение +22…+25°С. Оценивают и уровень электролита во всех емкостях.
Визуальный осмотр. На корпусе не должно быть дефектов, особенно рядом с токовыводами. Появлению трещин в этой области способствует неправильное снятие застывших клемм.

Повышение плотности электролита

Если показатель слишком низкий, требуется добавление готового электролита с нормальным содержанием кислоты.

Процедуру выполняют таким образом:

Подготавливают электролит. Содержание кислоты в таком составе должно быть не ниже 1,4 г/см³.
Добавляют корректирующее средство. Перед этим удаляют часть имеющегося наполнителя. Плотность раствора должна увеличиться до 1,25. Электролит доливают в каждую емкость АКБ. Объем добавляемой жидкости не должен превышать количества удаленной.
Встряхивают корпус. Это способствует выравниванию структуры наполнителя.
Заряжают аккумулятор. Зарядное устройство подключают на 30 минут, что позволяет концентрации раствора нормализоваться. Силу тока уменьшают в 2 раза и оставляют батарею еще на 2 часа. При сохранении прежней концентрации кислоты после зарядки цикл повторяют.

При полной замене электролита в аккумуляторе автомобиля используется жидкость плотностью 1.28 г/см3, а при выравнивании плотностью не менее 1.4 г/см3.

Можно ли повысить минимальную плотность

Слишком маленькой считается плотность ниже 1,18. Доливка готового электролита не дает результата. Восстанавливают батарею, используется раствор, содержащий повышенное количество кислотного компонента.

Наполнитель заменяют так:

Удаляют содержимое банок. При этом стараются выкачать как можно больше жидкости. После этого элемент питания кладут в таз и переворачивают. Дно каждой емкости прокалывают. Батарее придают горизонтальное положение, дожидаясь вытекания электролита.
Промывание банок. Через крышки заливают дистиллированную воду, которая смывает остатки электролита. Оставшиеся после удаления наполнителя отверстия заделывают кислотостойким полимерным материалом.
Добавление нового раствора. Если процедура выполнена правильно, концентрация становится нормальной. Батарею можно заряжать и использовать по назначению.

Замена электролита помогает ненадолго восстановить работоспособность аккумулятора. Со временем батарея теряет емкость, ее приходится утилизировать.

Как повысить при помощи зарядного устройства

Иногда пользователь замечает, что после использования при низких температурах уровень кислоты упал. Нормализовать показатель можно, подавая ток низкой силы. Процесс зарядки длится не менее 72 часов. Этот метод эффективен при невозможности восстановления аккумулятора другими средствами.

После набора батареей полного заряда электролит начинает кипеть, вода испаряется. Об этом свидетельствует появление пузырьков на поверхности наполнителя.

Процесс кипения приводит к повышению концентрации кислоты. Уровень наполнителя снижается, поэтому нужно добавить готовый электролит. Завершают процедуру измерением плотности состава. При получении низких показаний цикл зарядки и доливки готового раствора повторяют.

Как замерить плотность электролита в аккумуляторе

Устройство аккумулятора

В целом описать устройство аккумулятора можно следующим образом:

Корпус из инертного пластика, устойчивого к агрессивным воздействиям электролита.
Внутри корпуса располагается некоторое количество герметичных модулей, называемых банками, обычно их шесть, соединенных между собой плюсовой и минусовой шинами. По своей сути, каждая банка — это небольшой аккумулятор, а АКБ их блок, собирающий и выдающий их общее напряжение.
В каждой банке находятся пакеты, которые состоят из последовательно отделенных диэлектрическими разделителями катода и анода, обычно из свинцово-кальциевого сплава, которые залиты электролитом.
На крышке находятся газоотводное отверстие, ручки для переноски, клеммы. В случае обслуживаемого аккумулятора заливные отверстия, закрытые пробками. Необслуживаемого — только глазок индикатора уровня электролита.

Зачем измерять плотность электролита в АКБ?

Некоторые автолюбители не понимают важности поддержания оптимальной плотности электролита внутри аккумулятора. Сделать это можно только при проведении её замеров с использованием различных приборов. Все дело в том, что при изменившейся плотности, а она зависит от соотношения серной кислоты и дистиллированной воды (35% и 65%), начинаются процессы, которые могут вызвать разрушение составляющих аккумулятора или нарушения в его работе. Если значения повышены, то это говорит об избытке кислоты, которая активно воздействует на пластины вплоть до полного их разрушения. При низкой плотности, количество кислоты снижено и из-за этого АКБ не сможет набрать свою полную емкость.

!Важно При длительном использовании разряженной АКБ зачастую происходит сульфитация пластин. Решить это проблему восстановлением плотности невозможно и придется отправлять аккумулятор на восстановление.

Таким образом, проводя измерение плотности электролита, выявляют возникшие проблемы и препятствуют выходу аккумулятора из строя.

Какие значения плотности электролита считают нормой?

Прежде чем приступать к замерам плотности электролита необходимо знать ее нормальное значение для полноценного функционирования аккумулятора. При изготовлении АКБ на заводах их заполняют электролитом со средней плотностью 1,26-1,27 г/см3. В целом этого достаточно для начала его эксплуатации. Но следует учитывать, что со временем этот показатель меняется и его приходится возвращать к оптимальным значениям. Основным фактором, определяющим величину плотности электролита, являются температурные условия эксплуатации автомобиля. Если это регионы с холодным макроклиматом, то она должна составлять 1,27–1,29 г/см3, если речь идет о средней полосе, то значение снижается до 1,25 – 1,27 г/см3, в теплых регионах 1,23 – 1,25 г/см3. Четко прослеживается закономерность, что чем ниже температура, при которой работает аккумулятор, тем выше необходимая для его нормальной работы плотность электролита.

!Справка При изготовлении состава для заливки рекомендуют отталкиваться от нижних значений допустимого диапазона. Также учитывают, что есть натриевые и калиевые электролиты и они используются в разных пропорциях.

Проверка плотности электролита – приборы и их действие

Перед тем как проверить концентрацию, необходимо убедится в том, что уровень раствора соответствует необходимому. Делается это так:
Берут специальную стеклянную трубку (пипетку), опускают ее в аккумуляторную банку до упора и закрывают верхнее отверстие трубки пальцем. Трубку вынимают и замеряют высоту находящейся в ней жидкости. Она должна колебаться в пределах 10 — 15 см. Проводят это измерение для каждой банки. В случае если количество жидкости не совпадает с оптимальными значениями, электролит либо убирают, либо добавляют. После чего можно приступать непосредственно к измерению концентрации. Для этого необходимо соблюдать несколько простых правил:

замеры проводят для каждой банки;
крышка аккумулятора и пробки должны быть очищены от любых загрязнений;
для получения максимально корректных результатов АКБ должна быть заряжена.

непосредственно перед измерением аккумулятор выдерживают в комнатной температуре при 20 — 30 градусах.

Для измерения концентрации используют ареометр или, как его еще называют, денсиметр. Состоящий из:

наконечника, который опускают в банки для забора жидкости;
колбы, в которой будет находится ареометр;
резиновой груши;
ареометра.

Итак, сам процесс измерения. Наконечник ареометра протирают и погружают в открытое заливное отверстие. Используя грушу, набирают в колбу некоторое количество раствора кислоты. Для определения значения плотности денсиметр держат на уровне глаз, при этом сам ареометр должен быть в состоянии покоя и свободно плавать в растворе, не соприкасаясь ни с одной из стенок колбы. Как только эти условия будут достигнуты, отмечают число со шкалы ареометра, определяемое по уровню жидкости.

В том случае, если нет возможности использовать ареометр, проверку проводят используя вольтметр автотестера. Его подключают к клеммам батареи и измеряют напряжение. В норме оно должно колебаться в пределах 11,9 — 12,5 вольт. После этого заводят двигатель и набирают 2500 оборотов. По достижении этой отметки напряжение должно быть в пределах 13,9 — 14,4 вольта. Если значения соответствуют рекомендуемым, то и значение плотности должно быть в норме.

Как повысить плотность рабочего электролита

В том случае, если в результате измерений было выяснено, что концентрация кислоты ниже требуемой, возникает необходимость в её повышении. Для это есть несколько способов:

перезарядка аккумулятора;
полная замена раствора электролита на новый;
добавление более концентрированного раствора;
добавление кислоты.

Для работы могут понадобится: мерная емкость, груша, паяльник, дрель.

Весь инструментарий должен быть вымыт и высушен. Также нужно держать под рукой дистиллированную воду и электролит.

Если после набора оборотов вольтаж не изменился как описано выше, то начинать стоит с попытки перезарядить аккумулятор. 10 часов батарею заряжают с силой тока в 10 раз меньше чем его емкость. После этого её понижают вдвое и продолжают заряжать еще 2 часа.

В случае если изначальное напряжение после набора оборотов будет выше 14,4 вольта, то в АКБ заливается вода и её ставят на зарядку.

В случае если аккумулятор все равно быстро разряжается, то приходит время полной замены раствора. Чтобы это сделать, нужно выкачать из каждой банки максимально возможное количество жидкости, а её остаток аккуратно слить. Для этого все отверстия устройства в корпусе полностью герметично закрывают. Затем его кладут на бок и сверлят отверстия для слива для каждой банки. После чего жидкость из них сливают.

!Важно Категорически запрещено устанавливать АКБ на крышку. В противном случае может произойти короткое замыкание. И это приведет к осыпанию поверхностей пластин. После того как старый электролит будет удален, внутренности батареи тщательно промывают дистиллятом. Затем паяльником запаивают просверленные отверстия, до полной герметичности и заливают новый раствор через предназначенные для этого отверстия.

В целом, повысить или понизить плотность для каждой отдельно взятой банки можно доливая раствор электролита высокой концентрации или дистиллированной воды.

Если плотность выше чем 1,18 г/см3, то добавляют концентрированный раствор. Из банки выбирают столько жидкости, сколько возможно и заменяют половину на концентрат. Его плотность должна быть выше, чем та, которая нужна для нормальной работы. Получившийся раствор заливают обратно и аккуратно перебалтывают для перемешивания. Через небольшой промежуток времени проводят проверку. Зачастую с первого раза не получается достичь необходимых значений. Поэтому процедуру повторяют, но подменяют только четвертую часть исходной жидкости.

До тех пор, пока результат не будет достигнут действия повторяют с каждым разом уменьшая объем подмены в 2 раза. Если получится концентрация выше оптимальной, то просто разбавляют очищенной водой.

Если же измерения показали значения ниже 1,18 г/см3, то используют кислоту. Проводят те же действия, что и при разбавлении концентратом, но подменяют меньшую часть, чтобы не превысить норму уже в первом цикле.

При приготовлении растворов кислота вливается в воду, в противном случае высок риск разбрызгивания концентрата. Все работы проводятся в рабочей робе с защищенными руками и глазами.

Что делать если аккумулятор необслуживаемый

На таком типе аккумуляторов отсутствуют пробки для залива жидкости и, соответственно, доступ к банкам, поэтому проверить плотность электролита можно только одним способом. Для это выкручивают находящийся на крышке глазок индикатора электролита и через отверстие для его крепления проводят замеры. Нужно помнить, что полученные показатели будут точными только для одной банки, так сказать эмпирически усредненными для всего устройства. Самостоятельно их повысить не представляется возможным из-за конструктивных особенностей аккумулятора.

Можно подытожить, что проверка плотности аккумулятора — это необходимые сервисные действия для его нормальной работы и длительности сохранения заряда. Если отказываться это делать, то вполне возможно, что вместо несложных придется приобретать новый аккумулятор взамен ставшего непригодным к эксплуатации.

Шесть новых способов повысить плотность энергии батареи – журнал pv International

Британские ученые разработали модель, объясняющую одну из проблем использования окислительно-восстановительной реакции в некоторых катодных материалах для литий-ионных батарей. Основываясь на своем улучшенном понимании реакции, они предлагают несколько возможных путей дальнейших исследований, чтобы избежать нежелательных реакций и разработать обратимые катодные материалы с высокой плотностью энергии.

8 марта 2021 г. Марк Хатчинс

Синкротрон с алмазным источником света в Великобритании, который помог ученым расшифровать кислородно-окислительно-восстановительный механизм, сдерживающий появление новых катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов.

Изображение: Протез головы/Викимедиа

Катодные материалы с высоким содержанием лития вызывают интерес у ученых, работающих в области накопления энергии, с начала 2000-х годов. Было показано, что в этих материалах кислородно-окислительно-восстановительная реакция накапливает дополнительный заряд в оксидных ионах, а также в ионах переходных металлов, что потенциально повышает емкость материала.

Однако при включении в батарею такие катодные материалы претерпевают необратимые структурные изменения при первой зарядке, немедленно снижая их последующее напряжение. И механизмы, лежащие в основе этих структурных изменений, озадачили ученых и сдерживали дальнейшее развитие материалов. Имея это в виду, британский Институт Фарадея решил наблюдать за структурными изменениями этих катодов в действии.

«В постоянно усложняющемся стремлении добиться постепенного улучшения плотности энергии литий-ионных аккумуляторов, возможность использовать потенциал кислородно-окислительно-восстановительных катодов и более значительные улучшения, которые они предлагают, по сравнению с катодами с высоким содержанием никеля, используемыми сегодня в коммерческих целях, потенциально значительно», — сказал Питер Брюс, главный научный сотрудник Института Фарадея. «Более глубокое понимание фундаментальных механизмов окислительно-восстановительного потенциала кислорода является важным шагом в информировании о стратегиях смягчения текущих ограничений таких материалов, приближая их потенциальное коммерческое использование на шаг к реальности». 9Окисление кислорода весь процесс.

Улучшение аккумуляторных батарей благодаря плотности энергии

Нельзя отрицать преимущества литий-ионных аккумуляторов по сравнению с их свинцово-кислотными и никель-кадмиевыми предшественниками. Плотность энергии, срок службы, размер и вес ионно-литиевых батарей позволили использовать новые технологии, такие как электромобили и персональные технологии, такие как сотовые телефоны, и способствовали продвижению продуктов на существующих рынках. Тем не менее, дальнейший рост рынка по-прежнему зависит от способности дальнейшего повышения плотности энергии при сохранении текущих затрат и производительности в течение всего цикла. Вот почему многие считают разработку аккумуляторов одной из самых быстрорастущих мировых отраслей, и поэтому производители и производители продуктов ищут будущее в производстве аккумуляторов.

Задача

Литий-ионные аккумуляторы являются доминирующим источником энергии для мобильных устройств, включая носимые устройства, портативную электронику, беспроводные электроинструменты и электромобили.

В течение десятилетий были достигнуты успехи в улучшении срока службы, стоимости и производительности, но плотность энергии, определяемая мерой того, сколько энергии может быть сохранено в батарее, оставалась труднодостижимой задачей.

Современные ионно-литиевые батареи изготавливаются в основном с графитовыми углеродными анодами, которые являются одним из компонентов, в которых хранится энергия батареи. Хотя графитовые аноды обеспечивают долговечность, материал имеет ограниченную способность поглощать ионы и является основным ограничивающим фактором в повышении плотности энергии.

Возможности

Повышенная плотность энергии является ключом к предоставлению аккумуляторных решений, которые могут продвигать самые перспективные рынки завтрашнего дня, охватывая технологии, автомобилестроение, оборону и аэрокосмическую промышленность. Примеры включают транспортные средства с батарейным питанием, способные двигаться дальше без подзарядки, коммерческие авиаперевозки с батарейным питанием, которые становятся жизнеспособными, и носимые устройства, которые стали еще меньше, что сделало бы их более привлекательными для потребителей.

Производители искали альтернативные материалы для анодов, которые могли бы увеличить плотность энергии батареи, сохраняя при этом другие требования к производительности. Было доказано, что кремний увеличивает плотность энергии в анодах, но представляет собой еще одну проблему защиты материала от слишком быстрого поглощения слишком большого количества ионов, что приводит к деградации материала с течением времени. Это ограничение накладывает проблемы на срок службы батареи.

Превращение потенциала в реальность

Разработке кремниевых анодов для ионно-литиевых батарей также препятствовали коммерчески масштабируемые методы производства наноструктурированных материалов с четко определенным размером и морфологией, с характерными размерами менее 150 нм. Традиционные нисходящие методы, включая шаровую мельницу, недороги и позволяют получать кремниевые материалы с высокой степенью агломерации, относительно большими размерами частиц и плохо определенной морфологией и поверхностью.

Химическое травление с помощью металла — это альтернативный метод, который был изучен для синтеза кремниевых наноматериалов. Контроль над морфологией, направлением травления, вопросами массопереноса и потребностью в высокотоксичных реагентах, таких как плавиковая кислота, ограничивают коммерциализацию этого метода. Между тем, восходящие методы, такие как методы химического осаждения из паровой фазы (CVD), также были предметом интенсивных исследований. Синтез на основе CVD дает четко определенные размеры частиц и разнообразный набор наноструктурных архитектур, включая наночастицы (NP), нанопроволоки (NW) и тонкие пленки. Основным препятствием для использования методов CVD были высокие капитальные затраты, низкие выходы и использование опасного и пирофорного газообразного кремниевого сырья, такого как силан, Sih5.

Решение может заключаться в кремниево-углеродном гибридном аноде, изготовленном из наноструктур, которые сохраняют больше ионов лития, снижая при этом вероятность повреждения при расширении кремния. Эти гибридные наноструктуры включают покрытые кремнием углеродные нанотрубки, наноструктуры ядро-оболочка и кремниевые нанопроволоки с углеродным покрытием, выращенные с помощью электроформования или парожидкостного процесса. Циклогексасилан, CHS, обеспечивает коммерчески жизнеспособные подходы к производству этих наноструктур благодаря его способности легко функционализироваться, более идеальным условиям обращения и более благоприятным условиям реакции. Все эти достоинства могут привести к одноэтапной обработке и производству рулонного материала. Эта «прямая» замена существующих производственных процессов позволит снизить затраты и избежать использования методов CVD, которые требуют больших капитальных затрат.

На приведенном ниже рисунке показаны достоинства этого подхода, иллюстрирующие, что при относительно низком содержании кремния в структуре анода легко достигается увеличение плотности энергии примерно в 3 раза при сохранении хорошего срока службы. ²

Более того, полученная наноструктурная морфология кремния может быть легко адаптирована для получения нановолокон или наночастиц желаемого размера и проводящей углеродной добавки. Тонкие кремниевые пленки также возможны, и мы предполагаем механизмы осаждения, которые облегчают некоторые проблемы расслоения, которые мешали предыдущим попыткам.

Что дальше?

Прогнозируется, что рынок литий-ионных аккумуляторов вырастет в среднем на 13,7% в период с 2017 по 2022 год до 67,7 млрд долларов США. По мере роста потребительского спроса на аккумуляторные технологии производители вкладывают средства в исследования и разработки аккумуляторов с целью ускорить повышение плотности энергии в литий-ионных аккумуляторах.

Аноды на основе кремния занимают все большую долю этого рынка, и усилия в области исследований и разработок в этой области среди крупных мировых игроков и стартапов значительно увеличиваются, в первую очередь со стороны производителей аккумуляторов, автопроизводителей и т. д. По мере повышения плотности энергии мы можем ожидать совершенствования продуктов в технологическом секторе и появления продуктов, которые еще не были представлены.